木糖醇的生物合成
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木糖醇的生物合成
木糖醇定义
木糖醇是木糖代谢的正常中间产物， 木糖醇是木糖代谢的正常中间产物，纯的木糖 外形为白色晶体或白色粉末状晶体。 醇，外形为白色晶体或白色粉末状晶体。在自 然界中，广泛存在于果品、蔬菜、谷类、 然界中，广泛存在于果品、蔬菜、谷类、蘑菇 之类食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。 之类食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。它 可用作甜味剂、营养剂和药剂在化工、食品、 可用作甜味剂、营养剂和药剂在化工、食品、 医药等工业中广泛应用。 医药等工业中广泛应用。
展望
随着世界人口和环境压力的增加，以及人们对功能性 食品的需求增长，利用生物法制备木糖醇日益备受关 注，其发展前景和机遇均十分有利。为了克服化学法 和化学生物法生产木糖醇对资源和环境带来的危险， 应加快发展全生物法生产木糖醇的步伐，全面提高全 生物法相对于化学法和化学生物法工艺的竞争力，综 合利用分子生物学、微生物代谢工程等现代生物技术 手段，提高木糖醇的转化率和生产水平，使木糖醇能 够更广泛地应用于食品及医疗卫生事业，产生更大的 经济和社会效益。
2% 核糖醇 木酮糖 2.7%
XPDH
A
核糖醇-5P 4.5% 核酮糖
XPDH
核酮糖-5P
木酮糖-5P
木糖醇-5P
木糖醇 23%
葡萄糖
葡萄糖-6P
核酮糖-5P
Ptase
木酮糖-5P
Ptase
Baidu Nhomakorabea
木酮糖
XDH
核酮糖
XDH
核糖-5P
Ptase
木糖醇 1.5% 乙醇 30%
核糖 核糖醇 2% 葡萄糖
“P”-代表磷酸脂部分; 副产物代谢途径；
生产工艺
生物转化法 进入21世纪，随着生物技术进步，构建一步发酵葡萄糖生产 进入 世纪，随着生物技术进步， 世纪 木糖醇的基因工程菌成为了研究热点。 木糖醇的基因工程菌成为了研究热点。2007年，Danisco公司 年 公司 利用Bacillus subtilis有较强五碳糖合成能力的特点 有较强五碳糖合成能力的特点， 利用Bacillus subtilis有较强五碳糖合成能力的特点，以此菌为 宿主菌，克隆表达了木糖醇磷酸脱氢酶(Xylitol phosphate 宿主菌，克隆表达了木糖醇磷酸脱氢酶 dehydrogenase, XPDH)基因，在原有途径基础上延伸木糖醇合 基因， 基因 成途径， 成途径，结果这株工程菌的葡萄糖摇瓶发酵生产木糖醇浓度达 23 g/L，对葡萄糖转化率为 ，对葡萄糖转化率为22%。 。 芬兰国立技术研究中心(VTT)和Danisco公司合作研究，以普 公司合作研究， 芬兰国立技术研究中心 和 公司合作研究 通酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为宿主菌，在原有的 为宿主菌， 通酿酒酵母 为宿主菌 磷酸戊糖途径(Pentose phosphate pathway, PPP)基础上，增 基础上， 磷酸戊糖途径 基础上 加了木糖醇脱氢酶(XDH)和磷酸糖磷酸酶 和磷酸糖磷酸酶(Sugar phosphate 加了木糖醇脱氢酶 和磷酸糖磷酸酶 phosphatase, Ptase)两个酶基因，延长了木酮糖-5P到木糖醇 两个酶基因，延长了木酮糖 到木糖醇 两个酶基因 路线 。
谢谢！ 谢谢！
B
外源导入或过量表达的酶；
m-ArDH：膜结合阿拉伯糖醇脱氢酶； XDH：木糖醇脱氢酶； XPDH：磷酸木糖醇脱氢酶； Ptase：磷酸糖磷酸酶。
一步法发酵葡萄糖生产木糖醇工艺路线图 A: Danisco公司构建的基因工程菌 subtilis中木糖醇的代谢途径；B: Danisco公司和 公司构建的基因工程菌B. 中木糖醇的代谢途径； 公司构建的基因工程菌 中木糖醇的代谢途径 公司和 VTT研究中心构建的 cerevisiae中木糖醇的代谢途径； 研究中心构建的S. 中木糖醇的代谢途径； 研究中心构建的 中木糖醇的代谢途径
我国自1970年开始生产木糖醇，到1985年， 年开始生产木糖醇， 我国自 年开始生产木糖醇 年 国内有保定化二 浙江开化、吉林一化三家木 保定化二、 国内有保定化二、浙江开化、吉林一化三家木 糖醇企业，生产能力1500吨／年。 糖醇企业，生产能力 吨 年全国已发展到木糖、 到1996年全国已发展到木糖、木糖醇企业 年全国已发展到木糖 木糖醇企业60 万吨／ 余家，总生产能力达到近3万吨 余家，总生产能力达到近 万吨／年。 目前，能开工的仅十余家生产企业， 十余家生产企业 目前，能开工的仅十余家生产企业，但总生产 能力超过原60家企业生产能力 家企业生产能力。 能力超过原 家企业生产能力。生存下来的 企业规模扩大了，通过加强企业管理， 企业规模扩大了，通过加强企业管理，企业得 以生存和发展。 以生存和发展。
木糖醇的结构
生产厂家
国际上最大的木糖醇生产商丹尼斯克 卡尔特 国际上最大的木糖醇生产商丹尼斯克--卡尔特 丹尼斯克 公司。该公司从上世纪70年代初开始生产木 公司。该公司从上世纪 年代初开始生产木 糖醇，工厂设在芬兰的科特卡， 糖醇，工厂设在芬兰的科特卡，其木糖醇的发 展应用实验室在英国伦敦。 展应用实验室在英国伦敦。该公司的木糖醇产 品质量和应用研究均高于我国同类企业， 品质量和应用研究均高于我国同类企业，不但 生产木糖醇，还生产果糖、乳糖醇等其他糖醇， 生产木糖醇，还生产果糖、乳糖醇等其他糖醇， 产品品种非常多 。
生产工艺
化学合成法 水解→ 浓缩→ 脱色→ 原料 → 水解 中和 → 浓缩 脱色 离子交 浓缩→ 浓缩→ 结晶→ 分离→ 换→ 浓缩 加氢 → 浓缩 结晶 分离 包 装 原料→ 水解→ 脱色→ 离子交换→ 浓缩→ 原料 水解 脱色 离子交换 浓缩 离 子交换→ 离子交换→ 浓缩→ 子交换 加氢 → 离子交换 浓缩 结晶 → 分离→ 分离 包装
木糖醇定义
木糖醇是木糖代谢的正常中间产物， 木糖醇是木糖代谢的正常中间产物，纯的木糖 外形为白色晶体或白色粉末状晶体。 醇，外形为白色晶体或白色粉末状晶体。在自 然界中，广泛存在于果品、蔬菜、谷类、 然界中，广泛存在于果品、蔬菜、谷类、蘑菇 之类食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。 之类食物和木材、稻草、玉米芯等植物中。它 可用作甜味剂、营养剂和药剂在化工、食品、 可用作甜味剂、营养剂和药剂在化工、食品、 医药等工业中广泛应用。 医药等工业中广泛应用。
展望
随着世界人口和环境压力的增加，以及人们对功能性 食品的需求增长，利用生物法制备木糖醇日益备受关 注，其发展前景和机遇均十分有利。为了克服化学法 和化学生物法生产木糖醇对资源和环境带来的危险， 应加快发展全生物法生产木糖醇的步伐，全面提高全 生物法相对于化学法和化学生物法工艺的竞争力，综 合利用分子生物学、微生物代谢工程等现代生物技术 手段，提高木糖醇的转化率和生产水平，使木糖醇能 够更广泛地应用于食品及医疗卫生事业，产生更大的 经济和社会效益。
2% 核糖醇 木酮糖 2.7%
XPDH
A
核糖醇-5P 4.5% 核酮糖
XPDH
核酮糖-5P
木酮糖-5P
木糖醇-5P
木糖醇 23%
葡萄糖
葡萄糖-6P
核酮糖-5P
Ptase
木酮糖-5P
Ptase
Baidu Nhomakorabea
木酮糖
XDH
核酮糖
XDH
核糖-5P
Ptase
木糖醇 1.5% 乙醇 30%
核糖 核糖醇 2% 葡萄糖
“P”-代表磷酸脂部分; 副产物代谢途径；
生产工艺
生物转化法 进入21世纪，随着生物技术进步，构建一步发酵葡萄糖生产 进入 世纪，随着生物技术进步， 世纪 木糖醇的基因工程菌成为了研究热点。 木糖醇的基因工程菌成为了研究热点。2007年，Danisco公司 年 公司 利用Bacillus subtilis有较强五碳糖合成能力的特点 有较强五碳糖合成能力的特点， 利用Bacillus subtilis有较强五碳糖合成能力的特点，以此菌为 宿主菌，克隆表达了木糖醇磷酸脱氢酶(Xylitol phosphate 宿主菌，克隆表达了木糖醇磷酸脱氢酶 dehydrogenase, XPDH)基因，在原有途径基础上延伸木糖醇合 基因， 基因 成途径， 成途径，结果这株工程菌的葡萄糖摇瓶发酵生产木糖醇浓度达 23 g/L，对葡萄糖转化率为 ，对葡萄糖转化率为22%。 。 芬兰国立技术研究中心(VTT)和Danisco公司合作研究，以普 公司合作研究， 芬兰国立技术研究中心 和 公司合作研究 通酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)为宿主菌，在原有的 为宿主菌， 通酿酒酵母 为宿主菌 磷酸戊糖途径(Pentose phosphate pathway, PPP)基础上，增 基础上， 磷酸戊糖途径 基础上 加了木糖醇脱氢酶(XDH)和磷酸糖磷酸酶 和磷酸糖磷酸酶(Sugar phosphate 加了木糖醇脱氢酶 和磷酸糖磷酸酶 phosphatase, Ptase)两个酶基因，延长了木酮糖-5P到木糖醇 两个酶基因，延长了木酮糖 到木糖醇 两个酶基因 路线 。
谢谢！ 谢谢！
B
外源导入或过量表达的酶；
m-ArDH：膜结合阿拉伯糖醇脱氢酶； XDH：木糖醇脱氢酶； XPDH：磷酸木糖醇脱氢酶； Ptase：磷酸糖磷酸酶。
一步法发酵葡萄糖生产木糖醇工艺路线图 A: Danisco公司构建的基因工程菌 subtilis中木糖醇的代谢途径；B: Danisco公司和 公司构建的基因工程菌B. 中木糖醇的代谢途径； 公司构建的基因工程菌 中木糖醇的代谢途径 公司和 VTT研究中心构建的 cerevisiae中木糖醇的代谢途径； 研究中心构建的S. 中木糖醇的代谢途径； 研究中心构建的 中木糖醇的代谢途径
我国自1970年开始生产木糖醇，到1985年， 年开始生产木糖醇， 我国自 年开始生产木糖醇 年 国内有保定化二 浙江开化、吉林一化三家木 保定化二、 国内有保定化二、浙江开化、吉林一化三家木 糖醇企业，生产能力1500吨／年。 糖醇企业，生产能力 吨 年全国已发展到木糖、 到1996年全国已发展到木糖、木糖醇企业 年全国已发展到木糖 木糖醇企业60 万吨／ 余家，总生产能力达到近3万吨 余家，总生产能力达到近 万吨／年。 目前，能开工的仅十余家生产企业， 十余家生产企业 目前，能开工的仅十余家生产企业，但总生产 能力超过原60家企业生产能力 家企业生产能力。 能力超过原 家企业生产能力。生存下来的 企业规模扩大了，通过加强企业管理， 企业规模扩大了，通过加强企业管理，企业得 以生存和发展。 以生存和发展。
木糖醇的结构
生产厂家
国际上最大的木糖醇生产商丹尼斯克 卡尔特 国际上最大的木糖醇生产商丹尼斯克--卡尔特 丹尼斯克 公司。该公司从上世纪70年代初开始生产木 公司。该公司从上世纪 年代初开始生产木 糖醇，工厂设在芬兰的科特卡， 糖醇，工厂设在芬兰的科特卡，其木糖醇的发 展应用实验室在英国伦敦。 展应用实验室在英国伦敦。该公司的木糖醇产 品质量和应用研究均高于我国同类企业， 品质量和应用研究均高于我国同类企业，不但 生产木糖醇，还生产果糖、乳糖醇等其他糖醇， 生产木糖醇，还生产果糖、乳糖醇等其他糖醇， 产品品种非常多 。
生产工艺
化学合成法 水解→ 浓缩→ 脱色→ 原料 → 水解 中和 → 浓缩 脱色 离子交 浓缩→ 浓缩→ 结晶→ 分离→ 换→ 浓缩 加氢 → 浓缩 结晶 分离 包 装 原料→ 水解→ 脱色→ 离子交换→ 浓缩→ 原料 水解 脱色 离子交换 浓缩 离 子交换→ 离子交换→ 浓缩→ 子交换 加氢 → 离子交换 浓缩 结晶 → 分离→ 分离 包装