[发明专利]一种联产D-塔格糖、阿拉伯糖醇和半乳糖醇的方法和应用

说明书

本发明提供了一种联产D‑塔格糖、阿拉伯糖醇和半乳糖醇的方法和应用，属于生物工程技术领域；本发明中，利用基因工程菌E.coli BL21/β‑gal‑L‑AI转化乳清制备D‑塔格糖；再利用美极梅奇酵母发酵D‑塔格糖制备时产生的副产物来生产D‑阿拉伯糖醇和半乳糖醇，最终实现D‑塔格糖、D‑阿拉伯糖醇和半乳糖醇的高效联产。

技术领域

本发明属于生物工程技术领域，具体涉及一种联产D-塔格糖、阿拉伯糖醇和半乳糖醇的方法和应用。

背景技术

D-塔格糖是一种天然己酮糖，分子式为C₆H₁₀O₆，其是一种低热量甜味益生元，具有改善肠道菌群、治疗Ⅱ型糖尿病、降低胆固醇、抗龋齿、治疗贫血等功效，可代替蔗糖广泛应用于果汁、饮料、口香糖等食品领域。D-塔格糖的生产主要有化学法和生物法两种，其中化学法存在着能耗高、副产物多、纯化烦琐和污染大等缺点，不利于工业化生产。生物法通常以D-半乳糖为底物，利用L-阿拉伯糖异构酶(L-arabinose isomerase，L-AI)将其异构化为D-塔格糖，但由于D-半乳糖作为底物不够廉价且转化率不足等局限性，近几年研究者们逐渐将目光转向以更加廉价易得的工农业副产物乳清粉或商业化乳糖以制备D-塔格糖，即利用β-半乳糖苷酶水解乳糖生成D-葡萄糖和D-半乳糖后，生成的D-半乳糖再经L-AI制备D-塔格糖。目前关于乳清粉或乳糖制备D-塔格糖已有相应研究报道，由此获得的D-半乳糖已被用于生产D-塔格糖，但鲜有文献报道高值化利用水解产生的D-葡萄糖，造成了资源浪费。

D-阿拉伯糖醇是一种重要的功能性五碳多元糖醇，被认为是12种具有高附加值的生物基化学品(C3-C6)之一，是木糖醇和核糖醇的同分异构体，在食品、医药及化工领域被广泛应用。化学法制备D-阿拉伯糖醇需要昂贵的催化剂并在高温高压下进行，能耗高、污染严重，且副产物去除繁琐；而生物法以微生物为细胞工厂，以葡萄糖、甘油和木糖等为底物，多步酶促反应生产D-阿拉伯糖醇，生产条件温和且绿色环保，产物容易分离，具有大规模生产的应用潜力。目前多种高渗酵母已被成功运用于发酵生产D-阿拉伯糖醇，例如鲁氏酵母、汉逊酵母、梅奇酵母等。

半乳糖醇，又名卫矛醇，是另一种重要的稀有糖，广泛应用于其他稀有糖的制备和药物中间体，在微生物研究、医学临床等领域具有广阔的市场前景。半乳糖醇可用作类风湿疾病的治疗药物和抗癌药物合成的前体物质，将半乳糖醇与溴化氢作用制得二脱水半乳糖醇，其对肺癌、多发性骨髓瘤、鼻咽癌等具有一定疗效，对慢性粒细胞白血病也有较好的治疗效果。目前关于半乳糖醇的生产研究主要集中在天然植物提取和半乳糖经加氢还原制得。

乳清通常是指利用牛奶生产奶酪过程中所产生的主要副产物，制得的乳清粉中一般含有70％～80％的乳糖，据报道每年由此获得的乳糖的年产量大约大于140万吨，且目前未得到很好的利用。另外，由于乳清粉的生化需氧量(BOD)很高，若得不到合理利用不但会造成资源的浪费也会引起严重的环境污染。有鉴于此，目前以乳清粉为原料生产D-塔格糖已经引起研究人员的关注并研究报道，但在制备过程中由乳糖水解产生的D-葡萄糖还未被成功利用，完全残留在了反应液中造成了资源的浪费。因此，试图转化乳清粉中乳糖水解生成的D-葡萄糖和D-半乳糖高效联产高附加值产品具有重要的经济和显示意义。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种联产D-塔格糖、阿拉伯糖醇和半乳糖醇的方法和应用。本发明中，利用基因工程菌E.coli BL21/β-gal-L-AI转化乳清制备D-塔格糖；再利用美极梅奇酵母发酵D-塔格糖制备时产生的副产物来生产D-阿拉伯糖醇和半乳糖醇，最终实现D-塔格糖、D-阿拉伯糖醇和半乳糖醇的高效联产。

本发明中首先提供了一种联产D-塔格糖、阿拉伯糖醇和半乳糖醇的方法，具体包括：

(1)制备同时含过表达β-gal与L-AI的重组静息细胞：