综述：利用酶促生物转化技术将富含乳糖的乳制品废弃物转化为D-塔格糖：一种可持续的生物技术方法

摘要

D-塔格糖（D-tagatose）是一种稀有的低热量酮己糖，由于其低血糖指数、益生元特性、在食品应用中的安全性以及适用于开发更健康食品配方，因此具有作为下一代功能性甜味剂的巨大潜力。乳制品行业会产生大量富含乳糖的副产品，尤其是乳清和乳清渗透液，这些副产品由于具有较高的生化需氧量，给环境处理带来了严重挑战。将这些富含乳糖的废弃物转化为高价值产品（如D-塔格糖）是一种既能解决废弃物管理问题又能实现可持续生物制造的可行策略。本文深入探讨了将富含乳糖的乳制品废弃物通过生物技术手段转化为D-塔格糖的最新进展，并提出了一个综合性的系统级框架，该框架涵盖了原料预处理、生物催化剂工程、工艺强化以及下游纯化等环节，体现了循环生物精炼的理念。此外，技术经济分析和生命周期评估表明，与传统工艺相比，基于乳制品废弃物的D-塔格糖生产能够显著减少温室气体排放并降低总体生产成本。尽管取得了这些进展，但仍存在一些挑战，包括酶的热稳定性和操作稳定性较差、对辅因子的依赖性、热力学平衡限制导致的产率受限，以及高昂的下游纯化成本。这些因素共同影响了工艺效率和工业化的可扩展性。未来的研究应重点开发耐热且不依赖辅因子的生物催化剂，整合连续式生物反应器-分离系统以克服平衡限制，并在循环乳制品生物精炼过程中实施人工智能辅助的工艺优化。总体而言，将富含乳糖的乳制品废弃物可持续地转化为D-塔格糖，为在新兴的生物经济体系中实现环境友好型功能性甜味剂的生产提供了一条有前景且可扩展的途径。

D-塔格糖是一种稀有的低热量酮己糖，由于其低血糖指数、益生元特性、在食品应用中的安全性以及适用于开发更健康食品配方，因此具有作为下一代功能性甜味剂的巨大潜力。乳制品行业会产生大量富含乳糖的副产品，尤其是乳清和乳清渗透液，这些副产品由于具有较高的生化需氧量，给环境处理带来了严重挑战。将这些富含乳糖的废弃物转化为高价值产品（如D-塔格糖）是一种既能解决废弃物管理问题又能实现可持续生物制造的可行策略。本文深入探讨了将富含乳糖的乳制品废弃物通过生物技术手段转化为D-塔格糖的最新进展，并提出了一个综合性的系统级框架，该框架涵盖了原料预处理、生物催化剂工程、工艺强化以及下游纯化等环节，体现了循环生物精炼的理念。此外，技术经济分析和生命周期评估表明，与传统工艺相比，基于乳制品废弃物的D-塔格糖生产能够显著减少温室气体排放并降低总体生产成本。尽管取得了这些进展，但仍存在一些挑战，包括酶的热稳定性和操作稳定性较差、对辅因子的依赖性、热力学平衡限制导致的产率受限，以及高昂的下游纯化成本。这些因素共同影响了工艺效率和工业化的可扩展性。未来的研究应重点开发耐热且不依赖辅因子的生物催化剂，整合连续式生物反应器-分离系统以克服平衡限制，并在循环乳制品生物精炼过程中实施人工智能辅助的工艺优化。总体而言，将富含乳糖的乳制品废弃物可持续地转化为D-塔格糖，为在新兴的生物经济体系中实现环境友好型功能性甜味剂的生产提供了一条有前景且可扩展的途径。