重组谷氨酸棒杆菌全细胞催化高效制备红藻新琼脂二糖衍生物3,6-脱水-L-半乳糖

本研究针对红藻多糖水解过程中酶法工艺稳定性差、成本高的问题，开发了表达α-新琼脂二糖水解酶（NABHase）的重组谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）全细胞催化体系。通过甲苯渗透化处理使细胞活性提升37倍，结合固定化技术实现7轮重复批次反应，累计3,6-脱水-L-半乳糖（AHG）产量较游离细胞提高1.6倍，为功能性单糖生产提供了新策略。

　　

红藻作为重要的海洋生物资源，其细胞壁主要成分琼脂糖蕴含高价值的3,6-脱水-L-半乳糖（AHG）。这种稀有单糖不仅具有抗龋齿、保湿等功效，还能抑制黑色素生成，在功能性食品和化妆品领域潜力巨大。然而传统化学水解法会产生有害副产物，酶法工艺又面临酶稳定性差、纯化成本高的瓶颈。如何实现AHG的绿色高效生产，成为海洋生物质利用领域的关键难题。

针对这一挑战，韩国国立研究基金会支持的研究团队在《Food Research International》发表创新成果。研究人员选用食品安全级微生物谷氨酸棒杆菌（C. glutamicum）作为宿主，通过基因工程手段导入来自Saccharophagus degradans 2-40的nabh基因，构建出能高效表达α-新琼脂二糖水解酶（NABHase）的重组菌株CG-H4-NABH。该酶可特异性水解红藻新琼脂二糖（NAB）生成AHG和D-半乳糖。

研究采用三大关键技术：启动子工程优化NABHase表达水平，高密度发酵使细胞干重达71.8 g/L，甲苯渗透化处理突破细胞膜传输屏障。通过比较不同表达载体系统，发现pCES208-P_tac载体组合使酶活提升至58.9 U/mL。甲苯处理使细胞膜通透性显著改善，NAB水解效率较原始细胞提高37倍。

在"全细胞催化性能强化"部分，固定化海藻酸钙微球展现出显著优势：7轮重复使用后，固定化细胞的NAB水解速率比游离细胞高3.6倍，累计AHG产量达1.6倍。电镜分析证实固定化保护了细胞结构完整性。"反应条件优化"显示40°C、pH 6.0时AHG转化率最高，且渗透化细胞在50°C仍保留80%活性，显著优于游离酶。

结论表明，该全细胞催化体系成功解决了酶法工艺稳定性差、不可重复使用的核心问题。通过基因工程、发酵优化和细胞改造的三重策略，建立了红藻多糖水解的新范式。特别值得注意的是，该工艺可直接利用红藻化学预处理产物，避免了复杂纯化步骤，为海洋生物质高值化利用提供了可扩展的工业化方案。

讨论部分强调，该研究首次将食品级C. glutamicum应用于AHG生产，其安全性和30g/L级的生产能力具有产业化前景。作者建议未来可整合β-琼脂酶基因构建多酶协同体系，实现从琼脂糖到AHG的一步转化。这项成果不仅为功能性单糖生产开辟新途径，也为其他双糖水解工艺提供了技术借鉴。