[发明专利]用于生产木糖醇的方法

说明书

本发明涉及一种用于生产木糖醇的方法。木糖醇在食品工业、药物等领域中是很有用的。

预计在将来对木糖醇这种天然存在的糖醇的需求将会增加。由于木糖醇具有较低的热量并且显示出可与蔗糖相比的甜度，因此它是一种很有前途的低热量的甜味剂。此外，由于其抗龋齿的特性，因此它被用作一种预防龋齿的甜味剂。再者，由于木糖醇并不增加血液中葡萄糖的水平，因此将其用于治疗糖尿病的流质疗法(fluid therapy)中。

正如在美国专利4,008,825中公开的那样，目前木糖醇的工业化生产主要依赖于D-木糖的氢化。用作原材料的D-木糖是通过诸如树木、稻草、玉米穗轴、燕麦壳这样的植物材料以及其它富含木聚糖的物质的水解获得的。

但是，通过植物材料的水解生产的这种D-木糖具有相当昂贵这样的缺点，并且这是由高的生产成本造成的。例如，水解处理植物材料的低产率导致生产的D-木糖的纯度很低。因此，在水解处理后必须通过离子交换处理除去用于水解的酸和染料，而得到的D-木糖必须进一步进行结晶以除去其它的半纤维素糖类。为了得到适合于食品的D-木糖，将需要进一步的纯化。这种离子交换处理和结晶处理导致了生产成本的增加。

因此，已经开发了几种用于生产木糖醇的方法，它们都采用了易于得到的原材料并且产生了极少的废物。例如，现已开发出了采用其它的戊糖醇作为起始材料来生产木糖醇的方法。一种这种易于得到的戊糖醇是D-阿拉伯糖醇，并且D-阿拉伯糖醇可以通过使用酵母来产生(《Can.J.Microbiol.》，31，1985，467-471；《遗传微生物学杂志》139，1993，1047-54)。

已开发了几种采用D-阿拉伯糖醇作为原材料来生产木糖醇的方法。《应用微生物学》18，1031-1035(1969)报道了一种方法，通过使用汉逊氏德巴利氏酵母(Debaryomyces hansenii)ATCC20121进行发酵由葡萄糖生产D-阿拉伯糖醇，随后使用弱氧化醋杆菌将D-阿拉伯糖醇转化成D-木酮糖，并且进一步在季也蒙氏假丝酵母soya变种的作用下将D-木酮糖转化成木糖醇。

但是，该方法使用5.3％的阿拉伯糖醇花费112个小时才得到木糖醇，产率为39％，因此仍然存在着改进其产率和生产能力的空间。

EP 403 392A(Roquette Freres)和EP421 882A(Roquette Freres)公开了一些方法，所述方法包括通过使用抗渗透作用的酵母进行发酵来生产D-阿拉伯糖醇，然后使用属于醋杆菌属、葡糖杆菌属或克雷白氏杆菌属的细菌将D-阿拉伯糖醇转化成D-木酮糖，通过葡萄糖(木糖)异构酶的作用由D-木酮糖生成木糖和D-木酮糖的混合物，以及通过氢化反应将得到的木糖和D-木酮糖的混合物转化成木糖醇。另外还公开了木糖醇的生产方法，包括初步浓缩木糖和D-木酮糖的混合物中的木糖，并且通过氢化反应将木糖转化成木糖醇。

但是，以上提及的那些用于生产木糖醇的方法采用了通过发酵生产的D-阿拉伯糖醇作为起始材料，并且通过多个工艺步骤将其转化。因此，这些方法非常复杂，并且考虑到方法的经济性是不太令人满意的。

为了解决上述问题，本发明的发明人已经发现了具有将D-阿拉伯糖醇直接转化成木糖醇的能力的微生物，并且开发了一种生产木糖醇的方法，该方法包括使这些微生物作用于D-阿拉伯糖醇，并且收获所生产的木糖醇(日本专利申请10-258962)。并且他们分析了这些微生物，指出D-阿拉伯糖醇脱氢酶的活性和D-木酮糖还原酶(木糖醇脱氢酶)的活性参与了这一转化反应。而且，他们发现通过加入碳源或NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)作为还原性物质来进行反应，可以以高产率稳定地生产木糖醇(日本专利申请10-258961)。

本发明的一个目的是提供一种利用上述发现高效地进行D-木酮糖至木糖醇的转化的方法。

作为致力于实现上述目的的本发明发明人的研究结果，发现通过使用具有增强的木糖醇脱氢酶活性的并具有还原能力(ability to supply reducing power)的微生物可以高效地由D-木酮糖生产木糖醇，并由此完成了本发明。

即，本发明提供了一种用于生产木糖醇的方法，该方法包括下列步骤：使由编码木糖醇脱氢酶的基因转化过的并具有还原能力的微生物与D-木酮糖反应以生产木糖醇，以及收集生产的木糖醇。

根据本发明前述方法的一个优选的实施方案，具有还原能力的微生物为属于埃希氏杆菌属的细菌。作为属于埃希氏杆菌属的这类细菌，可以提到的有大肠杆菌。