赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展_柴明艳

其最佳菌种的转化率达 16 %[20]。紧接着，杨晓伟等筛 种。赤藓糖醇进入消化道后，大部分（约占 80 %）易被
选出圆酵母（Torula sp.）B84512，赤藓糖醇的产量达到 小肠所吸收，经血液中循环进入机体组织，仅有少量
专题论述
柴明艳：赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展
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葡萄糖 ATP
Abstract：Erythritol was a new kind of natural biological sugar with low caloric value， and belongs to polyol sweetener. It was found naturally in a variety of fungi， fruit， vegetable and animal tissues with high stability， low energy value， food safety other fine features. In this article， strain selection for fermentation and biological function， synthesis route， metabolism of erythritol are reviewed， providing scientific references for the further development and application of erythritol. Key words：erythritol； fermentation； biosynthetic； application
tsukubaensis KN75，通过补料发酵，可使赤藓糖醇产量 酸化和还原反应后合成赤藓糖醇[31-32]。
达到 245 g/L，转化率高达 61 %，是目前发现产赤藓糖
此外，Veiga 等报道乳酸菌也可合成赤藓糖醇，其
醇最高的一株菌种[15]。Rymowicz 等以甘油为碳源，利用 途径如下：先利用磷酸葡萄糖异构酶将 6-磷酸葡萄糖
直接到达大肠成为碳源发酵。进入血液循环的赤藓糖 醇，因人体缺乏赤藓糖醇的代谢酶系，不能被消化降 解而吸收，最后透过肾脏，从尿液中排到体外，该独特
Aureobasidium 和 Zygopichia 等属[6-8]。
的产量为 253 g/L，产率为 1. 03 g（/ L·h）[28]。而杨利博等
在国外，有人采取泥土、花果与发酵食品等材料， 在 利 用 甘 油 作 优 良 碳 源 是 发 现 ， 解 脂 耶 氏 酵 母
进行分离、筛选、纯化、诱变育种，获得产赤藓糖醇的耐 （Yarrowia lipolytica）可很好地发酵甘油生产赤藓糖醇，
高渗酵母菌株 Aureoasidiumsp.SN-115，其得率为 50 %[9]。 最终产量达到了 93.6 g/L，得率为 49 %[29]。Lin 等在蜂
随后，研究者从花粉中获得一株产赤藓糖醇的圆酵母 蜜中分离到一株丛梗孢酵母（Moniliella sp.），经亚硝基
（Torula sp.），转化率约为 35 %~40 %[10]。Hirata 等发现， 胍诱变处理后，可使赤藓糖醇产量达到 189.4 g/L[30]。
己糖激酶
酵母（Yeast）
细菌（Bacteria） 乙酰磷酸
4-磷酸赤藓糖
ADP
6-磷酸葡萄糖 磷酸戊糖途径（HMP）
磷酸葡萄糖异构酶
磷酸解酮酶途径（PK） 6-磷酸果糖
H3PO4
ATP
磷酸果糖激酶
4-磷酸赤藓糖 4-磷酸赤藓糖激酶
赤藓糖
4-磷酸赤藓 糖醇脱氢酶
NADPH
NADP 4-磷酸赤藓糖醇
H2O 磷酸酶
（Moniliella）、球拟酵母属 （Torulopsis）、丝孢酵母属 近发现，葡萄糖为圆酵母（Torula sp.）B84512 发酵产赤
（Trichospornides）、汉森（氏）酵母属（Hansenula）、耶氏 藓糖醇的最佳碳源，发酵过程中补加葡萄糖至终浓度
酵母属（Yarrowia），以及 Moniliella、Trichosporonoides、 为 50 %，赤藓糖醇的产量最高，发酵 260 h 赤藓糖醇
用 紫 外 线 - 亚 硝 基 胍 复 合 诱 变 方 法 获 得 的 菌 株 糖磷酸途径（HexoseMonophophatePathway，HMP）合成
Penicilium sp. KJ-UV29，可提高赤藓糖醇产量近 1 倍， 的。如图 1 所示，葡萄糖等碳源经酵母菌内活性酶的
且发酵过程中无泡沫产生，还能降低发酵副产物丙三 催化，生成 6-磷酸葡萄糖，再在异构酶作用下转化为
与化学合成法相比，微生物发酵法生产赤藓糖醇 过程温和而易控制，占有较大的工艺与成本优势，且 生产效率非常高，已成为其工业生产的主要方法。为 提高赤藓糖醇的产量，可通过发酵菌种选育和发酵工 艺优化等方式加以实现。其中，优质菌株是赤藓糖醇 发酵生产效率的关键，故需选育高产菌株，使得工艺
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柴明艳：赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展
低。徐虹等较早地筛选到赤藓糖醇产生菌的 2 个高渗 后的产物[34]。据测定，赤藓糖醇的能量值为 0.2 kcal/g~
酵母，其中 T-124 产量为 15 g/L[19]。随后，吴燕等从泥 0.4 kcal/g，仅为蔗糖能量的 5 %~10 %，其热量换算系
土、花粉与酿造食品中分离到多株赤藓糖醇产生菌， 数为 0 kJ/g，是所有多元糖醇甜味剂中能量最低的一
赤藓糖醇（Erythritol），又称赤兔草醇、原藻醇，呈 白色结晶状粉末，是一种国际新型营养性功能甜味 剂，广泛存在于果蔬、真菌及各类发酵食品中，并在人 和动物的机体中多有分布[1]。赤藓糖醇具有无副作用、 口感佳、防龋齿、对高血糖病人安全，对肠胃道无不良 刺 激 ，一 般 食 品 加 工 中 无 分 解 和 褐 变 等 多 种 优 良 特 性 [2]，已被应用到多 个行业领域，如医药 、食品 、化 工 、 保健与化妆品等[3]。
基金项目：山东省科技发展计划项目（2011GSF12108） 作者简介：柴明艳（1983—），女（汉），助教，硕士，主要从事生物发酵 方面的教研工作。
以期为相关研究提供科学参考。
1 赤藓糖醇发酵生产的菌种选育 微生物学中，高产菌株选育的常用方法有自然筛
选、诱变育种与基因工程。自然筛选是获得赤藓糖醇 产生菌的常用途径之一，主要是从泥土、蜂巢、蜂蜜、花 粉或高糖食品中分离到。微生物诱变育种的常用方法 有化学诱变、物理诱变、生物诱变与复合诱变等几种， 有关以生物诱变方法获得赤藓糖醇产生菌的研究鲜 有报道。基因工程育种主要是利用控制基因改造技术 来完成，鉴于微生物中赤藓糖醇的合成途径及其关键 酶等问题尚在研究中，故利用基因技术以获得赤藓糖 醇高产菌株的研究更是鲜有报道。
专Baidu Nhomakorabea论述
食品研究与开发
Food Research And Development
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.11.035
2015 年 6 月 第 36 卷第 11 期
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赤藓糖醇发酵菌种选育及其功能研究进展
柴明艳 （淄博职业学院，山东 淄博 255314）
摘 要：赤藓糖醇是一种新型“零”热值纯天然生物糖，属于多元醇类甜味剂，天然存在于多种真菌、果蔬和动物组织 中，具有高稳定性、低能量值、食用安全等优良特性。本文主要就赤藓糖醇发酵生产的菌种选育、合成途径、代谢特征 及其生物学功能的研究成果作一概述，为其进一步开发应用提供科学参考。 关键词：赤藓糖醇；发酵；生物合成；应用
Yarrowia lipolytica 发酵 7 d，赤藓糖醇的产量为 170 g/L， 异构化为 6-磷酸果糖，然后在磷酸酮醇酶作用下，裂
产 率 为 1 g（/ L·h）[16]。 采 用 诱 变 方 法 可 使 假 丝 酵 母 解为 4-磷酸赤藓糖，再经 4-磷酸赤藓糖醇脱氢酶将
（Candida magnoliae）产赤藓糖醇的量达到 87.8 g/L 。 [17] 其还原为 4-磷酸赤藓糖醇，最后该物质由磷酸酶水解
H3PO4
ADP 1，6-二磷酸果糖
醛缩酶
3-磷酸甘油醛 磷酸丙糖异构酶 磷酸二羟 丙酮
3-磷酸甘油醛 脱氢酶
赤藓糖还原酶
NAD（P）H NAD（P）+
OH
OH HO
OH
OH
OH HO
OH
1，3-二磷酸甘油酸
赤藓糖醇
赤藓糖醇
丙酮酸
图 1 赤藓糖醇的生物合成途径[33] Fig.1 The pathway of biosynthesis for erythritol
专题论述
条件优化更具意义。因此，为选育到产赤藓糖醇的优 162.5 g/L[21]。还有人分别利用球拟酵母属 K-23[22]和高
质菌种，国内外科技工作者做了大量的工作，并取得 渗假丝酵母[23]发酵产赤藓糖醇，产量分别达到 46.8 g/L
了不错的研究进展。1950 年，Binkley 等首次报道酵母 和 157.4 g/L。经复合诱变获得的球拟酵母 ERY237，在
为酵母，还有少部分为霉菌和细菌。其中以高渗酵母 刘鹏等利用丛梗孢酵母 （Moniliella acetoabutans）E54
为主，包括假丝酵母属 （Candida）、毕赤氏酵母属 进行研究，发现赤藓糖醇产量可达 41.1 g/L[26]，经微波-
（Pichia）、三角酵母属 （Trigonopsis）、丛梗孢酵母属 硫酸二乙酯诱变后，产量增加为 71.14 g/L[27]。高慧等最
产赤藓糖醇[4]。随后，Spencer 等在研究耐高渗酵母产甘 优化培养条件后可产赤藓糖醇 87.8 g/L[24]。在原生质体
油时，发现因菌种培养条件与生长速度不同，可获得 融合技术构建工程菌的研究中发现，融合菌株产赤藓
大量赤藓糖醇[5]。现已证实，产赤藓糖醇的微生物主要 糖醇的量可达 120.6 g/L，葡萄糖转化率约为 53.2 %[25]。
醇产量的 40 %[13]。而 Park 等从蜂巢中分离到的耐高渗 6-磷酸果糖，进一步衍生为 3-磷酸甘油醛和果糖-1，
酵母（Trichosporon sp）. ，赤藓糖醇产量可达到 209 g/L[14]。 6-二磷酸，二者相互作用又可以生成木酮糖-5-磷酸
除以上材料外，学者从污泥中分离到的 Pseudozyma. 和赤藓糖-4-磷酸，继而由 4-磷酸-D-赤藓糖经去磷
此外，研究者对耶氏解脂酵母产赤藓糖醇进行了大 成赤藓糖醇[8]。
量实验，发现含丙三醇基质中 2 株菌产量分别达到
69.7 g/L 和 70 g/L[18]。
3 赤藓糖醇的代谢特征
我国内地利用发酵法生产赤藓糖醇的研究开发 3.1 低热值，少吸收
工作起步较晚，菌种产赤藓糖醇的得率也较国外的
赤藓糖醇属于多元醇，是糖的醛基或羰基被还原
现今，国际上已通用微生物发酵法大批量生产赤 藓糖醇。然而，赤藓糖醇发酵生产的理想菌选育、消除 终产物抑制现象、提高产率及其生物学功能的研究， 仍然是发酵法生产赤藓糖醇工业化需要解决的主要 难题。可见，深入展开赤藓糖醇发酵法生产的技术研 究，在世界范围内具有重要的理论价值与科学意义。 为此，本文主要就赤藓糖醇发酵生产过程中菌种选 育、合成途径及其生物学功能的文献报道作一概述，
Research Progress in Microbial Screening on the Fermentation Production and Functions of Erythritol CHAI Ming-yan
（Pharmaceutical and Biological Engineering Department of Zibo Vocational Institute，Zibo 255314，Shandong， China）
花粉中分离到的 Ustilaginomycetes sp. 618A-01 发酵生
产赤藓糖醇，其过程中无副产物甘油与阿拉伯糖醇等 2 赤藓糖醇发酵生产的合成途径
多元醇，且无明显起泡现象[11]。Lee 等分离到圆酵母属
赤藓糖醇发酵生产的合成途径常因微生物菌种
（Torula sp.）菌株，其赤藓糖醇产量达到 58.3 g/L[12]。采 不同而有所差异。酵母和真菌中的赤藓糖醇是通过戊