[发明专利]一种提高木糖醇得率的发酵方法

说明书

技术领域

本发明涉及发酵技术，具体涉及一种提高木糖醇得率的发酵方 法。

背景技术

木糖醇是一种重要的功能性多元糖醇，木糖醇在体内代谢不需要 胰岛素的参与，食用后不会提高血糖值，可用于糖尿病食品中。木糖 醇在口腔中不会被微生物利用，可防止龋齿发生。木糖醇还可作为非 肠道营养的能量来源等。正是因为木糖醇具有上述功能特性，已被广 泛应用于食品和医药等工业。

木糖醇的生产方法有：提取、化学合成、生物合成三种方法。木 糖催化加氢法是目前工业生产木糖醇的主要方法，但这一生产工艺需 要单独制氢，并要在高温高压下反应，工艺复杂、安全性差。由于反 应无专一性，必须以价格较高的纯木糖为原料，否则产品中会有多种 杂醇不易分离而影响质量，成本较高。

生物合成法是利用微生物来生产木糖醇，可有效地降低木糖醇的 生产成本。发酵法不仅有可能省去木糖纯化步骤，还可以简化木糖醇 的分离步骤，是一种很有前途的生产方法。酶法合成木糖醇，则是通 过木糖还原酶辅酶因子的代谢平衡来实现连续高效生产，该方法还没 有实现工业化生产。

自然界的微生物中，酵母比较容易将木糖转化生成木糖醇。其中， 产木糖醇性能优越的酵母菌株主要集中于假丝酵母属(Candida)，如季 乐蒙地假丝酵母(C.guillier mondii)、热带假丝酵母(C.tropicalis)、莫 基假丝酵母(C.mogii)、平滑假丝酵母(C.parasilosis)等等。工业化生 产主要使用热带假丝酵母。酵母对D-木糖的转化途径首先是木糖还 原酶以NADPH或NADH为辅酶(主要是NADPH)；将D-木糖还原 为木糖醇，木糖醇既可以作为主要产物进入培养基内，也可以被以 NAD⁺为辅酶的木糖醇脱氢酶催化氧化成D-木酮糖，最后进入磷酸戊 糖代谢途径。酵母代谢木糖时会经过D-木酮糖途径，消耗一部分已 经生成的木糖醇，所以木糖醇转化率一般只能达到理论值的65％～ 90％。但在实际工业化生产过程中，木糖-木糖醇转化率只有50％～ 70％。酵母中的木糖还原酶的活性受到温度、pH、NADPH浓度和离 子浓度的影响，而该酶的活性直接影响到木糖-木糖醇的转化率。

如何提高工业化生产中木糖-木糖醇转化率，一直是本领域亟待 解决的问题。目前为止，还没有有关能够有效提高工业生产中木糖醇 得率的发酵方法。

发明内容

本发明针对上述不足提供一种提高木糖醇发酵得率的方法。

本发明通过分离纯化热带假丝酵母的木糖还原酶，研究该酶特性 时发现：锌离子是该酶的激活剂，保持适当的Zn²⁺浓度可使木糖还原 酶维持在最高活力水平，在此条件下可获得最高的木糖-木糖醇转化 率。

进而，本发明提供一种提高木糖醇发酵得率的方法，该方法是在 发酵培养基中添加适量的Zn²⁺。研究发现，在发酵培养基中，Zn²⁺浓 度控制在一定范围内可以显著增加木糖醇的发酵得率，优选Zn²⁺浓度 为0.3～0.6mmol/L，更优选0.5mmol/L。

目前生产木糖醇的原料来源于玉米芯。以玉米芯为原料，用酸水 解，经中和、蒸发、脱色、离子交换、加氢、浓缩、结晶并将母液进 行再处理可生产出木糖醇。在上述离子交换步骤中，强酸性阳离子树 脂和强碱多孔阴离子树脂配套使用，可使糖液呈无色透明状，纯度达 95％～97％。但在木糖分离纯化过程中，由于使用强阴阳离子交换层 析，水解液中的离子将被吸附而除去。一般发酵培养基中的Zn²⁺主要 来源于酵母粉或酵母膏，但为了提高发酵法生产木糖醇的竞争力，会 最大程度降低有机氮源的使用来降低培养基的成本。目前通常培养基 中使用的有机氮源主要是酵母粉，其浓度为10g/L发酵液，此时培养 基中Zn²⁺的浓度在8～11mg/L(0.12～0.17mmol/L)，远远低于最适 Zn²⁺浓度32.5mg/L(0.5mmol/L)。因此，在发酵培养基另添加Zn²⁺至32.5mg/L，从而提高木糖还原酶的活力，以此达到提高木糖-木糖 醇转化率的目的。