甘露醇（Mannitol），又称D-甘露糖醇、木蜜醇，是一种六醇，在自然界中广泛存在于植物的根茎叶，尤其是海带和海藻之中，因此甘露醇也被称为“海藻里的甘露”。甘露醇具有甜度适宜、热量低、不吸潮和性质稳定等特点，是一种性能优越的功能性糖醇，广泛应用于医药、食品、化工等行业。


图说：甘露醇在低于20℃的环境中就会结晶，平常人们看到的海藻、柿饼表面的白色粉末，即为甘露醇，有甜味并可利尿消肿，无需特意洗掉。

甘露醇的历史

许多植物能渗出一种甜而粘的液汁或膏状物，西方称之为manna（甘露），这种液汁中常含有大量的甘露醇。

在化学史上，甘露醇的发现最早可追溯到1806年，法国化学家普鲁斯特把槭树液汁的酒精溶液放在空气中蒸发至干，得到一种由细丝状结晶和微小颗粒组成的白色固体物质，这便是提纯后的甘露醇。1833年德国化学家李比希确定了甘露醇的化学结构，1884年苏格兰化学家斯坦豪斯又在褐藻中发现了甘露醇，为此后甘露醇的应用奠定了基础。

甘露醇的生产

自从在褐藻中发现了甘露醇，人们便开启了海藻提取工艺制备甘露醇的产业化进程。根据文献报道，褐藻中甘露醇含量约为10%-20%（质量分数），夏季和秋季时,褐藻内的甘露醇含量较高，甚至能高达20%（质量分数）以上。海藻提取法虽然简单易行，但其生产原料受地域和季节的限制，因此生产周期长，同时生产过程还面临能耗高、环境污染大和提取收率低等问题。

1947年，法国、荷兰等国开始用蔗糖水解成的转化糖为原料，通过化工催化加氢的方式来生产山梨醇和甘露醇。因当时化工催化收率低，同时受糖价格波动的影响，化工催化生产甘露醇的推广受到了一定的限制。


我国甘露醇的生产已有几十年的历史，早期主要是沿海地区的海洋化工厂在生产，从海藻提取碘和海藻酸钠后的废水中进一步纯化得到。从上世纪70年代开始，江西发酵工业研究所、湖南轻工业研究所、广西南宁有机化工厂与广西轻工业研究所协作，相继开始了化学合成和微生物发酵等方法的研究。

现阶段工业上主要以果糖为底物，在高温和高压的条件下，通过镍的催化作用，对果糖进行加氢从而得到甘露醇。相比于植物提取法，化学合成法耗时较短、生产原料不受季节的限制，但仍存在高温高压高能耗、产生大量副产物（山梨醇）和环境不友好等问题，同时产物中残留的还原糖和重金属对下游的应用有不小的影响。

近年来，随着生物技术的发展，生物法合成甘露醇的研究持续深入。生物法主要包括酶法和微生物发酵法，其中酶法合成甘露醇主要是利用微生物生产相关酶将葡萄糖、蔗糖等原料转化为甘露醇，需要外源添加辅因子NADH/NADPH催化底物反应，NADH/NADPH稳定性差且价格昂贵，使得酶法合成甘露醇成本高昂，很难产业化。微生物发酵生产甘露醇具有反应选择性高、反应条件温和、能耗低等优势，但存在微生物工程菌代谢改造复杂、易产生代谢副产物等缺点，迄今尚无商业化应用的案例。

甘露醇的应用

甘露醇因其独特的生理功能，而广泛应用于医药、食品、日化等领域，此外，甘露醇因其多元醇的结构，羟基可在一定条件下参与许多化学反应，因此通常作为重要的中间体，用于合成诸多有机化学品。

在医药上的应用
甘露醇是一种临床常用的药物，作为一种原料药，多用作脱水剂、利尿剂与脑血管疏通剂，且降压作用明显，可治疗各种原因导致的脑水肿，比如脑外伤、脑出血、脑梗塞等。除此以外，甘露醇还可以作为药用辅料，用作药片的赋形剂及固体、液体的稀释剂。

用化工加氢法合成的甘露醇产物中存在葡萄糖、果糖或甘露糖，均属于还原糖，而研究表明还原糖可与药物中常见的伯胺类化合物反应生成杂质，影响药物安全性和稳定性，因此还原糖是药用甘露醇严格控制的指标。


在食品工业上的应用

国际上公认甘露醇在食品上的使用是安全的。美国FDA食品添加剂法规的批准（21版180.25）甘露醇在食品上使用。食品与农业组织联合体/世界健康组织食品添加剂出口委员会（JECFA）也已对甘露醇的安全性进行了验证，并同意可以一次性服用0－50mg/公斤。在美国药典/天然药物篇，以及在世界各国的药典，包括食品化学手册（FCC）中都列有甘露醇。

在中国的食品添加剂使用标准（GB2760）中，甘露醇可以在糖果中使用，按生产需要作为甜味剂、乳化剂、膨松剂、稳定剂或增稠剂添加。


但目前甘露醇在食品领域应用相对较少，许多国内外糖果企业反映，相比较其他糖醇来说，甘露醇居高不下的价格是阻碍他们大量应用在产品中的主要原因。

其他领域
甘露醇是一种典型的多元醇，其羟基可在一定条件下参与许多化学反应，因此通常作为重要的中间体，用于合成诸多有机化学品。例如，在精细化工上，甘露醇可用于生产聚醚，作为制造耐高温泡沫塑料，用于保温与消防。甘露醇聚醚泡沫塑料品质优良，可耐温达180℃，这是其他多元醇生产的聚醚类泡沫塑料无法比拟的，可用于特殊管道的保温。

微元的创新生物制造

《道德经》第三十二章有云：“天地相合，以降甘露。” 从1806年发现至今，甘露醇这个有着美好名字和寓意的重要原料已经伴随了人类近200年的时间。从最初的海藻提取，到后来的化工加氢，产业界一直在孜孜不倦地寻求一种更加高效和环境友好的生产方式来获得甘露醇。

微元合成团队通过对微生物细胞代谢网络重构以及甘露醇合成途径设计，解决了原料摄入效率、辅因子再生和循环和能量途径驱动等问题。通过多维度、多尺度发酵工艺和纯化工艺优化，打通了从葡萄糖到甘露醇发酵合成技术路线，在全球范围内率先建立了生物发酵法甘露醇中试生产线。

目前已经完成15吨级发酵罐试生产，原料转化率达到98%以上，大幅度降低了生产成本。成本的降低可进一步扩展甘露醇在食品领域的应用，同时由于产品中不含有还原糖和重金属，微元生产的甘露醇在医药领域的应用更加安全。

立志以一种更好的生产方式面向未来的微元团队，通过领先的生物科技，以更加绿色、低碳和高效的方式实现了甘露醇的可持续生产，节约了更多的资源、降低了环境的负担，同时让甘露醇变得更加易得，从而能让更多的人被惠及。

商业合作请发送邮件至BD@microcyto.cn。