[科普中國(guó)]-木糖酸

簡(jiǎn)介

木糖酸是許多重要化學(xué)過(guò)程必不可少的中間體。

木糖酸鈉是新一代植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和水產(chǎn)養(yǎng)殖中酸環(huán)境必不可少的添加劑。木糖酸還可作為高效水泥粘結(jié)劑的主要成分,已被證明其粘結(jié)效率是現(xiàn)有粘結(jié)劑的兩倍以上。

木糖酸的合成方法木糖酸的化學(xué)合成木糖酸的碘催化合成：在糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)中羥基較多且活潑，所以在合成有關(guān)糖的衍生物時(shí)，常常將糖分子中的羥基保護(hù)起來(lái)，待反映完成后再將羥基脫掉，從而提高合成效率，在木糖的氧化時(shí)，在強(qiáng)堿性環(huán)境下，以甲醇作溶劑用碘進(jìn)行氧化木糖，可以保護(hù)羥基不被氧化掉，只氧化醛基到羧基，得到木糖酸鹽，向溶于甲醇的木糖酸鹽中滴加濃酸可以得到木糖酸晶體。

木糖酸的鈀催化合成：用含鈀5%的催化劑催化25%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的基質(zhì)轉(zhuǎn)化，用NaOH調(diào)節(jié)pH值至10.0進(jìn)行反應(yīng)，比較了鈀分別催化木糖和葡萄糖氧化的速率。當(dāng)溫度為35℃時(shí)木糖的氧化速率僅為葡萄糖的1/8，當(dāng)把木糖轉(zhuǎn)化的溫度提高至50℃時(shí)二者氧化速率相當(dāng)。

生物法合成木糖酸化學(xué)法合成木糖酸過(guò)程煩瑣，不易操作，反應(yīng)條件苛刻，對(duì)環(huán)境污染大。與化學(xué)合成法相比，生物法工藝條件溫和，所用原料價(jià)格低廉，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，具有廣闊的應(yīng)用前景。

酶催化法生產(chǎn)木糖酸：對(duì)比商品化葡萄糖氧化酶OxyGo 1500與過(guò)氧化氫酶Fermacolase 1000系統(tǒng)對(duì)木糖和葡萄糖的氧化作用發(fā)現(xiàn)，當(dāng)催化溫度為40℃時(shí)，木糖氧化的速率僅為葡萄糖的1/5，當(dāng)溫度提高到60℃時(shí)，反應(yīng)速率相當(dāng)，經(jīng)過(guò)90h木糖的轉(zhuǎn)化率達(dá)到了61.3%。通過(guò)對(duì)各影響因素進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn)影響程度：溫度>酶量≈底物濃度>過(guò)氧化物酶量，因此開(kāi)發(fā)耐高溫的葡萄糖氧化酶將有利于木糖轉(zhuǎn)化率的提高。

發(fā)酵法生產(chǎn)木糖酸：通過(guò)微生物發(fā)酵氧化木糖生產(chǎn)木糖酸有3種方法：①直接在培養(yǎng)基中加入一定濃度的木糖，與微生物培養(yǎng)同步發(fā)酵；②先培養(yǎng)富集菌體，再離心收集菌體，利用全細(xì)胞來(lái)催化木糖氧化制木糖酸；③利用無(wú)細(xì)胞提取液催化木糖氧化。1

分析研究建立了發(fā)酵液中木糖酸的分析方法。分別采用反相高效液相色譜法和比色法對(duì)發(fā)酵液中的木糖酸進(jìn)行分析。結(jié)果通過(guò)考察回收率和精密度等指標(biāo)證明了高效液相色譜法對(duì)發(fā)酵液中木糖酸的分析優(yōu)于比色法。高效液相色譜法對(duì)復(fù)雜的生物體系中的木糖酸含量測(cè)定具有快速，簡(jiǎn)便、靈敏、重現(xiàn)性好的特點(diǎn)，為木糖酸的生產(chǎn)、應(yīng)用等研究打下了良好的基礎(chǔ)。2

特點(diǎn)木糖酸熱穩(wěn)定性好，pH值在2.5～8范圍內(nèi)加熱至100℃不分解。

應(yīng)用前景木糖酸能產(chǎn)生一定熱量，在代謝后期才需胰島素的促進(jìn)作用。進(jìn)食木糖酸后，對(duì)正常人和控制良好的糖尿病病人，血糖升高的幅度和速度都低于葡萄糖和蔗糖。但木糖醇在腸道的吸收率低，吃多了易引起腹瀉，還會(huì)使血甘油三酯濃度升高。 此外，在促進(jìn)植物生長(zhǎng)和水泥黏合劑中起到重要作用。

木糖酸的研究始于20世紀(jì)，但國(guó)內(nèi)外有關(guān)其開(kāi)發(fā)利用的研究一直很少，直到近幾年由于其特殊的性質(zhì)才得到關(guān)注，尤其是其作為高效水泥黏合劑以及1，2，4一丁三醇的合成方面具有廣闊的前景。

j對(duì)比了木糖酸、葡萄糖酸和木素磺酸鹽在水泥黏結(jié)等方面應(yīng)用的各項(xiàng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)木糖酸的黏結(jié)效率是現(xiàn)有黏結(jié)劑的兩倍以上，有望取代目前葡萄糖酸在這方面的應(yīng)用，甚至可能替代目前廣泛應(yīng)用的木素磺酸鈣，作為水泥減水劑、農(nóng)藥懸浮劑、陶瓷坯體增強(qiáng)劑、水煤漿分散劑、皮革鞣革劑、耐火材料結(jié)合劑、炭黑造粒劑等。

此外，木糖酸還是合成1，2，4一丁三醇(BT)的重要中間產(chǎn)物。1，2，4一丁三醇三硝酸酯(BTTN)是一種性能良好的含能增塑劑，揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性和感度性能好于硝化甘油。目前木糖酸轉(zhuǎn)化為1，2，4一丁三醇的轉(zhuǎn)化率為25%，副產(chǎn)物乙二醇的轉(zhuǎn)化率為3%，因此，進(jìn)一步降低1，2，4一丁三醇生物合成過(guò)程中副產(chǎn)物產(chǎn)量，提高1，2，4一丁三醇產(chǎn)量，不僅是實(shí)現(xiàn)硝化甘油安全替代的關(guān)鍵，也是木糖酸資源化利用的一條有效途徑。1