赤藓糖醇微生物合成研究进展

刘芳美，赵学群，沙如意，夏 凯，黄 俊

(浙江科技学院 生物与化学工程学院 浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室 浙江省农业生物资源生化制造协同创新中心，浙江 杭州 310023)

近年来，随着生活节奏的加快和生活方式的改变，人们的饮食结构发生了巨大变化，随之而来的如肥胖、糖尿病以及心血管疾病等健康问题给人们的生活带来了严重的困扰和不便[1]。在饮食中糖分的过量摄入是导致这一现象发生的主要因素，同时糖的过量食用也会导致蛀牙等口腔疾病发病率的上升[2]。甜味剂的发现和使用有助于降低食品中高热量糖的添加，从而达到减少糖摄入的目的。甜味剂是一类能够提供甜味但自身含有较低热量的化合物，根据其来源可分为天然甜味剂和合成甜味剂[1]。早期使用的合成甜味剂，如甜菊素、阿巴斯甜和糖精，虽然甜度高，但相关研究发现经常食用它们可能会引起肠道菌群紊乱而对健康不利[3]。相较于合成甜味剂，天然甜味剂的使用，如甘露糖醇、赤藓糖醇、木糖醇和山梨醇等具有低代谢能、降血糖和安全特性的糖醇，则更易被人们接受[4]。

赤藓糖醇(erythritol)，化学名为(2R,3S)-butane-1,2,3,4-丁四醇，是一种白色、无味、不吸湿、无光学活性、热稳定性好以及易溶于水的四碳醇，广泛存在于水果、蔬菜和发酵食品中[5]。赤藓糖醇由于基本不被人体和肠道微生物利用，不改变血糖浓度和胰岛素水平以及不会引起腹泻等特性而格外受到人们的关注[6]。自1848年被首次发现以来，赤藓糖醇于20世纪90年代先后被日本、美国以及欧洲一些国家批准直接作为食品配料和甜味剂使用，国内于2008年正式发布公告允许赤藓糖醇在食品中按实际需要适量使用[7-8]。2019年，赤藓糖醇的全球市场交易量为70 400 t，而到2026年赤藓糖醇的市场需求量预测将上升至目前的1.5倍[9]。赤藓糖醇市场需求量的上升对赤藓糖醇的生产提出了新的要求。

赤藓糖醇可以通过化学法和微生物发酵法合成，然而化学合成法存在生产效率低、成本高和操作危险等缺点，因此未能得到工业化推广[1]。通过微生物发酵法生产赤藓糖醇则解决了化学法合成带来的不利影响。多年来，研究人员在赤藓糖醇的发酵生产工艺上做了大量工作，结果表明发酵培养基的组成(包括碳源、氮源和无机盐等)、发酵条件(包括温度、pH和溶氧等)以及发酵方法(包括连续发酵、分批发酵和分批补料发酵等)对赤藓糖醇的产率和产量具有重要影响，相关内容[1,9]已在近期得到很好的论述，笔者将不再赘述。

通过微生物发酵生产赤藓糖醇，相比于其他糖醇的发酵生产，存在着产量和转化率不高的现象。微生物菌种的诱变选育和代谢途径改造则为提高赤藓糖醇产量提供了新的方向。基于此，笔者综述了微生物发酵合成赤藓糖醇的最新研究概况，包括主要菌种及赤藓糖醇代谢途径、以可再生资源为原料合成赤藓糖醇以及菌种的代谢工程改造，讨论提高赤藓糖醇产量的潜在路径，以期为今后高产赤藓糖醇菌种的选育和构建提供新的研究思路。

1 发酵生产赤藓糖醇的主要微生物及其选育

1.1 细菌

细菌能够利用葡萄糖为底物，经过葡萄糖激酶(glucose kinase)、葡萄糖-6-磷酸异构酶(glucose-6-phosphate isomerase)、磷酸转酮酶(phosphoketolase)、赤藓糖醇-4-磷酸脱氢酶(erythritol-4-phosphate dehydrogenase)以及磷酸酶(phosphatase)的作用下合成赤藓糖醇(图1)[1,10]。目前已知的能直接合成赤藓糖醇的细菌较少，主要为乳酸菌和酒球菌(表1)。Tyler等[11]研究发现：Lactobacillusflorum2F可以利用葡萄糖为底物合成2.04 g/L的赤藓糖醇，而以果糖为底物时赤藓糖醇的终浓度较低；同时，该研究分析了包括乳酸菌和酒球菌在内的其他22株菌产赤藓糖醇的情况，发现包括Leuconostoc、Oenococcus和Weissella等属在内的菌种能够合成0.02～0.45 g/L的赤藓糖醇(表1)。van der Woude 等[12]以Synechocystissp.PCC6803为出发菌株，通过基因工程技术在该菌内过表达赤藓糖醇-4-磷酸磷酸化酶和赤藓糖醇还原酶，获得1株性状优势菌株SEP024，能够合成0.256 g/L的赤藓糖醇。总体来说，细菌代谢合成赤藓糖醇的产量较低，达不到赤藓糖醇工业化生产要求。

Glu-6-P—glucose-6-phosphate;Fru-6-P—fructose-6-phosphate;acetyl-P—acetyl-phosphate;erythrose-4-P—erythrose-4-phosphate;Erythritol-4-P—erythritol-4-phosphate;1—glucose kinase;2—glucose-6-phosphate isomerase;3—phosphoketolase;4—erythritol-4-phosphate dehydrogenase;5—phosphatase

表1 发酵合成赤藓糖醇的主要细菌

1.2 真菌

与细菌相比，真菌可通过磷酸戊糖途径(pentose phosphate pathway)以葡萄糖、甘油和果糖等为底物代谢合成赤藓糖醇，其中工业化生产赤藓糖醇所使用的菌种主要为酵母菌[9]。在酵母中，以葡萄糖为碳源时，葡萄糖在胞内先经葡萄糖激酶(glucose kinase)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(glucose-6-phosphate dehydrogenase)、6-磷酸葡萄糖酸内酯酶(6-phosphogluconolactonase)、磷酸葡萄糖酸脱氢酶(phosphogluconate dehydrogenase)、核酮糖磷酸3-差向异构酶(ribulose phosphate 3-epimerase)以及核酮糖-5-磷酸异构酶(ribulose-5-phosphate isomerase)催化作用下生成核酮糖-5-磷酸和核糖-5-磷酸，之后在转酮酶(transketolase)、转醛酶(transaldolase)、赤藓糖-4-磷酸激酶(erythrose-4-phosphate kinase)和赤藓糖还原酶(erythrose reductase)的作用下生成赤藓糖醇(图2)[13-14]。而以甘油为底物时，甘油可由甘油激酶(glycerol kinase)、甘油-3-磷酸脱氢酶(glycerol-3-phosphate dehydrogenase)、磷酸甘油醛异构酶(triosephosphate isomerase)和醛缩酶(aldolase)的作用下转换为果糖-1,6-二磷酸，之后经葡萄糖-6-磷酸进入磷酸戊糖途径。最近，Niang等[15]研究发现，赤藓糖醇可以进一步被降解为赤藓酮糖和赤藓酮糖磷酸而被细胞利用，该过程中赤藓糖醇脱氢酶(erythritol dehydrogenase)、赤藓酮糖激酶(erythrulose kinase)和赤藓酮糖磷酸异构酶(erythrulose phosphate isomerase)发挥关键作用。

GUT1—glycerol kinase;GUT2—glycerol-3-phosphate dehydrogenase;TPI1—triosephosphate isomerase;ALD—aldolase;PFK—phosphofructokinase;FBP—fructose-1,6-bis phosphatase;PGI—glucose-6-phosphate isomerase;HK—glucose kinase;ZWF1—glucose-6-phosphate dehydrogenase;PGLS—6-phosphogluconolactonase;GND1—phosphogluconate dehydrogenase;RPE1—ribulose phosphate 3-epimerase;RKI1—ribulose-5-phosphate isomerase;TKL1—transketolase;TAL1—transaldolase;E4PP—erythrose-4-phosphate kinase;ER：erythrose reductase;EYD1—erythritol dehydrogenase;EYK1—erythrulose kinase;EYI1—erythrulose-1-phosphate isomerase;EYI2—erythrulose-4-phosphate isomerase;P—phosphate

目前已报道的具有赤藓糖醇较高产量的酵母菌[16-25]主要包括假丝酵母属(Candida)、亚罗酵母属(Yarrowia)和圆酵母属(Torula)等在内的菌种，合成的赤藓糖醇达25～245 g/L(表2)。其中，亚罗解脂酵母(Yarrowialipolytica)是工业化生产赤藓糖醇中使用最多的菌种。亚罗解脂酵母是一类非常规油脂酵母，同时也被认为是一种安全微生物(GRAS)，因此在工业生产中具有重要的应用价值。

表2 发酵合成赤藓糖醇的主要酵母菌

除此之外，Yuill等[26]于1948年首次报道了黑曲霉能够代谢合成赤藓糖醇，但包括曲霉在内的其他霉菌在赤藓糖醇的工业化生产中并未得到应用。

1.3 菌种选育

从自然界分离筛选得到的菌株存在赤藓糖醇合成效率低的问题，因此为了提高菌种的初始赤藓糖醇的合成量，需要对菌种的性状进行改造。常用的方法包括物理诱变，如紫外诱变、射线诱变和常温等离子诱变以及化学诱变，如利用硫酸二乙酯、甲基磺酸乙酯、亚硝基胍、乙烯亚胺和叠氮化钠等对目标菌种进行处理。Moon等[10]通过紫外诱变和亚硝基胍处理Aureobasidiumsp.SN124A，获得赤藓糖醇产量提高了47.6%的突变株。董海州等[27]对分离获得的球拟酵母ERY237进行紫外线和化学试剂组合诱变，获得一株在最优发酵条件下产87.8 g/L赤藓糖醇的优势菌种。王凤伟等[28]通过对自然界中富含高浓度糖分样品的筛选，获得1株产赤藓糖醇的亚罗解脂酵母JunA-6，经过紫外线、LiCl和硫酸二乙酯(DES)的复合诱变处理后得到菌株JunA-27，该菌株的赤藓糖醇产量达到67.5 g/L，是初始菌株JunA-6的4.2倍。

Ghezelbash等[29]通过紫外照射亚罗解脂酵母DSM70562，得到1株可合成39.76 g/L赤藓糖醇的突变菌株mutant 49，比出发菌株的24 g/L提高了65.7%；进一步研究发现，赤藓糖醇产量的提高与赤藓糖还原酶活性的提高有关，紫外照射引起了该酶270位天冬氨酸被谷氨酸取代，最终导致了该酶的酶活提升1.47倍。此外，原始菌的发酵会产6.37 g/L副产物甘油，而mutant 49不合成甘油。类似地，Ghezelbash等[30]通过紫外照射和甲基磺酸乙酯复合处理木兰假丝酵母(Candidamagnolia)DSM70638，获得1株性状优良的突变株mutant 12，该菌株赤藓糖醇的产量达到20.32 g/L，相较于出发菌株提高2.4倍，同时副产物甘油的浓度下降5.5倍。Qiu等[31]利用紫外诱变和常温等离子诱变相结合的方式对亚罗解脂酵母BBE-18进行处理，对获得的1 152株突变株进行初筛和复筛，最终获得高产突变株yliUA8在发酵条件优化后可产148 g/L的赤藓糖醇，远高于出发菌株的43 g/L。由此可知，常规的菌种诱变选育仍然是优良性状菌种获得的重要途径，而在此基础上实现赤藓糖醇产量的进一步提高，则需结合其他方法如发酵工艺优化和代谢途径改造。

2 以可再生资源或废弃物为原料发酵合成赤藓糖醇

2.1 以粗制甘油为原料

传统赤藓糖醇的液态发酵生产主要以商业化的葡萄糖和甘油为底物，而以纯的甘油或葡萄糖为底物合成赤藓糖醇不仅带来成本的上升，同时也和绿色能源经济的可持续发展理念相悖。近年来，研究人员在以可再生资源为原料合成赤藓糖醇方面进行了大量探索，其中粗制甘油是使用较多的原料。粗制甘油是生物柴油等生产过程中的副产物，主要成分包含甘油(80%)、残油、游离脂肪酸和钠盐[32]。Tomaszewska等[33]考察了亚罗解脂酵母在以纯甘油和粗制甘油为碳源条件下合成赤藓糖醇的情况，结果发现：亚罗解脂酵母可以利用粗制甘油合成最高产量为80.5 g/L的赤藓糖醇，略低于纯甘油条件下的84.1 g/L，说明粗制甘油可以作为赤藓糖醇工业化生产中的主要原料。Mironczuk等[34]通过反复分批发酵优化可使亚罗解脂酵母利用粗制甘油为原料合成155.5 g/L的赤藓糖醇，虽然低于对照组使用纯甘油时的208 g/L，但得率达到0.56 g/g，高于对照组的0.41 g/g。Kobayashi等[24]证实丛梗孢酵母可利用粗制甘油为底物发酵合成赤藓糖醇，转化率达到60%，高于使用纯葡萄糖为碳源时50%的转化率，也说明粗制甘油可以替代葡萄糖成为发酵合成赤藓糖醇的原料。此外，Rakicka等[21]通过两阶段发酵法测试了亚罗解脂酵母利用两种来源粗制甘油(生物柴油生产线，甘油比例为83%；肥皂生产线，甘油比例为76%)合成赤藓糖醇的情况，结果发现，赤藓糖醇的最高产量分别为162和116 g/L。这一产量虽然低于使用纯甘油时的199.4 g/L，但从原料经济成本考虑，使用粗制甘油为原料合成赤藓糖醇是更好的选择。

2.2 以糖蜜和餐厨废弃油为原料

除了粗制甘油，Mironczuk等[35]采用农产品加工副产物糖蜜为原料发酵合成赤藓糖醇。糖蜜的主要成分为蔗糖(55%)、其他糖类物质、有机酸和盐。该研究中，以糖蜜为原料，经过两阶段发酵后亚罗解脂酵母AMM可合成70 g/L的赤藓糖醇。而Hijosa-Valsero等[23]研究MoniliellapollinisMUCL 40570、M.pollinisMUCL 28141、PseudozymafusiformataDSM 27425 和P.tsukubaensisNRRL Y-7792利用甘蔗糖蜜(sugarcane molasses)、甜菜糖蜜(beet molasses)、红葡萄汁(red grape must)和玫瑰葡萄汁(rose grape must)发酵合成赤藓糖醇的情况，结果发现：MUCL 40570和MUCL 28141可利用4种原料为底物合成50～97 g/L的赤藓糖醇；DSM 27425和NRRL Y-7792不能利用甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜代谢合成赤藓糖醇，但能利用葡萄汁为原料合成14～30 g/L的赤藓糖醇。由此可见，不同菌种对原料的分解代谢能力存在差异。

餐厨废弃油中含有大量油脂和化学有机物，随意丢弃会对环境造成严重污染，因此实现餐厨废弃油的再次利用具有重要意义。Liu等[36]研究发现，亚罗解脂酵母M53可以利用餐厨废油为原料代谢合成赤藓糖醇，在培养基中添加30 g/L废弃油，在5 L发酵罐中培养72 h可获得22.1 g/L的赤藓糖醇，得率高达0.74 g/g。随后，该课题组Liu等[37]对利用废弃油脂生产赤藓糖醇进行了工艺优化。首先对丝瓜瓤(loofah sponge)进行清洗和烘干，之后将其切割成尺寸大小为1 cm × 1 cm × 0.5 cm的颗粒并加入发酵液中，使其作为一种水包油分散剂从而提高细胞对油脂的利用率，结果发现，至少60 g/L的底物可以被完全利用，赤藓糖醇的得率达到0.76 g/g油脂，通过分批补料及扩大发酵，赤藓糖醇产量可进一步提高至114.3 g/L。

2.3 以农作物废弃物为原料

农作物废弃物中含有大量能被微生物利用的有机物质。Liu等[38]尝试以大豆残渣为原料合成赤藓糖醇。由于亚罗解脂酵母不能直接分解大豆残渣，所以首先利用毛霉(Mucorflavus)和木霉(Trichodermareesei)对大豆残渣进行预发酵，然后以预发酵产物为原料利用亚罗解脂酵母进一步发酵合成赤藓糖醇，结果发现，在5 L发酵罐中亚罗解脂酵母可代谢底物合成14.7 g/L的赤藓糖醇，利率为0.49 g/g。

采用固态发酵方法以可再生资源为原料合成赤藓糖醇的工艺在近几年得到了突破。相比于传统液态深层发酵，固态发酵具有生产成本低、生产更稳定以及产量更高的特点[39]。Liu等[39]首次采用两阶段固态发酵法实现了以大豆残渣为底物生产赤藓糖醇的工艺，第一阶段为毛霉发酵，72 h后原位接种亚罗解脂酵母进行第二阶段的赤藓糖醇发酵。另外，为解决实际发酵过程中底物大豆残渣结块造成的内部缺氧问题，在原料中分别添加干丝瓜瓤、麸皮、玉米芯和荞麦壳来疏松大豆残渣。结果发现，以麸皮作为疏松材料，经固态发酵192 h后赤藓糖醇的得率为143.3 mg/g(以1 g干底物计)的。在另一项研究中，Liu等[40]尝试利用油料作物废弃物为原料通过一步固体发酵法合成赤藓糖醇，因为油料作物废弃物含氮量较高，对赤藓糖醇的合成具有抑制作用，为此，他们使用了1株经过改造后的亚罗解脂酵母M53-S，该菌株的snf1基因(编码sucrose non-fermenting protein kinase)被敲除，可以实现在氮源充足的条件下利用底物合成赤藓糖醇，结果发现，M53-S可利用花生滤渣饼、40%芝麻粕和10%餐厨废弃油组成的混合物为原料发酵合成赤藓糖醇，得率为185.4 mg/g。

生物碳可以为细胞的定植提供场所，同时可以促进细胞生长和代谢。为进一步提高藓糖醇产量，Liu等[41]将生物碳引入固态发酵体系中。首先将不同基料包括米糠、麦杆、蘑菇渣和猪粪等通过高温碳化后研磨成碳颗粒，之后加入由豆粕渣饼、芝麻粕和餐厨废油(质量比为5∶4∶1)组成的底物原料中，最终发现：麦秆制成的生物碳颗粒在促进亚罗解脂酵母合成赤藓糖醇方面效果最明显，赤藓糖醇的得率由不加生物碳颗粒时的182.4 mg/g提升至199.7 mg/g，随后通过连续分批发酵优化，赤藓糖醇的得率可达到222.5 mg/g。

2.4 以微藻残渣为原料

微藻被认为是一种重要的可持续原料，因其不需要土地进行种植从而不会和粮食作物产生竞争。Liu等[42]研究证实亚罗解脂酵母可利用裂壶藻(Schizochytriumsp.zjut8)残渣(油脂提取后的剩余物质)、豆粕渣饼和芝麻粕等物质组成的原料合成赤藓糖醇，且经过补料分批发酵后产物得率可达223.2 mg/g(以1 g干底物计)。然而，在该研究中由于微藻残渣含有纤维素成分，不能直接被亚罗解脂酵母利用，因此需要使用蛋白酶和纤维素酶进行预处理，一定程度上增加了生产成本。在以后的研究中，可通过对亚罗解脂酵母进行代谢途径改造以实现其对含纤维素成分原料的直接利用。

综合可知，利用微生物以可再生资源为原料经过液态发酵或固态发酵合成赤藓糖醇，并实现其工业化生产是未来主要的研究方向，这不仅可大幅度降低生产成本，而且实现废弃物的回收再利用对于环境保护和能源节约也具有重要意义。

3 赤藓糖醇代谢途径改造

基因工程技术和组学技术的飞速发展为定向改造微生物的代谢通路提供了保障。相较于传统的诱变选育和发酵工艺优化，以定向改造代谢途径提高微生物目标产物产量为目的的代谢工程方法具有周期短、效率高和目标更明确等优点。目前，利用代谢途径改造提高赤藓糖醇产量的研究主要集中于亚罗解脂酵母，主要包括提高底物葡萄糖和甘油的代谢、提高磷酸戊糖途径效率和赤藓糖醇合成以及切断赤藓糖醇的分解途径(图3)。另外，代谢途径改造过程中所涉及的基因敲除方法主要包括同源重组、基于Cre-Lox的同源重组以及CRISPR-Cas敲除体系，而所使用的质粒载体多为染色体整合质粒(表3)。

斜体字母代表基因名称，其中红色和绿色分别表示过表达基因和敲除基因

Carly等[43]发现和鉴定了基因EYK1，该基因编码赤藓酮糖激酶催化赤藓酮糖合成赤藓酮糖-1-磷酸(图2)，当亚罗解脂酵母W29的EYK1被敲除后，发酵液中的赤藓糖醇由30.7 g/L上升至35.7 g/L(表 3)，敲除菌的赤藓糖醇得率为0.49 g/g，高于原始菌株的0.39 g/g。而Carly等[44]通过在亚罗解脂酵母JMY2900中单独或组合过表达甘油激酶(GUT1)、甘油-3磷酸脱氢酶(GUT2)、磷酸丙糖异构酶(TPI1)、转酮酶(TKL1)、赤藓糖-4-磷酸磷酸化酶(E4PP)和赤藓糖还原酶(ER)，结果发现：当同时过表达GUT1和TKL1或GUT1和ER时，发酵液中赤藓糖醇浓度相较于对照菌株有明显提升，其中，赤藓糖醇的得率由0.46 g/g上升至0.61 g/g(表3)，高于其他过表达单个基因时的产量；而敲除EYK1后结合GUT1和TKL1的过表达，可实现发酵液中赤藓糖醇产量的进一步提高，达到80.6 g/L。Mironczuk等[13]在亚罗解脂酵母AMM中分别过表达磷酸葡萄糖酸脱氢酶(GND1)、葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(ZWF1)、TKL1和转醛酶(TAL1)，考察其对细胞合成赤藓糖醇的影响，结果表明，相较于对照菌株MK1发酵合成的赤藓糖醇为25.30 g/L，过表达任一基因均可使细胞合成的赤藓糖醇达到40 g/L以上。

表3 代谢途径改造提高亚罗解脂酵母赤藓糖醇产量方法概览

Cheng等[45]对亚罗解脂酵母CGMCC 7326内源性赤藓糖还原酶进行分析，并对其中的ER10、ER25和ER27进行过表达，结果发现，3个基因分别单独过表达皆可一定程度上提高CGMCC 7326的赤藓糖醇合成效率，其中过表达ER27时效果最明显，发酵液中赤藓糖醇由原始菌产生的154 g/L提升至重组菌中的182 g/L，同时生产强度由1.6提高至2.2 g/(L·h)(表 3)。在此基础上，他们进一步在该菌中过表达GND1和ZWF1，所获菌株的赤藓糖醇得率和生产强度分别比原始菌的提高23.5%和50%，达到0.63 g/g和2.4 g/(L·h)，同时赤藓糖醇达到190 g/L。Jagtap等[46]在亚罗解脂酵母Po1f中过表达来源于酿酒酵母的糖醇磷酸化酶(PYP)，提高了该菌对甘油底物的利用效率和赤藓糖醇的产量，其中发酵液中赤藓糖醇的产量、赤藓糖醇的生产强度、赤藓糖醇得率和甘油利用速率分别由10.70 g/L、0.09 g/(L·h)、0.11 g/g和0.41 g/(L·h)上升至18.60 g/L、0.16 g/(L·h)、0.19 g/g和0.56 g/(L·h)。此外，他们进一步在该重组菌中过表达GUT1和TKL1，且经过补料分批发酵优化后，最终发酵液中赤藓糖醇可达到58.8 g/L。同样是以亚罗解脂酵母Polf为出发菌株，Zhang等[14]在过表达GUT1、TPI1、TKL1和TAL1等基因的基础上敲除赤藓糖醇脱氢酶的编码基因EYD1，所获菌株MY11能以甘油为底物发酵合成40 g/L的赤藓糖醇，相较于对照菌株的18 g/L有了显著提升。另外，为了进一步提高赤藓糖醇的产量，他们在MY11基础上过表达核糖-5-磷酸异构酶(RKI1)，所获菌株产赤藓糖醇的得率可达到0.52 g/g，产量可达52 g/L。

综合可知，代谢途径定向改造是一种提高初始菌株赤藓糖醇产量的有效方法。然而，目前赤藓糖醇代谢途径改造多集中于亚罗解脂酵母W29、Polf和MK1等初始赤藓糖醇产量较低的实验室模式菌株，对于已工业化菌种的代谢途径改造相对较少。因此，笔者相信在初始赤藓糖醇产量较高的工业化菌株基础上进行相应代谢途径改造，同时结合发酵工艺优化，将是提高赤藓糖醇产量瓶颈的有效途径。

4 结论与展望

目前，赤藓糖醇主要由酵母菌通过固态发酵或液态发酵生产，其中亚罗解脂酵母是主要的菌种。近年来，研究人员结合菌种诱变选育、发酵工艺参数优化和赤藓糖醇合成途径改造，已经实现了提高出发菌株赤藓糖醇产量的目标。同时，已有以可再生资源或废弃物为原料，通过混菌发酵工艺合成赤藓糖的研究实例。虽然如此，微生物代谢合成赤藓糖醇的过程仍有较多问题需要探索。①目前所使用菌种多为亚罗解脂酵母，该菌虽然是国际公认的安全微生物，但其生长环境温度为30 °C左右，夏天生产时容易造成染菌倒罐，且存在冷却能耗高的问题。基于此，未来可考虑对现有工业化菌种进行耐热性定向改造，或者从环境中分离能耐受高温胁迫且性状优良的菌种。②对于亚罗解脂酵母，目前已知环境渗透压对其代谢合成赤藓糖醇具有重要调控作用，而潜在的分子机制尚未清楚。其中，赤藓糖醇合成途径中关键酶的转录调控以及赤藓糖醇合成的时域性值得进一步研究和探索。③对于赤藓糖醇的代谢途径改造多以过表达底物代谢过程、磷酸戊糖途径和赤藓糖醇合成关键步骤中的基因以及敲除赤藓糖醇降解途径中的基因为主。而对于改造底物的转运系统从而提高底物运输，提高赤藓糖醇的外排等方面的研究尚未深入开展，这将有助于赤藓糖醇产量的进一步提升。④如果以可再生资源或废弃物为原料合成赤藓糖醇，则所用菌种必须能够分解利用纤维素或半纤维素为碳源，这对使用亚罗解脂酵母发酵合成赤藓糖醇提出了新的挑战。虽然可以通过对原料进行预处理或通过混菌发酵来解决这一问题，但无疑增加了生产周期和成本。同时，纤维素水解混合物中存在的酸类物质和羟甲基糠醛等会对亚罗解脂酵母的生长产生抑制。因此，未来通过对亚罗解脂酵母的定向改造以提高其对可再生资源的直接利用水平，同时增强其环境胁迫应对能力将有望实现赤藓糖醇的绿色可持续生产。⑤ 最后，诱变带来的菌种产量提高和代谢途径中关键酶的突变所导致的酶活性提高有关。未来是否可通过体外定向进化提高关键酶的活性和稳定性，进而通过反向代谢工程技术在胞内表达进化后的酶，从而达到提高目标产物产量的目的值得研究。