生物转化法生产D-阿拉伯糖醇

D-阿拉糖醇是指阿拉伯糖的还原性羰基经过加氢后生成的一类多元醇。它在机体内的代谢与胰岛素无关，而且能量较低，又不是口腔微生物的适宜作用底物，可防治牙齿龋变，是一类重要的功能性食品基料。在医药领域，它是药物合成的重要中间体，广泛用于阿糖胞苷、阿拉阿糖腺苷等的合成原料。另外，在化工方面阿拉伯糖醇是高分子发泡材料合成的激活剂，也可用做显影材料的稳定剂。因而，D-阿拉伯糖醇作为一类高附加值产品已广泛应用于食品、医药、化工、皮革、涂料以及国防等行业。

自然界中，D-阿拉伯糖醇多存在于植物，真菌中，但含量很少，原料昂贵，而且提取困难，直接提取不经济。目前，国内外的生产主要是化学合成法，即将阿拉伯糖催化加氢得到糖醇，也可将糖酯或糖酸还原得到糖醇。该方法直接、产量高，但是存在底物要求高、过程复杂、设备投资大、安全要求高、操作费用高、污染严重等缺点。此外，化学催化法使用昂贵的金属催化剂Raney-nickel，对产品的分离，特别是食品级的阿拉伯糖醇生产带来较高的分离成本，用于食品生产时有一定的风险。

作为一种绿色、高效的催化载体，微生物在化学品工业合成中的应用越来越广泛。生物催化反应条件温和，并显示出严格的对映选择性或区域选择性，还避免了化学合成法所需高温高压反应条件和昂贵的催化剂，节省能源消耗。微生物转化法主要是利用细胞内相关的糖醇脱氢酶，将葡萄糖还原为D-阿拉伯糖醇，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D-阿拉伯糖醇将具有污染少、产品质量高等优点，在工业化生产中具有明显优势和巨大的潜力。国内外多年研究开发获得了不同糖醇生产菌株，糖醇转化率超过0.3g/g，使得糖醇生物制造的工业化成为可能。

市场前景

2004年，美国国家能源部公布的12种最重要的高附加值生物基产品中就包括多种糖醇，其中作为木糖醇的对映异构体，D-阿拉伯糖醇是目前研究较多的功能糖醇，它是一类重要的功能性食品基料，在商业应用中具有较高附加值，可应用于食品、医药、轻工等方面。

目前阿拉伯糖醇生产主要集中在作为木糖醇替代品，或将阿拉伯糖醇进一步加工成为木糖醇。

技术特点 本项目获得具有自主知识产权、高效生产D-阿拉伯糖醇的菌种。利用该菌种可以把葡萄糖，玉米芯水解浓缩液或木糖废母液生物转化为D-阿拉伯糖醇，转化96-108h，可以实现细胞重复利用，平均糖醇产量45-69g/L，转化率0.46-0.49g/g，产率0.46-0.65g/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。化学法以纯阿拉伯糖为原料，底物昂贵。生物转化法直接以生物质水解液为原料，使原料利用率有较大提高，同时降低生产成本。

3)能耗低。化学法将阿拉伯糖加氢后再浓缩、结晶，能耗高。生物转化法一次浓缩结晶得到阿拉伯糖醇，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)产品质量可靠。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

目前该项目正完成实验室5L体系的转化。

投资与效益分析

D-阿拉伯糖醇可作为木糖醇的替代品，但由于生产技术的限制，D-阿拉伯糖醇生产成本较高，价格昂贵，使其应用受到限制，98%纯度的D-阿拉伯糖醇的价格为1600-3000元/公斤。本项目以价格相对低廉的葡萄糖作为原料通过生物转化法生产D-阿拉伯糖醇，预计生产成本约为2万元/吨以下。