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生物转化法生产木糖醇新工艺通过专家鉴定

2020.07.03 来源: 浏览:0次

众所周知,木糖醇是一种功能性甜味剂,但长期以来采用传统的化学催化加氢法生产,不仅工艺复杂、安全性差,并且还必须以纯木糖为原料,成本较高。针对化学法生产木糖醇存在的问题,中科院微生物所江宁研究员领导的课题组一直致力于利用生物转化法生产木糖醇的研究,并通过与山东威龙工业集团有限公司合作进行工业性试验,生产出了纯度99%以上的木糖醇。12月4日,中科院生命科学与生物技术局组织专家对该成果进行了鉴定。

生物法生产木糖醇的原理是利用细胞内的木糖还原酶,将木糖还原为木糖醇。该工艺流程在常温常压下进行,具有能耗低、设备简单、操作安全等特点。江宁课题组通过选育,得到了一株生产木糖醇的优良菌种麦芽糖假丝酵母Xu 16,该菌种的稳定性好,可适应较粗放的原料,其木糖醇转化率和产率都很高。并且,生物转化法可使细胞连续反复使用多次并无需无菌操作,从而不但降低了发酵成本,也降低了设备投资和操作费用,并简化了后处理过程。用该菌种和工艺生产木糖醇,单位细胞的木糖醇产率和发酵罐的生产强度均远远超过目前国际上的最高水平。该工艺路线的先进性体现在以下六个方面:一是原料利用率高。化学法以纯木糖为原料,玉米芯水解液中有 0%以上的木糖在母液中无法利用。生物转化法直接以价格低廉的可再生原料作物秸秆——玉米芯的水解液为原料,并利用了废木糖母液,使原料利用率有较大提高。二是环境污染低。由于原料预处理过程不可避免地会产生一定环境污染,因此提高了原料利用率的同时也减轻了环境污染。此外,生物转化过程也比化学催化过程对环境友好。三是能耗低。化学法将玉米芯水解液浓缩、结晶得到木糖后重新溶解稀释,加氢后再浓缩、结晶,能耗高。生物转化法一次浓缩结晶得到木糖醇,降低了能耗。四是生产设备简单。化学法需制氢,加氢在高温高压下进行,设备要求高。生物转化法只用极少发酵罐,主要设备是简单的反应槽。五是操作简单、安全。转化过程在常温、常压下进行,并且无需无菌操作。六是产品质量好。生物法避免了与金属粉末催化剂的接触,其产品更适于作食品。

微生物所与威龙集团在年产千吨级生产线以玉米芯水解液以及木糖母液为原料生产木糖醇,得到了纯度99%以上的结晶木糖醇,产品质量不仅明显优于化学法以同样原料生产的产品,甚至还优于化学法以纯木糖为原料生产的产品。新菌种的获得和新工艺的建立使生物法木糖醇对于化学法具有明显竞争优势,可望取代化学法成为今后木糖醇生产的主要方法。生物转化法生产木糖醇新工艺是中国科学院知识创新工程的成果之一,拥有自主知识产权。

以中国农业科学院的范云六院士为组长的专家鉴定组通过现场考察、审阅材料、听取和质询报告以及认真讨论,一致认为,木糖醇是功能性食品添加剂,并有多种其它用途。该项成果用生物技术以生物质为原料生产木糖醇,对资源的综合利用和发展循环经济有积极的意义,符合可持续发展的战略。该项成果首次在年产千吨级中试生产规模,用麦芽糖假丝酵母Xu 16直接转化玉米芯水解液和木糖废母液生产出了纯度99%以上的木糖醇,转化率、产量和产率等主要生产指标达到较高的水平,菌体多次重复使用,工艺参数稳定。该菌种具有自主知识产权,转化性能居国际领先水平。该项目鉴定资料齐全,数据完整可信,现场设备运行正常。专家最后建议,课题组今后应进一步完善该技术,结合生物质的高值化综合利用,尽快进行工业化生产,创造更大的经济和社会效益。

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