木糖加氢制备木糖醇的工艺研究文献综述

 2021-10-12 22:20:21

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文 献 综 述

1前言

木糖醇，是由木糖衍生的一种五碳多元糖醇类，1891年由Emil Fisher首次合成。化学名称是1,2,3,4,5-戊五醇，分子式是C5H12O5，相对分子质量为152.15，其英文名称为xylitol。木糖醇是白色结晶或结晶性粉末，味甜，甜度相当于蔗糖，极易溶于水，微溶于甲醇和乙醇[1]，熔点92～96℃，沸点216℃，热值为16.72KJ/g[2]。木糖醇是一种低能量的糖源，有同蔗糖相同的甜度，目前它被广泛应用于食品工业、化学工业等，在国内外有较强的竟争力和市场[3]。在食品工业中，它可作为一种添加剂，像增塑剂、乳化剂，最常见的是作为酒类的添加剂，能改进酒的色、香、味，同时还可以减少微生物对酒的败坏等功效；在化工中，它可作为油漆涂料、化纤助剂等工业部门的原料，也可直接用于牙膏、卷烟、造纸、乳化剂等轻工业产品[4]。在医药工业中，它能治疗糖尿病[5-6]，且它的作用要远超过葡萄糖、果糖及其它五碳糖；在烟草方面、制革方面等也具有广泛的应用。目前国际市场年需求量在10万吨左右, 而全球生产量不足4万吨，市场缺口较大，市场前景非常广阔[7～9]。木糖醇的生产工艺主要有四种，提取法、生物发酵法、电化学还原法[10]和化学加氢法。

2 木糖醇的生产工艺

2.1 提取法[11]

在我国用提取法制备木糖醇，就是用固液萃取的方法将木糖醇从果蔬食物中提取出来。尽管木糖醇广泛存在于各种蔬菜、水果中,但含量都较低。花椰菜中木糖醇含量相对较高，但也只不过占干重质量的0.3%，大量生产代价高且难度大。在芬兰、俄罗斯等欧洲国家拥有极其丰富的白桦树资源，因此成为木糖醇生产大国。直至今日，这些国家仍沿用传统的桦木蒸煮法来生产木糖醇，即用白桦木片经水蒸气蒸煮后得到粗糖液，再经精制即可得到结晶木糖醇产品。然而，蔬菜、水果中所含木糖醇的量较少，且该方法收率低、提取量低、不能满足市场需求，且成本高、大量消耗森林资源，不符合原子经济性。

2.2 生物发酵法

在自然界的微生物中，能生产木糖醇的菌种主要有：bacteria[12]、filamentous fungi[13]、yeasts[14]。传统的这些菌种生产木糖醇量少不能满足市场需求，为了克服这一缺点，金政会、高秉三[15]将能生产木糖醇的菌种的脱氢酶进行可遗传的修饰，阻断或灭火目的基因的表达，从而使之高产率和高产量地制造木糖醇。将它们的遗传基因定向改造后，能大量生产木糖醇。其生产木糖醇的原理是，富含多缩戊糖的农业废弃物，在酸性条件下水解成木糖水解液，再经过修饰后的微生物发酵，发酵为木糖醇。发酵过程是利用微生物辅酶细胞壁中的活性氢(离子氢)在木糖还原酶的作用下使水解液中的木糖还原加氢生成木糖醇。微生物发酵植物纤维原料生产木糖醇工艺流程如下（见图1）：

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