生物法制备木糖醇取得大突破

2023年2月，生物降解材料研究院、TK生物基材料主办，中科国生、微构工场、丰原生物协办的《生物基与降解材料2022年度大会暨颁奖典礼》将在苏州举办，会议将发布PBAT、BDO、PLA等材料年度数据，现诚邀行业专家、企业代表出席，欢迎报名参展参会。

木糖醇是一种天然甜味剂，提取困难，功能较多。木糖醇是一种有机化合物，原产于芬兰，是从白桦树、橡树、玉米芯、甘蔗渣等植物原料中提取出来的一种天然甜味剂。在自然界中，木糖醇的分布范围很广，广泛存在于各种水果、蔬菜、谷类之中，但含量很低。对于人体来说，木糖醇本来就是人们身体正常糖类代谢的中间体。木糖醇作为糖尿病人的甜味剂，是最适合糖尿病患者食用的营养性的食糖代替品，其功能包括甜味剂、改善肝、防龋齿、减肥、稳定等功能，可用于家庭做蔗糖的代替品，以防止蔗糖使用过多引起的糖尿病肥胖症。

木糖醇下游应用广泛，食品和医药用途居多。木糖醇产业链较为简单，上游为原材料的供应，主要有原材料：富含多缩戊糖的农业废弃物（玉米芯、麦秆、棉籽皮等）、微生物、酶等，中游产业为木糖醇生产供应商，下游为木糖醇的应用领域，主要有食品加工业、医药行业、日化行业和其他领域。在下游市场中，木糖醇主要应用于糖果中，结合数据各类糖果占比达到78.65%,全球木糖醇口香糖领域占比第一，占比达66.3%，占比第二的领域为糖果巧克力，占比15.3%，医药及个人护理占比第三，占比11.3%。其他领域占比7.1%。

全球木糖醇市场规模逐年增长，中国木糖醇产量呈下降趋势。全球木糖醇的市场规模总体呈逐年上涨趋势，从2017年的8亿美元上涨至2021年的9.93亿元，5年的CAGR达到4.4%。全球木糖醇市场规模的增长速度保持稳定，从2018年至2021年均保持在5%以上，2021年达到5.53%。预计2023年全球木糖醇市场规模将达到11.10亿美元，市场潜力较大。

预计 2018年至2023年全球木糖醇市场规模预计年均复合增长率为5.6%。中国的木糖醇产量从 2014年以来整体呈下降趋势，2020年的木糖醇产量为4.59万吨，7年的CAGR为-3.75%。中国木糖醇产量的下降主要是由于国内口香糖市场销售额呈逐年下降趋势。

国内木糖醇以出口为主，主要出口到美国、波兰等地区。我国的木糖醇主要以出口为主，出口量一直大于进口量。出口数量在2020年受疫情影响有所下降，但是出口量很快就恢复到正常水平，到2021年木糖醇出口量达到42261.15吨，较2020年增长近11%，2022年前11 个月木糖醇出口46397.67吨，预计2022年木糖醇出口总量能突破5万吨大关。2022年1-7 月，中国木糖醇主要出口地有美国、波兰、意大利、土耳其、俄罗斯、英国和荷兰。其中出口美国最多，出口量为5516.4吨 ，占比总出口量的18.1%。出口量第二的为波兰，出口量为4777.4吨，占比总出口量的15.6%。

国内木糖醇出口收益丰厚，出口价格稳定，进口价格波动较大。国内木糖醇进口金额较少，进口金额最多的是2017年的80.56万美元，最少的年份是2019年，仅有17.15万美元。主要是木糖醇进口价格波动较大，在2020年和2022年曾一度超过10万美元/吨，并且木糖醇的进口均价普遍高于出口均价。国内木糖醇出口获益较多，出口金额普遍在1亿美元以上，在2018年甚至达到1.88亿美元，2022年前11月份出口金额达到1.5亿美元，远高于2021 年出口的1.15亿美元。国内木糖醇出口均价稳定在3000美元/吨，表示出口木糖醇的收益较稳定。

传统制备木糖醇的方法是化学法，化学法缺点较大，生物法制备木糖醇取得较大突破。化学法制备木糖醇，主要的试剂和催化剂都是化学品，对原料精度有要求，催化加氢反应需在高温高压下进行，产物比较杂，分离产物比较困难，因此生产成本较高，价格约是蔗糖价格的10倍。使用生物法制备木糖醇，利用酵母菌或者基因工程菌，简化了生产过程并更加安全、节能。

用生物催化代替化学催化可以降低木糖醇的生产成本。细胞的抗逆能力可以适应较粗放的原料；生化反应可以在常温常压下进行；生物催化剂的底物专一性保证产物中只有木糖醇，这些特点使得生物技术生产木糖醇具有十分广阔的前景。为了实现木糖醇的绿色生产，现有的酸水解工艺可考虑用酶水解来取代。粗原料经预处理后，使半纤维素部分降解并溶于水，再用木聚糖酶彻底水解为木糖后转化得到木糖醇。整个过程不产生污染。

生产方法	主要方法	优点	缺点
化学法	工业上主要用木糖催化加氢的方法。将粗原料用稀酸处理，其半纤维素部分水解后得到以木糖为主的水解液，再适当处理后在镍催化下加氢将糖还原为醇，加氢液蒸发、结晶后可得到木糖醇	原料比较广泛，工艺比较成熟，可以大规模生产	原料必须精制到一定程度；催化加氢反应需在高温高压下进行；反应将原料中所有的糖都还原为相应的糖醇，产物中不仅有木糖醇，还有山梨糖醇等其他糖醇，这些糖醇性质相近、分离困难。因此，木糖醇的生产成本较高，价格约是蔗糖价格的10倍
生物法	在微生物细胞里木糖还原酶的催化下将木糖还原为木糖醇，氢则来源于细胞里还原型辅酶中的氢原子和水中的氢离子，不必单独制氢	简化了生产过程并更加安全、节能	需要消耗一部分糖来再生还原型辅酶

图：木糖醇制备方法比较

国内生物木糖醇逐渐起步，依镁生物、圣泉集团等公司开始生产生物木糖醇。哈尔滨依镁生物工程科技有限公司独家引进美国研发的木糖醇提取技术落户黑龙江依兰县，农户平时烧了、扔了的玉米芯加工后，变成了市场售价每吨3万元的木糖醇，这一新技术可使依兰县农户年增收近4000万元。哈尔滨依镁生物工程科技有限公司计划7月初正式开工投产，今年底产能就可达到木糖醇1万吨、甘露醇3000吨。

初期产品将全部外销，预计外汇收入近1亿美元。江西振冉生物科技有限公司已经能顺利生产生物木糖醇，98.5%-101.0%的食品级木糖醇出厂价在28000元/吨。济南的圣泉集团唐和唐公司顺利生产生物木糖醇，该木糖醇项目是圣泉集团致力于生物质精炼一体化创新应用的重要一环。据介绍，依托完全自主产权的“圣泉法”生物质精炼一体化技术，圣泉唐和唐木糖醇项目成功利用植物秸秆中的半纤维素组分生产食品级D-木糖，进一步生产食品级木糖醇，既延伸了产业链，又增加了木糖醇及衍生品这一新产品。

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