[發明專利]一種提高木糖醇得率的發酵方法

有效

• 申請號: 200910259212.0
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN101792781A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 李榮杰;薛培儉;尚海濤;徐斌;段緒果;薛亮;胡長浩
• 申請（專利權）人: 安徽豐原發酵技術工程研究有限公司
• 主分類號: C12P19/02
• 分類號: C12P19/02;C12R1/74
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王朋飛

技術領域

本發明涉及發酵技術，具體涉及一種提高木糖醇得率的發酵方 法。

背景技術

木糖醇是一種重要的功能性多元糖醇，木糖醇在體內代謝不需要 胰島素的參與，食用后不會提高血糖值，可用于糖尿病食品中。木糖 醇在口腔中不會被微生物利用，可防止齲齒發生。木糖醇還可作為非 腸道營養的能量來源等。正是因為木糖醇具有上述功能特性，已被廣 泛應用于食品和醫藥等工業。

木糖醇的生產方法有：提取、化學合成、生物合成三種方法。木 糖催化加氫法是目前工業生產木糖醇的主要方法，但這一生產工藝需 要單獨制氫，并要在高溫高壓下反應，工藝復雜、安全性差。由于反 應無專一性，必須以價格較高的純木糖為原料，否則產品中會有多種 雜醇不易分離而影響質量，成本較高。

生物合成法是利用微生物來生產木糖醇，可有效地降低木糖醇的 生產成本。發酵法不僅有可能省去木糖純化步驟，還可以簡化木糖醇 的分離步驟，是一種很有前途的生產方法。酶法合成木糖醇，則是通 過木糖還原酶輔酶因子的代謝平衡來實現連續高效生產，該方法還沒 有實現工業化生產。

自然界的微生物中，酵母比較容易將木糖轉化生成木糖醇。其中， 產木糖醇性能優越的酵母菌株主要集中于假絲酵母屬(Candida)，如季 樂蒙地假絲酵母(C.guillier?mondii)、熱帶假絲酵母(C.tropicalis)、莫 基假絲酵母(C.mogii)、平滑假絲酵母(C.parasilosis)等等。工業化生 產主要使用熱帶假絲酵母。酵母對D-木糖的轉化途徑首先是木糖還 原酶以NADPH或NADH為輔酶(主要是NADPH)；將D-木糖還原 為木糖醇，木糖醇既可以作為主要產物進入培養基內，也可以被以 NAD⁺為輔酶的木糖醇脫氫酶催化氧化成D-木酮糖，最后進入磷酸戊 糖代謝途徑。酵母代謝木糖時會經過D-木酮糖途徑，消耗一部分已 經生成的木糖醇，所以木糖醇轉化率一般只能達到理論值的65％～ 90％。但在實際工業化生產過程中，木糖-木糖醇轉化率只有50％～ 70％。酵母中的木糖還原酶的活性受到溫度、pH、NADPH濃度和離 子濃度的影響，而該酶的活性直接影響到木糖-木糖醇的轉化率。

如何提高工業化生產中木糖-木糖醇轉化率，一直是本領域亟待 解決的問題。目前為止，還沒有有關能夠有效提高工業生產中木糖醇 得率的發酵方法。

發明內容

本發明針對上述不足提供一種提高木糖醇發酵得率的方法。

本發明通過分離純化熱帶假絲酵母的木糖還原酶，研究該酶特性 時發現：鋅離子是該酶的激活劑，保持適當的Zn²⁺濃度可使木糖還原 酶維持在最高活力水平，在此條件下可獲得最高的木糖-木糖醇轉化 率。

進而，本發明提供一種提高木糖醇發酵得率的方法，該方法是在 發酵培養基中添加適量的Zn²⁺。研究發現，在發酵培養基中，Zn²⁺濃 度控制在一定范圍內可以顯著增加木糖醇的發酵得率，優選Zn²⁺濃度 為0.3～0.6mmol/L，更優選0.5mmol/L。

目前生產木糖醇的原料來源于玉米芯。以玉米芯為原料，用酸水 解，經中和、蒸發、脫色、離子交換、加氫、濃縮、結晶并將母液進 行再處理可生產出木糖醇。在上述離子交換步驟中，強酸性陽離子樹 脂和強堿多孔陰離子樹脂配套使用，可使糖液呈無色透明狀，純度達 95％～97％。但在木糖分離純化過程中，由于使用強陰陽離子交換層 析，水解液中的離子將被吸附而除去。一般發酵培養基中的Zn²⁺主要 來源于酵母粉或酵母膏，但為了提高發酵法生產木糖醇的競爭力，會 最大程度降低有機氮源的使用來降低培養基的成本。目前通常培養基 中使用的有機氮源主要是酵母粉，其濃度為10g/L發酵液，此時培養 基中Zn²⁺的濃度在8～11mg/L(0.12～0.17mmol/L)，遠遠低于最適 Zn²⁺濃度32.5mg/L(0.5mmol/L)。因此，在發酵培養基另添加Zn²⁺至32.5mg/L，從而提高木糖還原酶的活力，以此達到提高木糖-木糖 醇轉化率的目的。