山梨醇又名山梨糖醇，为白色吸湿性粉末或晶状粉末、片状或颗粒。其分子式为C6H14O6，相对分子质量为182.17，易溶于水，微溶于乙醇乙酸，是一种多元醇类化合物，用途广泛、精细度高[1]。山梨醇在自然界中广泛存在，是蔷薇科植物的主要光合产物，工业生产中主要以葡萄糖为原料进行制备。随着全球市场对健康、天然产品需求的增加，山梨醇作为一种易获取、可再生的资源，显现出越来越大的研究与应用价值[2]。据测算，2023年全球山梨糖醇市场销售额达170亿元人民币以上。中国作为全球山梨糖醇最大的市场和主要生产国之一，占有超30%的市场份额。这也使得我国以山梨醇及衍生品为主要原料的精细化工产业得以迅猛发展。而如何高效低廉地获取优质山梨醇及衍生品也成为相关企业和科研工作者最关心的问题。近年来，绿色化学工程与过程强化技术的融合，推动了化工生产向本质安全、低能耗和近零排放的范式转型，这也对山梨醇的制备提出了更高要求。本文拟通过综述山梨醇在不同领域中的应用及其制备方法，比较分析3类制备方法的优缺点，为高品质山梨醇获取和应用范围拓展提供了一定参考。

1 山梨醇的应用

山梨醇在不同应用领域的用途如表1所示。随着山梨醇用途的不断拓展和深化，其需求量激增，市场潜力巨大。从应用领域来看，全球山梨糖醇的消费中，医药和食品行业的消费需求最高，占全球总消费量的一半以上，其次是日用品行业，化工行业及其他领域的占比相对较低。

表1 山梨醇在不同应用领域的用途

Table 1 Applications of sorbitol in different fields

[应用领域 实践应用 医药和食品行业 利胆药，缓泻药，赋性剂，复合维生素等

甜味剂，稳定剂，防腐剂，保湿剂等 日用品相关行业 牙膏抗冻剂，烟叶保存剂，补水保湿剂 化工行业 聚合交联剂，电池保护剂，火箭燃料 ]

1.1 医药和食品行业

山梨醇具有多种生理功效，可用于药物生产。其中，结晶山梨醇可以直接压片[3]，用于制备利胆药、缓泻药、复合维生素剂等片状药剂；硬质结晶山梨醇大多用作药片的赋形剂[4]；针剂山梨醇对治疗水肿、青光眼等病症效果卓越，还常用作辅助材料来制备氨基酸输液[5]。得益于山梨醇自身独特的分子结构，其在人体内的吸收速度比葡萄糖慢，代谢热量也更低。由于胰岛素不参与山梨醇在人体的代谢过程，食用山梨醇几乎不会影响自身血糖水平，符合糖尿病患者控制体重的要求[6]，故其常被作为功能食品原料和甜味剂，来提高糖尿病患者的生活质量和心情指数[7]。此外，山梨醇的多羟基结构赋予其良好的水合能力，可降低食品水分活度并限制病原体生长，在保持产品品质的同时延长保质期[8]。

1.2 日用品相关行业

在牙膏配方中，山梨醇与传统的甘油相比具更好的亲水性和抗冻性，有效提升了牙膏的保湿抗冻品质[9]。山梨醇还可部分或全部取代甘油，作为烟叶保存剂。通过控制环境湿度，确保烟叶保持良好的干燥状态。香烟中的甘油和乙二醇燃烧后的丙烯醛等有毒产物可能会导致呼吸系统疾病和皮肤病，还会引起肺癌。而山梨醇燃烧后的产物不含毒性，彻底阻断了因燃烧产物毒性带来的健康隐患，有效保护吸烟者的健康[10]。山梨醇还是一种良好的化妆品添加剂，当被涂抹到皮肤上时，能够有效吸引周围水分子，锁水、补水、保湿。而山梨醇中的羟基大多以单键形式存在，不含双键和三键，化学稳定性较好，故作为保湿剂时几乎不会刺激皮肤，十分温和[11]。

1.3 化工行业

山梨醇正在成为制备生物基聚氨酯的新原料，可有效减少开采石油对环境造成的破坏。在山梨醇加聚合成聚氨酯的反应中，与异氰酸酯基团反应性较高的2个伯羟基会与预聚物中的N=C=O基团反应以延长聚合物链。而支链上的4个仲羟基的反应性远低于伯羟基，虽然基本不与异氰酸酯基反应，但可充当聚氨酯预聚物的交联剂，在聚合网络中产生更高的交联密度[12]。这使得用山梨醇制得的聚氨酯比石油基多元酚制备的聚氨酯具有更高的机械强度和热稳定性。在铝电池中，在电解液中加入适量山梨醇可有效延长电池寿命，降低成本，保护环境[13]。这是因为山梨醇中的羟基可与水分子结合形成氢键网络来降低水活性，有效抑制析氢反应的发生[14]。此外，山梨醇还可代替石蜡，与一氧化二氮联用作为混合动力火箭发动机的燃料。与石蜡相比，高强度、高密度的山梨醇可有效增加燃料颗粒的直径和坚固程度，使其具有更低的最佳氧化剂-燃料比率和更高的回归率，有效降低了成本[15]。

1.4 山梨醇衍生品及其应用

山梨醇衍生品是指以山梨醇为原料，通过化学反应或生物转化等方法制备的一系列具有特定结构和功能的化合物。这些衍生品通过引入不同的官能团来获得不同的化学性质和应用特性。常见的山梨醇衍生品有异山梨醇、异山梨酯、山梨醇螯合钙等衍生品。其中，异山梨醇作为一种环保可再生的资源，主要由山梨醇在液体酸催化剂作用下，经两步反应脱去两分子水制备[16]，可用作乳化剂、抗氧化剂和杀虫剂等。具有手性的异山梨醇，还广泛用于纯对映体药物和保健品的合成。异山梨醇经酯化得到的异山梨酯是一种良好的有机溶剂、添加剂和表面活性剂[17]。此外，其螯合产物——山梨醇螯合钙是可被农作物高效吸收的有机钙，可直接喷涂到叶片表面，大幅提升农作物对钙的吸收率，有效提高作物产量与品质[18]。

2 山梨醇制备工艺

山梨醇的制备工艺可以大致分为化学催化法、电解还原法和生物发酵法。化学催化法是效率最高、应用最广泛、成本较为低廉的一种方法，但生产时间相对较长；电解还原法工艺流程较为简便，操作性好，但葡萄糖的转化利用率低且产生副产物占比相对较高；生物发酵法是一种绿色环保的制备方法，得到的山梨醇纯度较高，但对设备的要求高，生产成本也较高，不适合大规模生产。

2.1 化学催化法

目前，工业制备山梨醇普遍采用化学催化法，通常以葡萄糖为原料，其催化加氢制备山梨醇的反应路径如图1所示，常用的催化剂为镍基和钌基催化剂。具体流程为将葡萄糖等原料溶液投入放有催化剂的反应釜或连续化管道等容器中，再用氮气等惰性气体排空空气后输入氢气进行加氢催化，在催化期间要保持一定的温度、压力和pH，反应结束后再加工精制。

<G:\武汉工程大学\2026\第2期\李煜瑶-1.tif>[HO][葡萄糖][催化剂][山梨醇][OH][OH][O][OH][OH][OH][OH][HO][OH][OH][OH][H2]

图1 葡萄糖催化加氢制备山梨醇的反应路径[19]

Fig. 1 Reaction pathway for the preparation of sorbitol by catalytic hydrogenation of glucose[19]

2.1.1 原材料 化学催化法制备山梨醇通常以葡萄糖、蔗糖、淀粉、纤维素等糖类物质为原料，其中以葡萄糖应用最为广泛。以蔗糖、淀粉和纤维素为原材料生产山梨醇时，通常需通过酶法或酸法将其转化成葡萄糖[19]。因此，以葡萄糖作为原材料会整体降低工艺复杂度，特别适合高纯度产品生产。但更纯的葡萄糖料液也增加了原料获取难度。以蔗糖作为原料来源成本也较低，但转化率只有约70%[20]。以淀粉制备山梨醇的步骤虽然繁琐，但产品的凝固点低，既避免了山梨醇结晶和防冻，还提高了收率[21]。以纤维素为原料制备山梨醇的复杂度更高，往往需要用到独特的催化方法（如水热液化法等），并采用均相生物催化剂（纤维素酶）和非均相化学催化剂进行复合催化等[22]。有研究以废弃木薯渣为原料，水解加氢制备山梨醇[23]，具有原料易得，廉价且绿色环保的优势。

2.1.2 催化剂 在山梨醇生产中最常使用镍基催化剂（如雷尼镍），其兼具催化活性良好、成本低、沉降性好等特点[24]。但镍易失活，还会浸出到反应液中形成螯合物，后续需净化提取[25]。而失活过快需要频繁更换催化剂，也增加了操作难度和安全风险。钼改性雷尼镍催化剂具有比普通雷尼镍更高的比表面积[26]。活性增强使得氢化反应的时间有效缩短，选择性提高，反应损失减少。其他活性金属（包括钴、铂、钯、铑和钌）也可用作催化剂。研究者发现铂、钯催化剂具有高活性和选择性，但成本较高，适合制备高值产品；铜催化剂成本低且环保，但活性和选择性较低；钌基催化剂具有高活性、高载量和少失活的优势，可有效替代镍基催化剂[27]。Lazaridis等[28]合成了质量分数为3% Ru/C用于D-葡萄糖加氢反应，在1.6?MPa、180 ℃、反应时间为3?h和1.0∶2.3的催化剂/试剂比下，山梨醇产率为89%。但用炭作为载体时，经历高温、长时间反应时，催化剂失活严重，过高的钌负载量也大大提升了生产成本[29]。研究者尝试选择其他载体，如多孔的沸石材料[30]，最具代表性的材料为高二氧化硅含量、可高效分散活性金属的ZSM-5。Guo等[31]考察了质量分数为5.2% Ru/ZSM-5作为催化剂的催化效果，在4?MPa、120 ℃、反应时间为2?h和1.00∶6.25的比例条件下，实现了99.6%的转化率和99.2%的产率。所制催化剂在连续套用5次后，仍具有良好的催化性能。也有研究者认为使用Ru/ZSM-5催化剂制备山梨醇会存在诸如甘露醇、5-羟甲基糠醛[32]和乙酰丙酸等副产物，需要利用Box-Behnken设计优化工艺条件，提升催化效率[29]。

2.1.3 工艺路线 化学催化法根据工艺设备和细节又可分为间歇法、半连续法和连续法。具体有釜式间歇工艺、外循环间歇半连续工艺、匈牙利管式连续工艺等[33]（见表2）。

釜式间歇工艺比较传统，是将葡萄糖水溶液送入氢化反应釜中并加入活化的催化剂，在pH?6~7、120~150 ℃、3~10?MPa压力下加氢，将获得的产物打入沉降罐，分离催化剂，再经离子交换和脱色处理得到液体山梨醇。该工艺简单成熟，设备投资少，操作控制可靠，但气体置换频繁，催化剂消耗高。研究者通过实验设计和响应面法优化其反应条件[34]，也利用微反应器提高反应效率[35]。外循环间歇半连续工艺是改进工艺，是将葡萄糖溶液经阴阳离子交换树脂处理后送入外循环高压釜，常使用钌催化剂，氮气置换后通氢气，在120 ℃、3.0?MPa条件下进行加氢反应，反应结束后收集山梨醇过程与釜式类似，但不需要进行脱色处理。与釜式间歇式工艺相比，该工艺反应釜容积大，单机生产能力强且钌催化剂失活后可再生。由于糖、醇精制系统完整，山梨醇质量也更好。但该工艺成本相对较高，对糖液质量要求也较高。连续法是目前山梨醇工业生产中较为常用的工艺。管式连续加氢工艺是将配制的质量分数为50%~55%葡萄糖溶液于储罐中，用多元改性雷尼镍作催化剂，在pH?7~8、130~155 ℃、14~17?MPa下利用高压泵将物料打入管式氢化反应系统中。反应完分离纯化山梨醇的步骤与釜式大致一致。与另外2种工艺相比，该工艺相较于上述两种方法来说反应温和，获得的山梨醇质量高，且自动化程度及安全可靠性高，适合大规模生产。但该工艺对催化剂的活性和强度要求较高，开停车过程较为复杂，故生产成本和操作难度较高。此外，还可能存在备品备件国产化的问题。

三种工艺在原料、催化剂和核心反应上均相同，但在操作方式、生产规模、催化剂类型和消耗、反应条件、产品质量、设备投资、气体消耗以及开停车等方面存在显著差异，需根据具体的生产需求和条件进行选择。此外，随着国家对于氢化等高危工艺的安全生产要求不断提升，连续氢化工艺未来有望占据更高的工艺比重。

2.2 电解还原法

电解还原法制备山梨醇，通常以葡萄糖或果糖为原料，在阴极侧发生还原反应得到山梨醇。电化学还原的装置如图2所示，由正极、负极和隔膜等部分组成。正极通常为石墨，负极通常为镍、汞等。李娟等[19]对前期利用电解还原法制备山梨醇进行了综述，认为在电解还原过程中，电解pH值、阴极和隔膜材料、电解时间、电流密度以及原材料不同等多种因素均会影响葡萄糖或果糖的转化率。早期研究多使用汞或镍作为阴极，汞具有高选择性（>90%），但存在重金属污染风险；镍可通过表面氧化层促进电子传递，但钝化会导致活性下降，因此对电极改性十分必要。Creus等[36]以铜丝为阴极，在弱碱性介质中，将电流控制在20?mA反应10?h，果糖还原成山梨醇和甘露醇的转化率达77%，异构化副反应大幅减少。首次实现了非贵金属阴极的果糖电催化，为山梨糖醇制备开辟了一条新颖的绿色途径。Ginoux等[37]使用改性镍电极在氢氧化钾溶液中以葡萄糖为反应物进行实验，发现将单金属/双金属颗粒引入镍电极会增强反应性能。但在高电位下会发生碳碳单键的断裂，产生副产物。Owobi-Andely等[38]研究开发的膜反应器可同时分离氧化与还原产物，减少副产物的形成，效率和产量更高。杨鹰等[39]应用微通道反应器成功合成葡萄糖酸锌和山梨醇，反应时长仅需2?h，山梨醇的收率达到80%。师改琴等[40]以石墨为阳极，金属镍为阴极，得到了山梨醇、草酸和甘露醇3种产物，提高了反应的附加值。该团队还通过将镍和其他金属阴极比较证明了金属镍为阴极的葡萄糖转化率显著高于铅和铂。

<G:\武汉工程大学\2026\第2期\李煜瑶-2.tif>[正极][负极][e-][e-][镍-镍][镍-铑][镍-钴][或][或][产物][葡萄糖][HO][OH][OH][OH][O][e-][+][-][OH]

图2 新型修饰镍电极上葡萄糖电化学转化为山梨醇[34]

Fig. 2 Electrochemical conversion of glucose to sorbitol on a novel modified nickel electrode[34]

相较于传统的催化加氢法，电解还原法的工艺流程较为简便，操作更可控，安全性更高，生产过程中废料排放更少，对环境的污染更小等。但电解还原法耗能更大，规模化生产难度高，葡萄糖的转化率比传统催化加氢法低，虽然改善阴极催化剂材料可获得较高的转化率，但对葡萄糖酸和山梨醇的选择性和法拉第效率仍相对较低。

2.3 生物发酵法

生物法生产山梨醇主要利用运动发酵单孢菌(Zymomonas mobilis，Z.mobilis)中的葡萄糖-果糖氧化还原酶，以果糖和葡萄糖为原料，通过乒乓机制将葡萄糖和果糖转化为葡糖酸内酯和山梨醇，葡糖酸内酯又可以通过葡糖酸内酯酶转化为葡糖酸。该反应过程简单，条件温和且环境友好[41]。但以葡萄糖和果糖作为底物成本较高，若利用价格低廉的菊芋生物质原料能大大提高该生产过程的经济性[42]。但采用Z.mobilis对葡萄糖进行发酵生产时效率较低，最终山梨醇的产量只占底物质量的11%。这主要是Z.mobilis利用葡萄糖后的主产物是乙醇。为提高山梨醇的产率，常对Z.mobilis进行渗透处理。其目的在于让细胞更好地释放葡萄糖酸经Entner-Doudoroff途径转化为乙醇所必需的辅助因子以阻断乙醇的产生，该环节必须严重把控乙醇阻断时间，保证转换的科学性与及时性[43]。最早利用质量分数为10%的甲苯进行渗透处理，山梨醇产率可达96.7%，但所需发酵时间长达16?h[44]。Rehr等[45]以溴化十六烷三甲基铵作为渗透剂，仅处理10?min就能阻断乙醇的产生，实现山梨醇的生产速率1.8?g·L- 1·h- 1。

基因工程也可提高山梨醇产量。Liu等[46]构建了一种含有过表达葡萄糖果糖氧化还原酶质粒pHW20a-gfo的重组Z.mobilis菌株，并使用二价金属离子对转化过程进行改进，山梨醇收率几乎达到100%。汪多仁[47]开发了一种生产山梨醇的新工艺，通过改良的多功能益生菌para-bacteroides goldsteinii，将其与疏水底物接触发酵生产山梨醇，具有清洁、生态、友好、节能和节约成本等工艺优势。此外，孙玥[48]利用体外合成生物学平台，构建由5个连续酶促反应和NADH再生的体外多酶催化体系，将麦芽糊精转化为山梨醇。

除上述方法外，一些新方法（如利用自有细胞、胞外酶以及固定化、改变基质和重组菌等）也可有效提升山梨醇的产率[49-50]。但受限于高成本和高技术要求，这些方法均未能普及。

利用生物发酵法可以在温和的反应条件下获得高纯度山梨醇，但其利润空间有限。若要实现生物发酵法的大规模产业化，必须采用更高反应效率，更低成本的反应器，选择更高性价比的渗透剂。

3 总结和展望

虽然近些年来针对山梨醇的制备工艺及产物分离纯化的研究已有较大进展,但研究和探索的深度和广度十分有限,大多数的研究还停留在实验室规模，且山梨醇产品的纯化工艺不甚理想。催化加氢法是目前主流工业化生产方法，对催化剂的改进也做了持续的研究,但寿命长、低成本的催化剂开发仍任重道远；以生物质为原料制备山梨醇的新路线值得进一步的研究和探索，该路线的成功实现有助于可再生资源的绿色合成，减少环境污染。上述新工艺、新技术和新路线的研究将有效支撑精细化工高质量发展，带来巨大的社会和环保效益。