D-核糖的生产及应用

摘要：D-核糖是一种功能性的戊糖，也是RNA、某些辅酶和维生素的重要组成部分，具有十分重要的生理作用，并已在食品添加剂和药物生产中得到广泛应用。

关键词：D-核糖 生产 应用 发酵 纯化

D-核糖又名D-呋喃核糖，是生物体内糖核酸、某些维生素和核苷酸类辅酶的组成成分，具有十分重要的生理作用。

1 D核糖的理化性质

1.1 物理性质

D-核糖是一种存在于所有活细胞中的天然戊醛糖，其分子式为C₅H₁₀O₅，相对分子质量150.13，熔点86-87℃。纯品为白色结晶性粉末，具甜味，极易吸潮，溶于水。

1.2 化学性质

D-核糖是一种单糖，分子中含有游离醛基，具有还原性，能够在碱性溶液中通过烯醇化作用异构转化生成阿拉伯糖和核酮糖等。

2 D-核糖的发现及生产

20世纪初，相关学者从酵母RNA的组分中发现了D-核糖。D-核糖的制备方法主要有：从天然物质中提取分离的方法、化学合成法和微生物发酵法。

3 D-核糖的生理功能及应用

3.1 D-核糖的生理功能

3.1.1 对心脏功能的影响：D-核糖能够提供一种独特的代谢方法来改善对先天性心脏衰竭导致呼吸困难的辅助治疗作用。

3.1.2 抗衰老和耐缺氧作用

3.1.3 对体内血糖、血脂、血乳酸含量及激素水平的调节：核糖可以增强工作肌对血糖的摄取，使工作肌能够得到较好的供能，从而增强机体的运动能力和糖贮备能力。

3.2 D-核糖的应用

D-核糖已被证实能够调节人体缺血、缺氧细胞的能量代谢和缓解疲劳等，现已直接用于临床治疗心肌局部缺血、运动引起的肌肉酸痛、腺苷酸脱氨酶缺陷造成的强直僵硬、胞内缺乏磷酸化酶造成的肌肉疼痛以及糖尿病等。

4 微生物发酵法生产D-核糖

4.1 D-核糖高产菌株的选育

4.1.1 D-核糖高产菌株的基本特征：目前文献报道的D-核糖高产菌株均为芽孢杆菌属的转酮醇酶变异株

4.1.2 D-核糖高产菌株的选育

国内D-核糖高产菌株的选育始于20世纪90年代。以紫外诱变和化学诱变相结合的复合诱变方法对转酮醇酶缺陷型枯草芽孢杆菌进行诱变，可以得到遗传性状稳定且较高产D-核糖的菌株。

4.2 D-核糖的发酵条件、发酵方式及发酵过程控制

在获得D-核糖高产菌株的基础上，还需提供适宜的发酵条件包括种子培养基、种龄、接种量、发酵培养基、发酵温度、pH值、溶解氧等，并对发酵过程进行有效控制，才有可能实现D-核糖的高效生产。

4.2.1 种子培养条件

种子培养基一般含有山梨醇、玉米浆等，还可以补充芳香氨基酸以加快菌体生长。接种量一般为1.7%-10%，培养温度37℃，PH5.5-8.0，采用对数后期的摇瓶液体种子接种。

4.2.2 各种添加物对D-核糖发酵的影响

在发酵过程中添加微量的锰离子、青霉素等能调节细胞膜的通透性，有利于提高其产量；L-酪氨酸、L-色氨酸等的添加有利于加快菌体生长，提高D-核糖产量，其中烟酸的作用尤其明显。

4.2.3 发酵方式和发酵过程控制

D-核糖的发酵一般采用分批发酵方式，D-核糖工业生产均采用游离细胞进行发酵；用反渗透技术对树脂解吸液进行预浓缩后再蒸发浓缩可有效降低D-核糖生产的能源消耗。选用S-475反渗透膜芯对D-核糖树脂解吸液进行预浓缩，浓缩至原浓度1倍时最具经济效益。

5 小结和展望

随着对D-核糖生理功能的不断揭示，其生产技术与临床应用日益受到关注。D-核糖高产菌株的选育、发酵过程的优化控制以及产品的高效分离纯化仍将是今后一段时期国内学者的研究热点。在工业生产上，如何提高生产效率、节能降耗、保证产品质量仍将是国内相关生产企业所要面临的主要问题。

文献

[1] 周珏，魏转，孙文敬，卢伟，徐勤华，龚力伟，赵子婧.D-核糖的生产及应用[J].食品科技，2014，39（10）：273-278.