2020-2026年1,3-二羥基丙酮行業市場投資前景及市場深度分析預測

?

1,3-二羥基丙酮又稱二羥基丙酮，簡稱DHA。是多羥基酮糖（最簡單的酮糖），是帶有甜味的白色粉末狀結晶；易溶于水、乙醇、乙醚和丙酮等有機溶劑，熔點為75-80℃，水溶性>250g/L(20℃)，在pH為6.0時穩定。

1,3-二羥基丙酮基本理化性質分析

產品用途：1,3-二羥基丙酮是一種重要的化工原料和醫藥中間體，含有一個羰基和兩個羥基，化學性質活潑，廣泛應用于化工、醫藥、化妝品、食品等領域。其用途可分為直接用途和間接用途兩種：

（1）直接用途：二羥基丙酮是一種天然存在的酮糖,具有生物可降解性,可食用且對人體和環境無毒害,是一種具有多功能的添加劑,可用于化妝品、醫藥和食品行業。

①用于化妝品工業：二羥基丙酮主要用作化妝品的配方原料,尤其作為防曬霜有特殊效果,能阻止皮膚水分的過度蒸發,起到保濕、防曬和防紫外線輻射的作用。另外,DHA中的酮官能團可與皮膚角蛋白的氨基酸和氨基基團起反應形成褐色聚合物,使人們皮膚產生一種人造褐色,所以還可用作日曬膚色的模擬劑,得到看起來與長時間暴露于太陽光下所得結果一樣的棕色或棕褐色的皮膚,使其看上去很美。

②提高豬的瘦肉率：二羥基丙酮是糖代謝的中間產物,在糖代謝過程中起著重要作用,具有降低豬體脂肪的作用,提高瘦肉率。據中金企信國際咨詢公布的《2020-2026年中國1,3-二羥基丙酮市場研究及投資建議預測報告》統計數據顯示：日本科技人員經過試驗證明,在豬飼料中加入一定量的DHA和丙酮酸鹽(鈣鹽)的混合物(按3：1的重量比配合),能減少豬背肉的脂肪含量12%-15%,腿肉和背最長肌肉的脂肪含量也相應減少,蛋白質含量增高。

③用于功能性食品：補充二羥基丙酮(特別是和丙酮酸聯用)能夠提高機體代謝率和脂肪酸氧化,可潛在地有效燃燒脂肪而降低體脂和延緩體重獲得(減肥作用),并減少相關疾病的發病率,也可以改善胰島素敏感性和降低高膽固醇膳食所致的血漿膽固醇水平,長期補充可使血糖利用率增加而節省肌糖元,對運動員則可以提高有氧耐力成績。

④其它用途：二羥基丙酮還可直接作為一種抗病毒試劑,如在雞胚胎培養中,使用DHA能大大抑制雞瘟病毒的感染,殺死51%-100%的雞瘟病毒。在制革工業中,DHA可作為皮革制品的保護劑。另外,以DHA為主要成分的保鮮劑可用于果蔬、水產品、肉制品的防腐保鮮等。

（2）間接用途：二羥基丙酮分子中含有3個官能團(2個羥基、1個羰基),化學性質活潑,能廣泛參與諸如聚合、縮合等反應,是一種重要的醫藥、農藥合成中間體。與脒、亞胺基醚類等物質反應,可制得咪唑、呋喃等雜環化合物；通過酯化反應可制得各種甘油三酯；還可合成酮位取代化合物。

其衍生物也是有機合成化學中一類非常重要的中間體,用途極其廣泛:經生物或化學法還原可得到具有光學活性的仲醇；用于羥醛縮合反應制取各種手性化合物；直接用于光化學反應中的Diels-Alder加成反應制備糖類化合物；與2,2-二烷氧基環丙烷衍生物作用制備內酯。

此外,以其衍生物為中間體合成的一些化合物,還具有治療心血管疾病、糖尿病和抗病毒活性(如艾滋病)的作用等。

中國1,3－二羥基丙酮產品工藝特點或流程：

（1）1,3-二羥基丙酮的生物合成途徑：涉及DHA?生物合成的生化反應主要有3?種:

①第一種生化反應以甘油為底物，在甘油脫氫酶的作用下經甘油脫氫形成DHA。很多微生物如氧化葡萄糖酸桿菌(Gluconobacter?oxydans)、木醋桿菌(Acetobacter?xylinum)、大腸桿菌(Escherichia?coli)、產氣克雷伯氏菌(Klebsiella?aerogenes)、弗托氏葡萄糖酸桿菌(Gluconobacter?frateurii)等均具有這種功能。

微生物中通常含有3種類型的甘油脫氫酶：

1)依賴NAD+的GDH?(EC1.1.1.6)，主要存在于細胞質中，先將甘油轉化為DHA，DHA進一步磷酸化，進入糖酵解和三羧酸循環途徑。

2)?依賴NADP+的GDH?(EC1.1.1.72和EC1.1.1.156)，多存在于霉菌和動物組織中，可將甘油氧化為甘油醛或DHA。

3)?既不依賴NADP+、也不依賴NAD+?的GDH(EC1.1.99.22)，該酶位于葡萄糖酸桿菌屬的細胞膜上，如弱氧化葡萄糖酸桿菌、氧化葡萄糖酸桿菌等。

在上述菌種中，GDH?(EC1.1.1.6)?和GDH(EC1.1.99.22)經常會同時存在。甘油氧化生成DHA具有2?條途徑：

1)?甘油在膜結合甘油脫氫酶的作用下在周質空間生成DHA，形成的DHA?直接釋放到培養基中，該反應無需ATP?和輔因子NAD+，當胞內糖酵解途徑及三羧酸循環缺乏時，該途徑可為細胞生長及其他代謝過程提供能量。

2)?甘油進入細胞內，在胞內甘油脫氫酶的催化下生成DHA，然后轉變為磷酸二羥丙酮(DHAP)；也可在磷酸激酶催化下形成3-磷酸甘油，再經3-磷酸甘油脫氫酶催化生成DHAP，DHAP?進入磷酸戊糖循環途徑，該過程需要ATP?及輔因子NAD+。此外，甘油在細胞膜上也可被膜結合乙醇脫氫酶催化形成甘油酸。

甘油在氧化葡萄糖酸桿菌中的代謝途

?

②第二種生化反應是以甲醇為底物，在二羥基丙酮合成酶的作用下形成。具有該功能的微生物包括兩類：一類為僅包含DHA合成酶的甲醇營養型酵母，如多形漢遜酵母(Hansenula?polymorpha)等；另一類是既能產生甘油脫氫酶又能產生DHA合成酶的甲醇營養型酵母，如膜璞畢赤酵母(Pichiamem?branifaciens)。在甲醇營養型酵母中主要通過木糖單磷酸途徑生成DHA，即甲醇首先氧化成甲醛，然后與5-磷酸木酮糖在DHA合成酶的作用下生成DHA和3-磷酸甘油醛。

圖表?13??甲醇營養型酵母中的代謝途徑

?

③第三種生化反應以果糖為底物轉化得到。該類反應存在于運動發酵單胞菌的ED途徑，在代謝果糖生成乙醇的過程中會伴隨副產物DHA的產生，其反應實質是3-P-甘油醛→磷酸二羥基丙酮→DHA。

（2）主要菌種改造：研究發現：氧化葡萄糖酸桿菌是一種革蘭氏陰性專性好氧菌，屬于醋酸桿菌家族，因該菌生產性能相對穩定，可通過膜結合甘油脫氫酶一步法轉化甘油生成DHA，且DHA能快速釋放到發酵液中，因此成為目前生產DHA的首選工業菌株。

當前，生物法轉化甘油生產DHA存在以下幾方面的問題：底物抑制、產物抑制和溶氧限制。研究發現，高濃度的底物甘油會影響菌株生長和甘油轉化率。因此，生物轉化過程中，溶氧影響著菌體的最終生物量和代謝產物的終濃度。目前，在氧化葡萄糖酸桿菌生產1,3-二羥基丙酮工藝上，國內外優勢生產企業主要采用菌種改造（傳統菌種選育、基因工程技術改造菌種）方法，克服以上問題。

（3）DHA?生物合成藝對比：甘油生物轉化生產DHA?的生產工藝包括發酵法、靜息細胞催化法、固定化細胞法等。這些方法各有優缺點，但都存在著底物抑制、產物抑制、溶氧限制等問題。

①傳統發酵法：發酵法生產DHA?是在含有甘油的培養基中接入菌種，發酵后從發酵液中提取DHA。該方法優點是菌體生長與甘油轉化相偶聯、操作簡單、易于控制，缺點是底物甘油存在抑制。

②靜息細胞催化法：靜息細胞催化法生產過程分為2個階段：細胞培養階段和甘油催化階段。該方法可一定程度消除甘油對產物的抑制作用，縮短反應時間，便于分離純化，?缺點是操作過程較復雜。

③固定化細胞法：固定化細胞法具有細胞可重復利用、易于產物分離、穩定性好、細胞活性可長期保持等優點，然而也存在氧氣不易擴散、對介質依賴性大等缺點。

（4）DHA?提取分離方法對比：生物轉化法生產DHA，由于DHA在水相溶解度大、熱敏，因此分離提取成本高、能耗大。目前市場上DHA提取分離方法包括濃縮結晶法、溶劑萃取法、膜分離法、醇沉蒸發-結晶法等。

①濃縮結晶法：濃縮結晶法的難點在于DHA在水中溶解度大、處理液粘度大，另外菌體、蛋白質等雜質也對DHA后續結晶造成困難。

②溶劑萃取法：溶劑萃取法根據溶質在不同溶劑中分配比率的不同來進行分離。張小飛采用強酸性樹脂，通過加入乙醛與DHA發生可逆縮醛反應，與甲苯同步萃取耦合實現了DHA的有效分離。溶劑萃取法能耗低、生產能力強、分離效率高等，但是萃取過程中產生的縮醛產物水解困難、收率低、催化劑易受發酵液中鹽離子的影響。

③膜分離法：膜分離法利用具有選擇性的特殊半透膜分開溶液中的某些組分。DHA是小分子物質，可透過半透膜與發酵液中的大分子物質分離。馮屏等利用膜生物反應器連續發酵生產DHA，在生產過程中及時分離出產物和菌體，獲得了較高的催化穩定性和生產效率，簡化了分離純化步驟。

④醇沉-蒸發結晶法：醇沉工藝常被用來提取或去除核酸、蛋白、多糖等大分子，向發酵液中加入乙醇可以沉降大分子，同時可回收有機酸鹽等小分子物質，減少了分離提取步驟，降低了分離提取成本。

（5）總結：目前，DHA?的工業化生產主要集中于美國、日本、德國等發達國家。雖然中國起步較晚，但近年來也在傳統誘變及基因重組工程菌構建、靜息細胞催化、發酵過程優化、反應器選擇等方面取得了顯著成效。但相關技術還有待完善。因此，專家建議未來國內1,3－二羥基丙酮生產企業在生產工藝上：①開發優勢菌種，直接以粗甘油為底物高效生產DHA；②挖掘更多基因信息，研究影響菌種生產DHA?的調控機制(輔因子調控)，揭示生產菌種全局代謝過程，利用代謝工程技術改造已有代謝途徑，構建新的代謝途徑；③根據菌種特性，優化生產工藝，降低底物和產物對菌種的抑制，優化分離提純工藝，降低生產成本。

?