功能性二糖是一類具有特殊功效的低聚糖，由兩個單糖通過不同糖苷鍵連接而成，具有高甜度、低卡路里、低升糖指數的特點，可作為益生元和功能性甜味劑用于食品領域。此外，某些功能性二糖還因其獨特的功能，被廣泛應用于化妝品、生物技術和制藥等領域。二糖的傳統制備方法是天然聚糖的酸解純化，但是對應的天然聚糖供應有限，且酸解產物復雜，純化成本很高。隨著酶催化技術的發展，人們越來越傾向于尋找合適的酶催化制備二糖。目前，在合成糖苷鍵方面擁有優良特性的糖苷磷酸化酶逐漸引起關注，但是其催化底物1-磷酸糖價格昂貴，導致合成二糖成本較高。
中國科學院天津工業生物技術研究所研究員游淳帶領的體外合成生物學中心研究團隊，設計了將廉價底物淀粉轉化為多種功能性二糖的體外多酶催化體系。在該體系中，α-葡聚糖磷酸化酶（α-glucan phosphorylase, αGP）和α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase, αG）兩種酶并行工作，將淀粉分別轉化為葡萄糖1-磷酸和葡萄糖，隨后葡萄糖1-磷酸和葡萄糖經不同的二糖磷酸化酶 （disaccharide phosphorylase, DSP）催化合成各種功能性二糖。該研究利用動力學數學模型對體外多酶催化體系的反應進程進行學習并預測最佳反應條件，以淀粉為單一底物制備了昆布二糖、纖維二糖、海藻糖、槐糖等功能性二糖，產率均在80%以上。該研究中的功能性二糖的生產方式改變了現有二糖的傳統生產模式，具有較大的工業應用潛力。
相關研究成果發表在Journal of Agricultural and Food Chemistry上，天津工業生物所博士研究生孫尚尚為論文的第一作者。研究工作得到中科院重點部署項目、國家自然科學基金、天津市合成生物技術創新能力提升行動的支持。
催化淀粉制備功能性二糖的體外多酶體系