Trans-α-glucosylation of stevioside by the mutant glucansucrase enzyme Gtf180-ΔN-Q1140E improves its taste profile
- 作者
- Tim Devlamynck, Evelien M. te Poele, Koen Quataert, Gerrit J. Gerwig, Davy Van de Walle, Koen Dewettinck, Johannis P. Kamerling, Wim Soetaert, Lubbert Dijkhuizen
- 单位
- Microbial Physiology, Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB), University of Groningen, Nijenborgh 7, 9747 AG Groningen, The Netherlands; Centre for Industrial Biotechnology and Biocatalysis, Department of Biochemical and Microbial Technology, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Ghent, Belgium; NMR Spectroscopy, Bijvoet Center for Biomolecular Research, Utrecht University, Padualaan 8, 3584 CH Utrecht, The Netherlands; Laboratory of Food Technology and Engineering, Faculty of Bioscience Engineering, Ghent University, Ghent, Belgium
- 杂志
- Food Chemistry（2019）
- DOI
- 10.1016/j.foodchem.2018.08.025
- 所属领域
- 生物催化
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
甜叶菊苷作为最丰富的甜菊糖苷，其苦味和余味限制了在食品中的应用，需要一种高效的方法通过酶法糖基化改善其味觉特性。
研究策略
利用来源于Lactobacillus reuteri 180的突变葡聚糖蔗糖酶Gtf180-ΔN-Q1140E，以蔗糖为供体底物对甜叶菊苷进行α-葡萄糖基化，通过响应面法优化反应条件，并利用NMR、质谱和甲基化分析鉴定产物结构，结合感官评价评估味觉改善效果。
研究路线图
核心内容
该研究利用来源于罗伊氏乳杆菌180的突变葡聚糖蔗糖酶Gtf180-ΔN-Q1140E，以蔗糖为糖基供体对甜叶菊苷进行α-葡萄糖基化修饰，旨在改善其苦味和余味等不良味觉特性。通过响应面法优化反应条件，在31 mM甜叶菊苷、524 mM蔗糖和10 U/ml酶的最优体系下，37°C反应3小时即可实现95%的转化率，生成约50 g/L的糖基化产物，其中单糖基化产物Stev-G1占32.5%。NMR和质谱分析鉴定了多种新型产物结构，主要包含C-19位葡萄糖基(α1→6)延伸及次要的(α1→4)(α1→6)延伸。感官评价结果显示，588 mg/L的Stev-G1和Stev-G均显著降低苦味（p<0.05），其中Stev-G1保持高甜度，而将Stev-G浓度加倍至1176 mg/L可恢复与甜叶菊苷相当的甜度且苦味仍受抑制。与文献报道的其他方法相比，该策略酶用量降低450倍、反应时间缩短40倍、单位酶体积产率提高2000倍以上。该工作提供了一条高效、低成本的甜叶菊苷味觉改良路线，有助于扩大其在低热量食品中的应用。
创新点
1. 首次对Gtf180-ΔN-Q1140E催化甜叶菊苷α-葡萄糖基化进行响应面优化，实现95%的转化率和50 g/L产物；2. 鉴定了多个新型α-葡萄糖基化甜叶菊苷的结构，包括C-19位(α1→6)和(α1→4)延伸及C-13位修饰；3. 感官分析表明产物苦味显著降低，且加倍用量可补偿甜度损失；4. 与已有方法相比，酶用量少2000倍以上，反应时间缩短至3小时。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| — | 甜菊糖苷修饰 | — | Gtf180-ΔN-Q1140E | 催化 | 来源于Lactobacillus reuteri 180的突变葡聚糖蔗糖酶，催化甜叶菊苷的α-葡萄糖基化，以蔗糖为供体底物 |
关键发现
在最优条件（31 mM甜叶菊苷、524 mM蔗糖、10 U/ml Gtf180-ΔN-Q1140E，37°C，3h）下，甜叶菊苷转化率达95%，生成28 mM（约50 g/L）α-葡萄糖基化产物。产物中单糖基化Stev-G1占32.5%，其余为多糖基化产物。主要产物结构为C-19位葡萄糖基(α1→6)延伸（Stev-G1），次要产物包括(α1→4)(α1→6)延伸（Stev-G2）等。感官分析显示，588 mg/L Stev-G1与588 mg/L Stev-G的苦味均显著低于甜叶菊苷（p<0.05），其中Stev-G1保留高甜度，Stev-G甜度约为Stev的一半，但将Stev-G浓度加倍至1176 mg/L可达到与Stev同等甜度且苦味仍显著抑制。与文献报道的Leuconostoc citreum dextransucrase相比，本方法的酶用量降低450倍（10 vs 4500 U/ml），反应时间缩短40倍（3h vs 5天），单位酶体积产率提高2000倍以上。
研究结论
研究表明，利用突变葡聚糖蔗糖酶Gtf180-ΔN-Q1140E以蔗糖为供体对甜叶菊苷进行α-葡萄糖基化，是一种高效改善甜叶菊苷味觉特性的方法，可显著降低苦味和余味，且热量增加可忽略不计，有望扩大甜叶菊苷在低热量食品中的应用。