4-α-糖基转移酶及其应用研究进展Word文档下载推荐.docx

1、（郑州轻工业学院食品与生物工程学院，河南郑州,450002）摘要4熟灌基转移酶（EC 2. 4.1.25）主要催化葡萄糖片段在a省聚糖分子中的转移反应，在淀粉改性、制 备大环糊精和功能成份的糖基化等方面具有重要应用价值。文中针对目前国内外关于4p姬基转移酶的制备 及应用研究进展进行了综述。关键词4熟吨基转移酶，淀粉，改性，糖基化，应用，进展基转移酶（EC 2. 4. 1.25）是自然界存在的 最为多样性的一大类酶，属于a能粉酶超级家族的 第13组,是生物体内淀粉代谢过程中最重要的酶之 一s。4熟瑚f基转移酶主要催化葡萄糖链在a痼聚 糖分子中的转移，完成转糖基反应。这种转糖基反应 可以是催化葡萄

2、糖链从一个a痼聚糖分子转移到另 一个a-ffl聚糖分子上，发生歧化反应，也可以催化a- 葡聚糖分子内葡萄糖链的转移，发生环化反应。除此 之外,4p嘴基转移酶通常还显示有淀粉水解酶活 性，因此也可以被看成是一种多功能酶回。近年来随着生物技术的发展基转移酶的 规模制备已成为可能，其在实际领域的应用潜力也越 来越受到人们的关注。研究表明，4p薄基转移酶应 用于淀粉中，可以改变淀粉的分子结构、调整其链的 长度、促成大环糊精的生成以及对淀粉主链具有缓慢 适度降解等功能,从而达到对淀粉理化特性进行优化 以及提高淀粉基食品品质的目的。此外基 转移酶的转糖基作用还可用于制备糖基化功能产品， 以提高原成分的功能

3、特性同。目前，国外尤其是欧美、日本和韩国，在4p函基 转移酶特别是克隆的耐热高转移活性酶的高效制备 及其对淀粉分子的改性等领域的应用研究已取得一 定成果。国内对4a糖基转移酶的研究还处于起步 阶段,主要集中于酶基因的克隆与实验室制备。因 此，本文通过对国内外4p推基转移酶的制备及应用 研究进展进行综述，希望借此提高对这一新型食品改 良剂的关注度，同时起到促进国内该酶制备及应用技 术的研究开发。1基转移酶的制备40噩基转移酶广泛分布在微生物和植物组织 中,其中来源于微生物的基转移酶被称为麦芽 糖转葡糖基酶，而来源于植物的被称为岐化酶或D- 酶宜。由于4a敏f基转移酶在原有微生物和植物体 内的含量

4、均很低，直接提取难以满足研究和应用需 求,所以其制备主要是通过将酶基因克隆到大肠杆菌 等宿主细胞中并经过宿主细胞的过量表达来进行 的M。从20世纪90年代日本最早通过生物技术获得高 效表达4p瑚|基转移酶的菌株开始，到目前为止，人们 已经从多种微生物、植物中提取到该酶的基因并成功 表达到宿主细胞中，获得了催化功能略有差异的不同 来源的4杰瑚f基转移酶产品口项。而且由于嗜热酶在 工业中应用的诸多优势,获得该酶的耐热类型一直是 研究开发的重点。该过程主要涉及将极端耐热菌中4- 基转移酶基因克隆至常温宿主细胞进行过量表 达，通过常温发酵获得大量耐热酶产品。目前具有高 转移活性的耐热酶的开发已取得很大

5、的成功。例如，Yoshinobu等将水生栖热菌ATCC中的4- a嘴基转移酶基因克隆在大肠杆菌中，成功得到高产 耐热基转移酶的菌株，通过常温发酵培养即可 实现酶的大量制备，该酶最适温度75T ,在80龙时仍 保持催化活力的稳定凤；Yoshihisa等将来源于超嗜 热古菌的4-otf基转移酶基因（gtpK）在E. coli上过 量表达，获得的酶最适温度达1002 ,最适pH67,具 有高糖基转移活性国；另外，Hiromi等将嗜热高温球 菌、海栖热抱菌中的基转移酶基因高水平表达 在E. coli细胞中，也分别获得了耐热及高转移酶活性 4熟瑚f基转移酶的高产菌株阳侦。基转移酶的高转移酶活性和低水解酶

6、活 性,在实际领域特别是在淀粉工业中有其独特的应用 价值，但也存在只需要利用糖基转移活性的情况。对 此，Kazutoshi 等采用易错 PCR （enor-prone PCR）手段 对栖热菌4p噩基转移酶基因进行突变，敲除编码水 解活性的片段，然后将此改造过的基因克隆到大肠杆 菌中，获得了几乎完全丧失水解活性的耐热转移酶。 这种酶作用于底物具有糖基转移反应效率高、转糖基 化产物累积多的优势。此外，考虑到大肠杆菌可 能存在的不安全性，Kang等还尝试使用更为安全的 枯草杆菌作为宿主细胞、利用双启动子手段来制备耐 热转移酶，虽然获得的菌株产酶率有所下降，但却代 表了耐热基转移酶的未来开发方向*。在

7、4p噩基转移酶的制备领域，国内相关研究也 取得了一定成果。例如,2007年王光水等将链霉菌 糖基转移酶基因MalQ插入原核表达载体pTrc-CKS 中，以及将大肠杆菌心况Q基因插入原核表达载体 pET-DsbA中，通过转化大肠杆菌并辅以IPTG诱导， 获得了有效表达该酶的工程菌 o 2008年刘佳 欢等将水生栖热菌基转移酶基因转化大肠杆 菌，也获得了成功表达同。24p勰基转移酶在淀粉工业上的应用2.1对淀粉的理化特性进行优化正如前所述基转移酶具有歧化、环化和 低水解活性的多功能催化机制，可以对天然淀粉分子 结构进行改造从而优化淀粉的理化性质。通过离子 色谱对酶处理前后的淀粉进行分析对比，结果已

8、表 明基转移酶可以使支链淀粉侧链长度分布范 围变宽，低聚合度（DPI-8）的较短分支和高聚合度 （DP 19）的较长分支数量增加，同时轻度水解连接 支链淀粉丛的主链，使淀粉分子量下降，并伴有少量 不同聚合度环状葡聚糖的生成圆。基转移酶 对淀粉分子结构的这种改变，会导致淀粉糊化温度降 低、糊透明度提高，淀粉凝胶质构指标得到改善且不 易发生老化国。例如，将工程菌耐热4p噩基转移酶作用于大米 淀粉,可以将大米淀粉中直链淀粉含量从30%降至 23%左右，支链淀粉侧链长度分布范围变宽，特别是 出现一些超长支链，使淀粉糊黏度下降、透明度上升， 凝胶时间减短、最终的凝胶强度增加，且酶处理大米 淀粉凝胶在42

9、和702间显示了良好的热可逆性，冻 融稳定性也大为提高17-，9。进一步将耐热基 转移酶处理马铃薯淀粉和玉米淀粉，发现类似于大米 淀粉的结构改变，改性后的淀粉糊化和凝胶温度下 降,熔点范围变宽、结晶度降低，在浓度大于3%时凝 胶表现很好的热可逆特性，同时淀粉老化速度减 缓20-22 o但进一步研究也发现基转移酶对 不同来源种类的淀粉，其改性效果还是存在差异，如 对小麦淀粉、红薯淀粉和豆类淀粉的凝胶特性的改变 就并不显著，这也说明该酶对淀粉分子的调整存在底 物结构依赖性网。此外，使用嗜热4p嘴基转移酶改性糯米淀粉， 再用嗜热麦芽糖淀粉酶进一步处理，还可得到高分支 化的支链淀粉簇,相比一般淀粉，支

10、链淀粉簇具有更 高的水溶解性和回生稳定性网。2.2用于大环糊精的制备当淀粉底物含有较多直链淀粉时，4p嘴基转移 酶倾向于环化催化反应机制。现有研究已表明，4p- 糖基转移酶作用于直链淀粉可以导致聚合度（DP）为 十几至上百范围的大环糊精的生成，且不同来源的基转移酶其生成的大环糊精聚合度也不 同零。例如，来源于马铃薯的D循作用于直链淀 粉，可以产生最小聚合度为17（CD17）的较宽范围的 大环糊精混合物,而且大环糊精产率与直链淀粉底物 的分子量密切相关。当使用合适分子量范围的直链 淀粉底物，其大环糊精的产率可高达98%囱。而酵 母源的4p噩基转移酶作用于直链淀粉，主要产生最 小聚合度为11的相对

11、低聚合度的大环糊精漩o目 前通过生物技术开发得到的一些耐热、高转移活性工 程菌株，其耐热酶转化直链淀粉主要生成主要聚合度 为22 -50的大环糊精混合物。如水生栖热菌4p噩 基转移酶（TSaGT）作用于马铃薯直链淀粉，控制合适 的反应条件可以产生聚合度主要为23 26的大环糊 精（图1）,产率达到85%以上竺。由于导致大环糊 精产率低的主要原因是转移酶的水解活性，日本学者 将TSaGT基因中的水解基因剔除，用丧失水解酶活 的新酶作用于直链淀粉,结果使大环糊精的产率几乎 提高到100% 11大环糊精具有不同于常见小环糊精的独有特性， 诸如可包埋大分子化合物、在水中有很高的溶解性以 及乳化特性等，

12、预计在未来食品领域将是一种不可多 得的新型绿色品质改良剂站。2.3用于糖原的制备糖原的制备通常有两种途径，一是从动物的组织 中直接提取,二是以1麟酸葡萄糖为底物，通过a痼图1 TSaGT作用于马铃薯直链淀粉所得大环糊精的 MALDMOPVIASS 图聚糖磷酸化酶和分支酶的共同作用进行合成。而4- a瑚f基转移酶的开发利用为糖原的制备提供了第3 条途径。其过程是以淀粉为原料，先使用异淀粉酶将 淀粉去分支为短链直链淀粉，然后利用4p噩基转移 酶的转糖基作用将直链淀粉的短链适当延长,再利用 淀粉分支酶的a。，6漏昔键的生成功能将适当长度 的直链淀粉合成糖原。研究表明，该途径是目前最有 效的糖原制备方

13、法，而且通过调整3种酶的作用条 件,还可以将所得糖原的分子量控制在3. 0 x 106 - 3. 0 x 107 28。34p勰基转移酶用于提高淀粉基食品的品质淀粉是人们日常生活许多食品的主要基础构成 成分,如米饭、馒头、面条和米糕等。因为这些食品大 多数是在淀粉凝胶态下被食用，因此其中淀粉凝胶的 质构特性也决定着食品的品质和口感。4p噩基转 移酶可以改善淀粉凝胶的特性,从而对于淀粉质食品 品质的提高具有积极作用。例如，米糕作为一种传统小吃食品，是由糯米或 大米米粉经混合、调味再经蒸制而制成的，其口感香 甜滋润，耐贮藏。米糕加工中遇到的最主要问题，就 是贮存期间发生老化导致的食用品质的下降。在

14、米 糕加工过程中加入适量高转移活性基转移酶 处理，发现米糕中直链淀粉含量从16. 6% T降至 12. 7% ,支链淀粉分子量显著下降，侧链长度分布范 围变宽，低聚麦芽糖含量增加。通过对米糕进行质构 分析显示,酶处理对米糕的硬度、胶着性和咀嚼性均 有一定程度改善。利用DSC分析冷藏后米糕在40- 60龙的热蛤 发现酶处理组比空白组低1.0 mj/mg,这说明基转移酶可显著降低米糕在冷 藏期间老化的发生网。在面包加工过程中，适量4p噩基转移酶的加入 也可显著提高面包的品质。因为酶的歧化反应及限 量水解作用，一方面会导致面团体系中低聚麦芽糖含 量增多、酵母发酵速度加快，更多co2产生使面包体 积显

15、著增加；另一方面，小麦淀粉凝胶特性的改善有 效提高面包的口感质地；另外，由于直链淀粉含量的 降低,酶处理面包在储藏期间老化速率明显减缓，更 易被消费者接受。通过扫描电子显微镜（SEM）观察 也发现，酶处理面包的微观结构显示为更加规律而均 匀的多孔网状结构网。此外基转移酶处理淀粉还可以作为脂肪 替代物添加至蛋黄酱中，生产低脂蛋黄酱产品。有研 究显示，将4p邛f基转移酶处理后的大米淀粉制成 15%的淀粉糊并辅以0. 1%的黄原胶添加到蛋黄酱 中，产品体系的动态流变学、粘度、稳定性、色泽及扫 描电镜结果与对照组非常相似，可替代蛋黄酱中 50%的油脂而对产品的品质不造成不良影响牌。44p璘基转移酶通过转糖基反应用于功能 成分的改性基转移酶具有切断并重新生成a4,4糖 昔键的能力，从而实现糖基的转移。而且该酶表现为 对于a4,4糖甘键的专一性，而对于受体专一性不 强。受体不仅可以是单糖、双糖或低聚麦芽糖，还可 以是糖醇、异黄酮或抗坏血酸等。许多具有生理功能 的分子可以通过4p噩基转移酶的转糖基反应进行 改性，使理化性质得到进一步提高。4.1异黄酮类功能成分的糖基化改性异黄酮属于酚类化合物，是植物的次生代谢产 物，具有抗氧化、抗癌和预防心血管疾病等诸多功能。 植物异黄酮主要以游离昔元和糖昔两种形式存在，目 前得到广泛开发与应用的主要有