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D-塔格糖（D-tagatose）是自然界中天然存在的一种稀有糖,甜度为蔗糖的92%,但热量不到蔗糖的1/3,是一种新型的低热量甜味剂。D-塔格糖具备预防肥胖、降血糖、改善肠道菌群和抗龋齿等重要的生理功能,在食品、医药等领域应用广泛。生物法制备D-塔格糖因环境友好、催化效率高、条件温和、副产物少等优势备受关注。目前,利用L-阿拉伯糖异构酶（L-arabinose isomerase,L-AI）转化D-半乳糖合成D-塔格糖的研究已被大量报道,但底物不够低廉、转化效率不高、L-AI酶学性质不适宜等因素仍制约着D-塔格糖生物合成的工业化进程。因此,开发新型L-AI及探索如何利用廉价乳清粉高效制备D-塔格糖有望为D-塔格糖的生物合成奠定基础。有鉴于此,本研究开展了如下工作:（1）以泡菜汁和婴儿粪便为样品,通过菌种富集、初筛及半胱氨酸-咔唑法复筛,再利用生理生化及分子生物学鉴定的方法,最终从泡菜汁中分别获得了一株Lactobacillus salivarius CY.2和一株Lactobacillus plantarum CY.6,从婴儿粪便中获得了一株Bifidobacterium adolescentis HY.3。（2）克隆了B.adolescentis HY.3的L-AI（BAAI）编码基因araA,大小为1515bp,构建了重组菌E.coli BL21/pANY1-Ba-araA。IPTG诱导该重组菌表达了BAAI,经包涵体溶解及复性试剂盒复性后获得了具有生物学活性的BAAI,其蛋白大小为55kDa,比活力为24.47 U/mg。对BAAI进行生物信息学分析,首先,构建了BAAI的进化树,结果表明其与Bifidobacterium longum的L-AI具有高保守性;其次,进行多序列比对分析得出BAAI与其他L-AI序列间的氨基酸保守关系,BAAI酶活性中心关键氨基酸为Glu308、His352、Glu335和His452;最后,构建了BAAI的三维结构模型并分析了关键氨基酸的作用方向。BAAI的最适温度为55℃,最适pH为6.5,该酶具有良好的稳定性;具备最佳激活作用的离子为6mM的Mn2+;底物特异性研究表明BAAI的最适底物为D-半乳糖,并通过底物-蛋白分子模拟对接从分子层面证实了D-半乳糖与BAAI的对接模型存在最多的氢键;D-半乳糖为底物时,BAAI的Km、Vmax和Kcat/Km分别为22.4 mM、489U/mg和9.3mM-1min-1;而以L-阿拉伯糖为底物时,分别为40.2 mM,275.1 U/mg和8.6 mM-1min-1。最后,初步测定了BAAI对D-半乳糖的转化率为56.7%。（3）从L.plantarum CY.6中克隆了L-AI（LPAI）的编码基因araA,大小为1425 bp,构建了重组菌E.coli BL21/pANY1-Lp-araA并表达了LPAI,蛋白大小约为55kDa。制备了重组菌的静息细胞,联合β-半乳糖苷酶以廉价原料乳清粉为底物制备D-塔格糖。首先,基于100%（Separate hydrolysis and biotransformation,SHB）、0%（Simultaneous saccharification and biotransformation,SSB）和50%（Semi-SSB）的乳糖水解设计了三种不同的D-塔格糖合成方案,研究结果表明,SSB条件下D-塔格糖的产量最高,为Semi-SSB和SHB的两倍。采用单因素法优化了SSB的反应条件参数,最适温度为50℃,最适pH为6.5,最适Mn2+浓度为5mM,最佳反应时间为48 h,最适乳糖浓度为140 g/L,最佳全细胞菌体浓度为20g/L。在以上优化条件下进行了第一阶段48 h的反应,此时D-塔格糖的浓度为34.4 g/L,乳糖到D-塔格糖的转化率为24.2%,D-半乳糖到D-塔格糖的转化率为52.4%。以第一阶段反应结束后的溶液为底物溶液,在相同条件下进行了第二阶段48 h的反应,结果表明,D-塔格糖的浓度从34.4 g/L提高到了51.5 g/L,乳糖转化率从24.2%提高到37%,D-半乳糖转化率从52.4%提高到了74%。