乳果糖(4-O-β-D-吡喃半乳糖基-D-果糖)是由乳糖异构化作用产生的一种不可被人类消化的二糖。它的最初发现是在1929年，Montgomgry等在牛奶加热时检测到乳糖异构化的产物并命名为乳果糖。乳果糖是由两个糖分子果糖和半乳糖通过β-1,4-糖苷键连接之后生成的二糖。其分子式如下：

乳果糖易溶于水，溶解度为76.41.4%^[1]，高于乳糖的溶解度。其甜度相当于乳糖小于蔗糖，约为蔗糖的48%~60%^[1]。因此，可以成为糖尿病人的食糖替代品。此外，乳果糖粘度低，热值低，安全性高，稳定性好，不发生美拉德反应^[2]。并且，它能够从乙醇溶液中结晶出来，它的结晶形式被认为是脱水水解物^[3]。在医药方面，由于乳果糖几乎不被消化酶水解，但是可被肠道中的双歧杆菌所利用^[4]，许多文献报道了乳果糖对维持肠道中微生物平衡和保护肠道有一定有益作用。因此，它可以防治便秘。其次，乳果糖对溃疡性结肠炎和其他炎症性肠道疾病有一定治疗作用。第三，乳果糖因其有益生元成分可以预防大肠癌^[5]。同时，乳果糖有抗内毒素的作用，在糖尿病等新陈代谢疾病上有较多的应用^[6]。此外，最近乳果糖被发现能预防肿瘤且有免疫调节作用^[7]。在诊断方面，乳果糖可应用于结肠疾病的诊断手段呼吸的氢测试。在食品方面，乳果糖可以作为宠物食品的原料。乳果糖作为甜味剂和益生元，在日本添加到很多食品和饮料中，是”特定保健产品”添加剂。它的作用主要是增强风味，利于一些褐变反应的发生和提高益生菌的存活率^[9]。综上所述，乳果糖被广泛应用于医药、保健、食品添加剂和动物饲料等行业。

对乳果糖的研究，主要集中在韩国和日本，据估计，乳果糖每年的产量超过5000吨^[8]。而我国是近几年才开始对乳果糖的研究开始重视的，很多高校已经开始对酶法产乳果糖进行研究，但多数研究仅限于实验室，离工业化生产有较大的差距。

目前，乳果糖的生产技术主要有化学异构法、酶转化法。化学异构法，其原理为在持续加热过程中，碱性作用下底物乳糖中的葡萄糖基被异构为果糖基生成乳果糖。这种方法具有转化率高、可实现大规模生产等优点，但是化学异构法的缺点也很突出，如分离纯化操作复杂昂贵、产量低、除盐步骤复杂、副产物引起颜色变化以及存在安全隐患问题等^[9]。生物酶法转化乳糖制备乳果糖因其制备的产物单一，工艺简单，增殖率高，天然无毒^[9]，成为目前研究热点。

当前酶法生产乳果糖的研究有:(1)β-半乳糖苷酶先将乳糖水解成葡萄糖苷和半乳糖苷，后再利用该酶的转糖苷活性将半乳糖苷转移到果糖上^[10]；(2)将β-半乳糖苷酶与葡萄糖异构酶共固定化并作用于乳糖^[11]，但这两种酶法的乳果糖得率(7.5%-30%)都较低^[12]；(3)纤维二糖差向异构酶可直接将乳糖上的葡萄糖基异构成果糖基由此得到乳果糖，得率(58%)远远高于以上两种酶法^[13]。

纤维二糖差向异构酶(cellobiose 2-epimerase)属于N一乙酞-D-葡糖胺-2一差向异构酶(N-acetyl-D-glucosamine 2-epimerases, AGES)超家族，由Tyleramp;Leatherwood从一株白色瘤胃球菌Ruminococcus albus 7 (ATCC27210T)培养上清液中发现，能对纤维二糖中葡萄糖基C-2起差向异构化作用，因此得名^[14]。该酶是一种嗜热酶，而在高温下底物溶解度、反应速度都会提高，因此将其作为生物催化剂应用于工业化乳果糖的生产具有明显优势^[15]。

2012年韩国建国大学学者将来源于厌氧菌Dictyoglomus turgidum的AGE基因克隆表达于E. coli并通过底物特异性实验鉴定其属于CE，且该酶不仅可以对低聚糖起差向异构化作用，还具有异构化作用(isomerization)可将某些醛糖转化为酮糖，能够转化纤维二糖为4-O-β-D-葡萄糖基-D-甘露糖和4-O-β-D-葡萄糖基-D-果糖^[16];而之前Park等发现来源于Caldicellulosiruptor saccharolyticus DSM 8903的纤维二糖差向异构酶(CsCE)也同时具有差向化和异构化的能力^[17]。序列分析结果表明DtCE和CsCE与己报道的其他三种厌氧菌来源的RaCE, EcCE, BfCE的同源性为38%-45%。

2014年，杨瑞金^[18]等人报道了以产纤维二糖差向异构酶的重组大肠杆菌E.coli 的BL21（DE3）作为生产菌株，以乳糖替代异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）作为诱导剂进行发酵培养，离心所得菌体经乙醇透化、真空冷冻干燥处理作为细胞生物催化剂，直接转化生产乳果糖。乳果糖转化率最高可达65.1%。乳果糖浓度达到390.6gL^-1，乳果糖的生产率达到195.3gL^-1h^-1，而副产物依匹乳糖生成量小于2%。

为了提高乳果糖的产量，有研究组对发酵条件进行了优化。Kim^[13]等人主要采用单因素试验考察发酵辅因子、培养温度、培养基PH、底物浓度和培养时间对产量的影响，以确定各因素的最优水平。然后选取最适温度、最适pH、底物浓度和接种量4个因素，安排4因素3水平试验方案。得出乳糖产乳果糖的最佳条件是pH7.5,80℃，700gL^-1底物乳糖浓度和酶活150Uml^-1。产量是408gL^-1，产率是58%。Wang^[19]等人分析了硼酸盐和缓冲体系对乳果糖产量的影响。实验发现，添加硼酸盐后，乳果糖的产率从53%提高到66%，提升量为13%；体系为磷酸盐缓冲体系后异构化能力增强，提高了乳果糖的产量（390.59gL^-1，产率为65.1%），减少了依匹乳糖的产量（11.7 gL^-1，产率小于2%），为获得更大纯度的乳果糖提供条件。