基于褐藻酸水解L-岩藻糖的双功能酶系统高效合成2′-岩藻糖基乳糖的工艺开发

本研究针对2′-岩藻糖基乳糖(2′-FL)天然来源有限的问题，开发了从褐藻Ishige foliacea提取L-岩藻糖，经双功能岩藻糖激酶/鸟苷酸转移酶(FKP)和α1,2-岩藻糖基转移酶(FucT)催化合成2′-FL的新工艺，转化率达50.21%，为HMOs工业化生产提供了可持续解决方案。

　　

在婴幼儿营养领域，人类母乳寡糖(HMOs)因其独特的健康效益备受关注，其中2′-岩藻糖基乳糖(2′-FL)作为含量最丰富的岩藻糖基化寡糖，具有调节肠道菌群、增强免疫等重要作用。然而传统化学合成法存在工艺复杂、产率低等问题，而微生物发酵法又面临前体物质L-岩藻糖成本高昂的瓶颈。与此同时，褐藻作为天然岩藻糖来源尚未被充分开发利用。针对这些挑战，韩国国立研究基金会支持的研究团队在《Bioresource Technology》发表创新成果，开发了基于褐藻来源L-岩藻糖的双功能酶催化体系。

研究采用酸水解结合电渗析从22种褐藻中筛选出高含L-岩藻糖(12.33%)的Ishige foliacea，通过酵母共培养和活性炭吸附纯化底物。关键酶系统包含来自Bacteroides fragilis的双功能岩藻糖激酶/鸟苷酸转移酶(FKP)和经触发因子(TF)标签修饰的Helicobacter pylori α1,2-岩藻糖基转移酶(FucT)，在pH 8.5、27°C条件下实现50.21%的转化率，最终从9.13g岩藻糖和19.04g乳糖中获得13.64g 2′-FL。

【化学表征】通过GC分析22种褐藻的糖组成，发现Ishige foliacea的岩藻糖含量显著高于其他物种(F值201.8，p<2×10^?16
)，其总糖含量达18.85g/100g干重。

【酶系统优化】TF标签使重组FucT溶解度提升3倍，双功能酶FKP通过补救途径直接将L-岩藻糖转化为GDP-L-岩藻糖，避免了de novo途径的多酶级联反应。

【质量平衡】终产物中检测到27.93mM 2′-FL，副产物GDP回收率达89%，证实该系统具有工业化应用潜力。

该研究首次将褐藻生物质与双功能酶系统相结合，突破传统2′-FL生产的技术壁垒。TF标签的应用为膜蛋白可溶性表达提供普适性方案，而褐藻资源的开发既降低原料成本又实现生物质全利用。这一成果为HMOs的绿色制造开辟新路径，对功能性食品和婴幼儿配方研发具有重要指导价值。