木糖醇生產(chǎn)的研究進展

1、木糖醇生產(chǎn)的研究進展木糖醇生產(chǎn)的研究進展摘要：介紹了木糖醇合成的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了各種工藝的優(yōu)缺點，同時著重介紹了生物法轉(zhuǎn)化葡萄糖生產(chǎn)木糖醇的概況及各自特點；對生物法轉(zhuǎn)化葡萄糖制備木糖醇的發(fā)展提出了見解。關(guān)鍵詞：木糖醇，生物轉(zhuǎn)化，葡萄糖AdvancesinproductionofxylitolAbstract:Thepresentreviewdescribedtheproductionofxylitolbydifferentproc

2、essestheadvantagesdisadvantagesofeachprocesswiththeemphasisontheproductionbymicrobiologicalconversionfromglucosesuggestionfthedevelopingtrendofxylitolproductionfromglucosewereputfward.Keywds:xylitolbiologicalconversiongl

3、ucose木糖醇是一種五碳糖醇，分子式為C5H12O5，是一種無味的白色結(jié)晶粉末，外表與蔗糖相似，甜度與蔗糖相近，熱量與葡萄糖相當(dāng)，極易溶于水，微溶于乙醇和甲醇[1]。木糖醇在人體中代謝不需要胰島素，可供糖尿病患者食用而不增加血糖值，木糖醇還可預(yù)防齲齒，其在醫(yī)藥和食品領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，用量較大[2]。此外，木糖醇廣泛應(yīng)用于造紙工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、塑料工業(yè)、油漆涂料工業(yè)、表面活性劑工業(yè)、皮革工業(yè)、蓄電池工業(yè)等行業(yè)，2004年8月，美國能源部可再

4、生資源辦公室將其列為十二種優(yōu)先開發(fā)利用的平臺化合物之一[3]。近年來隨著人們對木糖醇需求的不斷增長，有關(guān)木糖醇的生產(chǎn)方法及應(yīng)用研究已引起人們的廣泛關(guān)注。木糖醇的合成方法包括化學(xué)合成法、化學(xué)生物合成法和全生物合成法。1化學(xué)合成法目前，國內(nèi)外木糖醇工業(yè)化生產(chǎn)方法主要為化學(xué)合成法，即用富含多縮戊糖的玉米芯、棉子殼、甘蔗渣、樺木片等農(nóng)林和工業(yè)廢料經(jīng)酸（如HCl，H2SO4）水解成木糖后經(jīng)純化處理和加氫反應(yīng)制得木糖醇，反應(yīng)式如下：C5H8O4nH

5、2OC5H10O5nn。。。。。。。。C5H10O5H2C5H12O5。。。。。。。?；瘜W(xué)合成法中木糖純化工藝繁雜、酸堿消耗大；加氫過程需高溫(115~135C)、高壓(約6.5106Pa)、易燃易爆的高壓氫氣及對木糖溶液純度要求很高的鎳催化劑，基本建設(shè)投資及操作費用高，污染較嚴(yán)重[4]?；瘜W(xué)法每生產(chǎn)1噸木糖醇要消耗玉米芯近10噸，耗酸3噸，耗堿2噸，活性炭120~150公斤，蒸汽30~50噸，水100M3以上[5]。針對化學(xué)合成早在1

6、969年，Onishi和Suzuki就報道了一種從葡萄糖出發(fā)制備木糖醇的方法，首先通過高滲酵母D.hansenii將葡萄糖轉(zhuǎn)化為D阿拉伯糖醇(Darabitol，Dara)，然后D阿拉伯糖醇在Acetobactersuboxydans的作用下氧化為D木酮糖，最后D木酮糖在酵母C.guilliermondii作用下還原為木糖醇[17]。77.5gL的葡萄糖經(jīng)3種微生物3步發(fā)酵后可獲得9.0gL的木糖醇，歷時211小時，收率11%。由于此法

7、過程長、收率低，沒有應(yīng)用價值，該路線長期被擱置。絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲(1)(2)CH2OHHCCHOHOHCCH2OHOHDXylulose絲絲絲絲絲絲(3)圖1木糖醇多菌多步法生產(chǎn)工藝路線圖Fig.1.Theprocessofxylitolsynthesisbymultibacteria.3.2兩菌兩步轉(zhuǎn)化葡萄糖生成木糖醇2002年，日本味之素株式會社Suzuki等選育到一株將阿拉伯糖醇一步高效生物轉(zhuǎn)化為木糖醇的氧化葡萄糖酸桿菌(Gl

8、uconobacteroxydans)，將上述木糖醇生物合成路線簡化為兩菌兩步法，第一步利用酵母菌發(fā)酵葡萄糖高效制備D阿拉伯糖醇，第二步由該菌高效轉(zhuǎn)化D阿拉伯糖醇制備木糖醇[1819]。其工藝路線如圖2所示。絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲絲(1)(2)圖2木糖醇兩菌兩步法生產(chǎn)工藝路線圖Fig.2.Theprocessofxylitolsynthesisbytwobacteria.此工藝第二步，即從D阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化成木糖醇過程中，實際為兩個酶

9、催化過程(反應(yīng)式如圖3所示)，第一個為膜結(jié)合D阿拉伯糖醇脫氫酶(membraneboundDArabitoldehydrogenasemArDH)，第二個為木糖醇脫氫酶(XylitoldehydrogenaseXDH)。此法工藝簡單、高效，木糖醇對D阿拉伯糖醇的轉(zhuǎn)化率可達98%，具備了工業(yè)化應(yīng)用的潛力，經(jīng)濟上能與目前所使用的化學(xué)法相競爭。CH2OHCHHOCHHOHCOHCH2OHDArabitolCH2OHCCHHOHCOHCH2OH