胡夢(mèng)瑩，張濤*

1(江南大學(xué)，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無(wú)錫，214122)2(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫，214122)

D-甘露醇是一種六碳線(xiàn)型多元醇，為白色粉末結(jié)晶，其分子式是C6H14O6，分子量是182.17，天然存在于許多植物中，例如海藻、南瓜、蘑菇、芹菜等[1-2]，同時(shí)，許多微生物在體內(nèi)也可以生成甘露醇[3]。由于甘露醇具有許多特性，可以被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)[4-5]，因此具有較大的商業(yè)價(jià)值。根據(jù)中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)發(fā)布的《2016—2022年中國(guó)甘露醇行業(yè)分析及未來(lái)前景預(yù)測(cè)報(bào)告》，目前世界甘露醇年產(chǎn)量約為17 000 t，年總需求量為20 000～25 000 t，缺口3 000～8 000 t，中國(guó)年生產(chǎn)能力約為5 000 t，國(guó)內(nèi)需求量約為3 000 t，主要用于醫(yī)藥方面，但隨著甘露醇應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，今后幾年甘露醇的需求量依然會(huì)有較大的增長(zhǎng)，發(fā)展前景很樂(lè)觀(guān)。

本文比較了生產(chǎn)甘露醇的方法，詳細(xì)介紹了其中更具有發(fā)展前景的微生物發(fā)酵法，并提出切實(shí)可行的發(fā)展策略以期其在工業(yè)生產(chǎn)中早日應(yīng)用。

1 甘露醇的應(yīng)用

1.1 在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

甘露醇一般被用作功能性食品，在食品中加入甘露醇，可以使產(chǎn)品具有額外的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6]。由于甘露醇[7-8]的甜度約是蔗糖的一半，但是熱量值比蔗糖低6.69 kJ/g，因此可以作為很好的低熱量甜味劑，適合想要改善身材的肥胖人群。同時(shí)，在人體中，甘露醇的代謝過(guò)程與胰島素?zé)o關(guān)，幾乎不會(huì)引起血糖水平的變化，適合糖尿病人群[9]。甘露醇還具備一個(gè)獨(dú)特的性質(zhì)，由于它不具有還原基的特性，在高溫條件下不會(huì)進(jìn)行美拉德反應(yīng)，因此可以將它涂抹在烘焙食品表面以保持食品良好的色澤。此外，在制作口香糖時(shí)，常常加入甘露醇充當(dāng)增塑劑，且加入了甘露醇的口香糖往往不易與包裝紙發(fā)生粘黏[10-11]。

1.2 在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

甘露醇可以作為一種很好的藥物賦形劑[12]。一方面，它具有一定的化學(xué)惰性，不易與藥品的活性成分或患者的身體發(fā)生反應(yīng)；另一方面，它還具有非常低的吸濕性與抗氧化性[13-14]，可以延長(zhǎng)藥品的保質(zhì)期；而且其清涼的甜味也可以掩蓋藥品的不良味道[1]。

此外，甘露醇具有較強(qiáng)的滲透性[15]，是效果較好的利尿劑，也可作為減少大腦和細(xì)胞水腫的滲透劑[16]。

2 甘露醇的生產(chǎn)方法

2.1 植物提取法

甘露醇廣泛存在于自然界中，許多植物都含有甘露醇，可以一些植物為原材料，對(duì)甘露醇進(jìn)行提取。其中提取效果較明顯的是海藻，尤其是褐藻，褐藻中含有10%～20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的甘露醇[1]，夏季和秋季時(shí)，褐藻內(nèi)的甘露醇含量甚至能高達(dá)20%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上[17]。海帶屬于大型海生褐藻植物，從海帶中提取甘露醇是中國(guó)甘露醇生產(chǎn)的傳統(tǒng)手段，工業(yè)上常用的提取方法是結(jié)晶法，將提碘后的海帶浸泡液多次除雜、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶以獲得甘露醇。隨著科技的發(fā)展，目前科學(xué)家還對(duì)其他的一些提取方法進(jìn)行探索、優(yōu)化，例如利用超臨界二氧化碳從植物中提取甘露醇已被證明是一種可行的手段[18]；利用超聲波輔助醇提技術(shù)，可以減少溶劑的使用量、縮短提取時(shí)間[19]。

海帶提取法具有簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，但同樣也存在著一些缺點(diǎn)，例如原料受地域和季節(jié)的限制、對(duì)環(huán)境造成一定的污染、提取收率較低等。

2.2 化學(xué)合成法

目前，工業(yè)上生產(chǎn)甘露醇最常用的方法是化學(xué)合成法。它主要以果糖/葡萄糖混合物為底物，在高溫和高壓的條件下，通過(guò)鎳的催化作用，對(duì)果糖/葡萄糖混合物進(jìn)行加氫從而得到甘露醇。但是在這一過(guò)程中，葡萄糖和β-果糖會(huì)導(dǎo)致山梨醇的產(chǎn)生，一般情況下，果糖/葡萄糖(質(zhì)量比50∶50)混合物經(jīng)加氫后會(huì)產(chǎn)生甘露醇/山梨醇(質(zhì)量比25∶75)混合物。因此需要額外的手段對(duì)甘露醇/山梨醇混合物進(jìn)行分離提純，這一過(guò)程提高了甘露醇的生產(chǎn)成本、降低了甘露醇的產(chǎn)量[20-21]。同時(shí)化學(xué)合成法還有其他的缺點(diǎn)，例如高溫高壓的條件會(huì)提高生產(chǎn)成本、金屬催化劑的浸出會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成污染等[22]。

但是與植物提取法相比，化學(xué)合成法耗時(shí)較短、生產(chǎn)時(shí)不受原料和季節(jié)的限制。

2.3 酶轉(zhuǎn)化法

在還原型輔酶Ⅱ(nicotinamide adenine dinucleoitde phosphate，NADPH)的幫助下，果糖可以被甘露醇脫氫酶(mannitol dehydrogense，MDH)催化為甘露醇。在這個(gè)過(guò)程中，酶對(duì)NADPH的依賴(lài)性成為該方法主要的局限性。由于天然的煙酰胺輔因子難以進(jìn)行生物提取和化學(xué)合成[23]，所以輔酶價(jià)格昂貴，在生產(chǎn)過(guò)程中直接連續(xù)加入NADPH顯然并不經(jīng)濟(jì)。為了解決這一難題，科學(xué)家開(kāi)始關(guān)注輔酶再生問(wèn)題。

傳統(tǒng)手段運(yùn)用了雙酶體系。一種方法以葡萄糖/果糖(質(zhì)量比1∶1)混合物為底物，利用MDH和葡萄糖脫氫酶(glucose dehydrogenase，GDH)同時(shí)催化果糖和葡萄糖，MDH催化果糖轉(zhuǎn)化為甘露醇并使NADH轉(zhuǎn)化為NAD，而GDH則催化葡萄糖生成葡萄糖酸鹽并使NADH再生[24]。另一種方法利用MDH和甲酸鹽脫氫酶(formate dehydrogenase，F(xiàn)DH)同時(shí)催化果糖和甲酸，MDH催化果糖轉(zhuǎn)化成甘露醇，在這一過(guò)程中，NADH轉(zhuǎn)化成NAD；與此同時(shí)FDH利用NAD將甲酸轉(zhuǎn)化成CO2，并使NAD再生為NADH，二者形成一個(gè)循環(huán)，使反應(yīng)可以持續(xù)地進(jìn)行下去[25]。與前一種方法相比，第二種方法操作更簡(jiǎn)單且所得甘露醇純度更高，這主要是因?yàn)镃O2易與甘露醇分離。此外，輔酶再生的方法還有3種：化學(xué)法、電化學(xué)法、光化學(xué)法[26]。

總之，由于酶轉(zhuǎn)化法需要考慮輔酶再生、酶保留/失活、甘露醇的可逆轉(zhuǎn)化等一系列問(wèn)題，所以目前沒(méi)有應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中。

2.4 微生物發(fā)酵法

2.4.1 真菌發(fā)酵

真菌可以通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)甘露醇，目前已報(bào)道的可產(chǎn)甘露醇的真菌有粗糙青霉(Penicilliumscabrosum)、產(chǎn)黃青霉(Penicilliumchrysogenum)、斜臥青霉(Penicilliumdecumbens)、亮白曲霉(Aspergilluscandidus)等。JENNINGS[27]指出，包括甘露醇在內(nèi)的許多多元醇在真菌中發(fā)揮著較重要的作用，如儲(chǔ)存碳水化合物，作為易位化合物，調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)輔酶，儲(chǔ)存還原力。SAHA等[1]篩選了11株可以產(chǎn)甘露醇的青霉菌屬，其中P.scabrosumIBT MILA 4的產(chǎn)量最高，為43 g/L。但是與其他微生物相比，目前關(guān)于真菌產(chǎn)甘露醇的研究較少。這主要是因?yàn)槔谜婢a(chǎn)甘露醇的容積生產(chǎn)率較低(絲狀真菌在分批培養(yǎng)產(chǎn)甘露醇的過(guò)程中，其容積生產(chǎn)率往往不超過(guò)2 g/(L·h)[8]，生產(chǎn)過(guò)程不易控制[28]，不易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

而遺傳學(xué)表明，當(dāng)真菌以孢子的方式繁殖時(shí)，后代DNA與親本DNA間沒(méi)有變異，因此很難通過(guò)自然進(jìn)化的方式提高真菌的甘露醇生產(chǎn)率[29]。DUAN等[30]通過(guò)紫外線(xiàn)照射及亞硝基胍將Penicilliumsp.T2-8誘導(dǎo)生成穩(wěn)定菌株P(guān)enicilliumsp.T2-M10，在優(yōu)化的培養(yǎng)條件下，突變菌株甘露醇產(chǎn)量是親本菌株的2.25倍，同時(shí)，分離和純化過(guò)程也得到了簡(jiǎn)化，這個(gè)實(shí)驗(yàn)為真菌發(fā)酵產(chǎn)甘露醇提供了一種新思路。

2.4.2 細(xì)菌發(fā)酵

2.4.2.1 乳酸菌發(fā)酵

關(guān)于細(xì)菌發(fā)酵甘露醇的研究，主要集中在乳酸菌上。近幾年關(guān)于乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)甘露醇的研究較多[31]，主要菌屬有乳桿菌屬(Lactobacillus)、明串珠菌屬(Leuconostoc)、酒球菌屬(Oenococcus)等。一方面，與真菌、酵母菌等其他菌株相比，許多乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)甘露醇的生產(chǎn)力較高，例如，SAHA[32]從72種細(xì)菌中篩選了1株乳桿菌NRRL B-3693，通過(guò)糖化和發(fā)酵可以較輕松地生產(chǎn)超過(guò)180 g/L的甘露醇，最大產(chǎn)量甚至高達(dá)(227.9±1.8) g/L，而當(dāng)甘露醇質(zhì)量濃度達(dá)到180 g/L時(shí)，可以比較容易地被冷卻結(jié)晶，減少了分離提純的難度；另一方面，乳酸菌是食品級(jí)微生物，食品級(jí)微生物及其產(chǎn)物可以直接加入到食品中。將具有高甘露醇生產(chǎn)力的酵母菌加入到特定食品中，會(huì)使食品具有額外的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，即成為功能性食品[6]。

根據(jù)己糖在乳酸菌中代謝途徑的不同，往往把乳酸菌發(fā)酵分為同型發(fā)酵和異型發(fā)酵，這里分別對(duì)它們展開(kāi)論述。

同型乳酸發(fā)酵通過(guò)糖酵解途徑(embden meyerhof parnas pathway，EMP途徑)發(fā)酵己糖，合成甘露醇。在進(jìn)入EMP途徑以前，葡萄糖和果糖等單糖往往先通過(guò)磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)(phosphotransferase system，PTS)，在相關(guān)酶的作用下被磷酸化，然后才進(jìn)入EMP途徑，具體代謝途徑如圖1所示。在同型發(fā)酵過(guò)程中，果糖-6-磷酸在甘露醇-1-磷酸脫氫酶的催化作用下轉(zhuǎn)化成甘露醇-1-磷酸，然后在甘露醇-1-磷酸酶的作用下，生成甘露醇。目前關(guān)于同型乳酸發(fā)酵生產(chǎn)甘露醇的研究較少，這主要是因?yàn)榇蠖鄶?shù)進(jìn)行同型發(fā)酵的乳酸菌通常不產(chǎn)生甘露醇，只有當(dāng)乳酸脫氫酶存在缺陷不能再生NAD，氧化還原失衡時(shí)，才會(huì)生成一些甘露醇[33]，且甘露醇產(chǎn)量往往不如異型乳酸發(fā)酵。而且在這種條件下，可能會(huì)造成混合酸發(fā)酵，不利于甘露醇的分離純化。NEVES等[34]報(bào)道過(guò)乳酸脫氫酶缺陷突變的植物乳桿菌積累甘露醇的過(guò)程，盡管同型乳酸發(fā)酵產(chǎn)甘露醇效果不大理想，但是仍被廣泛用于乳品行業(yè)[35]。

異型乳酸發(fā)酵涉及磷酸戊糖途徑，具體代謝途徑如圖2所示。一部分果糖可以在MDH的作用下消耗NADPH直接生成甘露醇，另一部分果糖/葡萄糖先轉(zhuǎn)化成葡萄糖-6-磷酸，再通過(guò)葡萄糖-6-磷酸進(jìn)入磷酸戊糖途徑，生成多余的NADPH，使甘露醇持續(xù)產(chǎn)出。一般來(lái)說(shuō)，1 mol果糖消耗1mol NADPH生成1 mol甘露醇，而1 mol NADPH再生需要消耗0.5 mol額外的果糖/葡萄糖，因此總糖中甘露醇的最大理論產(chǎn)率約為66.7%。反應(yīng)中可以將果糖作為單獨(dú)的底物，既用于菌體生長(zhǎng)，又可以作為電子受體轉(zhuǎn)化成甘露醇，但是由于葡萄糖價(jià)格低于果糖，所以利用葡萄糖再生NADPH是一種更經(jīng)濟(jì)的方法[36]，在這一過(guò)程中，葡萄糖作為能量源，果糖作為電子受體[37]，共同發(fā)酵。與同型乳酸發(fā)酵相比，異型乳酸發(fā)酵的生產(chǎn)途徑明顯不同，且它的甘露醇生產(chǎn)量遠(yuǎn)大于同型乳酸發(fā)酵[28]。OTGONBAYAR等[38]評(píng)估9種異型發(fā)酵乳酸菌，發(fā)現(xiàn)從泡菜中分離的檸檬明串珠菌KACC 91348P在最佳培養(yǎng)條件下，最大容積生產(chǎn)率可達(dá)14.83 g/(L·h)，總產(chǎn)率為86.6%。

盡管乳酸發(fā)酵是一種很好的產(chǎn)甘露醇方法，但它同樣存在著許多問(wèn)題，例如生產(chǎn)過(guò)程中需要富含營(yíng)養(yǎng)素(肽、氨基酸、生長(zhǎng)因子等)的培養(yǎng)基，使生產(chǎn)成本較高[8]、容積生產(chǎn)率有待提高。

1-乳酸脫氫酶;2-甘露醇-1-磷酸脫氫酶圖1 同型乳酸發(fā)酵Fig.1 Homologous lactic acid fermentation

3-果糖激酶;4-葡糖激酶;5-甘露醇脫氫酶圖2 異型乳酸發(fā)酵Fig.2 Heterolactic acid fermentation

2.4.2.2 非乳酸菌發(fā)酵

一些非乳酸菌的細(xì)菌也可以通過(guò)發(fā)酵反應(yīng)產(chǎn)甘露醇。王海燕[39]發(fā)現(xiàn)霍亂弧菌的流行株與非流行株對(duì)甘露醇的發(fā)酵快慢有著顯著差異，進(jìn)而探討其甘露醇發(fā)酵快慢機(jī)制。

2.4.3 酵母菌發(fā)酵

酵母菌通過(guò)發(fā)酵也可以產(chǎn)生甘露醇，報(bào)道中常見(jiàn)的菌株有木蘭假絲酵母(Candidamagnolias)、獸氏結(jié)合酵母(Zygosaccaromycesrouxi)、球擬酵母(Torulopsis)等。SONG等[40]從1 000多株菌株中發(fā)現(xiàn)了1株木蘭假絲酵母，在150 g/L果糖中搖床培養(yǎng)168 h可以產(chǎn)生67 g/L甘露醇，如果在發(fā)酵過(guò)程中進(jìn)行補(bǔ)料，200 h后甘露醇的產(chǎn)量甚至可以高達(dá)209 g/L。由于酵母菌對(duì)高滲透壓具有很好的耐受性，它們可以相對(duì)容易地存活在高濃度糖溶液中。為了抵消較高的胞外滲透壓，酵母菌在生長(zhǎng)期間會(huì)積累各種胞內(nèi)多元醇，使得甘露醇的產(chǎn)量大大提高，多元醇的積累會(huì)略微降低水分活度，但不會(huì)對(duì)酶活性造成影響[5]。利用這一原理，MENG等[41]從甘蔗汁中分離出1株近平滑假絲酵母，該菌株可以在不添加果糖的情況下由高濃度的葡萄糖生產(chǎn)甘露醇，在優(yōu)化發(fā)酵條件下?lián)u瓶培養(yǎng)，甘露醇質(zhì)量濃度可達(dá)68.5 g/L，分批補(bǔ)料時(shí)，終質(zhì)量濃度可高達(dá)97.1 g/L，葡萄糖消耗284 g/L。該實(shí)驗(yàn)以高濃度葡萄糖為底物，大大降低了生產(chǎn)成本，為酵母菌發(fā)酵產(chǎn)甘露醇應(yīng)用于未來(lái)的工業(yè)中提供了較好的思路。

目前，酵母菌的甘露醇容積產(chǎn)率總體比不上乳酸菌異型發(fā)酵[1]，且在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)再次利用甘露醇，需要繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)。

3 微生物發(fā)酵產(chǎn)甘露醇的發(fā)展策略

綜上可知，目前工業(yè)上生產(chǎn)甘露醇主要用的是化學(xué)合成法，與其他方法相比，微生物發(fā)酵法具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如不易產(chǎn)生副產(chǎn)物山梨醇、條件溫和能耗低、不需要高度純化的底物、不受原料和季節(jié)的限制、適宜大規(guī)模生產(chǎn)等。因此微生物發(fā)酵法具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，有望在未?lái)用于工業(yè)生產(chǎn)中。本文針對(duì)微生物發(fā)酵法，提出一些發(fā)展策略，以供參考。

3.1 菌株的選育

3.1.1 誘變

從自然界中分離得到的野生菌株在發(fā)酵性能和功能上往往具有一定的局限性，因此誘變被廣泛應(yīng)用于菌株的選育[42]。通常將紫外線(xiàn)照射與化學(xué)試劑聯(lián)合使用對(duì)產(chǎn)甘露醇菌株進(jìn)行誘變。SAVERGAVE等[21]通過(guò)使用紫外線(xiàn)與甲基磺酸乙酯、N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍選育出1株木蘭假絲酵母NCIM 3470，通過(guò)生長(zhǎng)和生產(chǎn)階段組成的兩步發(fā)酵過(guò)程，甘露醇的產(chǎn)量最高可達(dá)240 g/L。HELANTO等[43]通過(guò)化學(xué)誘變構(gòu)建了明串球菌ATCC12291突變株，經(jīng)過(guò)誘變，突變體中果糖激酶活性降低10%，甘露醇產(chǎn)率得到了較大的提高。

3.1.2 基因工程

基因工程技術(shù)也是改善甘露醇產(chǎn)量的好方法。通過(guò)基因工程技術(shù)，可以改變菌體中的某些代謝途徑[44]，其通用原理是提高氧化還原平衡和底物利用率[35]。COSTENOBLE等[45]對(duì)釀酒酵母的甘油缺陷菌株進(jìn)行了基因工程改造，將大腸桿菌mtlD人基因(編碼NADH依賴(lài)性甘露醇-1-磷酸脫氫酶)轉(zhuǎn)化到甘油缺陷型的釀酒酵母中，使原本不生甘露醇的野生型釀酒酵母最終可以產(chǎn)生甘露醇；在菌株未經(jīng)歷NADH失衡的條件下，即有氧條件下，如果甘油代謝未受損，甘露醇的產(chǎn)量會(huì)十分低，此文證明了氧化還原失衡是該突變體中形成甘露醇的驅(qū)動(dòng)力。PAPAGIANNI等[46]對(duì)羅伊氏乳桿菌ATCC 55730進(jìn)行研究，該菌株將磷酸酮酶途徑(phosphoketolase pathway，PKP)和EMP途徑同時(shí)用作具有較小通量的次級(jí)途徑，通過(guò)將黑曲霉NRRL 2270菌株的6-磷酸-1-果糖激酶(6-phosphofruc tokinase-1，PFK)基因及其激活劑引入羅伊氏乳桿菌中，使得轉(zhuǎn)化菌株中PFK活性增加4倍，糖酵解通量增加2.3倍，提高了菌株利用葡萄糖再生NADH的能力，使得甘露醇的產(chǎn)量提高至56 g/L(親本菌株為10 g/L)。

此外，還可以通過(guò)構(gòu)建工程菌生產(chǎn)甘露醇[47]，其中較常用的工程菌是大腸桿菌。HEUSER等[48]用大腸桿菌BL21(DE3)表達(dá)了mdh、fdh、glf基因(分別編碼了甘露醇脫氫酶、甲酸脫氫酶和糖促進(jìn)劑)，可以將果糖轉(zhuǎn)化成甘露醇，為了讓重組大腸桿菌具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，還克隆表達(dá)了甘露醇通透酶，將甘露醇的產(chǎn)量提高了20%。

3.2 培養(yǎng)條件的優(yōu)化

3.2.1 使用更低成本的底物

在微生物發(fā)酵生產(chǎn)甘露醇的過(guò)程中，常常使用大量的果糖，其成本幾乎占總生產(chǎn)成本的50%[49]，因此有必要尋找一些低成本底物代替果糖。對(duì)于異型發(fā)酵的乳酸菌，它主要是依靠MDH催化果糖生成甘露醇，SAHA等[50]研究發(fā)現(xiàn)，果糖的濃度可以影響發(fā)酵的時(shí)長(zhǎng)，而與甘露醇的產(chǎn)量關(guān)系不密切，可以用富含果糖成分的物質(zhì)替換一部分果糖。目前具有此特點(diǎn)且產(chǎn)率較高的低成本底物有菊粉和糖蜜[49, 51]。SAHA篩選的中間乳桿菌NRRL B-3693以果糖/菊粉(質(zhì)量比3∶5，總計(jì)400 g/L)混合物為底物，通過(guò)同時(shí)糖化和發(fā)酵，可以生成甘露醇(227.9±1.8) g/L[32]；以糖蜜/果糖糖漿(質(zhì)量比1∶1，總計(jì)150 g/L)混合物為碳源底物，用更廉價(jià)的大豆蛋白(5 g/L)和玉米漿(50 g/L)替代昂貴的細(xì)菌蛋白胨(5 g/L)與酵母提取物(5 g/L)作為氮源底物，可以生成104 g/L甘露醇。對(duì)于酵母菌，MENG等[41]直接利用含高濃度葡萄糖的選擇培養(yǎng)基篩選了1株近平滑假絲酵母，該酵母可直接以葡萄糖為底物生成甘露醇。

3.2.2 加入金屬鹽離子

一些金屬鹽離子會(huì)影響某些糖醇的生產(chǎn)以及糖醇合成中涉及的酶活性，在培養(yǎng)基中加入適量金屬鹽離子，是一種經(jīng)濟(jì)的手段。LEE等[52]指出Ca2+可以改變木蘭假絲酵母中甘露醇的滲透性，增加細(xì)胞內(nèi)甘露醇的釋放量，而Cu2+可以增加細(xì)胞內(nèi)MDH的活性，兩者一起加入，可以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，增大甘露醇的產(chǎn)量。MENG等[41]從甘蔗汁篩選出1株新菌株CandidaparapsilosisSK26.001，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，0.1 g/L的CaCl2提高了甘露醇的產(chǎn)量，驗(yàn)證了前者的觀(guān)點(diǎn)；但此實(shí)驗(yàn)中Cu2+并沒(méi)有增加甘露醇的產(chǎn)量，這表明不同菌株之間甘露醇的合成機(jī)理或許有差異；同時(shí)添加適量的Fe3+也對(duì)甘露醇的生產(chǎn)有利，這可能是因?yàn)镕e3+在氧化還原反應(yīng)中起著重要的電子載體的作用。SAHA[53]報(bào)道了幾種鹽離子對(duì)中間乳桿菌NRRL B-3693的影響，發(fā)現(xiàn)MnSO4對(duì)甘露醇的生產(chǎn)是必須的，其質(zhì)量濃度達(dá)到0.033 g/L時(shí)，可達(dá)到最大產(chǎn)量，同時(shí)MgSO4對(duì)甘露醇的產(chǎn)生也有促進(jìn)作用，但兩者同時(shí)加入沒(méi)有協(xié)同作用。

3.2.3 選擇合適的溶解氧濃度

溶解氧濃度可以通過(guò)控制搖床過(guò)程中培養(yǎng)基的體積和搖床轉(zhuǎn)速來(lái)改變。對(duì)于乳酸菌來(lái)說(shuō)，在有限的溶解氧濃度下可以達(dá)到最大的甘露醇產(chǎn)量，但是對(duì)于酵母菌和真菌這類(lèi)好氧菌來(lái)說(shuō)，往往在溶解氧濃度最大時(shí)，甘露醇的產(chǎn)量才達(dá)到最高值[9]。

4 展望

甘露醇是一種有益的多元醇，在食品、醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域被廣泛使用。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甘露醇的需求量會(huì)越來(lái)越大。但是目前甘露醇的生產(chǎn)量還無(wú)法滿(mǎn)足其需求量，因此，需要對(duì)現(xiàn)有的甘露醇生產(chǎn)方法進(jìn)行改進(jìn)。微生物發(fā)酵法具有眾多優(yōu)點(diǎn)，例如不易產(chǎn)生副產(chǎn)物山梨醇、條件溫和能耗低、不需要高度純化的底物、不受原料和季節(jié)的限制、適宜大規(guī)模生產(chǎn)等，有著應(yīng)用于工業(yè)的巨大潛力，在未來(lái)，必然越來(lái)越受人們關(guān)注。異型發(fā)酵乳酸菌具有較高的生產(chǎn)率，酵母菌具有以高濃度葡萄糖為底物從而大大降低成本的潛力，值得科研人員進(jìn)一步研究探索。