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为解决半乳糖资源过剩及高值化利用问题，研究人员以氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）为催化剂，开展半乳糖衍生酸原位级联选择性生物制备研究。结果实现高效转化，该研究为半乳糖下游利用提供思路，建立 2 - 酮基半乳糖酸（2 - kGA）潜在生产技术。
在当今社会，资源的合理利用与高值化开发一直是科研领域的热门话题。半乳糖（galactose）作为一种在自然界广泛存在的碳水化合物，常见于大型藻类和乳制品废弃物中，本应是一种极具潜力的可再生资源。然而，现实却不尽如人意。目前，半乳糖的生物利用面临诸多挑战，比如细胞工厂技术尚不成熟，缺乏有效的转运蛋白，而且葡萄糖代谢还会对其产生抑制作用 。就拿生物乙醇生产来说，虽然利用富含半乳糖的海洋大型藻类生产生物乙醇看似可行，但在成本上却远高于纤维素乙醇，这使得大规模工业化生产受限，大量半乳糖资源被闲置浪费。
与此同时，糖酸（sugar acids）作为一类重要的平台化合物，因其具有多个羟基和羧基，展现出优秀的生物相容性、 biodegradability、抗氧化性和水溶性，在食品、生物医药、建筑和化工等多个行业有着广泛的应用前景。其中，半乳糖酸（galactonic acid，GA）和 2 - 酮基半乳糖酸（2 - ketogalactonic acid，2 - kGA）更是备受关注，GA 可作为食品酸化剂、甜味剂、药物分散剂等，2 - kGA 则是合成氨基糖的重要原料。但遗憾的是，它们的生产现状却不容乐观。传统的化学或电化学合成糖酸的方法，存在使用有害催化剂或成本高昂等问题，并不适合大规模工业生产。而且，2 - kGA 至今都没有成熟的生产工艺，之前的研究成果远远达不到商业生产的要求。
在这样的背景下，来自未知研究机构的研究人员开启了一场探索之旅。他们旨在综合分析和调控氧化葡萄糖酸杆菌（Gluconobacter oxydans）静息细胞催化半乳糖的生物过程，以建立可持续的半乳糖衍生酸生产工艺，尤其是 2 - kGA 的生产技术。该项研究成果发表在《Bioresource Technology》上，为相关领域带来了新的曙光。
研究人员在实验过程中采用了多种关键技术方法。他们利用氧化葡萄糖酸杆菌的静息细胞催化半乳糖，通过巧妙地添加 Ca2 +来实现双功能调控。同时，结合酶水解、酵母和细菌发酵技术，对奶酪乳清粉中的葡萄糖和半乳糖进行转化利用。
下面来详细看看研究结果：
- 传统静息细胞催化半乳糖：氧化葡萄糖酸杆菌凭借其强大的耐受性和出色的催化性能，成为制备半乳糖衍生酸的潜力生物催化剂。此前研究已证实，它通过静息细胞催化半乳糖可获得一定量的 GA。
- Ca2 +的双功能调控作用：Ca2 +的存在有着意想不到的效果。一方面，它能利用溶解度差异，实现原位可控地制备半乳糖酸钙和 2 - 酮基半乳糖酸钙；另一方面，它还能显著增强生物转化效率，使生物转化率提高到 1.5 g/L/h，产量也提升了 18%。
- 综合发酵转化效果：研究人员通过酶水解、酵母和细菌发酵协同作用，成功将 100 g 奶酪乳清粉高效转化，得到 22.2 g 生物乙醇、16.8 g 半乳糖酸和 34.4 g 2 - 酮基半乳糖酸，葡萄糖和半乳糖的利用率分别达到 83.4% 和 97.1% 。
从研究结论和讨论部分来看，这项研究意义重大。研究人员设计出了原位级联选择性生物制备高质量半乳糖衍生酸晶体的一体化工艺，解决了产品纯化和精炼的难题。Ca2 +作为双功能调节剂，不仅提高了生物催化效率，还为后续工业化生产提供了新的思路。该工艺以廉价的奶酪乳清粉为原料，实现了半乳糖资源的高值化利用，为半乳糖的下游应用开辟了可靠的新途径，同时也为 2 - kGA 的生产奠定了潜在的技术基础，有望推动相关产业的发展，在食品、生物医药等领域发挥重要作用。
