想象一下一種糖，它的熱量?jī)H是傳統(tǒng)食用糖的38%，對(duì)糖尿病患者是安全的，并且不會(huì)引起蛀牙?，F(xiàn)在補(bǔ)充說(shuō)，這種理想的甜味劑不是人工替代品，而是自然界中發(fā)現(xiàn)的真正的糖，它的味道就像糖一樣。您可能想在下一杯咖啡中使用它，對(duì)嗎?

這種糖叫做塔格糖。FDA已批準(zhǔn)將其用作食品添加劑，并且根據(jù)研究人員和FAO / WHO的報(bào)道，迄今為止，尚無(wú)關(guān)于許多糖替代品存在的問(wèn)題(如金屬味或更嚴(yán)重的與癌癥有關(guān)的問(wèn)題)的報(bào)道。將糖證明為“通常被認(rèn)為是安全的”。

那么為什么不將其添加到您最喜歡的所有甜點(diǎn)中呢?答案在于生產(chǎn)它的代價(jià)。盡管塔格糖來(lái)自水果和乳制品，但并不豐富，并且很難從這些來(lái)源中提取。該制造過(guò)程包括從更容易獲得的轉(zhuǎn)化半乳糖到塔格糖并且是高度低效的，與產(chǎn)率可以達(dá)到僅30%。

但是塔夫茨大學(xué)的研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種可以釋放這種低熱量，低血糖糖的商業(yè)潛力的方法。在最近的《自然通訊》上的出版物中，工程學(xué)院的助理教授Nikhil Nair和博士后研究員Josef Bober提出了一種創(chuàng)新的方法來(lái)生產(chǎn)糖，該方法利用細(xì)菌作為包裹酶和反應(yīng)物的微型生物反應(yīng)器來(lái)生產(chǎn)糖。

使用這種方法，他們獲得了高達(dá)85%的收益。盡管從實(shí)驗(yàn)室到商業(yè)化生產(chǎn)有許多步驟，但如此高的產(chǎn)量可能會(huì)導(dǎo)致大規(guī)模生產(chǎn)并在每個(gè)超市的貨架上造成塔格糖。

從半乳糖制備塔格糖的選擇酶稱(chēng)為L(zhǎng)-阿拉伯糖異構(gòu)酶(LAI)。然而，半乳糖不是該酶的主要靶標(biāo)，因此與半乳糖的反應(yīng)速率和產(chǎn)率均不是最佳的。

在一個(gè)解決方案中，酶本身不是很穩(wěn)定，并且將反應(yīng)只能推進(jìn)，直到大約39%的糖，在50度在37度被轉(zhuǎn)化成塔格糖攝氏度(約99華氏度)，和僅達(dá)16%酶降解之前的攝氏溫度(約122華氏度)。

Nair和Bober希望通過(guò)生物生產(chǎn)來(lái)克服這些障礙，方法是使用植物乳桿菌(一種食品安全細(xì)菌)制造大量的LAI酶，并使其在細(xì)菌細(xì)胞壁范圍內(nèi)保持安全穩(wěn)定。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在植物乳桿菌中表達(dá)時(shí)，該酶不斷將半乳糖轉(zhuǎn)化為塔格糖，并在37攝氏度下將產(chǎn)率提高到47%。但是現(xiàn)在LAI酶已在細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定下來(lái)，可以在50攝氏度的高溫下將收率提高至83%，而不會(huì)顯著降解，并且它以更快的速度產(chǎn)生塔格糖。

為了確定他們是否可以加快反應(yīng)速度，Nair和Bober研究了仍然可能限制反應(yīng)的因素。他們發(fā)現(xiàn)有證據(jù)表明原料半乳糖運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞中是一個(gè)限制因素。為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員稱(chēng)，他們用極低濃度的去污劑處理了細(xì)菌，剛好足以使細(xì)胞壁滲漏。半乳糖能夠進(jìn)入細(xì)胞并從細(xì)胞中釋放塔格糖，從而使該酶以更快的速度將半乳糖轉(zhuǎn)化為塔格糖，從而節(jié)省了在50攝氏度下達(dá)到85%收率所需的時(shí)間。

該研究的通訊作者奈爾說(shuō)：“您無(wú)法擊敗熱力學(xué)。但是，盡管如此，您可以通過(guò)工程解決方案來(lái)規(guī)避熱力學(xué)的局限。” “這就像事實(shí)，因?yàn)闊崃W(xué)不允許，水不會(huì)自然地從較低的高度流向較高的高度。但是，您可以通過(guò)例如使用虹吸管來(lái)?yè)魯∠到y(tǒng)，該虹吸管首先將水拉高，然后再讓從另一端出來(lái)。”

封裝酶以保持穩(wěn)定性，在較高溫度下進(jìn)行反應(yīng)并通過(guò)泄漏的細(xì)胞膜喂入更多的起始原料都是“虹吸管”，用于推動(dòng)反應(yīng)進(jìn)行。

盡管需要更多工作來(lái)確定該工藝是否可以擴(kuò)大到商業(yè)應(yīng)用規(guī)模，但生物制造仍有可能提高產(chǎn)量并影響甜味劑替代品市場(chǎng)，據(jù)市場(chǎng)估計(jì)，該市場(chǎng)在2018年的價(jià)值為72億美元研究公司Knowledge Sourcing Intelligence。

Nair和Bober還指出，將細(xì)菌用作微型化學(xué)反應(yīng)器還可以使許多其他酶受益，這些化學(xué)反應(yīng)器可提高高溫反應(yīng)的酶穩(wěn)定性，并提高轉(zhuǎn)化和合成的速率和產(chǎn)率。在他們展望探索其他應(yīng)用(從食品配料的制造到塑料)時(shí)，他們的工作將會(huì)很多。