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为解决 D - 塔格糖（D-tagatose）化学合成法存在的弊端及生物合成下游处理研究少的问题，研究人员开展利用乳糖酶和表达 L - 阿拉伯糖异构酶（LAI）的重组枯草芽孢杆菌从乳糖合成 D - 塔格糖的研究，获得高纯度晶体，为其量产提供新方法。
在糖类家族中，有一种特殊的成员 ——D - 塔格糖（D-tagatose），它不仅热量低，甜度约为蔗糖的 92% ，还具备预防龋齿、肥胖，降低血糖，有益肠道健康等诸多生理益处，在食品、饮料、医药保健等领域有着广阔的应用前景。然而，D - 塔格糖在自然界中极为稀少，化学合成法虽能获取，但存在催化剂残留污染、不环保、产生有毒副产物以及分离纯化困难等问题。生物合成法虽逐渐兴起，可目前利用该方法生产 D - 塔格糖仍面临一些挑战，比如现有生物合成研究中，D - 塔格糖的转化产率不高、反应时间长，且生产菌株并非 GRAS（Generally Regarded as Safe，一般认为安全）宿主，限制了其在食品级 D - 塔格糖生产中的应用 。同时，关于 D - 塔格糖生物合成下游的分离、纯化和结晶等处理研究也较少。为了突破这些困境，国内研究人员开展了一项极具价值的研究，相关成果发表在《Food Microbiology》上。
研究人员的目标是建立一套完整的从乳糖生产 D - 塔格糖的生物工艺。他们首先构建了表达 L - 阿拉伯糖异构酶（LAI）的重组枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis），枯草芽孢杆菌无致病性，是理想的 GRAS 宿主。研究人员将其与乳糖酶共同作用于乳糖，进行 D - 塔格糖的生物转化。为了去除乳糖水解产生的 D - 葡萄糖，研究人员利用酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）进行厌氧发酵。之后，对含有 D - 半乳糖和 D - 塔格糖的糖溶液依次进行脱色、脱盐和色谱分离等操作，最后对分离出的 D - 塔格糖溶液进行浓缩结晶，从而得到高纯度的 D - 塔格糖晶体。
在这项研究中，研究人员使用了多种关键技术方法。一是生物转化技术，通过构建表达 LAI 的重组枯草芽孢杆菌，与乳糖酶协同作用，将乳糖转化为 D - 塔格糖；二是发酵技术，利用酿酒酵母厌氧发酵去除乳糖水解产生的 D - 葡萄糖；三是分离纯化技术，采用粉末活性炭脱色、阴阳离子交换树脂脱盐、色谱柱分离等方法，对含有 D - 半乳糖和 D - 塔格糖的糖溶液进行处理；四是结晶技术，对分离后的 D - 塔格糖溶液进行浓缩结晶，获得高纯度的 D - 塔格糖晶体 。
下面来看具体的研究结果：
- 生物转化：在优化条件下，以 200g/L 乳糖为底物，成功生产出 45.6g/L 的 D - 塔格糖，实现了 0.228g D - 塔格糖 /g 乳糖的转化产率。这一成果表明，研究人员构建的重组枯草芽孢杆菌和乳糖酶的组合生物催化剂，能够高效地将乳糖转化为 D - 塔格糖。
- 杂质去除：利用酿酒酵母 S288C 发酵法，成功完全去除了 D - 葡萄糖。这一步骤有效减少了后续分离纯化的难度，为获得高纯度的 D - 塔格糖奠定了基础。
- 分离纯化：经过粉末活性炭脱色、阴阳离子交换树脂床脱盐和色谱柱分离后，糖溶液的脱色率达到 95.5%，脱盐率达到 93.8%，D - 塔格糖溶液的纯度达到 97.9%。这些数据充分显示了该分离纯化方法的高效性。
- 结晶：对分离后的 D - 塔格糖溶液进行浓缩结晶，最终得到了纯度为 99.9% 的 D - 塔格糖晶体。这一结果意味着研究人员成功实现了从低成本乳糖生产高纯度食品级 D - 塔格糖的目标。
综合来看，该研究建立了从乳糖生产 D - 塔格糖的完整生物工艺。研究人员利用重组枯草芽孢杆菌和乳糖酶，实现了从乳糖到 D - 塔格糖的高效生物转化，并通过一系列分离纯化和结晶操作，获得了高纯度的 D - 塔格糖晶体。这一研究成果为食品级 D - 塔格糖的大规模生产提供了新的方法和技术支持，有望推动 D - 塔格糖在食品、医药等领域的广泛应用，具有重要的理论意义和实际应用价值。同时，该研究也为其他稀有糖类的生物合成和下游处理提供了参考和借鉴，为相关领域的研究开辟了新的思路和方向。
