近日，江南大學(xué)未來食品科學(xué)中心和糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室陳堅(jiān)院士團(tuán)隊(duì)周景文教授課題組，基于糖基轉(zhuǎn)移酶和蔗糖合成酶的偶聯(lián)催化，實(shí)現(xiàn)了黃酮類糖苷化合物牡荊素和葒草苷產(chǎn)量的提高。相關(guān)研究成果以“Efficient Production of Orientin and Vitexin from Luteolin and Apigenin Using Coupled Catalysis of Glycosyltransferase and Sucrose Synthase”為題發(fā)表于Journal of Agricultural and Food Chemistry雜志上(Liu et al., J. Agric. Food Chem. 2021, 69, 6578–6587)。江南大學(xué)2019級碩士生劉世柯為論文第一作者，周景文教授為論文通訊作者。
牡荊素(vitexin)和葒草苷(orientin)是一種具有生物活性的黃酮類化合物單體，廣泛分布于陵齒蕨科、剛竹屬、木豆、山楂屬等多種藥用植物中。牡荊素和葒草苷具有多種生物活性，對心血管疾病治療具有顯著療效，目前已有注射用牡荊素用于臨床醫(yī)療，以葒草苷為主要成分的葒葉心通軟膠囊和葒草復(fù)方凍干粉制劑已投入臨床應(yīng)用，主治冠心病、心絞痛、心血瘀阻癥等心血管疾病。傳統(tǒng)的牡荊素和葒草苷的提取方式多為植物抽提法，受到季節(jié)、產(chǎn)地、氣候等諸多因素影響，具有藥材產(chǎn)量不穩(wěn)定，品質(zhì)不均一等缺陷。并且牡荊素和葒草苷在植物中含量較低，提取步驟復(fù)雜，且需要消耗大量有機(jī)溶劑，并不經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
牡荊素和葒草苷可以分別認(rèn)為是以芹菜素和木犀草素為底物，由碳苷糖基轉(zhuǎn)移酶(TcCGT1)進(jìn)行8位的C-糖基化修飾獲得。TcCGT1催化合成牡荊素和葒草苷需要UDP葡萄糖(UDPG)為糖基供體。目前UDPG主要生產(chǎn)方法為化學(xué)合成法，但是化學(xué)合成的反應(yīng)時間長，立體選擇性較差，最終獲得UDPG的價格較高。單獨(dú)使用糖基轉(zhuǎn)移酶合成牡荊素和紅草苷并不經(jīng)濟(jì)。蔗糖合成酶可催化蔗糖和糖基化反應(yīng)副產(chǎn)物UDP合成UDPG和果糖，因此利用蔗糖合酶與糖基轉(zhuǎn)移酶的偶聯(lián)可實(shí)現(xiàn)生物催化體系UDPG的原位再生，從而滿足產(chǎn)物合成過程中對UDPG需求，同時可通過再生反應(yīng)避免糖基反應(yīng)副產(chǎn)物UDP的積累對酶的抑制效應(yīng)，不斷推動反應(yīng)向產(chǎn)物合成方向進(jìn)行。為了提高反應(yīng)體系中UDPG循環(huán)次數(shù)，比較了不同來源的蔗糖合成酶的催化能力，最終選擇大豆的蔗糖合成酶GMSUS與TcCGT1進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)。通過優(yōu)化偶聯(lián)反應(yīng)條件，紅草苷和牡荊素的產(chǎn)量分別達(dá)到2324.4和5524.1 mg/L，產(chǎn)率分別為91.4%和89.3% (mol/mol)。本研究提出的偶聯(lián)催化策略有望用于規(guī)模化生產(chǎn)紅草苷和牡荊素。
圖3 蔗糖、果糖、UDP和DMSO濃度對TcCGT1的影響
圖4 偶聯(lián)條件優(yōu)化
圖5 分批補(bǔ)料合成牡荊素和紅草苷
