乳清作为奶酪制作的副产品，具有潜在的价值，但在过去未被充分利用。近年来，研究专注于从乳清中提取高附加值产品，如益生寡糖和稀有糖。其中，通过酶法从乳清中的乳糖合成乳酮糖被认为是比化学催化剂更环保的过程。研究人员发现来自于Caldicellulosiruptor  saccharolyticus 的纤维素二糖-2-异构酶(CsCE)能够催化乳糖的异构化反应，从而合成乳果糖。CsCE不仅能催化乳糖的异构化，还能催化其外消旋反应，产生异乳糖。这种酶催化的乳糖异构化反应具有更高的产率和底物利用率，且具有可持续性和产品质量等优势。此外，CsCE还表现出对其他底物如葡萄糖和半乳糖的活性，可以用于生产其他稀有糖，如塔洛糖和塔加糖。这些稀有糖在自然界中很少存在，但具有重要的功能性质和应用潜力。

        来自智利的巴尔帕拉伊索天主教大学的Cecilia Guerrero课题组在大肠杆菌BL21中对CsCE的新型突变体进行表达，对该酶进行了动力学特性的表征，并评估了不同潜在底物对酶的影响，从而合成稀有糖，在在食品和医药领域具有良好前景。

        该研究对CsCE进行表达，通过定点突变，增强乳果糖的合成并改善了乳果糖合成的产率和选择性。CsCE突变体H356N使乳果糖的合成产率显著提高，并且具有更高的选择性。实验结果还表明，氨基酸残基H356在CsCE的异构化活性中起关键作用，有利于乳果糖的异构化反应，且突变型CsCE H356N所催化的反应主要是不可逆的。对H356Nt突变体在乳糖异构化反应中的动力学参数进行测定，其底物亲和力与野生相似。

        该突变酶具有底物广泛性，能够催化多种糖的异构化和异构化反应。除了转化纤维二糖（cellobiose）外，这个突变酶还能催化纤维三糖（cellotriose）、纤维四糖（cellotetraose）、乳糖（lactose）、麦芽糖（maltose）以及单糖如葡萄糖（glucose）和半乳糖（galactose）的转化。这意味着该突变酶能够识别和处理多种不同类型的糖分子。

        这些反应产生了一系列功能性糖类，例如葡萄糖甘露糖（glucosyl-mannose）、乳果糖（lactulose）、依匹乳糖（epilactose）、塔罗糖（talose）和塔格糖（tagatose）。这些产物由于其具有的特定的生理活性和功能，在食品和医药领域具有潜在的应用。

图一：CsCE催化合成乳糖衍生稀有糖

图二：CsCE H356N突变体及动力学反应

图三：CsCE H356N催化不同底物的异构化和异构化反应的动力学

        上述研究在Bioresource Technology发表了题为《Enzymatic production of rare sugars with a new mutant of cellobiose 2-epimerase from Caldicellulosiruptor saccharolyticus》的研究论文。

        原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852423013640

作者：姚可达

审核：李全才，吕友晶

编辑：邵萌

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