[发明专利]葡萄糖基甘油的生物催化生产工艺及其蔗糖磷酸化酶

说明书

本发明涉及酶催化技术领域，尤其是一种葡萄糖基甘油的生物催化生产工艺及其蔗糖磷酸化酶，该蔗糖磷酸化酶的氨基酸序列如SEQ ID NO：1所示。在生物催化生产葡萄糖基甘油时，取蔗糖母液，加入缓冲液、甘油、纯水，加入该蔗糖磷酸化酶的粗酶液，37℃反应。本发明生物催化生产工艺中的蔗糖磷酸化酶比野生型蔗糖磷酸化酶反应速度更快、活性更高，而且在高浓度底物时能够有效缩短反应时间、提高生产效率、减小能耗并综合缩减成本。

技术领域

本发明涉及酶催化技术领域，具体领域为一种葡萄糖基甘油的生物催化生产工艺及其蔗糖磷酸化酶。

背景技术

2-O-α-D-吡喃葡萄糖基甘油主要发现在蓝藻中，用于对抗盐碱环境的渗透压；还发现其存在植物Myrothamnus flabellifolia中并具有复活植株的作用。这种沙漠植物可以在完全干燥多年后依旧存活，而不失去组织完整性。葡萄糖基甘油还具有保护细胞和组织(例如皮肤)的重要功能，这为化妆品中有潜力的应用提供了可能。由于甘油葡糖苷具有很高的水结合能力，当应用于皮肤时产生强烈的保湿效果。除了化妆品的应用，葡萄糖基甘油作为低热量的甜味剂也有很大的潜力，它可能具有益生元的功效。

有报道称其可用作食品中的替代甜味剂，因为与蔗糖相比，其具有低致龋性和热值。此外，有人研究葡萄糖基甘油及其衍生物作为由蛋白质错误折叠和癌症治疗引起的疾病的治疗剂。在化妆品中，葡萄糖基甘油用作抗老化剂和水分调节化合物。

为了支持工业应用的开发，必须大规模高效地提供葡萄糖基甘油。微生物生产葡萄糖基甘油可能受到生物合成可达到的输出参数的限制。具体来说，在工程化谷氨酸棒杆菌中，其产品浓度≤2g/L，所用基质上的产率和生产率都较低，在工程化蓝藻聚囊藻菌株中甚至更低。

目前的制备方法主要有化学合成法、酶法体外催化以及生物合成法。化学方法可能涉及各种起始化合物例如麦芽糖醇、异麦芽糖、海藻糖等。有报道利用高碘酸钠和硼氢化钠可催化麦芽糖醇为葡萄糖基甘油，但产率有18％。利用乙酸、四乙酸铅和硼氢化钠催化异麦芽糖的方法,产率为12％。以海藻糖为原料产率仅为5％。且副产物多对后续的提纯影响较大。生物合成法可以通过由盐胁迫处理寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophilaDSM14405)或蓝藻等微生物合成，缺点在于规模生产难度较大。

酶法催化主要涉及α-葡萄糖苷酶、环糊精葡聚糖转移酶、葡糖基-甘油-磷酸合成酶及蔗糖磷酸化酶。

其中，蔗糖磷酸化酶(EC2.4.1.7)是一种特异性的转糖苷酶。主要催化两种反应：第一类，可以把葡萄糖-1-磷酸中的葡萄糖基转移到受体中。例如葡萄糖-1-磷酸和D-果糖在蔗糖磷酸化酶催化下能够生成蔗糖。第二类，把蔗糖中的葡萄糖基转移到受体上。例如，蔗糖和磷酸在蔗糖磷酸化酶催化下能够生成葡萄糖-1-磷酸和D-果糖。在没有外部影响时，蔗糖磷酸化酶催化蔗糖和磷酸盐转变成葡萄糖1-磷酸和D-果糖的可逆转化。在不存在磷酸盐的情况下，甘油可以拦截与蔗糖反应的葡糖基酶中间体以产生葡萄糖基甘油,另有微弱的水解副反应发生。

葡萄糖基甘油制备的一种有效途径是蔗糖磷酸化酶。蔗糖是用于甘油糖基化的优良供体底物，收率高(≥90％)，并具有较好的成本经济性。葡萄糖基甘油由Bitop AG(多特蒙德，德国)使用LmSucP的生物催化工艺进行工业制造，并被配制成用于化妆品应用的商业产品，作为Glycoin(GG的50％溶液)销售。

Leuconostoc mesenteroides来源的蔗糖磷酸化酶当使用葡萄糖-1-磷酸和蔗糖作为供体时，蔗糖磷酸化酶具有广泛的受体特异性。

Bifidobacterium adolescentis来源的蔗糖磷酸化酶当用葡萄糖-1-磷酸作为糖基供体时，只能用阿拉伯糖、阿拉伯糖醇以及木糖醇作受体，而以蔗糖作糖基供体时，受体范围比较广，并且活性更高。