糖基生物质生产食品化工产品研究进展探讨

□ 栗 琳 河南省开封市质量技术监督检验测试中心

作为农业大国，我国有着非常丰富的生物质资源。通过对生物质的利用，然后在生物或者化学催化剂的实际作用下，借助化工和生物技术从而制作并获取到化工产品。对农作物副产品进行合理利用，可以控制污染情况的发生。现阶段食品添加剂所采用的生产原料，更多的是从石油化工行业获取的，只有部分是来自于天然生物原料。在生产食品添加剂上，将糖基生物质作为主要原料生产，和天然产品的来源有着较大的相似之处，有着较高的安全性和可靠性，从心理上人们更容易接受。生物质基食品添加剂，在通过采取生物化学方法生产之后，可以经过化学反应生成各种各样的化工产品，而且这些生成的化工产品有着较高的附加值。现阶段以天冬氨酸类、谷氨酸类等为主，是有可能商品化的食品化工产品。在生产这些食品化工产品时，所采用的生产原料主要以淀粉类多糖生物质为主，有着广泛的原料来源，价格低廉，还比较容易获取。但是生产食品化工产品上，所采取的将糖基生物质作为原料的技术和生产工艺仍然不够成熟，需要花费较高的生产成本，开发产品期间依旧存在着诸多的技术难题，如果可以真正意义上的突破这些技术难点，那么就将会显著的提高糖基生物质食品化工产品，在市场上的竞争优势，增加其未来的发展空间。因此，从食品安全层面，以及控制生产成本角度思考，对生物质基食品化工产品进行深入的开发，将会有着非常广阔的发展前景。

本文对生产食品化工产品，以采取糖基生物质为原料的生产进展进行了研究，并对开发技术所存在的难题进行了重点介绍，旨在为更进一步开发糖基生物质食品化工产品提供有价值的参考。在当前石化资源越来越缺乏，以及生产工艺技术日益成熟的背景下，这让糖基生物质食品化工产品，不管是在市场中的竞争力，还是未来发展的潜力都得到了显著的提高。生物炼制技术和化工技术，势必会因为生物基化工产品的发展而得到有效的变革和显著的进步，从而产生明显的社会效益和经济效益。

1 1,4-二羧酸基四碳酸

苹果酸等都是较为常见的化工产品原料，且全部都是二羧酸基四碳酸。而在食品行业中，二羧酸基四碳酸也有着非常多的应用，可以在饮料和糖制品中，用作酸味剂和调味剂；其中作为天然果汁中一个重要的成分，苹果酸具有很多优点，如香味特殊，不会对口腔和牙齿造成损害等。也正是因为其有这么多的优点，这让其正式取代柠檬酸，成为了老年和儿童食品中颇具竞争力的食品酸味剂。

在生物体内的三羧酸循环中，大部分都有1,4-二羧酸基四碳酸的参与，可以在原料选择上以糖基生物质维护组，实施生物化学转化的方法进行生产。从1,4-二羧酸基四碳酸产品来源于糖基生物质的发展情况来看，其将会拥有较好的市场情景，其产业化的重要技术重点，是如何将发酵成本降低到最小。按照文献资料显示[1]，在原料上主要是两种糖基生物质。经过发酵之后生产按照每1 000 克小于0.61美元的标准，对此类产品的发酵成本进行控制，才可能在市场上具有强大的竞争力，这在短时间内是难以真正实现突破的。但随着日益消耗的化石能源，1,4-二羧酸基四碳酸产品在生产上，通过将糖基物质作为主要原料的生产，将会拥有非常好的市场发展前景。

对1,4-二羧酸基四碳酸的多功能官团，通过采取生物化学方法进行修饰，可以将其往多种化工产品上进行转化，这些产品大部分都拥有着非常大的市场发展情景。以琥珀酸为例，采取生物化学转化方法，可将1,4-二羧酸基四碳酸往其他化工产品上进行转化，其转化的方式可以分为如下几种。

第一，将 1,4-二羧酸基四碳酸，通过对氨基化还原反应的利用，从而生产吡咯烷基类化工产品。此技术在现阶段产业化期间，所碰到的主要难点在于怎么在生产期间对酸式盐的选择性还原程度进行控制；怎么将对抑制剂有着超高耐受性的催化剂开发出来，以及在连续生产过程中，应该如何才可以确保催化剂的寿命。通过对此方法生产的吡咯烷基类化工产品衍生物的利用，能够适用于生产部分水溶剂等。

第二，使1,4-二羧酸基四碳酸作为原料，将直链高分子材料，以及支链聚合物产品，通过直接聚合反应的方式生产出来。在技术上前者未有任何难题情况存在，并且已有产业化的产品正式出现，比如生物基光纤维材料等；在技术上后者产业的主要难点在于如何对聚合反应生成的聚合物分子，所具有的质量和特征性进行较好的控制，截至目前，此技术还未得到明显的突破。

2 天冬氨酸

可以说在包括人类在内的动物体内，天冬氨酸是一个非常重要的代谢物质。其以D-天冬氨酸和L-天冬氨酸，为最为常见的同分异构体，而L-天冬氨酸在食品工业中应用的最为普遍，高甜味剂和鲜味剂则在食品行业中有着较多的应用，同时也是比较好的营养增补剂，在各式爽口的饮料中均有添加。

2.1 天冬氨酸的生产方法

生产L-天冬氨酸的方法主要有三种：第一，化学合成法；第二，蛋白质萃取法；第三，发酵法/生物酶转化法。但现阶段市场上天冬氨酸产品，更多的是采取生物酶法进行生产，经过常年不断的研究，对改良生产工艺，其生产成本依旧无法得到根本的控制，这也在较大程度上，对天冬氨酸产品的广泛应用产生了明显的限制。因此，相对比生物酶转化工艺，就非常有必要开发出一种比此工艺具有更低成本的工艺，尤其是在直接发酵工艺上，将生物质糖为培养基的就成为了当前非常紧迫的一件事情。随着不断深入发展的生物技术等，相信在不久的未来，一定会将直接发酵生产天冬氨酸工艺开发出来，且所采用的原料还是经济实惠的糖类。

2.2 天冬氨酸生产生物基化工产品的途径

全球天冬氨酸需求量从2006年开始起，就以平均每年2%～3%的速度迅速增长。聚天冬氨酸类高分子材料的转变要从2016年以后讲起，这主要是因为在这一年后，其就可以代替现阶段市场上比较流行的聚羧化物等。因此，生物基化工产品，将天冬氨酸作为原料，在未来市场上将会有非常大的发展前景。总体来讲，可以分为如下几种途径。

第一，通过对加氢还原反应的利用，将天冬氨酸往结构比较相似的化工产品等上进行转化。在溶剂市场上，这些化工产品有着较好的应用前景。此转化途径中所存在的技术难点，主要是在于怎么对加氢还原的程度进行控制等，这些都是当前急需解决的重要技术难题。

第二，通过对脱水反应的利用，将天冬氨酸往天冬氨酐上转化[2]。天冬氨酸选择性脱水在酸性催化剂的作用下，大部分将其所生成的天冬氨酐的反应当成是一个热力学过程。怎么将此期间所生产的天冬氨酐成本进行有效的控制，这也成为了现阶段的主要技术难点，现阶段的研究，更多的关注点是在于开发可替代传统液相催化剂的新型多相催化剂[3]。

3 甘油

作为一个重要的工业原材料，甘油在食品工业当中，更多的是用来当保湿剂和甜味剂，在代乳品和运动食品中出现得比较多。甘油可以用来直接消费，也能够经过化学反应之后，生成多种食品化工产品，如聚甘油脂肪酸酯等。因为甘油可以食用，能够被生物所降解的一种化合物，所以大众更容易接受甘油基食品添加剂产品[4]。

虽然有着较为广泛的用途，但甘油的市场价格整体还是偏低，其价格机制并不完善，现阶段，甘油大约0.9～1.3美元每千克，价格比较高。在生物柴油生产过程中，甘油可以说是一个重要的副产物，随着逐渐扩大的生物柴油市场，这让甘油的产量也呈现出日益上涨的趋势，其生产成本也会逐渐变低，同时甘油自身也拥有独特的化学性质以及分子结构，因此在化工产品的生产中，将甘油作为原料将会有着比较大的市场发展空间。

4 山梨醇

作为一种有着广泛用途的食品化工原料，山梨醇拥有预防龋齿等方面的显著功效，可以用作防腐剂和甜味剂在食品行业中使用。大部分是采取镍基催化剂加氢还原葡萄糖的方式，来实现对山梨醇的生产。在实际工业中大部分采取间歇工艺的生产方式，此种方法在技术上不存在任何的难点，而且可以充分地保障葡萄糖的真正转化，能够达到99.7%的山梨醇的生产率。实施此种方法最根本的原因是在化妆品和食品当中，山梨醇和其是相适应的，上述这些行业，对山梨醇中所包括的杂质酸量的要求非常严格。虽然在实验室中实施生物法对山梨醇进行生产，也可以获取到不错的实验结果，但在仅仅限制于实验室的生产规模，要想对其进行更大规模的生产，就势必要寻找到一种和工业化大规模生产相适应的分离方法。作为一种化工产品，山梨醇有着广泛的发展前景，有着广泛的应用领域。

5 结论

当前在生产食品化工产品上利用糖基生物质进行生产的技术仍然不够成熟，在应用比较普遍的发酵和催化生产工艺期间，依旧存在未有较高反应效率，发酵产量偏低等难题情况。基于此，在以后研究糖基生物质化工的重点和内容，应该从这几个方面着手：第一，选择操作条件温和和开发成本较少的生产糖基食品化工产品工艺；第二，开发选择性和稳定性高，以及经济实惠并且环保的生物催化剂或者化学催化剂；第三，开发有着较高的附加值和功能性的新型食品化工产品，如新型酸制剂等。

[1]吴云,柏玉香,夏柳溪,等.葡萄糖基-β-环糊精的“一锅法”合成及其分离纯化[J].2017.

[2]杜余辉,蔡志鹏,江慎华,等.丁香有效部位清除超氧阴离子及对LDL糖基化抑制作用[J].食品工业科技,2016(15):80-85.

[3]张群.农林生物质生产生物基燃料/化学品的关键技术[J].食品与生物技术学报,2016(10):1120-1120.

[4]翟娅菲,李红,刘现伟,等.原核生物蛋白O-糖基化的研究进展[J].微生物学通报,2017(4):970-975.