微生物发酵法生产赤藓糖醇探究

《微生物发酵法生产赤藓糖醇探究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

微生物发酵法生产赤裨糖醇探究摘要：赤蘇糖醇是一种低热量、口感清凉，食用安全的填充性甜味剂。现介绍赤聲糖醇的生产和研究现状，耐高渗酵母赤聲糖醇的合成途径和赤聲糖醇的应用，并对其研究和发展提出看法。关键词：赤鐸糖醇；生产；合成途径；应用中图分类号：TS202.3文献标识码：B文章编号：1672-979X(2007)04-0038-03ResearchonProductionofErythritolbyMicrobialFermentationYEXian,DONGHai-zhou(CollegeofFoodScienceandEngineering,ShandongAgriculturalUniversity,Taian271018,China)Abstract：Erythritolisakindofaddingsweetenerwithlowercalorie,cooltasteandediblesafety・Thispaperintroducesthecurrentstatusanddevelopmenttendencyoftheresearchandproductionoferythritol,anddiscussesthebiosyntheticpathwayoferythritolproducedbyanosmophilicyeast・Theapplicationoferythritolisalsoineludedandsomeopinionsontheresearchanddevelopmentoferythritolarepresented. Keywords:erythritol；production；biosyntheticpathway；application赤蘇糖醇是迄今发现的自然界中相对分子质量最小的糖醇，为国际上较流行的新型功能性甜味剂。除与其他多元糖醇同样具有防頻齿以及适于糖尿病患者食用等保健功能外，赤蘇糖醇还有两个重要特性，即低热量(W1.66KJ/g)和高耐受量(无副作用)。赤聲糖醇采用淀粉发酵生产，原料来源充足，工艺简单，成本低廉且安全。由于赤鐸糖醇具有良好的食品加工适应性和保健功能，目前作为新型功能性保健食品原料广泛用于食品、医药、化妆品及化工等领域[1,2]。1赤鐸糖醇的生产现状赤裨糖醇，化学名称为1,2,3,4-丁四醇，分子式C4H1004,相对分子质量122.12,熔点118〜122°C,沸点329〜331°C,甜度是蔗糖的70%〜80%。溶于水时吸收较多的能量，溶解热一97.4J/g,食用时口感凉爽。发酵法生产赤鐸糖醇始于20世纪90年代，只有少数几个国家能批量生产。比利时Cerestar公司有年产上万吨的装置；日本三菱化成/日研的年生产能力约5000吨；三菱与美国Cargill公司联合投资建立了年产20000吨的生产厂；韩国和巴西也开展了赤蘇糖醇生产技术的研发；我国首家年产3000吨赤鐸糖醇的生产线2004年于山东禹城建成投产。目前全球 无热量食品正以每年5%的速率在增长，其它领域的用量也在逐年递增。消费市场的高速膨胀促使欧美竞相扩产，赤聲糖醇等新型糖醇类甜味剂的生产能力正日益扩大。我国消费的质和量都在高速发展，赤聲糖醇产业有着广阔的国内和国际市场[3]o2赤蘇糖醇的研究现状2.1生产工艺赤蘇糖醇的生产可分为化学合成法和生物合成法两种。化学法的生产效率低，尚未实现工业化生产。发酵法是以淀粉为原料经酶解获得富含葡萄糖的基质，经渗透酵母(Moniliellasp.Trichosporonides)或霉菌(Aureobasidiumsp.)发酵生成赤聲糖醇、少量丙三醇、核糖醇及微量其他多元醇的混合物，经过滤、浓缩、精制得赤聲糖醇，平均收率约50%。赤聲糖醇发酵法工业化生产流程如下：近年中国食品发酵工业研究院、江苏省微生物研究所、江南大学等单位分别在菌种选育、生产工艺等方面取得成果。国内一些生产厂家利用国内外科研成果掌握了工业化发酵生产赤聲糖醇的技术，其主要指标已达到国际先进水平。2.2生产菌种工业发酵生产赤蘇糖醇主要使用耐高渗酵母等微生物。1956年加拿大Spencer等在研究高渗酵母产生甘油时，发现 因菌种生长速度、培养条件不同，可产生赤鋅糖醇。此后，又有许多筛选赤聲糖醇高产微生物的研究，发现能生产赤葬糖醇的有假丝酵母属(Candida)^球拟酵母属(Torulopsis)、毛胞子菌属(Trichosporum)^三角酵母属(Trigonopsis)、毕赤酵母属(Pichia)等。目前类酵母真菌Mordliella发酵的产物浓度和收率最高。采用合适的培养方式培养Moniliella突变株HAT101时，赤聲糖醇的最终浓度可达175g/L,得率70%o但目前国内分离的菌株尚未达到这一水平［1］,因此有必要在进一步研究的同时购买菌种，引进技术,尽快实现工业化。3耐高渗酵母合成赤鐸糖醇的途径目前已发现的微生物合成赤聲糖醇的代谢途径主要有两条，(1)奇异乳酸菌(Leuconostocoenos)：在厌氧条件下，将葡萄糖转化为6-磷酸果糖，然后进一步磷酸化并分解为4-磷酸赤蘇糖(erythrose4-P)和乙酰磷酸(acetyl-P),4-磷酸赤蘇糖经磷酸酯酶水解生成赤蘇糖醇；(2)短梗霉(Aureobasidium.sp.):通过磷酸戊糖途径(HMP)合成4-磷酸赤蘇糖，再脱磷酸还原为赤蘇糖醇［4］。Spencer等［3］在研究酵母(Torulopsismagnoliae)生产赤聲糖醇的途径时发现，赤蘇糖醇的主要合成途径是6-磷酸果糖通过转酮反应生成4碳单位，再还原和脱磷酸；7-磷酸景天庚酮糖通过转醛反应生成4碳单位的途径对合成赤 蘇糖醇也有一定的贡献；耐高渗酵母在耗氧条件下也可通过磷酸戊糖途径（HMP）合成赤群糖醇。研究表明，大部分碳通过磷酸戊糖途径和糖酵解产生足够的还原力，形成大量赤禅糖醇释放到胞外，即先通过磷酸戊糖途径，经赤聲糖4-磷酸，然后在赤鐸糖还原酶作用下脱去磷酸。赤蘇糖还原酶催化最后一步反应，被认为是关键酶。Lee的研究表明，代谢中间产物延胡索酸盐会抑制此酶的活性，添加Gu2+可抑制延胡索酸盐的产生，从而提高赤葬糖醇的产率［5,6］；而Yang等认为，Candidamagnoliae是生产此糖醇的最好菌株，能利用单糖和双糖，且不产生其他多元醇。其原因可能是此菌的赤蘇酮糖还原酶有很高的底物特异性。在Aureobasidiumsp.变异株的赤聲糖醇代谢途径上，虽然赤聲酮糖还原酶利用D-赤蘇酮糖作为底物时表现出最大活性，但D-甘油醛和二軽丙酮也可作为此酶的底物产生其他醇，致使赤聲糖醇转化率下降［7］。4赤蘇糖醇的应用赤鐸糖醇用作食品和饮料的甜味剂有如下特点：（1）相对分子质量小，相同浓度的溶液具有较高的渗透压和较低的水分活度，可用于低水分活度食品的加工贮藏；（2）溶解热较大，用于固体食品和糖果有较明显的凉爽感；（3）甜味爽净，在与其他髙甜度甜味剂如蛋白糖、甜菊糖等复配时可有效地遮掩这些甜味剂的后苦味；（4）热量低，可用于生产低 热量食品和饮料；（5）可促进溶液中乙醇分子与水分子结合,降低酒类饮料中酒精的异味和感官刺激，改善蒸馆酒和葡萄酒的质量。赤聲糖醇还可用作药品的矫味剂和片剂的赋形剂，能有效地改善药品的口感。由于赤禅糖醇热量低、难消化，制作的糖果和专用洁齿用品对保护少年儿童的口腔健康有积极的作用。赤聲糖醇可部分替代甘油的作用生产化妆品。由于赤禅糖醇不是微生物营养成分，故可延缓化妆品变质。赤蘇糖醇还能作为有机合成的中间体，是制造油漆、炸药和医药等产品的原料[8]o5存在的问题及研究方向目前影响赤聲糖醇发酵生产的主要问题是菌株发酵时产气发泡、菌种耐糖性低、发酵速度慢、效率低及副产品比例大。进一步研究的重点主要应集中在菌种筛选、培养基和生产工艺的优化上。由于赤鐸糖醇的工业化生产采用酵母耗氧法，因此有必要从介质传递角度探索提高发酵体系内的溶氧能力。根据赤鐸糖醇的合成机制，通过代谢调控等手段进一步探索提高赤聲糖醇的关键因素。构建基因工程菌，提高关键酶的表达能力，促进赤聲糖醇的转化，抑制副产物的产生从而简化后续的纯化工作，降低成本。在传统食品以及功 能性食品的加工、品质改善等领域也有待进一步开发。参考文献[1]郑建仙.功能性糖醇[M].北京：化学工业出版社，2005：28-68.[2]吴燕，陆茂林，杨晓伟.耐高渗酵母赤群糖醇B845的研究[J].江苏食品与发酵，2001,(4)：7-11.[3]郑建仙.低能量食品[M].北京：中国轻工业出版社，2001：124-126.[4]范光先.产赤蘇糖醇耐高渗酵母的选育及影响其产量的因素[D].无锡：江南大学，2001.[5]JungKL,BongSK,SangYK.Fumarate-mediatedinhibitionoferythrosereductase,akeyenzymeforerythritolproductionbyTorulacorallina[J]・Applenvironmicrobiol,2002,9：4534-453&[6]KOhD,ChoCH,LeeJK,etal.Increasederythritolproductioninfed-batchculturesofTorulasp.bycontrollingglucoseconcentration[J].JIndMicrobiolBiotechnol,2001,26：248-252.[7]RyuYW,ParkCY,ParkJB,etal.OptimizationoferythritolproductionbyCandidamagnoliaeinfed-batchculture[J]・JIndMicrobiolBiotechnol,2000,25：100-103. [1]MmrroIC,BeretW0,BorzelecaJF,etal.Erythritol：aninterpretivesummaryofbiochemical,metabolic,toxicologicalandclinicaldata[J].FoodChemToxicol,199&36：1139-1174.