发酵法生产赤藓糖醇的研究综述
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赤藓糖醇是一种新型营养型甜味剂，其特点 是对热稳定性好、吸湿性小、冰点较低，其应用 领域十分广泛，如食品、医药、化妆品、化工等 许 多 方 面 [2]。 其 生 产 方 法 主 要 有 化 学 合 成 法 和 微 生 物发酵法，化学法是将淀粉用高碘酸法生成双全 淀粉，再经氢化裂解成赤藓糖醇和其他衍生物，因 此化学法的流程长，成本高。与化学合成法相比， 微生物发酵法生产过程温和，容易控制，更具有生 产优势。
法有高碘酸氧化法和薄层色谱法及液相色谱法等，其中液相色谱法可直接测定，是目前较理想的一种分析方法。同
时指出，选育理想菌株、消除终产物抑制现象及提高产率仍然是发酵法生产赤藓糖醇研究的重点。
关键词：微生物；赤藓糖醇；发酵；研究进展
中图分类号：TS205.5
文献标志码：A
Summarization on Research for Erythritol Production by Fermentation
部分产赤藓糖醇发酵菌株的生产比较见表 1。
表 1 部分产赤藓糖醇发酵菌株的生产比较
菌株
产量 /g·L- 1
产率 /%
甘油的 产生情况
Candida magnoliae
82.3
41
-
Torula.sp[8]
192
48
Trigonopsis variabilis[9]
46
Aureobasidium.sp[10]
赤藓糖醇生产菌多属于酵母，少部分为霉菌和细 菌。从菌种生产能力和产物情况来看，耐高渗透酵母 是比较适宜的菌种。在工业上也主要是用耐高渗透酵 母和其他生产赤藓糖醇的微生物发酵生产。Spencer 等人[3]最早发现许多耐高渗透酵母能产生赤藓糖醇。 此后又有许多研究者对高产赤藓糖醇的微生物进行筛 选，发现能生产赤藓糖醇的菌种有假丝酵母属 （Candida）、球拟酵母属 （Torulopsis）、毛孢子菌属 （Trichosporum）、三角酵母属 （Trigonopsis）、毕赤酵 母 属 （Pichia）， 以 及 Moniliella、 Trichosporonoides、 Aureobasidium 和 Zygopichia 等属。
0 引言
1 发酵菌株
赤 藓 糖 醇 为 1， 2， 3， 4- 丁 四 醇 ， 分 子 式 为 C4H10O4。赤藓糖醇在自然界中的分布非常广泛，地衣 类植物、海藻、蘑菇类及各种植物果实中均含有。由 于细菌、霉菌和酵母可以发酵产生赤藓糖醇，因此赤 藓糖醇也存在于果酒、啤酒、酱油等发酵食品中。此 外，它还存在于哺乳动物的体液中[1]。
Park 等人报道，利用 Trichosporon sp.重复补料分
·52·
农产品加工·创新版
2009 年第 12 期
批发酵，赤藓糖醇的容量生产率为 1.86 g/(L·h)，产 率为 45%[21]。
* 为通讯作者：曹龙奎，教授，研究方向：农产品加工。
2009 年第 12 期
李树东，等：发酵法生产赤藓糖醇的研究综述
·51·
SN- 115， 以 葡 萄 糖 为 基 质 ， 赤 藓 糖 醇 的 得 率 为 50%[4]；韩国筛选得到 Candida magnoliae[5]。我国发酵 法生产赤藓糖醇的研究开发工作起步较晚。江南大 学的范光先等人筛选出一株单产赤藓糖醇的球状酵 母 OS- 194[6]，江苏省微生物研究所吴燕等人筛选得 到一株圆酵母 （Torula sp）. [7]。
韩国的 Lee 等人研究发现，Mn2+ 和 Cu2+ 可以提高 赤 藓 糖 醇 的 生 产 力 和 产 率 ， 认 为 是 Mn2+ 改 变 了 Torula sp.细胞膜的渗透性，而 Cu2+ 的存在增加了细胞 内赤藓酮糖还原酶的活性所致，其他的无机盐如 Ca2+， Cr3+，Ni2+，V4+ 使赤藓糖醇的产量下降[9]。
2 发酵工艺
菌株是发酵的关键，但好的发酵工艺要有合适的 环境条件，才能使其生产潜力充分表现出来。一般来 讲，在发酵过程中，要注意控制渗透压、无机盐的浓 度、pH 值、发酵培养基成分及浓度等参数。 2.1 碳源和副产物的影响
不同的碳源对微生物发酵产赤藓糖醇的影响不 同。生产赤藓糖醇的碳源有烷烃、单糖和双糖等，其 中，用葡萄糖、果糖、甘露糖和蔗糖等糖类与甘露 醇、山梨醇、甘油等多元醇来生产赤藓糖醇，可获得 较高的产量。而阿拉伯醇、半乳糖和木糖的利用很 慢，而且不会产生赤藓糖醇。综合考虑成本和产量问 题，葡萄糖是最适宜的碳源。
赤藓糖醇的开发利用在日本、韩国、比利时研 究较多。日本研究者从土壤、发酵食品、果实和花 粉中采样进行分离、筛选、诱变育种，得到了产赤 藓 糖 醇 的 耐 高 渗 透 酵 母 菌 株 Aureoasidium sp.
收稿日期：2009- 10- 21 作者简介：李树东 （1981- ），男，辽宁人，初级工程师，研究方向：乳粉生产。E- mail：lishudong0001@163.com。
Yang 等人认为，C.magnoliae 是生产该糖醇的最 好菌株，能够利用单糖和双糖，且不产生其他多元 醇；培养该菌的变异株 M2，将葡萄糖质量浓度提高 到 200 g/L 时，获得的生产率为 0.54 g/(L·h)，产率 43%[15]。
范光先等人认为，葡萄糖、果糖、甘露糖和蔗糖 等都是生产赤藓糖醇的良好碳源，其中甘露糖的转化 率最高，达 31.5%[6]。
Li Shudong1，Song Wei1，Wei Chunhong2，*Cao Longkui2 （1. Heilongjiang Yaolan Dairy Share Co.，Ltd，Harbin，Heilongjiang 150036，China；2. Foodstuff College，Heilongjiang
10
35.5
+
Aureoasidium sp.SN- 115
50
Monilliella[11]
116.4
-
Trichosporon.sp[12]
116.4
47
+
Trichosporonoides[13]
43
43
+
圆酵母 B84512[14]
பைடு நூலகம்
162.5
41.2
注：+ 为发酵过程中伴有甘油产生；- 为发酵过程中没有甘油产 生。
许多研究证明，渗透压的改变对微生物产赤藓糖 醇有一定的影响。
Kim 应用 Trigonopsis Variablilis 菌株，采用分段 发酵方式调节葡萄糖的渗透压，即在生长阶段加入葡 萄糖质量浓度为 100 g/L，渗透压为 1.4 kPa，而在生 产阶段再加入葡萄糖质量浓度为 200 g/L，使渗透压 增加到 3.7 kPa，赤藓糖醇的产量提高到 46 g/L，比 一次性加入葡萄糖质量浓度为 300 g/L 的产量提高 2 倍[10]。
August First Land Reclamation University，Daqing，Heilongjiang 163319，China） Abstract： Erythritol production by microbial fermentation is one of the focuses in modern fermentation process. This article shows some key points of the microbial fermentation. During the process osmophilic yeast is served as the main microbe strain. The dissoluble oxygen carbon resources microbe strain，the density of metal ion and the Ph degree will have some effects on the fermenting technology. Many means can be used to examine the content of erythritol. They are titration method Ph degree method paper chromatography acid sheet chromatogra- phy gas chromatography etc. Among them，liquid chromatography is an ideal method for it can directly find out the content of erythritol. This article also figures out some main points for the erythritol production. They are ideal microbe strains，clearing final inhibition and improving the production. Key words：microbe；erythritol；fermentation；progress
吴燕等人试验了葡萄糖质量浓度对发酵产赤藓糖 醇的影响，发现葡萄糖质量浓度大于或等于 200 g/L 时，赤藓糖醇产量与对糖转化率均相差不多，糖浓度 越高，残糖越多，故质量浓度为 200 g/L的葡萄糖最 为适宜[7]。
Kim 等人发现，在赤藓糖醇的分批发酵培养中，
由于柠檬酸、丁酸等有机酸的积累，使得赤藓糖醇的 产率下降[16]。 2.2 渗透压的影响
（1. 黑龙江摇篮乳业股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150036；2. 黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 163319）
摘要：微生物发酵法生产赤藓糖醇是现代发酵工程研究的热点之一。该法生产赤藓糖醇所需的发酵菌株主要是耐高
渗透酵母菌，其发酵工艺主要受碳源、渗透压、无机盐浓度及培养方式等因素的影响。检测赤藓糖醇含量常用的方
氧的存在、温度的不同、转速的改变等对于微生 物生长、生产的影响是不同的。Spencer 和 Sallaus 提 出，许多耐高渗酵母在有氧条件下能有利于多元醇如 乙醇、甘油和赤藓糖醇的生产[20]。
Peterson 等人证实了以上观点，同时提出，通 风量要充足 但 是 不 要 过 大 ， 部 分 限 制 NADH 的 氧 化 ， 使 其 参 与 还 原 生 成 多 元 醇 [6]。 若 生 腾 雄 等 人 发 现，温度也是很重要的限制因素，在 30 ℃生长很 好的树叶酵母的赤藓糖醇产量却低于 37 ℃培养时 的产量[4]。
·50·
第 12 期(总第 194 期) 2009 年 12 月
农产品加工·创新版
农产品加工·创新版 Innovational Edition of Farm Products Processing
2009 年第 12 期
No.12 Dec.
发酵法生产赤藓糖醇的研究综述
李树东 1，宋 微 1，魏春红 2，* 曹龙奎 2
Kim 等人认为，当葡萄糖和盐具有同样的渗透压 时，葡萄糖更加有利于细胞生长和赤藓糖醇的生 产[10]。这个结论与 Onish 提出的在高渗透压下耐高渗 酵母更能够忍受糖的压力一致[17]。Kim 等人研究盐的 渗透压对 Torula sp.生长及赤藓糖醇产量的影响时发 现 ， 当 培 养 基 中 含 有 浓 度 为 0.3 mol/L 的 NaCl 或 0.4 mol/L 的 KCl 时，赤藓糖醇产量最大；而盐浓度 再 增 大 ， 则 细 胞 生 长 及 耗 糖 率 下 降 ； [18] 对 于 Debaryomyces hansenij 而 言 ， 培 养 基 中 含 有 浓 度 为 1 mol/L 的 NaCl，可以明显提高赤藓糖醇的产量，并 且抑制甘油的积累[18]。 2.3 无机盐的影响
我国范光先等人发现，随着磷浓度的升高，球 状酵母 OS- 194 对于赤藓糖醇的产量是减少的，这与 Peterson 提出的在多元醇生产时要限制无机磷浓度的 说法一致[6]。但是 Lee 等人认为，适当添加肌醇和肌 醇六磷酸 （植酸） 能够促进 Torula sp 菌体的生长， 提高赤藓酮糖还原酶活性，进而提高赤藓糖醇的产 量[19]。 2.4 培养条件及发酵方式的影响
法有高碘酸氧化法和薄层色谱法及液相色谱法等，其中液相色谱法可直接测定，是目前较理想的一种分析方法。同
时指出，选育理想菌株、消除终产物抑制现象及提高产率仍然是发酵法生产赤藓糖醇研究的重点。
关键词：微生物；赤藓糖醇；发酵；研究进展
中图分类号：TS205.5
文献标志码：A
Summarization on Research for Erythritol Production by Fermentation
部分产赤藓糖醇发酵菌株的生产比较见表 1。
表 1 部分产赤藓糖醇发酵菌株的生产比较
菌株
产量 /g·L- 1
产率 /%
甘油的 产生情况
Candida magnoliae
82.3
41
-
Torula.sp[8]
192
48
Trigonopsis variabilis[9]
46
Aureobasidium.sp[10]
赤藓糖醇生产菌多属于酵母，少部分为霉菌和细 菌。从菌种生产能力和产物情况来看，耐高渗透酵母 是比较适宜的菌种。在工业上也主要是用耐高渗透酵 母和其他生产赤藓糖醇的微生物发酵生产。Spencer 等人[3]最早发现许多耐高渗透酵母能产生赤藓糖醇。 此后又有许多研究者对高产赤藓糖醇的微生物进行筛 选，发现能生产赤藓糖醇的菌种有假丝酵母属 （Candida）、球拟酵母属 （Torulopsis）、毛孢子菌属 （Trichosporum）、三角酵母属 （Trigonopsis）、毕赤酵 母 属 （Pichia）， 以 及 Moniliella、 Trichosporonoides、 Aureobasidium 和 Zygopichia 等属。
0 引言
1 发酵菌株
赤 藓 糖 醇 为 1， 2， 3， 4- 丁 四 醇 ， 分 子 式 为 C4H10O4。赤藓糖醇在自然界中的分布非常广泛，地衣 类植物、海藻、蘑菇类及各种植物果实中均含有。由 于细菌、霉菌和酵母可以发酵产生赤藓糖醇，因此赤 藓糖醇也存在于果酒、啤酒、酱油等发酵食品中。此 外，它还存在于哺乳动物的体液中[1]。
Park 等人报道，利用 Trichosporon sp.重复补料分
·52·
农产品加工·创新版
2009 年第 12 期
批发酵，赤藓糖醇的容量生产率为 1.86 g/(L·h)，产 率为 45%[21]。
* 为通讯作者：曹龙奎，教授，研究方向：农产品加工。
2009 年第 12 期
李树东，等：发酵法生产赤藓糖醇的研究综述
·51·
SN- 115， 以 葡 萄 糖 为 基 质 ， 赤 藓 糖 醇 的 得 率 为 50%[4]；韩国筛选得到 Candida magnoliae[5]。我国发酵 法生产赤藓糖醇的研究开发工作起步较晚。江南大 学的范光先等人筛选出一株单产赤藓糖醇的球状酵 母 OS- 194[6]，江苏省微生物研究所吴燕等人筛选得 到一株圆酵母 （Torula sp）. [7]。
韩国的 Lee 等人研究发现，Mn2+ 和 Cu2+ 可以提高 赤 藓 糖 醇 的 生 产 力 和 产 率 ， 认 为 是 Mn2+ 改 变 了 Torula sp.细胞膜的渗透性，而 Cu2+ 的存在增加了细胞 内赤藓酮糖还原酶的活性所致，其他的无机盐如 Ca2+， Cr3+，Ni2+，V4+ 使赤藓糖醇的产量下降[9]。
2 发酵工艺
菌株是发酵的关键，但好的发酵工艺要有合适的 环境条件，才能使其生产潜力充分表现出来。一般来 讲，在发酵过程中，要注意控制渗透压、无机盐的浓 度、pH 值、发酵培养基成分及浓度等参数。 2.1 碳源和副产物的影响
不同的碳源对微生物发酵产赤藓糖醇的影响不 同。生产赤藓糖醇的碳源有烷烃、单糖和双糖等，其 中，用葡萄糖、果糖、甘露糖和蔗糖等糖类与甘露 醇、山梨醇、甘油等多元醇来生产赤藓糖醇，可获得 较高的产量。而阿拉伯醇、半乳糖和木糖的利用很 慢，而且不会产生赤藓糖醇。综合考虑成本和产量问 题，葡萄糖是最适宜的碳源。
赤藓糖醇的开发利用在日本、韩国、比利时研 究较多。日本研究者从土壤、发酵食品、果实和花 粉中采样进行分离、筛选、诱变育种，得到了产赤 藓 糖 醇 的 耐 高 渗 透 酵 母 菌 株 Aureoasidium sp.
收稿日期：2009- 10- 21 作者简介：李树东 （1981- ），男，辽宁人，初级工程师，研究方向：乳粉生产。E- mail：lishudong0001@163.com。
Yang 等人认为，C.magnoliae 是生产该糖醇的最 好菌株，能够利用单糖和双糖，且不产生其他多元 醇；培养该菌的变异株 M2，将葡萄糖质量浓度提高 到 200 g/L 时，获得的生产率为 0.54 g/(L·h)，产率 43%[15]。
范光先等人认为，葡萄糖、果糖、甘露糖和蔗糖 等都是生产赤藓糖醇的良好碳源，其中甘露糖的转化 率最高，达 31.5%[6]。
Li Shudong1，Song Wei1，Wei Chunhong2，*Cao Longkui2 （1. Heilongjiang Yaolan Dairy Share Co.，Ltd，Harbin，Heilongjiang 150036，China；2. Foodstuff College，Heilongjiang
10
35.5
+
Aureoasidium sp.SN- 115
50
Monilliella[11]
116.4
-
Trichosporon.sp[12]
116.4
47
+
Trichosporonoides[13]
43
43
+
圆酵母 B84512[14]
பைடு நூலகம்
162.5
41.2
注：+ 为发酵过程中伴有甘油产生；- 为发酵过程中没有甘油产 生。
许多研究证明，渗透压的改变对微生物产赤藓糖 醇有一定的影响。
Kim 应用 Trigonopsis Variablilis 菌株，采用分段 发酵方式调节葡萄糖的渗透压，即在生长阶段加入葡 萄糖质量浓度为 100 g/L，渗透压为 1.4 kPa，而在生 产阶段再加入葡萄糖质量浓度为 200 g/L，使渗透压 增加到 3.7 kPa，赤藓糖醇的产量提高到 46 g/L，比 一次性加入葡萄糖质量浓度为 300 g/L 的产量提高 2 倍[10]。
August First Land Reclamation University，Daqing，Heilongjiang 163319，China） Abstract： Erythritol production by microbial fermentation is one of the focuses in modern fermentation process. This article shows some key points of the microbial fermentation. During the process osmophilic yeast is served as the main microbe strain. The dissoluble oxygen carbon resources microbe strain，the density of metal ion and the Ph degree will have some effects on the fermenting technology. Many means can be used to examine the content of erythritol. They are titration method Ph degree method paper chromatography acid sheet chromatogra- phy gas chromatography etc. Among them，liquid chromatography is an ideal method for it can directly find out the content of erythritol. This article also figures out some main points for the erythritol production. They are ideal microbe strains，clearing final inhibition and improving the production. Key words：microbe；erythritol；fermentation；progress
吴燕等人试验了葡萄糖质量浓度对发酵产赤藓糖 醇的影响，发现葡萄糖质量浓度大于或等于 200 g/L 时，赤藓糖醇产量与对糖转化率均相差不多，糖浓度 越高，残糖越多，故质量浓度为 200 g/L的葡萄糖最 为适宜[7]。
Kim 等人发现，在赤藓糖醇的分批发酵培养中，
由于柠檬酸、丁酸等有机酸的积累，使得赤藓糖醇的 产率下降[16]。 2.2 渗透压的影响
（1. 黑龙江摇篮乳业股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150036；2. 黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 163319）
摘要：微生物发酵法生产赤藓糖醇是现代发酵工程研究的热点之一。该法生产赤藓糖醇所需的发酵菌株主要是耐高
渗透酵母菌，其发酵工艺主要受碳源、渗透压、无机盐浓度及培养方式等因素的影响。检测赤藓糖醇含量常用的方
氧的存在、温度的不同、转速的改变等对于微生 物生长、生产的影响是不同的。Spencer 和 Sallaus 提 出，许多耐高渗酵母在有氧条件下能有利于多元醇如 乙醇、甘油和赤藓糖醇的生产[20]。
Peterson 等人证实了以上观点，同时提出，通 风量要充足 但 是 不 要 过 大 ， 部 分 限 制 NADH 的 氧 化 ， 使 其 参 与 还 原 生 成 多 元 醇 [6]。 若 生 腾 雄 等 人 发 现，温度也是很重要的限制因素，在 30 ℃生长很 好的树叶酵母的赤藓糖醇产量却低于 37 ℃培养时 的产量[4]。
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第 12 期(总第 194 期) 2009 年 12 月
农产品加工·创新版
农产品加工·创新版 Innovational Edition of Farm Products Processing
2009 年第 12 期
No.12 Dec.
发酵法生产赤藓糖醇的研究综述
李树东 1，宋 微 1，魏春红 2，* 曹龙奎 2
Kim 等人认为，当葡萄糖和盐具有同样的渗透压 时，葡萄糖更加有利于细胞生长和赤藓糖醇的生 产[10]。这个结论与 Onish 提出的在高渗透压下耐高渗 酵母更能够忍受糖的压力一致[17]。Kim 等人研究盐的 渗透压对 Torula sp.生长及赤藓糖醇产量的影响时发 现 ， 当 培 养 基 中 含 有 浓 度 为 0.3 mol/L 的 NaCl 或 0.4 mol/L 的 KCl 时，赤藓糖醇产量最大；而盐浓度 再 增 大 ， 则 细 胞 生 长 及 耗 糖 率 下 降 ； [18] 对 于 Debaryomyces hansenij 而 言 ， 培 养 基 中 含 有 浓 度 为 1 mol/L 的 NaCl，可以明显提高赤藓糖醇的产量，并 且抑制甘油的积累[18]。 2.3 无机盐的影响
我国范光先等人发现，随着磷浓度的升高，球 状酵母 OS- 194 对于赤藓糖醇的产量是减少的，这与 Peterson 提出的在多元醇生产时要限制无机磷浓度的 说法一致[6]。但是 Lee 等人认为，适当添加肌醇和肌 醇六磷酸 （植酸） 能够促进 Torula sp 菌体的生长， 提高赤藓酮糖还原酶活性，进而提高赤藓糖醇的产 量[19]。 2.4 培养条件及发酵方式的影响