赤藓糖醇发酵

赤藓糖发酵工艺

070720107陈元滨

赤藓糖醇为1，2，3，4- 丁四醇，分子式为C4H10O4赤藓糖醇, 化学名1, 2, 3, 4—丁四醇, 英文名Eryth rito l, 分子式C4H10O 4, 分子量122.12, 熔点126℃, 沸点329～331℃, 是一种四碳多元醇, 外观为白色粉状结晶, 微甜,相对甜度为0.765, 有清凉感, 发热量低, 仅为蔗糖发热量的1/10, 易结晶。天然品存在于海藻、蘑菇、甜瓜、葡萄中, 亦存在于人体眼球、血清、精液里。

赤藓糖醇是一种天然、零热量、可替代蔗糖的填充型甜味剂，有着同蔗糖相似的清澈甜味，同其他糖醇一样，赤藓糖醇不会导致龋齿。比木糖醇略胜一筹，其原因在于人体内没有代谢赤鲜糖醇的酶系, 所以当小肠吸收进入血液后,不能被代谢, 而几乎全部随尿排出体外。它可以避免像其他糖醇由于量过大而引起腹胀、肠鸣和腹泻的副作用。能适用于各类人群, 尤其是糖尿病患者。

基于赤藓糖醇的功能和营养作用，它可被广泛应用于糖果、饮料、果冻及果冻型饮料、代糖包、口腔保健品等各种食品和饮料中。赤鲜糖醇是目前国际上惟一采用微生物发酵法生产的糖醇甜味剂。赤藓糖醇未来有可能取代木糖醇。

1发酵菌株

1.1发酵菌株

工业发酵生产赤鲜糖醇主要使用耐高渗酵母等微生物。

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。

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. SN- 115，以葡萄糖为基质，赤藓糖醇的得率为50%；韩国筛选得到Candida magnoliae。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，江苏省微生物研究所吴燕等人筛选得到一株圆酵母（Torula sp.）。

部分产赤藓糖醇发酵菌株的生产比较见表1。

1．2代谢路径及调控机制

在厌氧条件下, 将葡萄糖转化为6一磷酸果糖, 然后进一步磷酸化并分解为4一磷酸赤藓糖和乙酰磷酸，4一磷酸赤藓糖经磷酸酯酶水解生成赤藓糖醇；耐高渗酵母在耗氧条件下也可通过磷酸戊糖途径合成赤藓糖醇。

研究表明, 大部分碳通过磷酸戊糖途径和糖酵解产生足够的还原力, 形成大量赤藓糖醇释放到胞外, 即先通过磷酸戊糖途径, 经赤藓糖4一磷酸, 然后在赤藓酮糖还原酶作用下脱去磷酸。赤藓酮糖还原酶催化最后一步反应, 被认为是关键酶。代谢中间产物延胡索酸盐会抑制此酶的活性, 添加Ca2+可抑制延胡索酸盐的产生, 从而提高赤鲜糖醇的产率。

赤藓酮糖还原酶底物特异性决定了赤鲜糖醇转化率。

1.3 菌种选育

方法简述：筛选赤藓酮糖还原酶利用4一赤藓酮糖作为底物时表现出最大活性,并且尽量少利用D一甘油醛和二羟丙酮作为此酶的底物产生其他醇的耐高渗酵母菌。

方法1：从自然界中筛选单产赤藓糖醇菌株（叶娴）（初筛定性、复筛量化）

酵母产多元醇的性质和样源存在着一定的联系，自然界中产赤藓糖醇的耐高渗酵母几乎同时都混产甘油、戊糖醇等多元醇，新鲜花粉中单产赤藓糖醇菌株较多，这可能是因为花蕊的微酸环境以及蜜蜂对微生物的传播作用所致；蜂巢中的耐高渗酵母的数量较多，菌种差异较大，可作为筛选耐高渗酵母的重要来源；蜂蜜中单产甘油的菌株最多；而土壤中的酵母耐糖性较差，不宜用来筛选耐高渗酵母。

方法2：诱变育种（刘凤珠）

包括细胞悬液制备、紫外线诱变、突变菌的筛选、赤藓糖醇含量测定。

方法3：构建基因工程菌, 提高关键酶的表达能力, 促进赤藓糖醇的转化, 抑制副产物的产生从而简化后续的纯化工作,降低成本。

方法4：采用紫外线诱变方法获得用于原生质体融合的出发菌株进行原生质体融合，利用亲本原生质体灭活后再融合检出方法获得活性融合子，获得高产赤藓糖醇的突变菌株。

2发酵原料及原料预处理

以淀粉为原料经酶解获得富含葡萄糖的基质,包括对淀粉原料进行除杂、粉碎、液化、糖化过程。

淀粉来源可以采用玉米淀粉。

3发酵工艺流程

发酵法是以淀粉为原料经酶解获得富含葡萄糖的基质, 经渗透酵母或霉菌发酵生成赤藓糖醇、少量丙三醇、核糖醇及微量其他多元醇的混合物, 经过滤、浓缩、精制得赤藓糖醇。

近年中国食品发酵工业研究院、江苏省微生物研究所、江南大学等单位分别在菌种选育、生产工艺等方面取得成果。国内一些生产厂家利用国内外科研成果掌握了工业化发酵生产赤藓糖醇的技术,其主要指标已达到国际先进水平。

3．1 菌种的扩大培养.（酵母菌菌株Torula sp。）

斜面培养基：葡萄糖200g , 酵母膏10g , 尿素1g , 琼脂20g , 自来水1000mL ,pH6. 0。

种子培养基：葡萄糖200g ,酵母膏10g ,尿素1g ,自来水1000mL ,pH6.0。

采用二级种子扩大培养。

3．2 补料分批发酵培养基（实验室德国贝朗22L 全自动发酵罐）

葡萄糖浓度30. 0 % ,酵母膏含量为1. 0 % ,尿素为0. 1 % , FeSO4·7H2O0.001% ,

ZnSO4·7H2O 0. 001 % , pH 6. 0 ,发酵液初始体积9. 6L ,当糖度降至20%左右时以0. 1L P h

的速率流加80. 0 %浓度的葡萄糖液共2. 4L。（实际生产中使用淀粉水解糖）

3.3 发酵基质的优化(陈海燕)

以甘露糖为碳源时, 赤藓糖醇产量较高其次为葡萄糖, 但甘露糖成本较高, 故选用葡萄糖为发酵碳源。

氮源以玉米浆和酵母膏对赤藓糖醇的产量影响较为明显, 复配后发现, 酵母膏和尿素结合作为氮源,赤藓糖醇产量相对较高。

3.4 发酵控制

空气摇床转速：在装液量相同的条件下, 通过改变摇床转速控制菌株的供氧量, 最终确定摇床转速为180r/min.

发酵温度：此菌株在最适底物浓度下发酵产赤藓糖醇的适宜温度在34℃。适宜的发醉温度和适宜生长温度并不一致，最适生长温度为30℃，随着温度的升高或降低, 酵母对数生长