导语：木糖醇作为一种重要的五碳糖醇，凭借其低热量（约为蔗糖的60%）、与蔗糖相似的甜度、以及优异的口腔护理功能，已成为全球食品、日化、医药等多个领域广泛应用的产品。根据最新的市场调研数据，2022年全球木糖醇市场的总值达到了4.37亿美元，且预计未来几年将继续保持约7%的年均增长率。然而，木糖醇的传统生产工艺面临“原料供应受限且成本高、生产过程能耗大、污染严重、有毒重金属催化剂使用”等问题，亟需依靠先进的绿色技术进行转型升级。生物制造技术的引入，不仅能够解决这些挑战，还能够推动木糖醇产业向更加可持续、低成本、高品质的方向发展。

木糖醇的发现与历史演进

木糖醇的首次人工合成可以追溯到19世纪90年代，德国化学家Fisher、Stahe和法国化学家Betrand在木糖和钠汞齐（钠和汞组成的合金）催化的反应中发现木糖醇；20世纪40年代，芬兰科学家在白桦树中首次发现了天然存在的木糖醇，由于二战期间食糖短缺，木糖醇成为了芬兰及其他拥有丰富白桦树资源国家的主要食糖替代品。

1963年，美国食品药品监督管理局（FDA）批准木糖醇用于特殊饮食目的。1975年，芬兰图尔库大学发表关于木糖醇对牙菌斑影响的临床研究结论，而后芬兰与美国推出第一批商业含有木糖醇的口香糖。1983年，联合国粮农组织和世界卫生组织下的食品添加剂联合专家委员会（JECFA）宣布木糖醇为安全糖醇。

木糖醇的多领域应用及发展潜力

进入21世纪，木糖醇被广泛应用于口香糖、糖果、饮料等消费品中，并且由于其低热量、无龋齿的特性，越来越多的糖尿病患者和注重健康的消费者开始选择木糖醇作为日常甜味剂。根据《Global Xylitol Market Analysis 2022》报告，全球木糖醇需求量已经突破10万吨大关，并且亚洲市场（尤其是中国和印度）的增长尤为显著。

食品行业的健康转型
由于全球消费者对低糖、低热量食品的需求不断增长，木糖醇已成为功能性食品行业的重要成分之一，广泛用于糖果、饮料、烘焙食品及乳制品中。欧洲低糖口香糖市场的数据显示，2022年该市场的总值接近5亿美元，而木糖醇在其中占据主导地位，这一趋势也正在亚洲市场加速扩展。例如，一家国际巧克力品牌通过木糖醇部分替代蔗糖，使其产品能够进入糖尿病人群市场，同时保持原有的口感与风味。数据显示，该品牌的无糖巧克力在推出的前两年销售额增长了35%，充分说明木糖醇在食品行业中的商业价值。

日化行业的高端应用
除了食品行业，木糖醇在日化产品中也被广泛应用，主要集中在口腔护理及护肤领域。由于其能够吸收和保持皮肤水分，减少皮肤干燥和皱纹的产生，木糖醇已成为高端护肤品中的常见保湿成分。某国际知名化妆品公司推出的木糖醇护肤系列产品，在日本和韩国市场表现良好，上市一年后销量增长超过50%，这表明消费者对天然保湿成分的认可度较高。

传统生产工艺局限与生物制造前景

根据历史文献显示，在气候寒冷的北欧、俄罗斯等地区，当地居民很早利用桦树液制取“桦糖”代替白糖食用，而“桦糖”中就含有木糖醇，但由于该种制取方式需要消耗大量森林资源，而且产品收率低，难以大规模生产。进入20世纪后，欧洲企业开始通过对淀粉深加工生产各类功能性糖醇，包括麦芽糖醇、山梨糖醇、甘露醇等，但因木糖醇为五碳醇，至今尚未有公开的以六碳的淀粉糖直接加工生产木糖醇的产业化案例。

受19世纪90年代人类首次人工合成木糖醇的启发，人类持续研发以五碳糖D-木糖为原料通过加氢生产木糖醇的技术，并实现了木糖醇的规模化生产。我国在20世纪70年代初开始了木糖醇的产业化生产，经过多年发展，现已成为全球木糖醇的重要生产国和出口国。根据相关产业机构研究，2022年我国木糖醇产能达11.8万吨，同比增长34.1%，2022年我国结晶木糖醇产量约6.06万吨，产量占全球50%以上水平，同时期我国木糖醇出口5.1万吨，也是全球木糖醇最大的出口国。

目前木糖醇的工业化生产路线下，木糖的获取是第一步也是决定成本的关键因素。通常情况行业以玉米芯、半纤维素为原料，通过预处理、水解、精制、蒸发浓缩等步骤得到木糖。一方面，虽然我国玉米芯、半纤维素产量丰富，但因为木糖含量有限，导致这一来源的木糖产量存在“天花板”，一定程度上限制了木糖醇的理论最大产量；另一方面，木糖获得的过程涉及到强酸水解、加碱中和、产物纯化等高污染、高能耗的过程，经济环境效益表现差，现阶段木糖的生产成本就已是葡萄糖的数倍，极大拉高了木糖醇的生产成本下限。



获得符合生产要求的木糖后，再以木糖作为原料，在高温高压条件下，通过镍催化剂的作用下进行氢化反应生成木糖醇，经过精制提取得到木糖醇产品。因重金属催化剂的转化率和选择性问题，反应产物中除了木糖醇，还存在山梨糖醇等其他糖醇，这些糖醇因性质相近而分离困难；同时因催化剂中重金属组分的流失，导致反应产物中残留有对人体危害极大的重金属，需要经过复杂的分离过程进行去除。该过程进一步降低了木糖醇产业的经济环境效益，增加了下游应用高品质木糖醇的成本。

为了改变现有技术路线过程的高污染、高能耗、有毒重金属催化剂使用等问题，研究者开始尝试以生物法替代现有技术路线。如相关专利文献报道，通过木聚糖酶替代强酸水解半纤维素生产木糖；利用基因工程获得木糖还原酶，通过酶催化替代化工加氢实现木糖生产木糖醇。



上述方法仍高度依赖木糖这一原料，同时因生物酶转化率低、转化周期长等因素，导致现阶段生物法生产木糖醇的成本处于较高水平，相较于传统路线不具备竞争力。


近年来随着合成生物技术的发展，为解决现阶段木糖醇产业的痛点提供了可能性。通过基因工程改造微生物，开发以廉价淀粉糖为原料，实现高密度精准生物制造木糖醇成为行业低碳绿色发展的重点方向。

结语

在全球绿色可持续发展战略深入实施的背景下，木糖醇产业正迎来前所未有的转型机遇。生物制造技术的突破，将推动木糖醇产业实现由高污染、高成本向更加环保、更低成本、更高品质的转型。

微元合成已完成木糖醇低成本生物发酵技术的研发，将加速木糖醇产业绿色转型，这一转型不仅是响应市场需求的必要举措，更是推动绿色经济、实现可持续发展的重要战略。