甘蔗糖蜜（CM）是甘蔗或甜菜制成食糖的加工过程中产生的一种副产品。由于含有可发酵糖，这也被视为理想的发酵原料，可应用于酒精、酵母、饲料等。不过，很大一部分甘蔗糖蜜其实会被废弃，一定程度上造成了资源的浪费和严重的环境问题。

为了实现可持续发展，业内一直在探索如何将这些副产品高效且更经济地转化为糖苷和稀少糖等生物活性物质。然而，这一过程中面临着一系列的挑战。

近日，来自北京化工大学的科研团队提出了一种高效的变废为宝策略。研究人员通过体外构建合成生物学平台将废弃的甘蔗糖蜜转化为了高附加值的 2-O-α 甘油葡萄糖苷（2-O-α-glucosyl glycerol, 2-O-α-GG）和阿洛酮糖（D-allulose）。在试验中，甘蔗糖蜜中的乳酸会诱导蔗糖水解而非糖基化，最终制备出高滴度的 2-O-α 甘油葡萄糖苷和阿洛酮糖。

相关论文已发表在Bioresource Technology上。本文的通讯作者是北京化工大学生命科学与技术学院教授梁浩，以及中国人民大学环境学院副教授苏明明。

（来源：Bioresource Technology）

研究人员在论文中表示，该平台为通过多酶级联催化将农业废物转化成生物活性产品奠定了基础，也对更经济更环保从制糖工业废物中工业化生产糖苷和稀少糖具有重要意义。

2-O-α 甘油葡萄糖苷是一种具有优异保湿性能的天然糖苷，已广泛应用于化妆品中。阿洛酮糖是一种低热量功能性稀少糖，已被批准作为食品添加剂。不过，现阶段，这两类生物活性成分的工业化生产很大程度上是通过酶催化从蔗糖和 D-果糖中转化而来。相应地，2-O-α 甘油葡萄糖苷和阿洛酮糖的生产成本较高，一定程度上限制了它们在下游产品中的应用。

利用农业废弃物生产这些成分是一种可持续的方法，领域内已经进行了一系列研究。最新的研究为基于甘蔗糖蜜生产高附加值产品提供了一种更经济可行且环保的途径。

此前的研究已经证明，体外合成酶生物系统具体产品产量高、反应时间短和生产工艺简洁等特点，是基于底物生产高附加值产品更经济的制造平台。比如说，从麦芽糖糊精中提取槲皮素、从淀粉中提取二糖、从甘油中提取稀少酮糖。

在这项研究中，研究人员构建了一个体外合成酶平台，这是一个由蔗糖磷酸化酶（SPase）亚型和 D-阿洛酮糖-3 -差向异构酶（DAE）亚型组成的体外合成双酶系统。具体来说，通过蔗糖磷酸化酶将甘蔗糖蜜和甘油转化为 2-O-α 甘油葡萄糖苷和 D-果糖，然后再通过 DAE 将 D-果糖生成阿洛酮糖。

（来源：Bioresource Technology）

研究人员深入探究了甘蔗糖蜜杂质对蔗糖磷酸化酶和 DAE 催化效率的影响，并对包括 pH、温度、底物比例和酶浓度在内的反应条件进行了优化，以进一步提高甘蔗糖蜜生产 2-O-α 甘油葡萄糖苷和阿洛酮糖的产量。

在试验中，研究人员探索了一锅法中蔗糖和 D-果糖转化的高活性生物催化剂 SPase 和 DAE，筛选出了最适合构建双酶系统的亚型。结果显示，BLSPase 显示出了最高的糖基化活性，约为 3 U/mg；AtDAE 活性为 103 U/mg，也是测试的三种 DAE 亚型中活性最高的酶亚型。因此，BLSPase 和 AtDAE 被用来构建体外双酶系统。

然后，他们在试验中构建了两条生产上述两种生物活性成分的路线，路线一中的蔗糖消耗量和水解率分别为 98%和 8%，路线二中蔗糖消耗率为 98%。根据一系列试验结果，路线一从甘蔗糖蜜中生产 2-O-α 甘油葡萄糖苷和阿洛酮糖的产率更高。

接下来，在基于试验中得出的最佳条件下生产 2-O-α 甘油葡萄糖苷和阿洛酮糖。通过简单切换反应温度，A-CM 中的 171 g/L 蔗糖转化为 116 g/L 的 2-O-α 甘油葡萄糖苷和 51 g/L 阿洛酮糖，蔗糖消耗率为 97%。在 BLSPase 和 AtDAE 组成的体外合成生物学系统中，一吨 A-CM 可以转化为 136 公斤的 2-O-α 甘油葡萄糖苷和 60 公斤阿洛酮糖。

研究表明，这种方法在生产糖苷和稀少糖等生物活性物质方面显示出了极大的潜力。

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