D-塔格糖（D-tagatose）是自然界中天然存在且含量稀少的低热量己酮糖,甜度为蔗糖的92%,热量仅为蔗糖的1/3,具有降血糖、抗龋齿、改善肠道菌群、促进血液健康和抗衰等作用,可广泛应用于食品、医药和化妆品行业。目前,以D-半乳糖为底物,利用L-阿拉伯糖异构酶（L-arabinose isomerase,L-AI）酶转化法催化生产D-塔格糖的研究较为广泛,但利用全细胞催化生产的报道较少;且相较于工艺复杂,成本高昂的酶转化法,工艺简单,成本低廉的全细胞转化法更适用于工业化生产。同时,由于短乳杆菌L.brevis sp.D-tag 1内L-AI为诱导酶,其发酵培养基需L-阿拉伯糖为碳源进行诱导产酶,极大地增加了工艺成本。因此,为降低工艺成本,研究如何利用廉价原料培养菌体细胞,提高菌体产酶能力,有望为实现工业化低成本,高效生产D-塔格糖奠定基础。本课题研究工作首先通过PCR扩增来源于野生短乳杆菌L.brevis sp.D-tag 1的L-AI编码基因araA基因,其大小为1425 bp,利用双酶切方法,成功构建了基因工程菌E.coli BL21（DE3）/pET-30a（+）-araA,经IPTG诱导表达后,通过SDS-PAGE检测出重组L-AI成功表达且可溶性较好。以该重组L-AI工程菌为发酵菌株,为提高菌体产酶能力,对培养基成分及培养条件进行优化,确定最适应用于工业化生产D-塔格糖的培养基,并对其全细胞转化D-半乳糖生产D-塔格糖工艺条件进行优化。在LB培养基中培养时,确定了重组L-AI工程菌最适培养基配方:葡萄糖0.5%,MgSO42 mM,蛋白胨0.5%,NaCl 0.5%,酵母浸粉1%,调节pH至7.0;最适产酶条件:100 mL发酵液,接种量1%,37℃,180 rpm,培养2 h后,添加IPTG至终浓度为0.1mM,16℃诱导4 h。在未外加碳源和金属离子时,L-AI酶活为4.0 U/mL,添加后L-AI酶活为8.1 U/mL,较未添加时提高了1倍左右。在M9培养基中培养时,确定了重组L-AI工程菌最适培养基配方:葡萄糖8%,NaCl0.05%,硫酸铵1.2%,Na2HPO4·12H2O 1.71%,MgSO42 mM,无水KH2PO40.3%,调节pH至7.5;诱导条件:100 mL发酵液,接种量1%,37℃,180 rpm,培养10 h添加IPTG至终浓度为0.4 mM,16℃诱导20 h。优化后L-AI酶活由2.9 U/mL提高到11.5 U/mL,较未优化前提高了3倍,较LB优化培养基酶活提高了42%。在优化结束后,比较两种优化培养基,综合考虑,优化后的M9培养基产酶条件更适用于工业化生产。对基因工程菌诱导表达L-AI方式进行了自动诱导产酶培养。以IPTG诱导培养方式为对照,对诱导后的菌体上清进行SDS-PAGE检测,结果显示L-AI表达量无明显区别;对诱导后的菌体细胞进行酶活测定,结果显示,诱导培养后菌体浓度OD600为13.3,酶活为45.6 U/mL,IPTG诱导后OD600为1.8,酶活为13.8 U/mL。自诱导方式极大提高了菌体生物量,全细胞转化能力显著提升。探索全细胞催化D-半乳糖生产D-塔格糖的最适工艺条件,优化后的最适工艺条件:D-半乳糖浓度为90 g/L,pH=7.0,反应温度为55℃,反应时间48 h,最适菌体添加量为300 mL。在最适工艺条件下,D-塔格糖浓度最大可达54 g/L,转化率为60%。