生物转化法生产木糖醇

木糖醇是由木糖加氢而得到的五碳糖醇，木糖醇是功能性糖醇中最主要的一个品种，是一种具有营养价值的天然甜味物质，也是人体糖类代谢的正常中间体。在自然界中，木糖醇广泛存在于各种水果、蔬菜中，但含量很低。

目前木糖醇的生产主要是通过木糖化学氢化的催化方法。化学法需将玉米芯水解液浓缩、结晶得到木糖后重新溶解稀释，加氢后再浓缩、结晶，能耗高。另外化学法使用金属粉末催化剂，对产品的分离，特别是食品级的木糖醇生产带来较高的分离成本，产品用于食品时有一定的风险。还有化学法需制氢，加氢在高温高压下进行，设备要求高。针对化学法生产木糖醇存在的问题，国际上从20世纪70年代开始研究用微生物法来生产木糖醇。微生物法的原理是是利用细胞内的木糖还原酶，将木糖还原为木糖醇，氢来自细胞内的还原性辅酶和氢离子，不需另行制氢。微生物反应在常温常压下进行，能耗低、设备简单、操作安全，又由于酶的底物专一性，使得原料不必高度精制。生物法生产木糖醇将具有污染少、产品质量高等优点，极具发展前景。国内外多年研究开发获得了一系列糖醇转化率超过0.8g/g，使得木糖醇生物制造的工业化成为可能。

市场前景

随着1999年国际食品法典委员会(CAC)批准木糖醇为按生产需要，无须限量食用的食品添加剂，全球木糖醇市场稳步发展，每年以l5%的速度增长。2011年，国际糖醇年需求量为300多万吨，而总产量仅为260余万吨，供需矛盾十分突出。丹尼斯克集团公司是世界主要的食品添加剂和配料供应商，该公司也是目前世界最大的木糖醇生产企业。

国内木糖醇产品70％以上出口到了欧洲、美国、西班牙、日本等50多个国家和地区。我国木糖醇市场调研报告显示木糖醇的出口数量由2000年的不足800吨发展到2007年的21000吨，增幅达到了26倍，我国木糖醇在全球市场的份额也由2000年的不足5%扩大到2009年的50%以上，市场前景良好。

我国的木糖醇(木糖)工业企业虽然规模都不大，但还是比较集中的，大多分布在河北、山东、河南等省。目前，我国木糖醇生产企业主要有福田药业，浙江华康，丹尼斯克（安阳），禹城绿健等，总生产能力为10万吨。

目前食品级木糖醇的价格为2.0-2.2万元/吨，价格稳定，而上游高纯度木糖价格1.7-1.9万元/吨，因此利用高纯度的木糖原料化学合成生产木糖醇几乎没有利润。在本项目中，我们利用微生物转化方法，可以实现从低纯度木糖及生物质原料到糖醇的高效转化，大大降低了木糖醇生产成本。

技术特点

本项目获得具有自主知识产权、高效生产木糖醇的菌种。利用该菌种可以把玉米芯水解浓缩液，木糖废母液或脱色母液生物转化为木糖醇，转化36-48h，可以实现细胞重复利用，平均木糖醇产量大于 100g/L，转化率大于 0.85g/g，产率大于 2g/l/h。

本项目技术优势包括：

1）细胞可反复使用，从而可降低生物催化剂成本。

2) 原料利用率高。化学法以纯木糖为原料，玉米芯水解液中有30％以上的木糖在母液中无法利用。生物转化法直接以玉米芯水解液为原料，并利用了废木糖母液，使原料利用率有较大提高，同时降低生产成本。

3) 能耗低。化学法将玉米芯水解液浓缩、结晶得到木糖后重新溶解稀释，加氢后再浓缩、结晶，能耗高。生物转化法一次浓缩结晶得到木糖醇，降低了能耗。

4) 生产设备简单。化学法需制氢，加氢在高温高压下进行，设备要求高。发酵法主要设备是发酵罐，也较复杂。生物转化法只用极少发酵罐，主要设备是简单的反应槽。

5) 操作简单、安全。转化过程在常温、常压下进行，并且无需无菌操作。与化学法或发酵法比较，操作是最简单、最安全的。

6) 产品质量好。生物法避免了与金属粉末催化剂的接触，产品更适于作为食品。生物转化系统又没有发酵系统的培养基组分，因此产品质量更可靠。

研究时间与阶段

目前，本项目已经完成5吨规模的中试。

投资与效益分析

化学法：

生产纯度98.5％以上的木糖醇，目前还都用化学催化加氢的方法生产，必须以纯度99％以上的木糖为原料，原料成本占相当大的比例。化学法木糖醇的成本为1.9-2.2万元/吨，本项目以玉米芯水解液制备的70％以上木糖为原料，生物转化法生产木糖醇的成本约为1.6-1.9万元/吨。

当前木糖醇的市场价为2.0-2.2元/吨，化学法每吨的利润基本为0元，甚至亏本，生物法每吨的利润为2000-3000元。