D-阿拉糖醇是指阿拉伯糖的還原性羰基經(jīng)過(guò)加氫后生成的一類(lèi)多元醇。它在機體內的代謝與胰島素無(wú)關(guān)，而且能量較低，又不是口腔微生物的適宜作用底物，可防治牙齒齲變，是一類(lèi)重要的功能性食品基料。在醫藥領(lǐng)域，它是藥物合成的重要中間體，廣泛用于阿糖胞苷、阿拉阿糖腺苷等的合成原料。另外，在化工方面阿拉伯糖醇是高分子發(fā)泡材料合成的激活劑，也可用做顯影材料的穩定劑。因而，D-阿拉伯糖醇作為一類(lèi)高附加值產(chǎn)品已廣泛應用于食品、醫藥、化工、皮革、涂料以及國防等行業(yè)。

自然界中，D-阿拉伯糖醇多存在于植物，真菌中，但含量很少，原料昂貴，而且提取困難，直接提取不經(jīng)濟。目前，國內外的生產(chǎn)主要是化學(xué)合成法，即將阿拉伯糖催化加氫得到糖醇，也可將糖酯或糖酸還原得到糖醇。該方法直接、產(chǎn)量高，但是存在底物要求高、過(guò)程復雜、設備投資大、安全要求高、操作費用高、污染嚴重等缺點(diǎn)。此外，化學(xué)催化法使用昂貴的金屬催化劑Raney-nickel，對產(chǎn)品的分離，特別是食品級的阿拉伯糖醇生產(chǎn)帶來(lái)較高的分離成本，用于食品生產(chǎn)時(shí)有一定的風(fēng)險。

作為一種綠色、高效的催化載體，微生物在化學(xué)品工業(yè)合成中的應用越來(lái)越廣泛。生物催化反應條件溫和，并顯示出嚴格的對映選擇性或區域選擇性，還避免了化學(xué)合成法所需高溫高壓反應條件和昂貴的催化劑，節省能源消耗。微生物轉化法主要是利用細胞內相關(guān)的糖醇脫氫酶，將葡萄糖還原為D-阿拉伯糖醇，氫來(lái)自細胞內的還原性輔酶和氫離子，不需另行制氫。微生物反應在常溫常壓下進(jìn)行，能耗低、設備簡(jiǎn)單、操作安全，又由于酶的底物專(zhuān)一性，使得原料不必高度精制。生物法生產(chǎn)D-阿拉伯糖醇將具有污染少、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)化生產(chǎn)中具有明顯優(yōu)勢和巨大的潛力。國內外多年研究開(kāi)發(fā)獲得了不同糖醇生產(chǎn)菌株，糖醇轉化率超過(guò)0.3g/g，使得糖醇生物制造的工業(yè)化成為可能。

市場(chǎng)前景

2004年，美國國家能源部公布的12種最重要的高附加值生物基產(chǎn)品中就包括多種糖醇，其中作為木糖醇的對映異構體，D-阿拉伯糖醇是目前研究較多的功能糖醇，它是一類(lèi)重要的功能性食品基料，在商業(yè)應用中具有較高附加值，可應用于食品、醫藥、輕工等方面。

目前阿拉伯糖醇生產(chǎn)主要集中在作為木糖醇替代品，或將阿拉伯糖醇進(jìn)一步加工成為木糖醇。

技術(shù)特點(diǎn) 本項目獲得具有自主知識產(chǎn)權、高效生產(chǎn)D-阿拉伯糖醇的菌種。利用該菌種可以把葡萄糖，玉米芯水解濃縮液或木糖廢母液生物轉化為D-阿拉伯糖醇，轉化96-108h，可以實(shí)現細胞重復利用，平均糖醇產(chǎn)量45-69g/L，轉化率0.46-0.49g/g，產(chǎn)率0.46-0.65g/l/h。

本項目技術(shù)優(yōu)勢包括：

1）細胞可反復使用，從而可降低生物催化劑成本。

2)原料利用率高?；瘜W(xué)法以純阿拉伯糖為原料，底物昂貴。生物轉化法直接以生物質(zhì)水解液為原料，使原料利用率有較大提高，同時(shí)降低生產(chǎn)成本。

3)能耗低?；瘜W(xué)法將阿拉伯糖加氫后再濃縮、結晶，能耗高。生物轉化法一次濃縮結晶得到阿拉伯糖醇，降低了能耗。

4)生產(chǎn)設備簡(jiǎn)單?；瘜W(xué)法需制氫，加氫在高溫高壓下進(jìn)行，設備要求高。發(fā)酵法主要設備是發(fā)酵罐，也較復雜。生物轉化法只用極少發(fā)酵罐，主要設備是簡(jiǎn)單的反應槽。

5)操作簡(jiǎn)單、安全。轉化過(guò)程在常溫、常壓下進(jìn)行，并且無(wú)需無(wú)菌操作。與化學(xué)法或發(fā)酵法比較，操作是最簡(jiǎn)單、最安全的。

6)產(chǎn)品質(zhì)量可靠。生物法避免了與金屬粉末催化劑的接觸，產(chǎn)品更適于作為食品。生物轉化系統又沒(méi)有發(fā)酵系統的培養基組分，因此產(chǎn)品質(zhì)量更可靠。

研究時(shí)間與階段

目前該項目正完成實(shí)驗室5L體系的轉化。

投資與效益分析

D-阿拉伯糖醇可作為木糖醇的替代品，但由于生產(chǎn)技術(shù)的限制，D-阿拉伯糖醇生產(chǎn)成本較高，價(jià)格昂貴，使其應用受到限制，98%純度的D-阿拉伯糖醇的價(jià)格為1600-3000元/公斤。本項目以?xún)r(jià)格相對低廉的葡萄糖作為原料通過(guò)生物轉化法生產(chǎn)D-阿拉伯糖醇，預計生產(chǎn)成本約為2萬(wàn)元/噸以下。