文 献 综 述

1.1木糖母液

木糖母液是木糖在结晶分离过程中产生的一种红棕色的、黏稠的、有特殊焦糖味的液体，主要成分有木糖、L-阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖和少量的其它成分。木糖不易从木糖母液中分离，主要原因在于木糖和半乳糖的色谱峰在工业色谱分离过程中几乎全部重叠在一起，且分离效率非常低，使得从木糖母液中回收木糖没有实用价值，长期以来作为废液存在。低碳经济价值观的全球盛行，促进了低值废弃物生物利用的科学研究热情。生物去除结合生物转化是高值利用木糖母液的有效途径，可用于制备单糖、糖醇、有机溶剂和有机酸等产品。本研究主要针对生物脱除木糖母液半乳糖被抑制的问题，探本溯源，寻找可能的产生原因，为木糖母液的生物转化利用提供理论依据。

1.2 半乳糖

半乳糖(Galactose) 是一种六碳糖，可在奶类产品或甜菜中找到，是乳糖、蜜二糖等糖的组成成分；也是某些糖苷以及脑苷脂和神经节苷脂的组成成分，主要存在于动物中，如蜗牛、蛙卵和牛肺中已发现由D-半乳糖组成的多糖；但也可存在于植物中，植物细胞壁的半纤维素是由木糖、半乳糖和葡萄糖等组成的高度分支的多糖，通过氢键与纤维素微原纤维连接，其半乳糖主要以半乳聚糖形式存在于植物细胞壁中^[1]。木糖母液的半乳糖就是来源于植物纤维素材料中，如玉米芯、稻草秸秆、小麦秸秆等废弃生物质。

游离的半乳糖在自然界不常见，仅在常春藤等少数植物中发现有D-半乳糖。它主要以半乳聚糖的形式存在于植物细胞壁中。

1.3半乳糖的生物降解

在半乳糖的生物降解过程中，一般菌株会优先消耗葡萄糖，其次消耗半乳糖和阿拉伯糖。嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌能够有效利用马苏里拉干酪和切达干酪中的半乳糖^[2]。酵母菌也能够有效利用半乳糖，但是葡萄糖的存在会导致半乳糖代谢的相关酶类不表达，导致半乳糖无法代谢，即使是一个包含葡萄糖的双糖，如蔗糖，也必须等到葡萄糖被完全利用后，半乳糖才能够代谢。这是因为酵母菌在利用糖类时按照严格的等级制度，葡萄糖处于等级的顶端。而且，酵母菌对半乳糖的利用程序比较复杂，需要首先合成大量的酶类，还需要相当多的ATP^[3]。但是有研究报道，酿酒酵母^[4-5]能够同时利用葡萄糖和半乳糖^[6]。但是木糖母液中可能包括五、六碳糖的呋喃衍生物，如糠醛和5-羟甲基糠醛(5-HMF)；木质素衍生物，如香草醛、丁香醛、4一羟基苯甲醛、愈创木酚(邻-甲氧基苯酚)和苯酚；小分子酸，如乙酸、甲酸、乙酰基丙酸和阿魏酸(3-甲氧基-4-羟基肉桂酸)等，这类物质能抑制微生物发酵。因此，木糖母液半乳糖的生物降解必须要具有抗性的、才能够有效降解半乳糖。

1.4.半乳糖的代谢途径

1.4.1人体半乳糖代谢途径