细菌有助于制造低热量的糖

想象一下一种糖，它的热量仅是传统食用糖的38%，对糖尿病患者是安全的，并且不会引起蛀牙。现在补充说，这种理想的甜味剂不是人工替代品，而是自然界中发现的真正的糖，它的味道就像糖一样。您可能想在下一杯咖啡中使用它，对吗?

这种糖叫做塔格糖。FDA已批准将其用作食品添加剂，并且根据研究人员和FAO / WHO的报道，迄今为止，尚无关于许多糖替代品存在的问题(如金属味或更严重的与癌症有关的问题)的报道。将糖证明为“通常被认为是安全的”。

那么为什么不将其添加到您最喜欢的所有甜点中呢?答案在于生产它的代价。尽管塔格糖来自水果和乳制品，但并不丰富，并且很难从这些来源中提取。该制造过程包括从更容易获得的转化半乳糖到塔格糖并且是高度低效的，与产率可以达到仅30%。

但是塔夫茨大学的研究人员已经开发出一种可以释放这种低热量，低血糖糖的商业潜力的方法。在最近的《自然通讯》上的出版物中，工程学院的助理教授Nikhil Nair和博士后研究员Josef Bober提出了一种创新的方法来生产糖，该方法利用细菌作为包裹酶和反应物的微型生物反应器来生产糖。

使用这种方法，他们获得了高达85%的收益。尽管从实验室到商业化生产有许多步骤，但如此高的产量可能会导致大规模生产并在每个超市的货架上造成塔格糖。

从半乳糖制备塔格糖的选择酶称为L-阿拉伯糖异构酶(LAI)。然而，半乳糖不是该酶的主要靶标，因此与半乳糖的反应速率和产率均不是最佳的。

在一个解决方案中，酶本身不是很稳定，并且将反应只能推进，直到大约39%的糖，在50度在37度被转化成塔格糖摄氏度(约99华氏度)，和仅达16%酶降解之前的摄氏温度(约122华氏度)。

Nair和Bober希望通过生物生产来克服这些障碍，方法是使用植物乳杆菌(一种食品安全细菌)制造大量的LAI酶，并使其在细菌细胞壁范围内保持安全稳定。

他们发现，当在植物乳杆菌中表达时，该酶不断将半乳糖转化为塔格糖，并在37摄氏度下将产率提高到47%。但是现在LAI酶已在细胞内稳定下来，可以在50摄氏度的高温下将收率提高至83%，而不会显着降解，并且它以更快的速度产生塔格糖。

为了确定他们是否可以加快反应速度，Nair和Bober研究了仍然可能限制反应的因素。他们发现有证据表明原料半乳糖运输到细胞中是一个限制因素。为了解决这个问题，研究人员称，他们用极低浓度的去污剂处理了细菌，刚好足以使细胞壁渗漏。半乳糖能够进入细胞并从细胞中释放塔格糖，从而使该酶以更快的速度将半乳糖转化为塔格糖，从而节省了在50摄氏度下达到85%收率所需的时间。

该研究的通讯作者奈尔说：“您无法击败热力学。但是，尽管如此，您可以通过工程解决方案来规避热力学的局限。” “这就像事实，因为热力学不允许，水不会自然地从较低的高度流向较高的高度。但是，您可以通过例如使用虹吸管来击败系统，该虹吸管首先将水拉高，然后再让从另一端出来。”

封装酶以保持稳定性，在较高温度下进行反应并通过泄漏的细胞膜喂入更多的起始原料都是“虹吸管”，用于推动反应进行。

尽管需要更多工作来确定该工艺是否可以扩大到商业应用规模，但生物制造仍有可能提高产量并影响甜味剂替代品市场，据市场估计，该市场在2018年的价值为72亿美元研究公司Knowledge Sourcing Intelligence。

Nair和Bober还指出，将细菌用作微型化学反应器还可以使许多其他酶受益，这些化学反应器可提高高温反应的酶稳定性，并提高转化和合成的速率和产率。在他们展望探索其他应用(从食品配料的制造到塑料)时，他们的工作将会很多。

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