糖基生物質生產食品化工產品研究進展探討

□ 栗 琳 河南省開封市質量技術監督檢驗測試中心

作為農業大國，我國有著非常豐富的生物質資源。通過對生物質的利用，然后在生物或者化學催化劑的實際作用下，借助化工和生物技術從而制作并獲取到化工產品。對農作物副產品進行合理利用，可以控制污染情況的發生。現階段食品添加劑所采用的生產原料，更多的是從石油化工行業獲取的，只有部分是來自于天然生物原料。在生產食品添加劑上，將糖基生物質作為主要原料生產，和天然產品的來源有著較大的相似之處，有著較高的安全性和可靠性，從心理上人們更容易接受。生物質基食品添加劑，在通過采取生物化學方法生產之后，可以經過化學反應生成各種各樣的化工產品，而且這些生成的化工產品有著較高的附加值。現階段以天冬氨酸類、谷氨酸類等為主，是有可能商品化的食品化工產品。在生產這些食品化工產品時，所采用的生產原料主要以淀粉類多糖生物質為主，有著廣泛的原料來源，價格低廉，還比較容易獲取。但是生產食品化工產品上，所采取的將糖基生物質作為原料的技術和生產工藝仍然不夠成熟，需要花費較高的生產成本，開發產品期間依舊存在著諸多的技術難題，如果可以真正意義上的突破這些技術難點，那么就將會顯著的提高糖基生物質食品化工產品，在市場上的競爭優勢，增加其未來的發展空間。因此，從食品安全層面，以及控制生產成本角度思考，對生物質基食品化工產品進行深入的開發，將會有著非常廣闊的發展前景。

本文對生產食品化工產品，以采取糖基生物質為原料的生產進展進行了研究，并對開發技術所存在的難題進行了重點介紹，旨在為更進一步開發糖基生物質食品化工產品提供有價值的參考。在當前石化資源越來越缺乏，以及生產工藝技術日益成熟的背景下，這讓糖基生物質食品化工產品，不管是在市場中的競爭力，還是未來發展的潛力都得到了顯著的提高。生物煉制技術和化工技術，勢必會因為生物基化工產品的發展而得到有效的變革和顯著的進步，從而產生明顯的社會效益和經濟效益。

1 1,4-二羧酸基四碳酸

蘋果酸等都是較為常見的化工產品原料，且全部都是二羧酸基四碳酸。而在食品行業中，二羧酸基四碳酸也有著非常多的應用，可以在飲料和糖制品中，用作酸味劑和調味劑；其中作為天然果汁中一個重要的成分，蘋果酸具有很多優點，如香味特殊，不會對口腔和牙齒造成損害等。也正是因為其有這么多的優點，這讓其正式取代檸檬酸，成為了老年和兒童食品中頗具競爭力的食品酸味劑。

在生物體內的三羧酸循環中，大部分都有1,4-二羧酸基四碳酸的參與，可以在原料選擇上以糖基生物質維護組，實施生物化學轉化的方法進行生產。從1,4-二羧酸基四碳酸產品來源于糖基生物質的發展情況來看，其將會擁有較好的市場情景，其產業化的重要技術重點，是如何將發酵成本降低到最小。按照文獻資料顯示[1]，在原料上主要是兩種糖基生物質。經過發酵之后生產按照每1 000 克小于0.61美元的標準，對此類產品的發酵成本進行控制，才可能在市場上具有強大的競爭力，這在短時間內是難以真正實現突破的。但隨著日益消耗的化石能源，1,4-二羧酸基四碳酸產品在生產上，通過將糖基物質作為主要原料的生產，將會擁有非常好的市場發展前景。

對1,4-二羧酸基四碳酸的多功能官團，通過采取生物化學方法進行修飾，可以將其往多種化工產品上進行轉化，這些產品大部分都擁有著非常大的市場發展情景。以琥珀酸為例，采取生物化學轉化方法，可將1,4-二羧酸基四碳酸往其他化工產品上進行轉化，其轉化的方式可以分為如下幾種。

第一，將 1,4-二羧酸基四碳酸，通過對氨基化還原反應的利用，從而生產吡咯烷基類化工產品。此技術在現階段產業化期間，所碰到的主要難點在于怎么在生產期間對酸式鹽的選擇性還原程度進行控制；怎么將對抑制劑有著超高耐受性的催化劑開發出來，以及在連續生產過程中，應該如何才可以確保催化劑的壽命。通過對此方法生產的吡咯烷基類化工產品衍生物的利用，能夠適用于生產部分水溶劑等。

第二，使1,4-二羧酸基四碳酸作為原料，將直鏈高分子材料，以及支鏈聚合物產品，通過直接聚合反應的方式生產出來。在技術上前者未有任何難題情況存在，并且已有產業化的產品正式出現，比如生物基光纖維材料等；在技術上后者產業的主要難點在于如何對聚合反應生成的聚合物分子，所具有的質量和特征性進行較好的控制，截至目前，此技術還未得到明顯的突破。

2 天冬氨酸

可以說在包括人類在內的動物體內，天冬氨酸是一個非常重要的代謝物質。其以D-天冬氨酸和L-天冬氨酸，為最為常見的同分異構體，而L-天冬氨酸在食品工業中應用的最為普遍，高甜味劑和鮮味劑則在食品行業中有著較多的應用，同時也是比較好的營養增補劑，在各式爽口的飲料中均有添加。

2.1 天冬氨酸的生產方法

生產L-天冬氨酸的方法主要有三種：第一，化學合成法；第二，蛋白質萃取法；第三，發酵法/生物酶轉化法。但現階段市場上天冬氨酸產品，更多的是采取生物酶法進行生產，經過常年不斷的研究，對改良生產工藝，其生產成本依舊無法得到根本的控制，這也在較大程度上，對天冬氨酸產品的廣泛應用產生了明顯的限制。因此，相對比生物酶轉化工藝，就非常有必要開發出一種比此工藝具有更低成本的工藝，尤其是在直接發酵工藝上，將生物質糖為培養基的就成為了當前非常緊迫的一件事情。隨著不斷深入發展的生物技術等，相信在不久的未來，一定會將直接發酵生產天冬氨酸工藝開發出來，且所采用的原料還是經濟實惠的糖類。

2.2 天冬氨酸生產生物基化工產品的途徑

全球天冬氨酸需求量從2006年開始起，就以平均每年2%～3%的速度迅速增長。聚天冬氨酸類高分子材料的轉變要從2016年以后講起，這主要是因為在這一年后，其就可以代替現階段市場上比較流行的聚羧化物等。因此，生物基化工產品，將天冬氨酸作為原料，在未來市場上將會有非常大的發展前景。總體來講，可以分為如下幾種途徑。

第一，通過對加氫還原反應的利用，將天冬氨酸往結構比較相似的化工產品等上進行轉化。在溶劑市場上，這些化工產品有著較好的應用前景。此轉化途徑中所存在的技術難點，主要是在于怎么對加氫還原的程度進行控制等，這些都是當前急需解決的重要技術難題。

第二，通過對脫水反應的利用，將天冬氨酸往天冬氨酐上轉化[2]。天冬氨酸選擇性脫水在酸性催化劑的作用下，大部分將其所生成的天冬氨酐的反應當成是一個熱力學過程。怎么將此期間所生產的天冬氨酐成本進行有效的控制，這也成為了現階段的主要技術難點，現階段的研究，更多的關注點是在于開發可替代傳統液相催化劑的新型多相催化劑[3]。

3 甘油

作為一個重要的工業原材料，甘油在食品工業當中，更多的是用來當保濕劑和甜味劑，在代乳品和運動食品中出現得比較多。甘油可以用來直接消費，也能夠經過化學反應之后，生成多種食品化工產品，如聚甘油脂肪酸酯等。因為甘油可以食用，能夠被生物所降解的一種化合物，所以大眾更容易接受甘油基食品添加劑產品[4]。

雖然有著較為廣泛的用途，但甘油的市場價格整體還是偏低，其價格機制并不完善，現階段，甘油大約0.9～1.3美元每千克，價格比較高。在生物柴油生產過程中，甘油可以說是一個重要的副產物，隨著逐漸擴大的生物柴油市場，這讓甘油的產量也呈現出日益上漲的趨勢，其生產成本也會逐漸變低，同時甘油自身也擁有獨特的化學性質以及分子結構，因此在化工產品的生產中，將甘油作為原料將會有著比較大的市場發展空間。

4 山梨醇

作為一種有著廣泛用途的食品化工原料，山梨醇擁有預防齲齒等方面的顯著功效，可以用作防腐劑和甜味劑在食品行業中使用。大部分是采取鎳基催化劑加氫還原葡萄糖的方式，來實現對山梨醇的生產。在實際工業中大部分采取間歇工藝的生產方式，此種方法在技術上不存在任何的難點，而且可以充分地保障葡萄糖的真正轉化，能夠達到99.7%的山梨醇的生產率。實施此種方法最根本的原因是在化妝品和食品當中，山梨醇和其是相適應的，上述這些行業，對山梨醇中所包括的雜質酸量的要求非常嚴格。雖然在實驗室中實施生物法對山梨醇進行生產，也可以獲取到不錯的實驗結果，但在僅僅限制于實驗室的生產規模，要想對其進行更大規模的生產，就勢必要尋找到一種和工業化大規模生產相適應的分離方法。作為一種化工產品，山梨醇有著廣泛的發展前景，有著廣泛的應用領域。

5 結論

當前在生產食品化工產品上利用糖基生物質進行生產的技術仍然不夠成熟，在應用比較普遍的發酵和催化生產工藝期間，依舊存在未有較高反應效率，發酵產量偏低等難題情況。基于此，在以后研究糖基生物質化工的重點和內容，應該從這幾個方面著手：第一，選擇操作條件溫和和開發成本較少的生產糖基食品化工產品工藝；第二，開發選擇性和穩定性高，以及經濟實惠并且環保的生物催化劑或者化學催化劑；第三，開發有著較高的附加值和功能性的新型食品化工產品，如新型酸制劑等。

[1]吳云,柏玉香,夏柳溪,等.葡萄糖基-β-環糊精的“一鍋法”合成及其分離純化[J].2017.

[2]杜余輝,蔡志鵬,江慎華,等.丁香有效部位清除超氧陰離子及對LDL糖基化抑制作用[J].食品工業科技,2016(15):80-85.

[3]張群.農林生物質生產生物基燃料/化學品的關鍵技術[J].食品與生物技術學報,2016(10):1120-1120.

[4]翟婭菲,李紅,劉現偉,等.原核生物蛋白O-糖基化的研究進展[J].微生物學通報,2017(4):970-975.