基于热稳定最小化三酶级联系统实现蔗糖高效升级制备葡萄糖基甘油酸和甘露醇

《Biochemical Engineering Journal》：Upgrade of sucrose to glucosyl glycerate and mannitol by a thermostable and minimized three-enzyme cascade

本文设计了一种热稳定最小化三酶级联系统（SP/MDH/FDH），通过（ΔG′? = –14.2 KJ/mol）的热力学优势路径，成功将蔗糖同步转化为高附加值产物葡萄糖基甘油酸（GG）和甘露醇（产量分别达203.3 mM和164.5 mM），为蔗糖资源的高原子经济性利用提供了绿色催化新策略。

　　

Highlight

本研究亮点在于构建了一个热稳定性的最小化三酶级联系统，巧妙实现了蔗糖分子中葡萄糖基与果糖基的同步高值化转化。通过蔗糖磷酸化酶（SP）将葡萄糖基转移至D-甘油酸生成葡萄糖基甘油酸（GG），同时释放的果糖经甘露醇脱氢酶（MDH）与甲酸脱氢酶（FDH）耦合还原为甘露醇，最终达成81.3%的GG转化率和65.8%的甘露醇转化率。

结论

本研究成功设计了一种人工体外酶级联系统，用于从原料蔗糖中联产高附加值的葡萄糖基甘油酸和甘露醇。三种精选酶均表现出优异的异源表达水平，并能通过简便的热处理实现高效纯化。在设计-构建-测试-分析理念的指导下，通过顺序模块验证、模块整合及酶剂量优化，最终实现203.3 mM GG和164.5 mM甘露醇的高效合成。该热稳定最小化三酶级联系统具有原子经济性高、反应条件温和等特点，为蔗糖及其他类似底物的增值化利用提供了新范式。