稀少糖的生物合成

欣贝莱生物

稀少糖（Rare Sugar）是自然界中存在但含量极少的一类单糖（糖的最小单位）和糖醇（2002年国际稀少糖学会ISRS定义），和自然界大量存在的葡萄糖和果糖相比，非常稀少，约有50个种类。其味类似于蔗糖，但具有热量低、稳定性高、甜味协调、无吸湿性、无致龋齿性、耐受性高等优点，可以弥补传统甜味剂的不足，被广泛应用于保健食品、婴幼儿配方食品，乳制品，饮料等食品中，尤其对改善特殊人群的饮食起到重要作用。

图：稀少糖在自然界中的存在量

稀少糖的益处有很多，例如可以减少有毒物质（如内毒素、氨类等）的形成，对肠粘膜细胞和肝具有保护作用，可以调节肠道菌群，让某些微生物定植于肠道, 并为其提供适宜的栖息环境，促进肠黏膜免疫功能的完善和影响、参与人体的多种代谢功能，从而防止病变肠癌的发生，增强机体免疫力。而对于稀少糖的研究无法推进的阻碍因素之一就是价格，上世纪九十年代末，用于研究的D型阿洛酮糖（六碳糖）是1克5万日元的高价材料。2002年，作为稀少糖生物生产战略的Izumoring被发表出来。根据Izumori Ken设计的Izumoring这个结构，学者们得出了多种单糖高效率生产设计图 ，稀少糖也不再是高价的材料了。这个成果对扩大研究和产业化都是有好处的。另外通过这个结构可以明确了解各种6碳糖之间的关系。

香川大学农业部一直研究利用微生物和酶促反应生产各种稀有单糖。在这些研究过程中，研究人员们设计了一种用于制备己酮糖、己醛糖和己糖醇有效的生物化学反应。也就是使用D-塔格糖 3-差向异构酶 (DTE)、醛糖异构酶和多羟基化合物脱氢酶作为“Izumoring”生产单糖的策略。

在相关发表的第一篇论文(Izumori, 2002)中，研究者用己糖醇作为中间体，开发了一种新型的稀有己酮糖生物生产策略。在那个时候，DL-甘露醇和DL-艾杜醇被放置在己酮糖环外。第二篇论文(Granstroem et al. 2004)提出了所有的己醛糖都与主要的“Izumoring”中内部和外部的酮糖有关了。在2006年发表的论文中Izumori Ken更是提供了第三个结论，即“Izumoring”中所有糖之间的相互关系更清晰可见。

“己糖Izumoring”的主要工作原理是在其中引入十六个己醛糖进入己酮糖-己糖醇环。这些工具是（i）醛糖异构酶，它可以将己醛糖异构化为相应的己酮糖（Bhuiyan et al., 1997,1998; Pastinen et al., 1999）和（ii）醛糖还原酶可以将己醛糖还原成相应的己糖醇。“己糖Izumoring”包括所有己糖—8个己酮糖，10个己糖醇和16个己醛糖。8个D-己醛糖和8个 L-己醛糖位于酮糖多元醇环周围，由醛缩异构酶和醛糖还原酶相互转化。

图：Izumoring——稀少糖生物生产战略

Izumoring清楚的显示了从D-果糖产生己酮糖，己醛糖和己糖醇等的实验设计方法。例如，由D-葡萄糖产生L-葡萄糖的最短方法是通过6个生物转化;D-葡萄糖-D-果糖-D-阿洛酮糖-阿洛糖醇-L-阿洛酮糖-L-果糖-L-葡萄糖。第一步是用D-木糖异构酶将D-葡萄糖转化为D果糖。第二步是通过DTE的差向异构化作用有D-果糖转化为D-阿洛酮糖(Itoh et al., 1995; Takeshita et al., 2000a,b)。第三步是用聚醇脱氢酶由D-阿洛酮糖还原为阿洛糖醇（D-阿洛糖醇，L-阿洛糖醇）(Muniruzzaman et al., 1995; Takeshita et al., 2000a,b)。第四个是用多羟基化合物脱氢酶由阿洛糖醇（D-阿洛糖醇，L-阿洛糖醇）氧化为L-阿洛酮糖 (Takeshita et al., 1996)。下一步是用DTE由L-阿洛酮糖差向异构化作用为L-果糖(Itoh and Izumori, 1996)。最后一步是L-果糖到L-葡萄糖的异构化(Leang et al., 2004)。以这种类似的方式可以设计出适用于生产所有己糖类的工艺。对稀少糖的研究已经成了以香川大学为中心的产学官联合发展和事业化相结合的研究，“Izumoring”更是清楚地表明了所有36种己糖在生物化学领域的关系和地位，以及如何通过有效的和环境友好的技术来获取其中的任何一种。香川大学作为研究稀少糖的第一线，设立了稀少糖相关新兴企业：稀少糖生产技术研究所和raresweet，这都是香川大学和民间企业联合开展的。

鉴于稀少糖的主要功效，糖和合成化学药品相比，副作用相当于没有，因此在制造疗养食品和医药品以及医疗制品方面可以说都具有实用性。D-塔格糖（D-tagatose）属于稀少糖的一种，是一种罕见的天然己酮糖，但由于其低能量、口感、甜度和蔗糖最相似，2001年，美国食品与药物管理局（FDA）正式批准塔格糖作为甜味剂用于食品饮料业及医药中；2014年我国批准塔格糖为新食品原料。随着食品安全问题日益受到社会各界的广泛关注，国家对食品质量要求更加严格，鉴于塔格糖具有的一系列优良特性，当前是发展塔格糖非常好的机遇，因此我们更应该抓住机遇，探索出新的途径。欣贝莱科技有限公司致力于包括塔格糖在内的高附加值化合物生产技术的研发，通过细胞工厂制造出高纯度、低成本、低污染的高附加值药物原料及大宗化工原料，在工业、医药、美容等行业的原料市场开辟出一条绿色制造研发通道的产业链。