D-核糖的生產(chǎn)及應用

摘要：D-核糖是一種功能性的戊糖，也是RNA、某些輔酶和維生素的重要組成部分，具有十分重要的生理作用，并已在食品添加劑和藥物生產(chǎn)中得到廣泛應用。

關(guān)鍵詞：D-核糖 生產(chǎn) 應用 發(fā)酵 純化

D-核糖又名D-呋喃核糖，是生物體內(nèi)糖核酸、某些維生素和核苷酸類輔酶的組成成分，具有十分重要的生理作用。

1 D核糖的理化性質(zhì)

1.1 物理性質(zhì)

D-核糖是一種存在于所有活細胞中的天然戊醛糖，其分子式為C₅H₁₀O₅，相對分子質(zhì)量150.13，熔點86-87℃。純品為白色結(jié)晶性粉末，具甜味，極易吸潮，溶于水。

1.2 化學性質(zhì)

D-核糖是一種單糖，分子中含有游離醛基，具有還原性，能夠在堿性溶液中通過烯醇化作用異構(gòu)轉(zhuǎn)化生成阿拉伯糖和核酮糖等。

2 D-核糖的發(fā)現(xiàn)及生產(chǎn)

20世紀初，相關(guān)學者從酵母RNA的組分中發(fā)現(xiàn)了D-核糖。D-核糖的制備方法主要有：從天然物質(zhì)中提取分離的方法、化學合成法和微生物發(fā)酵法。

3 D-核糖的生理功能及應用

3.1 D-核糖的生理功能

3.1.1 對心臟功能的影響：D-核糖能夠提供一種獨特的代謝方法來改善對先天性心臟衰竭導致呼吸困難的輔助治療作用。

3.1.2 抗衰老和耐缺氧作用

3.1.3 對體內(nèi)血糖、血脂、血乳酸含量及激素水平的調(diào)節(jié)：核糖可以增強工作肌對血糖的攝取，使工作肌能夠得到較好的供能，從而增強機體的運動能力和糖貯備能力。

3.2 D-核糖的應用

D-核糖已被證實能夠調(diào)節(jié)人體缺血、缺氧細胞的能量代謝和緩解疲勞等，現(xiàn)已直接用于臨床治療心肌局部缺血、運動引起的肌肉酸痛、腺苷酸脫氨酶缺陷造成的強直僵硬、胞內(nèi)缺乏磷酸化酶造成的肌肉疼痛以及糖尿病等。

4 微生物發(fā)酵法生產(chǎn)D-核糖

4.1 D-核糖高產(chǎn)菌株的選育

4.1.1 D-核糖高產(chǎn)菌株的基本特征：目前文獻報道的D-核糖高產(chǎn)菌株均為芽孢桿菌屬的轉(zhuǎn)酮醇酶變異株

4.1.2 D-核糖高產(chǎn)菌株的選育

國內(nèi)D-核糖高產(chǎn)菌株的選育始于20世紀90年代。以紫外誘變和化學誘變相結(jié)合的復合誘變方法對轉(zhuǎn)酮醇酶缺陷型枯草芽孢桿菌進行誘變，可以得到遺傳性狀穩(wěn)定且較高產(chǎn)D-核糖的菌株。

4.2 D-核糖的發(fā)酵條件、發(fā)酵方式及發(fā)酵過程控制

在獲得D-核糖高產(chǎn)菌株的基礎(chǔ)上，還需提供適宜的發(fā)酵條件包括種子培養(yǎng)基、種齡、接種量、發(fā)酵培養(yǎng)基、發(fā)酵溫度、pH值、溶解氧等，并對發(fā)酵過程進行有效控制，才有可能實現(xiàn)D-核糖的高效生產(chǎn)。

4.2.1 種子培養(yǎng)條件

種子培養(yǎng)基一般含有山梨醇、玉米漿等，還可以補充芳香氨基酸以加快菌體生長。接種量一般為1.7%-10%，培養(yǎng)溫度37℃，PH5.5-8.0，采用對數(shù)后期的搖瓶液體種子接種。

4.2.2 各種添加物對D-核糖發(fā)酵的影響

在發(fā)酵過程中添加微量的錳離子、青霉素等能調(diào)節(jié)細胞膜的通透性，有利于提高其產(chǎn)量；L-酪氨酸、L-色氨酸等的添加有利于加快菌體生長，提高D-核糖產(chǎn)量，其中煙酸的作用尤其明顯。

4.2.3 發(fā)酵方式和發(fā)酵過程控制

D-核糖的發(fā)酵一般采用分批發(fā)酵方式，D-核糖工業(yè)生產(chǎn)均采用游離細胞進行發(fā)酵；用反滲透技術(shù)對樹脂解吸液進行預濃縮后再蒸發(fā)濃縮可有效降低D-核糖生產(chǎn)的能源消耗。選用S-475反滲透膜芯對D-核糖樹脂解吸液進行預濃縮，濃縮至原濃度1倍時最具經(jīng)濟效益。

5 小結(jié)和展望

隨著對D-核糖生理功能的不斷揭示，其生產(chǎn)技術(shù)與臨床應用日益受到關(guān)注。D-核糖高產(chǎn)菌株的選育、發(fā)酵過程的優(yōu)化控制以及產(chǎn)品的高效分離純化仍將是今后一段時期國內(nèi)學者的研究熱點。在工業(yè)生產(chǎn)上，如何提高生產(chǎn)效率、節(jié)能降耗、保證產(chǎn)品質(zhì)量仍將是國內(nèi)相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)所要面臨的主要問題。

文獻

[1] 周玨，魏轉(zhuǎn)，孫文敬，盧偉，徐勤華，龔力偉，趙子婧.D-核糖的生產(chǎn)及應用[J].食品科技，2014，39（10）：273-278.