乳果糖酶法制备工艺研究进展 .pdf

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乳果糖是由半乳糖和果糖以6-1,4-糖昔键连接而成的二糖，化学式为C12H22O11,是乳糖的异构化产物。市

乳果糖多为微黄色透明糖浆，具有甜味(蔗糖的60%-80%＞、水溶性。此外，与乳糖相比，乳果糖具有更高的甜味和

醇溶性，并且在酸热条件下具有高稳定性，这一特点可使其用作酸性食品的益生元补充剂。乳果糖天然存在，可在加热

牛乳过程中产生，但含量甚微。服用后，可不被胃酸消化分解直达小肠，经肠道微生物发酵产生短链脂肪酸(主要为乙

酸、丙酸、丁酸)，降低肠道微生态PH,改善肠道微生态，促进益生菌生长，抑制有害菌，并且具有润肠通便等功效。

在医学上，乳果糖经常被用来肝性脑病、便秘和腹泻等疾病的治疗，且安全性高，无任何负面作用。

乳果糖的制备方法主要有三类：化学异构法、电活化技术、酶法。化学异构法具有转化率高、操作简便等特点，

是目前唯一工业化的乳果糖制备方法。其原理为乳糖在强碱性条件下发生Lobry-deBruyn-vanEkensten反应，使其结

构中的葡萄糖基团异构成为果糖基团。硼酸是该法中最常用且转化率最高的催化剂，但硼酸的大量添加也使得后续精制

过程的难度急剧增加，这是限制乳果糖制备规模增加的一个重要原因。电活化技术是一种新兴的乳果糖制备技术，具有

安全、环保、清洁、绿色等特点。该反应在施加电场的反应器中进行，施加电场后，阴极一端将产生适于乳果糖异构的

强碱性条件，且无需加入催化剂，降低了后续脱盐和纯化工序的难度，但仍存在于转化率较低的问题。酶法合成乳果糖

一般条件温和，被认为是一种可克服化学法合成局限性和问题的友好替代方法，糖昔水解酶和纤维二糖差向异构酶是两

种被报道可用于制备乳果糖的两种酶。本文综合目前已有报道，对乳果糖酶法合成工艺研究进展做出综述。

邙-半乳糖昔酶

半乳糖昔酶(p-D-galactosdase)可催化乳糖水解为半乳糖和果糖，该酶在催化乳糖水解的过程中还伴随着转

昔反应，生成乳果糖。8-半乳糖昔酶法是第一个被发现可用于制备乳果糖的生物酶，存在多种来源，包括嗜热古细菌、

矿硫化叶菌、黑曲霉、克鲁维酵母等。其合成机理可具体解释为半乳糖昔酶利用乳糖和D-果糖为底物，通过转昔反

应，解离出1分子D-葡萄糖后的半乳糖基团再通过缩合1分子D-果糖而形成乳果糖，最终产物包括乳果糖、D-葡萄糖、

D-半乳糖等。20世纪70年代末，Vaher和Kaupnnen使用脆壁酵母(Saccharomycesfragls)来源的|3-半乳糖昔酶

催化乳糖的转昔反应，乳果糖的产量仅为7.8g/L,得率约为3%。2009年，有研究显示，米曲霉来源的半乳糖昔酶具

有较高的转昔活性，制备的乳果糖含量约为65g/L,但该法由于转化率低和后续纯化难度大等原因而无法大规模应用。

2.-葡糖昔酶

20世纪末，有研究发现来源于强烈炽热球菌(Pyrococcusfurosus)的葡糖昔酶具有与R半乳糖昔酶类似的转

昔活性，可催化转昔反应用于制备乳果糖。在随后的研究中，研究人员又将乳果糖的产量提升到了15.0g/Lo由此可见，

葡糖昔酶虽具有转昔特性，但其活性较低，转化率同样较低。因此，葡糖昔酶并未引起业界的广泛关注。

3.纤维二糖差向异构酶

纤维二糖差向异构酶在厌氧瘤胃细菌白色瘤胃细菌(Rumnococcusalbus)的培养液中被首次发现，随研究的深

入，多种来源的纤维二糖差向异构酶被发现，包括溶纤维真细菌(Eubacterumcellulosolvens)、脆弱拟杆菌(Bacterodes

fragls)等。纤维二糖差向异构酶具有差向异构作用，可以-1,4-糖昔键连接的纤维二糖、乳糖、D-葡萄糖等为催化

底物，并作用于该类低聚糖的还原末端，生成差向异构体，同时又能将醛糖异构化为酮糖。研究报道，纤维二糖差向异

构酶可以乳糖为唯一底物制备乳果糖，在适当条件下可将乳果糖转化率提升至58%,乳果糖浓度高达406g/L,并且该

体系中添加硼酸可将乳果糖转化率进一步提升至88%,此时反应体系中乳果糖浓度为616g/L。由此可见，纤维二糖差

向异构酶是目前已有报道中最为高效合成乳果糖的酶，其转化率可与化学方法相当。与此同时，纤维二糖差向异构酶还

具有安全性高、无须添加多余底物、产物精制较为便捷等特点。因此，该酶具有工业化应用潜力。但纤维二糖差向异构

酶同样具有弊端，即当温度升高至80°C时，该酶表现出热稳定性差等特点，这一弊端也局限了其大规模应用。