淀粉在人们日常饮食中占据重要地位，为机体能量摄入的主要途径，其消化性能与机体的健康相关[1]。根据生物可利用性的特征，淀粉可分为快速消化淀粉（rapidly digestible starch，RDS）、慢消化淀粉（slowly digestible starch，SDS）和抗性淀粉（resistant starch，RS），其中SDS 和RS 为低血糖生成指数（glycemic index，GI）碳水化合物，为新型功能性食品成分，可有效控制机体餐后血糖稳态[2]。目前，利用酶法改性改善淀粉消化性能已成为淀粉改性最常用的方法。
近年来，一类新型葡萄糖基转移酶（glucanotransferase，GTase）被发现，构成了糖苷水解酶（glycoside hydrolases，GH）70 家族中的新亚家族[3]。这类酶能够直接作用于淀粉或麦芽糊精制备出具有不同结构的α-葡聚糖，具备优异的抗消化性能[1，3]。因此，利用GH70 家族的新型葡萄糖基转移酶改性淀粉合成低GI产品，因其高效、环保等优点被广泛关注，具有广阔的应用前景[1]。因此，本文对葡萄糖基转移酶的来源与酶学性质、结构与进化、催化机理及应用的研究现状进行概述，以期为葡萄糖基转移酶及利用其改性产物开发新型功能性食品提供参考。
1 葡萄糖基转移酶的微生物来源及酶学性质
最初，GH70 家族是只由来源于乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）的葡聚糖蔗糖酶（glucansucrase，GSase）组成，这种酶以蔗糖为底物合成不同类型的α-葡聚糖[4]。然而，BAI 等[5-8]在Limosilactobacillus reuteri 121中发现一种葡萄糖基转移酶（glucanotransferase，Gtf）B，虽然与GSase 同属GH70 家族，但该酶对蔗糖无活性，能够利用淀粉和麦芽糊精为底物，具有4，6-α-葡萄糖基转移酶（4，6-α-glucanotransferase，4，6-α-GTase）活性，构成GH70 家族的新亚家族。近年来，随着研究人员对GH70 家族葡萄糖基转移酶的深入研究，越来越多的这类酶被发现，根据其对淀粉的转化特性，Gangoiti 等[9]从中重新划分了3 个新亚家族，分别为GtfB-型酶、GtfC-型酶和GtfD-型酶，这3 个新亚家族的发现不仅扩大了GH70 家族酶的种类，而且还为合成新型α-葡聚糖提供了新途径[10-11]。
1.1 GtfB-型酶类
GtfB-型酶类是第一个被发现也是目前研究最为广泛的对淀粉具有催化活性的GH70 酶类，其微生物来源为乳酸菌，代表菌种有Limosilactobacillus reuteri[9-12]。截至2022 年10 月，NCBI 数据库显示，有超过150 个可能的GtfB-型酶，其中大部分均来自乳杆菌属（Lactobacillus），只有少数酶存在于片球菌属（Pediococcus）、链球菌属（Streptococcus）、魏斯氏菌属（Weissella）和明串球菌属（Leuconostoc）中[9]。
GtfB-型酶因来源不同，其最适pH 值、最适温度、热稳定性、比酶活等性质也各不相同。GtfB-型酶的最适pH 值普遍偏酸性范围，在4.5～5.0，与其大部分来源于乳杆菌及其对胃肠道环境的适应性有关[5，13]，只有少数具有较广的pH 值耐受性[14-16]。一般GtfB-型酶最适温度范围为40～50 ℃，少数在37 ℃或高于60 ℃，不同来源的酶热稳定性差异很大[15，17-18]。关于激活剂和抑制剂研究较少，Cu2+、Fe2+和Fe3+对酶具有强抑制效应，K+、Na+和Mg2+无明显影响，Ca2+、Mn2+对酶有激活作用[6]，可能的原因是酶的结构域之间形成了能与Ca2+相结合的配体，从而激活了供/受体底物与酶的结合[1，13]。
1.2 GtfC-型酶类
GtfC-型亚家族的酶来源于微小杆菌属（Exiguobacterium）、芽孢杆菌属（Bacillus）、地芽胞杆菌属（Geobacillus），均为芽孢杆菌纲（Bacilli）、厚壁菌门（Bacillota），代表菌种有Exiguobacterium sibiricum[9]。虽然公共数据库中共有30 种公认的GtfC 蛋白序列，但是目前只有来源于E. sibiricum 255-15、Bacillus sporothermodurans、Geobacillus sp. 12AMOR1、Weizmannia coagulans DSM 1 的4 个GtfC 被成功表征。
根据目前已表征的GtfC 可知，不同来源的GtfC性质差异很大。E.sibiricum 255-15 来源于西伯利亚永冻土，尽管该GtfC 来源于嗜冷菌[19]，但其最适温度为45 ℃，在30 ℃以下时，酶活仅为最大酶活的30%，Ca2+对酶有激活作用[20]。Geobacillus sp. 12AMOR1 和W.coagulans DSM 1 来源的GtfC，最适温度为60 ℃，且均具有良好热稳定性，与其来源菌株的高温生长环境有关[21-22]。
1.3 GtfD-型酶类
GtfD-型亚家族的酶来源广泛，通常在各种植物伴生菌中被发现，不仅存在于革兰氏阳性细菌中，例如类芽孢杆菌属（Paenibacillus），同时也存在于各种革兰氏阴性的变形菌门（Pseudomonadota）中，例如Dyella-like sp. Dho、Burkholderia sp. NFACC38-1 和Pseudomonadales bacterium GWC1669[9]。目前只有来源于固氮菌Azotobacter chroococcum NCIMB 8003 和Paenibacillus beijingensis DSM 24997 的GtfD 酶被表征。
目前已表征的2 个GtfD 酶活性质相似。A. chroococcum 和P. beijingensis GtfD 具有相近的最适pH值，且高于来源于乳杆菌的GtfB-型酶的最适pH 值；但A. chroococcum GtfD 的最适温度更高、热稳定性较好；A. chroococcum 和P. beijingensis GtfD 的比酶活相近，且显著高于Lm.reuteri 121 GtfB 和E.sibiricum 255-15 GtfC[23-24]。
表1 总结了不同亚家族中葡萄糖基转移酶的微生物来源与酶学性质。
表1 葡萄糖基转移酶的微生物来源与酶学性质
Table 1 Origins and enzymatic properties of glucanotransferases
亚家族GtfB-型来源Lm.reuteri 121 Lm.reuteri DSM 20016 Lm.reuteri ML1 L.aviaries subsp.aviaries DSM 20655命名GtfB GtfW GtfMLl GtfX最适pH 值4.7 4.5 4.5 4.0最适温度/℃37 40～45 40 53比酶活/（U/mg）2.8--17.9参考文献[25-26][14][14][15]
续表1 葡萄糖基转移酶的微生物来源与酶学性质
Continue table 1 Origins and enzymatic properties of glucanotransferases
注：-为文献未报道。
亚家族GtfB-型比酶活/（U/mg）19.6 2.0-- 2 2 GtfC-型GtfD-型来源L.aviaries subsp.aviaries DSM 20655 Lm.fermentum NCC 3057 Lm.reuteri E81 S.thermophilus Lm.fermentum NCC 2970 Lm.reuteri NCC 2613 E.sibiricum 255-15 B.sporothermodurans Geobacillus sp.12AMOR1 W.coagulans DSM 1 A.chroococcum NCIMB 8003 P.beijingensis DSM 24997命名GtfY GtfB GtfB GtfB GtfB GtfB GtfC GtfC GtfC GtfC GtfD GtfD最适pH 值5.0 6.0 4.6 6.0 5.5 5.5 6.0 7.0 6.0 4.5 6.5 7.0最适温度/℃62 35 37 40 50 40 45 40 60 60 60 50 24 2.2 5.1 6.6-6.6 6.3参考文献[15][27][28][17][18][16][20][29][21][22][23][24]
2 葡萄糖基转移酶结构与进化关系
GH70 家族中GTase 的发现，为GH13 与GH70 家族之间的进化关系提出了新的见解[15，30]。GH13 家族中作用于麦芽糊精或淀粉的α-淀粉酶与GH70 家族中作用于蔗糖的GSase 具有一定的进化关系，而GH70家族中作用于淀粉的GTase 很可能是GH13 家族和GH70 家族之间的进化中间体[31-33]。
GH13 家族和GH70 家族的酶在序列和结构上表现出相似性，均使用α-保留的双置换催化机制，催化域结构都是以（β/α）8 桶形结构为基础[30，34-35]。然而，它们之间也存在明显差异。由于GH13 家族和GH70 家族（β/α）8 桶形结构的差异，导致其保守区域顺序不同[30]。除此之外，GH70 家族GSase 其催化结构域还包括两个额外的IV 和V 结构域，以及一个可变的N端[1，36]。GH70 与GH13 家族酶的进化关系示意图、GH70 家族酶（β/α）8 桶形结构，如图1 所示[1，9]。
图1 GH13 与GH70 家族酶结构域示意图与GH70 家族酶（β/α）8 桶形结构
Fig.1 Diagrams of domain organization of GH13 and GH70 enzymes and（β/α）8 barrel structure of GH70 enzymes
（A）GH13 与GH70 家族酶结构域示意图，其中A、B、C 为酶的催化结构域；（B）GH70 家族酶的（β/α）8 桶形结构示意图，其中箭头表示β-折叠，圆柱体表示α-螺旋，1～8 为酶催化域的基础结构（β/α）8 桶结构中的8 个β-折叠及8 个α-螺旋。（a）～（d）分别为CH13 α-淀粉酶、GH70 GtfC-/GtfD-型酶、GH70 GtfB-型酶、GH70 GS 型酶。
研究表明，GTase 的结构与GH13 家族α-淀粉酶及GH70 家族GSase 结构均具有一定的相似性[37]。GtfC-型和GtfD-型亚家族的酶与GH13 家族α-淀粉酶具有更为相似的结构特征，4 个保守区域顺序相同[如图1（A）中（a）、（b）][12]。然而，GtfC 的结构域B 中插入了额外的连续结构域IV，部分GtfC-型亚家族的酶还具有Ig2-like 结构域，功能尚未知[如图1（A）中（b）][20]。GtfC-型亚家族因其发生了结构域插入而形成了独特结构域结构，表明GtfC-型4，6-α-GTase 可能是GH13 家族的α-淀粉酶向GH70 家族进化途径的第一步。GtfD-型4，6-α-GTase 与GtfC-型4，6-α-GTase 结构类似，但是GtfD-型与GtfC-型4，6-α-GTase 合成的产物具有产物特异性，这也可能与4，6-α-GTase 的进化有关[30]。
GtfB-型亚家族酶在结构上与GH70 家族GSase 更为相似，表明GtfB-型酶可能是作为继GtfC-/GtfD-型酶之后的进化中间体，为GH13 家族向GH70 家族进化途径中的第二步[38]。研究表明，GtfB-型酶中作为催化域基础结构的（β/α）8 桶形结构，为8 个β-折叠和8 个α-螺旋交替排布，呈环状排列，其中β-折叠的C 端与α-螺旋的N 端、α-螺旋的C 端与β-折叠的N 端之间均以不规则的loop 环相连，由α-螺旋结构开始，以β-折叠结束[如图1（B）所示][1]。催化核心包含结构域A、B、C 和辅助结构域IV，以及4 个保守区域（II-III-IV-I）和催化活性位点（C 末端β-折叠4 上的亲核质子天冬氨酸、β-折叠5 末端的酸/碱催化剂谷氨酸、β-折叠7 上的过渡态稳定剂天冬氨酸），多肽链遵循“U 型折叠”结构[1，13]。与GH13 家族α-淀粉酶及GtfC-型和GtfD-型亚家族酶不同的是，GtfB-型4，6-α-GTase 和GSase 的（β/α）8 桶形结构为环状排列且被循环转置[如图1（A）中（c）、（d）所示]；但GtfB-型亚家族酶与GSase 在结构上相似性更高，且4 个保守区域顺序相同[39]。对GH70家族和GH13 家族酶的蛋白序列的系统发育分析也表明，GH70 家族GSase 与GtfB-型酶的关联比GH13 家族α-淀粉酶与GtfB-型酶的关联更为紧密，系统发育树如图2 所示。
图2 GH70 和GH13 家族代表性酶类的系统发育树
Fig.2 Phylogenetic tree of representative members in the GH70 and GH13 families
系统发育树包含17 个GH13 α-淀粉酶、6 个GH70 GtfD-型酶、18 个GH70 GtfC-型酶、30 个GH70 GtfB-型酶、40 个GH70 GS 酶。
GTase 与GSase 活性位点周围loop 环的排列变化导致了酶的底物特异性和产物特异性的差异[如图1（A）中（d）所示]，为GH13 家族向GH70 家族进化途径中的第三步。
综上，GtfC-型和GtfD-型4，6-α-GTase 与GH13 家族α-淀粉酶在结构上更为相似，而GtfB 型4，6-α-GTase 与GH70 家族GSase 更为相似。Bai 等[34]认为人们饮食习惯的改变是进化过程中的关键因素，随着人类饮食中蔗糖摄入量的增加，GH70 家族GSase 很有可能是从GH13 家族作用淀粉的α-淀粉酶经过GtfC-型和GtfD-型以及GtfB 型4，6-α-GTase 进化而来，以便口腔中的微生物能够利用多种底物（蔗糖、淀粉）合成α-葡聚糖。微生物利用GSase 以蔗糖为底物合成不同结构的α-葡聚糖或利用GTase 将淀粉转化为各类可溶性、慢消化的α-葡聚糖，一方面这些碳水化合物产物有助于生物膜的形成，促进微生物对不利环境的适应，提高菌株耐受性；另一方面，这些慢消化多糖产物难以被环境中其他竞争菌株所消化、利用，使微生物本身获取一定的竞争优势[20，26，40-43]。
3 葡萄糖基转移酶作用机理
属于GH70 家族的GTase 采用α-保留的双置换催化机制合成糖类，GTase 先与底物结合形成共价中间体，再形成α-异头构型[1，13]。首先，糖链进入酶分子的袋状活性区域，β-折叠5 末端的谷氨酸残基将质子提供给糖基氧，（α1→4）糖苷键被切断，断裂后形成的葡萄糖残基或糖苷配基片段离开活性位点，其中的羟基与β-折叠7 上的天冬氨酸以氢键结合，形成中间体[1]。然后在葡萄糖C1 位置和β-折叠4 上的天冬氨酸之间形成共价键，以稳定中间体。在反应的后半部分，通过将受体底物中的质子除去，使β-折叠5 上的谷氨酸质子化[13]。供体亚位点中以共价键结合的葡糖基部分被转移到受体底物上，保留了α-异头构型，形成了新的（α1→6）糖苷键。之后对新合成的糖链重新进行定位，以便进行下一个反应。GTase 在保守区I 和IV 还存在大量特异性的氨基酸残基，与酶的底物产物特异性有关[1]。催化机理示意图，如图3 所示[1，13]。
图3 GTase 催化机理示意图
Fig.3 Catalytic mechanism of glucanotransferase
4 葡萄糖基转移酶的应用
4.1 葡萄糖基转移酶改性产物
葡萄糖基转移酶改性产物按照其结构特征可分为5 类，分别为异麦芽/麦芽多糖（isomalto-malto polysaccharide，IMMP）、异麦芽/麦芽低聚糖（isomalto-malto oligosaccharide，IMMO）、类罗伊多糖（reuteran-like polysaccharide，RLP）、类普鲁兰多糖（pullulan-like polysaccharide，PLP）以及含有（α1→3）糖苷键的新型α-葡聚糖。GTase 改性产物的结构示意图、糖苷键类型和比例及分子量如表2 所示。
表2 葡萄糖基转移酶产物特性
Table 2 Properties of products from modification by glucanotransferases
产物类型IMMP产物结构示意图images/BZ_216_340_2093_913_2341.png亚家族GtfB-型分子量/Da 1.5×104参考文献[25-26]-- -[14]GTase Lm.reuteri 121 GtfB Lm.reuteri DSM 20016 GtfW Lm.reuteri ML1 GtfMLl L.aviaries subsp.aviaries DSM 20655 GtfY Lm.fermentum NCC 3057 GtfB B.sporothermodurans GtfC Lm.reuteri E81 GtfB E.sibiricum 255-15 GtfC W.coagulans DSM 1 GtfC糖苷键a 9%的（α1→4）和91%的（α1→6）50%的（α1→4）和50%的（α1→6）53%的（α1→4）和47%的（α1→6）15%的（α1→4）和85%的（α1→6）28%的（α1→4）和72%的（α1→6）29%的（α1→4）和71%的（α1→6）54%的（α1→4）和46%的（α1→6）b 40%的（α1→4）和60%的（α1→6）32%的（α1→4）和68%的（α1→6）[14][15]3.1×103[27]GtfC-型[29]IMMO images/BZ_216_340_2788_913_3010.pngGtfB-型[28]GtfC-型---[20]1.2×103[22]
续表2 葡萄糖基转移酶产物特性
Continue table 2 Properties of products from modification by glucanotransferases
注：上标a 表示产物均以直链淀粉-Ⅴ为底物生成；上标字母b 表示产物以麦芽七糖为底物生成；上标字母c 表示由于Paenibacillus beijingensis DSM 24997 GtfD 酶的特点，会合成低分子量和高分子量两种不同的聚合物；-为文献未报道。
产物类型RLP产物结构示意图images/BZ_217_392_541_956_779.png亚家族GtfB-型GTase L.aviaries subsp.aviaries DSM 20655 GtfX分子量/Da-参考文献[15]1.06～33.3×104[17]S.thermophilus GtfB Lm.reuteri NCC 2613 GtfB 7×103[16]GtfD-型A.chroococcum GtfD 1.3×107[23]P.beijingensis DSM 24997 GtfDc 2.7×107[24]糖苷键a 82%的（α1→4）键与18%的（α1→6）键，交替连接，并形成分支点83.7%的（α1→4）和16.3%的（α1→6），交替连接，并形成分支点75%的（α1→4）和25%的（α1→6），交替连接，并形成分支点68%的（α1→4）与32%的（α1→6），交替连接，并形成分支点71%的（α1→4）与29%的（α1→6），交替连接，并形成分支点77%的（α1→4）与23%的（α1→6），交替连接，并形成分支点53%的（α1→4）和47%的（α1→6），交替连接1.9×103 PLP images/BZ_217_523_1426_825_1606.pngGtfC-型Geobacillus sp.12AMOR1 GtfC 2.5×103[21]Novel α-glucan images/BZ_217_414_1636_933_1947.pngGtfB-型8×105[18]Lm.fermentum NCC 2970 GtfB 60%的（α1→4）键与40%的（α1→3）键，交替连接，并形成分支点
4.1.1 IMMP
第一个被发现的葡萄糖基转移酶来源于Lm. reuteri 121 的4，6-α-GTase，将直链淀粉Ⅴ改性为低GI、低消化率的线性α-葡聚糖，命名为IMMP[6]。IMMP 为连续（α1→6）糖苷键连接的线性多糖，主要由GtfB-型亚家族的4，6-α-GTase 生成，研究发现，来源于B.sporothermodurans 的GtfC-型亚家族的4，6-α-GTase 也能够合成IMMP[29]，不同GTase 生成的IMMP 具有不同的分子量大小和（α1→6）糖苷键比例，具体信息见表2。Leemhuis 等[26]通过Lm.reuteri 121 GtfB 对30 种不同植物来源的淀粉、麦芽糊精和α-葡聚糖展开研究，通过控制底物、脱支酶、反应时间和GtfB 酶浓度，改变IMMP 产物中（α1→6）糖苷键的比例，研究结果表明当以长链和支化程度低的葡聚糖链为底物时，产物中（α 1→6）糖苷键的含量最高，可达92%。
4.1.2 IMMO
E.sibiricum 255-15 和W.coagulans DSM 1 来源的GtfC 以直链淀粉Ⅴ为底物合成含有（α1→6）糖苷键的线性低聚糖IMMO[20，22]。与IMMP 结构类似，IMMO 也是由（α1→6）糖苷键连接的线性链，但聚合度更低。Gangoiti 等[20]研究发现IMMO 中（α1→6）糖苷键含量与底物聚合度（degree of polymerization，DP）呈正相关。除了GtfC-型酶类，İspirli 等[28]研究发现来源于Lm.reuteri E81 的4，6-α-GTase（GtfB-型酶）能够以麦芽七糖为底物合成IMMO。
4.1.3 RLP
RLP 类型的产物由GtfD-型酶类和部分GtfB-型酶类生成，这些RLP 产物具有不同的（α1→4）/（α1→6）糖苷键比例[44]，具体信息见表2。与具有连续（α1→6）糖苷键的IMMP 和IMMO 不同，RLP 中（α1→6）糖苷键与（α1→4）糖苷键交替连接，并形成分支点，因其结构与罗伊氏乳杆菌（Lm. reuteri）葡聚糖蔗糖酶（reuteransucrase）合成的罗伊糖（reuteran）相似，因此命名为类罗伊多糖（RLP）[44-45]。以直链淀粉为底物，A. chroococcum GtfD 产生单一分子量的聚合物[23]，而P.beijingensis GtfD 可产生高分子量和低分子量两种不同的聚合物[24]。与A. chroococcum GtfD 相比，P. beijingensis GtfD 产生的聚合物中含有更长的线性（α1→4）序列，说明P. beijingensis GtfD 更倾向于转移较长的葡聚糖链[30，44]。
4.1.4 PLP
Geobacillus sp.12AMOR1 的GtfC 合成一种新型结构的α-葡聚糖，既不同于由连续（α1→6）糖苷键键接的IMMP 或IMMO，也不同于高度支化的RLP，而是以麦芽糖为重复单位经（α1→6）糖苷键连接的线性链，因为在结构上与普鲁兰多糖相似（由麦芽三糖重复单位经（α1→6）糖苷键聚合而成的直链多糖），因此该产物被命名为类普鲁兰多糖（PLP）[21]。Yang 等[29]通过对B. sporothermodurans GtfC-ΔC 的两个关键氨基酸残基S345/S347V 进行定向突变，进而改变GtfC-ΔC 产物结构，产物类型从IMMP 改变为PLP。目前已报道的这两个PLP 产物均含有大约40%的（α1→6）糖苷键。
4.1.5 Novel α-glucan
Gangoiti 等[18]在Lm. fermentum NCC 2970 中 发 现一种新型反应活性的GtfB，不同于以往发现的4，6-α-GTase，该GtfB 具有4，3-α-GTase 活性，能够切断淀粉或麦芽糊精上的（α1→4）糖苷键，形成（α1→3）糖苷键，生成一种由不同DP 值低聚麦芽糖通过（α1→3）糖苷键以线性和支链的方式连接而成的新型α-葡聚糖。该GtfB 是目前第一个也是唯一一个被发现具有4，3-α-GTase 活性的GH70 家族的酶类。
4.2 葡萄糖基转移酶在食品中的应用
GH70 家族的GTase 可以将淀粉或麦芽糊精中的（α1→4）糖苷键切断合成含有（α1→6）或（α1→3）糖苷键的结构各异的功能性碳水化合物，为新型、可溶性、慢消化的膳食纤维，是一种潜在的功能性食品添加剂，在淀粉改性、食品加工及保健品等领域具有极大的应用潜力[1，12]。
4.2.1 改善质构与储藏性质
因原料或工艺等方面的差异，淀粉类食品品质存在诸多不足，如烘焙食品中面包的比容小、硬度大、易老化等问题[46]。改性后的慢消化淀粉可以作为品质改良剂，增强面筋黏聚力、面团保气性，使改良面包更富有弹性、咀嚼性，并延缓老化[47]。
葡萄糖基转移酶具有减缓淀粉回生、改善烘焙食品质构及延缓老化的作用。盛露菲[12]通过LAB 来源的4，6-α-GTase 改性麦芽糊精，改性产物可增加面粉筋力、延缓淀粉回生、减缓馒头回生。蒋彤[30]利用Lm.reuteri 121 GtfB 对6 种淀粉进行改性，改性产物的短期、长期回生均得到减慢。研究发现S. thermophilus GtfB 具有延缓小麦淀粉回生的作用，将S.thermophilus GtfB 用于小麦面粉面团和面包的制作，发现GtfB 可增加面包比容，减缓储藏过程中引起的质构变化，并减缓回生[18，48]。Te Poele 等[21]利用Geobacillus sp.12AMOR1 GtfC 制作小麦面包和无麸质面包，结果表明GtfC 可改善无麸质面包中心的结构，且能够通过减缓储存过程中硬度的增加，改善两种面包的质地，并具有抗老化作用。Geobacillus sp. 12AMOR1 GtfC 与S. thermophilus GtfB 改性产物不同、酶学性质不同，由于在面团阶段，淀粉以不易被酶作用的淀粉颗粒形式存在，淀粉只有经糊化（65 ℃）后才能被酶有效改性，而GtfB 在50 ℃以上失活，因此在面团阶段，GtfB 仅能作用于少数的可溶性淀粉，而具有良好耐热性的GtfC 能够在烘焙阶段对淀粉进一步改性[21]。
4.2.2 调节机体餐后血糖稳态
淀粉类食品中高GI 的RDS 转化为低GI 的SDS或RS，这种成分变化能缓解餐后机体血糖水平的提高，有助于调节机体餐后血糖稳态。
葡萄糖基转移酶可通过将淀粉改性为慢消化产物，从而有效控制餐后血糖稳态。Li 等[49]利用S.thermophilus GtfB 改性马铃薯淀粉，在保持淀粉假塑形的同时，可以得到低黏弹性、缓慢消化率的产物。Li 等[48]将S.thermophilus GtfB 用于制备小麦面包，结果表明改性面包中RDS、RS 含量降低，SDS 含量升高，体外消化率降低。Ryu 等[50]利用S. thermophilus GtfB 改性玉米淀粉后得到高度支化的产物，通过体外及体内实验表明，改性产物为SDS 且能够减缓餐后血糖水平的提高。杨玉琪[1]研究发现GTase 改性产物能抑制Caco-2细胞对葡萄糖的吸收与转运，具有维持机体餐后血糖稳态的潜能。Xiang 等[22]研究表明，经W. coagulans DSM 1 GtfC 改性得到的IMMO 比商业IMMO 的消化率更低。A. chroococcum 和P. beijingensis GtfD 可以将小麦淀粉改性为RS 和SDS。目前，利用GtfD 酶法合成难以被消化酶水解的多糖物质，并且在降低淀粉类食品GI 的应用中已获得相关专利[9，51]。
另外，可同时或顺序使用不同碳水化合物活性酶对淀粉进行组合改性，制备具有更低消化率的慢消化淀粉[21]。Te Poele 等[52]利用葡萄糖基转移酶和分支蔗糖酶，可得到特殊“梳状”结构的改性产物，进一步降低产物消化率。
4.2.3 肠道益生作用
膳食纤维是一类在小肠中不被水解，但在结肠内可被微生物发酵利用的碳水化合物，按溶解性可分为不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维，其中可溶性膳食纤维具有更好的生理功能，可调节肠道菌群、降低结肠癌发病率、改善免疫系统，对健康有诸多益处[1，13，30]。
易消化淀粉经葡萄糖基转移酶改性后转化为可溶性膳食纤维，可调控肠道菌群，经发酵后可产生有益代谢产物，对肠道健康具有积极作用。Leemhuis 等[26]利用Lm.reuteri 121 GtfB 对淀粉和麦芽糊精改性得到产物IMMP，研究发现IMMP 是一种新型膳食纤维，且IMMP 中膳食纤维含量与其中的（α1→6）糖苷键含量成正比。IMMO 也可作为潜在的膳食纤维，且与IMMP相比，低分子量的IMMO 在体内发酵可能具有更好的益生特性。Gu 等[53]研究发现IMMP 需要先被降解成低聚异麦芽糖后才能被肠道微生物利用；Wei 等[54]研究表明在体外纯培养中，低分子量的异麦芽糊精显示出更高的益生效果。GTase 改性产物可促进肠道菌群的繁殖、促进短链脂肪酸的形成。不同来源、不同性质的膳食纤维具有多种生理功能，研究发现GTase 改性产物还具有免疫调节功能[1，12-13]。İspirli 等[28]通过Lm.reuteri E81 GtfB 合成的IMMO 具有免疫活性，能够诱导HT29 细胞中抗炎性细胞因子白细胞介素-4（interleukin-4，IL-4）和促炎性细胞因子白细胞介素-12（interleukin-12，IL-12）的产生[1]。
5 总结与展望
将淀粉转化为高附加值产品一直是食品工业的研究热点之一，GH70 家族的GTase 是一种新型淀粉活性酶，可将淀粉改性为含有（α1→6）或（α1→3）糖苷键的线性或含分支的产物，具有改善淀粉类食品品质、调节机体血糖稳态、肠道益生作用的各类功能，近年来引起研究者们的广泛关注。目前，有关GTase 的研究取得了相关进展，但仍存在一些问题需解决：1）尽管4，6-α-GTase 改性产物中（α1→6）糖苷键比例较高，但对于天然淀粉活性较低；2）目前关于GTase 的研究主要集中于利用大肠杆菌进行异源表达，而关于微生物内源性表达还需进一步研究；3）截至目前公共数据库中只有两个已知的3D 结构，对于产物特异性及构效关系的了解仍然有限。以上几点研究的开展与加强，将为这些新型α-葡聚糖作为功能性食品配料应用于各种淀粉类食品提供理论支撑。
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