每周科技串講丨淀粉如何“變”成糖

你是否注意過，很多飲料的配料表中都有果葡糖漿的身影，而且排名還很靠前？沒錯，在我們?nèi)粘Ｊ秤玫奶穷愔校苏崽?，果葡糖漿也扮演著重要的角色。

果葡糖漿，是由植物淀粉水解和異構(gòu)化而制成的淀粉糖晶，是一種重要的甜味劑。它的組成主要是果糖和葡萄糖，故稱為“果葡糖漿”,實際上就是由各種淀粉（主要是玉米淀粉）為原料制成的工業(yè)糖。

淀粉如何“變”成糖？

那么，怎樣把糧食里的淀粉變成果葡糖漿呢？這就需要用到淀粉加工用酶制劑。作為食品工業(yè)用量最大的酶制劑，淀粉加工用酶在淀粉高效利用中起著關(guān)鍵作用，它可以把長長的淀粉分子拆成小分子的單糖或二糖。

江南大學(xué)生物工程學(xué)院吳敬教授團隊在工業(yè)酶領(lǐng)域深耕多年，采用新科技手段，不斷發(fā)現(xiàn)并獲得高性能淀粉加工用酶的編碼基因，建立工業(yè)酶高效表達系統(tǒng)，致力于解決我國淀粉加工工業(yè)對高性能、低成本酶制劑的需求問題。吳敬教授牽頭完成的《淀粉加工關(guān)鍵酶制劑的創(chuàng)制及工業(yè)化應(yīng)用技術(shù)》成果榮獲2019年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

科技攻堅 破解難題

工業(yè)淀粉酶大多來源于微生物，但在浩如煙海的微生物資源庫中，尋找那個最適合工業(yè)生產(chǎn)的酶，無異于大海撈針。吳敬教授團隊通過將生物信息資源以及高通量篩選技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明了智能化精算與區(qū)域化重構(gòu)相結(jié)合的快捷精準的酶基因挖掘和功能優(yōu)化新技術(shù)，可以快速精準地找到功能強大的淀粉酶基因。同時，闡釋了淀粉加工用酶催化反應(yīng)的識別規(guī)律,分析酶的序列、結(jié)構(gòu)以及催化機理之間的內(nèi)在聯(lián)系，可以更好地發(fā)揮這些酶制劑的淀粉加工功能，提升其加工淀粉的效率。

好的產(chǎn)品是一方面，好的生產(chǎn)環(huán)節(jié)也十分關(guān)鍵。針對工程菌產(chǎn)酶的特性，吳敬團隊深入研究了酶跨膜分泌途徑限速步驟、膜透性與分泌相關(guān)性。團隊不僅發(fā)明了快速合成與高效轉(zhuǎn)運相協(xié)調(diào)的酶發(fā)酵新技術(shù)，還通過對枯草芽孢桿菌進行改造，構(gòu)建了新型高效蛋白合成表達系統(tǒng)，顯著提升了淀粉工業(yè)酶制劑的生產(chǎn)效率。除此之外，他們還通過控制合成強度，強化跨膜轉(zhuǎn)運，協(xié)調(diào)高效合成與快速分泌，實現(xiàn)酶的高效胞外表達，最終實現(xiàn)了普魯蘭酶等12種淀粉加工關(guān)鍵酶的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。這項成果對我國食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

文：四川大學(xué)博士牛明澤

審稿：湯波 中關(guān)村國科現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新研究院 研究館員

中國科協(xié)科普部

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