木酮糖研究进展

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1、L■木酮糖研究进展摘要本文系统的介绍了微生物生产L・木酮糖的研究现状，并对L・木酮糖的特性以及应用做了系统的叙述。关键词L・木酮糖木糖醇脱氢酶研究进展应用刖言随着人们生活方式的改变，糖摄入量大大提高，糖尿病、心脏病等健康问题也随Z而来,人们将冃光越来越多的关注到稀有糖。2002年第一届国际糖协会(ISRS)会议提出了稀冇糖(rawsugars)的定义，即为自然界中存在但含量极少的一类单糖及其衍生物。绝大多数的稀有糖是通过常见的单糖及非糖化合物化学合成或牛物转化得来。尽管在自然界中含量极少，这些物质却在

2、膳食、保健、医药等领域中发挥着非常重耍的功能。L・木酮糖是一种在多种原核和真核生物代谢途径发现的代谢物。这种碳水化合物在口然界的浓度很低，因此是一种稀有糖。廿前，稀有L・木酮糖价格极高且很少能在市场上获得，为进一步研究和开发其应用带来了较大的困难，为此需要发展能大量生产这种稀有糖的新型、经济的方法。1・L•木酮糖介绍L■木酮糖(L・Xylulose),又称为L-苏■戊酮糖，L-threo-Pentulose,是一种戊酮糖，相对分子质量为150.13,分子式为C5Hi()O5,结构式见图1。ch2ohc

3、=ohLohho]hch2oh图1L■木酮糖的结构式Fig.lThestructureofL-xylulosc1914年，Levene和LaForge首先在戊糖尿中发现了L・木酮糖[114]oL-木酮糖在常温下为浅黄色糖浆状液体，在空气中有很强的吸湿性，怕热，储存温度2-8°Co比旋光度[u]l18+33.4°±0.2°(C=2.5)[114]。2・L•木酮糖的生产方法2.1化学合成法Larson等报导了从D■山梨醇化学合成L■木酮糖，但是需要多步的催化和保护反应并冃产量很低。由于D・木糖可以大量获得

4、，可以首先合成D■木酮糖，然后口然产生旋光异构体L■木酮糖，然而酮糖转化的产量很低。L・核酮糖在干燥卩密陀中回流冷却时可以合成L■木酮糖，然而有其他异构体的污染。通过化学合成方法制备的合成路线繁琐、需要昂贵的化学药品参加反应、产量很低，而且有其他异构休的污染，因而不适于稀有糖的大量生产。2.2生物酶法生物酶法具有高度的立体选择性、且貝备反应条件温和、对环境友好等优点,以廉价的糖为原料通过微生物或者它们的酶进行生物转化生产稀冇糖类已经成为重要的生物过程工程。3・生物酶法生产L•木酮糖研究历史及现状195

5、6年，Hollman和Touster在酶促过程发现使用豚鼠肝线粒体木糖醇脱氢酶在试管可以生产L■木酮糖。这是关于生物酶法转化生产L■木酮糖的最早的报道。3.1L・木酮糖生产菌目前所报道的L■木酮糖生物转化主要以木糖醇为底物，经过微生物催化脱氢而获得。早期的研究已经表明肺炎杆菌(Klebsiellapneumonie)＞产碱杆菌屈(AlcaligenSp.)701B^欧文氏菌(Erwiniauredovora)Dm122苍口芽抱杆菌(Bacilluspallidus)Y25及氧化葡萄糖酸杆菌(Gluco

6、nobactersuboxydans)IFO12528等都能将木糖醇转化为L■木酮糖。欧文氏菌突变休能合成一种新型木糖醇・4■脱氢酶，但不能合成利用L■木酮糖的L・木酮糖激酶。用0.5%木糖醇培养突变体，洗涤细胞悬浮液能在18小时将60-65%木糖醇氧化为相关的L■木酮糖。Poonperm等利用从土壤中新筛选到苍白芽抱杆菌Y25的静息细胞以木糖醇为原料生产L・木酮糖，经过优化细胞培养和酶反应的条件，当底物木糖醇质量分数为2%时，L■木酮糖产率高达85%,其中生物转化的关键酶经纯化鉴定为NAD■依赖木糖

7、醇脱氢酶。该种屈的木糖醇脱氢酶还能催化蒜糖醇、D-艾杜糖醇、L■阿拉伯糖醇、核糖醇、D■阿拉伯糖醇和半乳糖醇的脱氢氧化，生成相应的酮糖。在生物转化器屮，产碱杆菌将木糖醇转化为L・木酮糖产率为34%,酶检测指出产碱杆菌关键酶为NAD依赖的木糖醇脱氢酶。此外，在木糖醇转化L■木酮糖时，NAD依赖的L■木酮糖述原酶很活跃。L・木酮糖最高产量与英生长率相关。Adachi在研究醋酸细菌膜束缚的多元醇脱氢酶在氧化发酵中和NAD依赖的脱氢酶关系时发现氧化葡萄糖酸杆菌口J以将木糖醇转化为L・木酮糖，其酶活力为55.5

8、o此外，在用D・塔格糖・3■差向异构酶转化核糖醇为L•核酮糖的过程中也发现冇L■木酮糖作为副产品产生。3.2木糖醇脱氢酶木糖醇脱氢酶(xylitoldehydrogenaseXDHEC1.1.1.9)学名木糖醇NAD*氧化还原酶，是-•种氧化述原酶，它的催化活性是可逆的，木酮糖在辅酶NADH的作用下还原为木糖醇，而木糖醇亦可在辅酶NAD+的作用下氧化为木酮糖。多元醇氧化反应的最适pH在碱性范围，戊酮糖还原反应的最适pH在弱酸性范围。膜束缚脱氢酶可以分为P