成果简介
左聚糖（Levan）是主要来源于微生物的多功能高聚果糖，它的生产主要有两种途径：一种是微生物直接发酵法，一种是利用微生物来源的酶进行转化。酶转化法具有工艺稳定、产品易于分离提取、转化过程易控等优势。并且，由于微生物生长会受到高浓度蔗糖底物的抑制，所以限制了直接发酵法过程的底物浓度，而酶法转化通过采用高性能的酶可以在高达40-50%的蔗糖糖浆反应。目前报道中，酶法生产左聚糖的生产效率普遍高于发酵法。
虽然左聚糖蔗糖酶可以将低廉的蔗糖转化为高附加值的左聚糖产品，但是目前在我国尚无规模量产。这是因为已有技术普遍存在以下一些技术瓶颈：缺乏安全的高效规模发酵生产左聚糖蔗糖酶的菌种和配套技术；缺乏耐高底物浓度、热稳定性好、转化率高的高性能酶；缺乏可均一催化高分子量（>100 万Da）左聚糖产物的酶。
本课题组借助基因工程手段，通过定向进化改造酶，提高其催化性能，再构建高效分泌表达的宿主进行重组酶的规模生产，最后以蔗糖、蔗汁为原料酶法合成左聚糖系列产品。经过长期不懈地努力，本课题组首先在5吨发酵罐中试水平实现了重组酶在大肠杆菌表达约80%的分泌率，其重组酶可以较均一地生产平均分子量为20000 Da的左聚糖。随后，课题组在毕赤酵母中诱导表达的重组左聚糖蔗糖酶分泌率大于99%，为国内外报道的最高水平，该研究结果发表于2022年国际顶刊《International Journal of Biological Macromolecules》。近来，在5L发酵罐中进行重组左聚糖蔗糖酶的小试生产，胞外酶活力远高于目前文献报道，其发酵上清液即可作为酶制剂使用。该重组酶制剂热稳定性好，还可以高效地在15-45%的蔗糖浓度下催化反应得到分子量约200万Da的高分子量左聚糖，在高分子量左聚糖生产领域具有独特的技术优势。
本成果全面解决了目前左聚糖生产的各种技术瓶颈，具有良好的推广应用前景和技术竞争力，有望填补国内左聚糖尤其是高分子量左聚糖量产的空白。
应用前景
左聚糖已经被证实具有多种生物学活性，在抗肿瘤、抗病毒、增强身体免疫等方面都有一定的效果。左聚糖还具有增强免疫应激、改善肠道失衡的功能，可作为食品添加剂用于益生元、膳食纤维、低热食品、减肥产品、降脂产品生产。左聚糖还可以作为乳化剂、保湿剂、凝胶剂等等使用。左聚糖在保湿亲肤等性能上和目前化妆品行业需求大价格高昂的透明质酸具有相似效果，而且在以生物人造皮肤进行的实验里提高了细胞生存的能力，在化妆品行业的应用有极大潜力。此外，关于高分子量左聚糖在高分子材料领域的应用研究也正方兴未艾。
左聚糖和来源于菊芋等植物的菊糖（Inulin）有所不同。菊糖主要是果糖以β-(2，1)糖苷键连接而成，分子量相对较小，DP一般为10左右。左聚糖主要是果糖以β-(2，6)糖苷键连接而成，分子量较大，DP可以从几十到几千。虽然来源于植物提取的菊糖在我国已有多家企业量产，但是来源于微生物的左聚糖尚未见国内有规模量产的报道。韩国、日本、美国等国家有少数公司量产并推向市场。其中，韩国的左聚糖产品主要推向化妆品和保健品市场，并有一定左聚糖原料流入国内市场。目前市场上果寡糖产品丰富，竞争激烈。菊糖的价格随其分子量增大而有一定增幅，国产菊糖的零售价约300-400元/公斤。而韩国进口大分子量左聚糖的零售价大约400-500元/公斤。价格高昂一定程度上限制了左聚糖的推广应用。
本成果基于能够高效分泌表达的重组左聚糖蔗糖酶，利用广西丰富的蔗糖资源生产高附加值左聚糖系列产品，具有明显的技术优势，尤其在酶法合成高分子量左聚糖技术方面处于已有报道的领先水平，具有良好的应用前景。
成熟度
本成果研究期间，已获得中试验收成果1项、国家发明专利授权2项、实审专利2项，并发表高水平SCI论文4篇。
早在2017年，我课题组已经完成了在大肠杆菌中表达重组左聚糖蔗糖酶的中试，中试发酵罐为5 吨规模。我们的技术优势是可以在大肠杆菌实现重组酶约80%的分泌率，且重组酶性能优异。该技术主要可以较均一地生产分子量为2 万Da的左聚糖 （该分子量产物占总多糖产物的90%以上）。此成果已通过验收（广西壮族自治区科学技术成果：分子改造左聚糖蔗糖酶转化蔗糖生产左聚糖，登记号：201699363）。
目前，我们又完成了在毕赤酵母中高效分泌表达左聚糖蔗糖酶的小试，小试规模为5-L发酵罐。正在筹资组织中试。
成果展示
知识产权情况
成果完成人
生命科学与技术学院：杨辉
成果转化，请联系成果与合作处，联系人：刘老师，联系电话：0771-3272162。