一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法技术

本发明专利技术公开了一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，具体包括如下步骤：(1)将木糖初提液经预处理至固形物含量20‑50％；(2)调节pH至3‑9；(3)酶解葡萄糖；(4)泵入大分子超滤系统酶回收；(5)将上述酶解液泵入色谱分离装置色谱分离；(6)对富含木糖和阿拉伯糖成分的B料进行精制；(7)将精制液蒸发浓缩，离心分离后烘干包装得成品木糖晶体。利用酶氧化葡萄糖，然后通过色谱分离提纯，有效去除葡萄糖，提高木糖纯度6‑15％，提高木糖结晶收率5‑15％，有效降低木糖结晶降温时间，解决了传统木糖工艺中木糖生产过程中易染菌，结晶困难，结晶收率低等弊端。

A Method of Removing Glucose from Xylose Production

The invention discloses a method for removing glucose in xylose production process, which includes the following steps: (1) pretreatment of xylose extract to 20 50% solid content; (2) adjustment of pH to 3 9; (3) enzymatic hydrolysis of glucose; (4) pumping enzymatic recovery into macromolecular ultrafiltration system; (5) pumping the enzymatic hydrolysate into chromatographic separation device for chromatographic separation; (6) enrichment of xylose and arabinose components. The refined material B is refined; (7) The refined liquid is evaporated and concentrated, and then dried and packaged to produce xylose crystals after centrifugal separation. Glucose was oxidized by enzymes, then purified by chromatographic separation. The purity of xylose was improved by 6.15%, and the crystallization yield of xylose was increased by 5.15%. The cooling time of xylose crystallization was effectively reduced. The disadvantages of the traditional xylose production process, such as easily contaminated bacteria, difficult crystallization and low crystallization yield, were solved.

【技术实现步骤摘要】
一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法
本专利技术属于木糖生产的分离提纯
，具体涉及一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法。
技术介绍
木糖是一种应用十分广泛的高附加值化学品，广泛应用于食品、医药等领域，主要用于生产木糖醇。木糖主要通过稀酸水解富含半纤维素的植物原料(玉米芯、甘蔗渣、制浆造纸废水、桦树皮等)获得，目前常用的催化剂为质量分数0.5-2％的稀硫酸。中国是木糖、木糖醇的生产和出口大国。目前，比较成熟的木糖生产工艺为：稀酸水解-中和-脱色-离子交换-浓缩-结晶-成品。其中，玉米芯等原料的半纤维素的主链木糖基上，连接有4-O-甲基葡萄糖醛酸基或葡萄糖醛酸基支链，每100g聚木糖含0.7g4-O-甲基葡萄糖醛酸基及0.4g葡萄糖醛酸基，另外主链糖基上还连接有阿拉伯糖基支链。木糖基，阿拉伯糖基的比例为10：1～20：1。因此，半纤维素水解产物，除了多缩戊糖水解得到的D-木糖、L-阿拉伯糖之外，还不可避免的有部分葡萄糖。此外，以蔗渣为原料生产木糖，因残存的蔗糖水解也能生产葡萄糖，从而增加了葡萄糖杂质的含量。葡萄糖的存在对木糖生产造成极大的影响，作为主要杂质，葡萄糖的存在直接降低木糖纯度，增加料液黏度，对木糖糖膏的结晶造成严重影响，降低木糖收率。另一方面，葡萄糖是极易被微生物代谢利用的单糖，在适宜的条件下，大量的微生物生长，对后续的生产造成很大的影响，如果滋生物进入下游工序，最终经结晶离心步骤，容易混入木糖晶体产品，影响产品纯度，造成生产事故，专利《一种抑制木糖液中微生物生长的装置及方法》(专利申请号：201310485500.4)中专门提到一种通过控制温度、pH等条件抑制微生物生长的方法。所以有效去除木糖生产中的葡萄糖，从根本上避免微生物生长，不但有利于正常生产，同时可以降低结晶难度，大幅提高木糖结晶收率。目前，去除葡萄糖的有效手段包括酵母降解，葡萄糖氧化酶酶解、色谱分离、膜分离等，其中酵母降解应用较为广泛，其中专利《一种提高木糖液纯度的方法》(专利申请号：200710116111.9)和专利《一种利用生物处理提高结晶木糖收率的方法》(专利申请号：201310333481.3)均涉及了不同条件下的酵母发酵法去除木糖液中葡萄糖的方法，但酵母发酵法在去除葡萄糖的同时，引入大量其他代谢衍生物，对后续分离过程造成影响，同时由于木糖等主要成分的存在，酵母菌生长环境要求苛刻，连续生产的不稳定性风险高。木糖、阿拉伯糖生产过程中可以色谱分离技术实现单糖类的分离，但是葡萄糖与木糖的分离系数偏低，如果可以将葡萄糖转化为葡萄糖酸，可以极大提升葡萄糖与木糖的分离效果。随着酶工程技术的发展，通过葡萄糖氧化酶(EC.1.1.3.4，GOD)将葡萄糖转化为葡萄糖酸技术日臻成熟，专利《一种提高木糖水解液中木糖纯度的方法》(专利申请号：201611079111-1)涉及利用葡萄糖氧化酶酶解葡萄糖得葡萄糖酸，从而提高木糖纯度的方法，此方法可实现葡萄糖高效转化，但没有从根本上将葡萄糖酸等杂质从木糖液中除去，对木糖结晶仍有一定影响。酶制剂成本较高，如不进行有效回收，不但影响下游分离工序的处理能力，而且造成大量浪费。酶回收的方法有很多方法，如絮凝、气浮、萃取等方法，这些方法回收率都偏低，且影响酶活性。
技术实现思路
针对现有技术中葡萄糖作为主要杂质，导致木糖生产过程中易染菌，结晶困难的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，该方法操作简单高效，过程不引入重金属等污染物。可以对木糖生产过程中的葡萄糖起到显著的脱除的作用，切实提高木糖结晶收率。本专利技术通过以下技术方案实现，一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，其特征在于，利用酶法将葡萄糖转化为葡萄糖酸或葡萄糖酸盐，利用膜技术分离回收添加的酶制剂，利用色谱分离技术高效分离葡萄糖酸(盐)和木糖。本专利技术采取的技术方案为：一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，具体包括如下步骤：(1)预处理：将木糖初提液经机械过滤去除固体残渣、粉末活性炭脱色、离子交换树脂或电渗析脱盐脱酸、蒸发浓缩至固形物含量20-50％；(2)调节pH：气流搅拌或机械快速搅拌条件下，添加适量的无机酸或碱调节pH至3-9；(3)酶解葡萄糖：将调节pH后的料液加入反应罐中，利用空气搅拌，加入酶制剂进行酶解反应，酶制剂添加量为原料固形物质量的0.5-3％，持续输送空气，控温25-55℃，反应时间1-48h，通过添加适量无机碱控制pH；(4)酶回收：将上述酶解完成液泵入大分子超滤系统，操作压力0.1-1.0MPa，控制透过截留比，将截留液收集返回到下一批酶解反应罐，透过液进入色谱分离原料罐；(5)色谱分离：将上述酶解液泵入色谱分离装置，纯水做洗脱剂，系统温度35-80℃，系统压力0.1-0.5MPa，分离得富含木糖和阿拉伯糖成分的B料，富含无机盐、葡萄糖酸(盐)、聚糖杂质的C料；收集得B料，B料的固形物含量12-25％，其中木糖纯度65-85％，葡萄糖纯度低于5％。(6)精制：对上述B料进行活性炭脱色、阴阳离子交换树脂脱盐精制，提升透光至50％以上，电导0.5mS/cm以下；(7)成品：将精制液蒸发浓缩至固形物含量70-85％，采用梯度冷却降温结晶，离心分离后烘干包装得成品木糖晶体。进一步的，所述步骤(1)中木糖初提液是植物纤维经稀酸水解，蒸汽爆破或生物发酵获得的富含木糖，含有杂质葡萄糖的料液，植物纤维包括但不限于桦树皮、玉米芯、甘蔗渣。进一步的，所述步骤(1)中机械过滤为带式压滤机、板框压滤机或隔膜压滤机中的任意一种；离子交换树脂包括阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，其中阳离子交换树脂优为型号001*7树脂；阴离子交换树脂为型号D301和300C树脂；电渗析包括但不限于均相膜、异相膜、双极膜电渗析。进一步的，所述步骤(2)中无机酸为稀硫酸或稀盐酸；所述的无机碱为氢氧化钠、碳酸钠或碳酸钙。优选方案是碳酸钠，相比于氢氧化钠，相同浓度下碳酸钠溶液pH低，不易造成中和过程糖液的局部pH过高，从而降低了局部过碱造成的糖损失，相比于碳酸钙等，钠离子对酶活性影响最小。因此综合经济性等因素，优选方案是碳酸钠。进一步的，所述步骤(3)中空气搅拌的空气气速控制在每小时2-50BV，即进气体积与液体体积之比为(2-50)：1。进一步的，所述步骤(3)中酶制剂为葡萄糖氧化酶(E.C.1.1.3.4)和过氧化物酶(EC1.11.1.7或EC1.11.1.6)按照重量比7：3混合的复合酶，其添加量为原料固形物质量的1％，反应时间24h。所述的步骤(3)中pH控制在3-9，优选方案是pH4-5。进一步的，所述步骤(4)中大分子超滤系统为陶瓷膜、有机卷式膜或中空纤维膜中的任意一种，膜截留分子量1，000-150，000Da，膜系统物料截留率5-10％，优选为截留分子量100，000Da的陶瓷膜，最佳截留比8％。进一步的，所述步骤(4)中大分子超滤系统运行周期为180分钟，其中依次是正常运行170分钟，纯水正洗5分钟，纯水反洗5分钟，用于消除酶制剂在膜表面的富集。每隔48小时依次用质量0.5％氢氧化钠和0.1％蛋白酶各清洗1小时，以消除膜在膜系统内的污染。进一步的，所述步骤(5)中色谱分离装置的色谱分离树脂为氢型、钠型、钾型或钙型树脂中的任意一种，优选方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)预处理：将木糖初提液经机械过滤去除固体残渣、粉末活性炭脱色、离子交换树脂或电渗析脱盐脱酸、蒸发浓缩至固形物含量20‑50％；(2)调节pH：气流搅拌或机械快速搅拌条件下，添加适量的无机酸或碱调节pH至3‑9；(3)酶解葡萄糖：将调节pH后的料液加入反应罐中，利用空气搅拌，加入酶制剂进行酶解反应，酶制剂添加量为原料固形物质量的0.5‑3％，持续输送空气，控温25‑55℃，反应时间1‑48h，通过添加适量无机碱控制pH；(4)酶回收：将上述酶解完成液泵入大分子超滤系统，操作压力0.1‑1.0MPa，控制透过截留比，将截留液收集返回到下一批酶解反应罐，透过液进入色谱分离原料罐；(5)色谱分离：将上述酶解液泵入色谱分离装置，纯水做洗脱剂，系统温度35‑80℃，系统压力0.1‑0.5MPa，分离得富含木糖和阿拉伯糖成分的B料，富含无机盐、葡萄糖酸(盐)、聚糖杂质的C料；(6)精制：对上述B料进行活性炭脱色、离子交换树脂脱盐精制，提升透光至50％以上，电导0.5mS/cm以下；(7)成品：将精制液蒸发浓缩至固形物含量70‑85％，采用梯度冷却降温结晶，离心分离后烘干包装得成品木糖晶体。...

【技术特征摘要】
1.一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)预处理：将木糖初提液经机械过滤去除固体残渣、粉末活性炭脱色、离子交换树脂或电渗析脱盐脱酸、蒸发浓缩至固形物含量20-50％；(2)调节pH：气流搅拌或机械快速搅拌条件下，添加适量的无机酸或碱调节pH至3-9；(3)酶解葡萄糖：将调节pH后的料液加入反应罐中，利用空气搅拌，加入酶制剂进行酶解反应，酶制剂添加量为原料固形物质量的0.5-3％，持续输送空气，控温25-55℃，反应时间1-48h，通过添加适量无机碱控制pH；(4)酶回收：将上述酶解完成液泵入大分子超滤系统，操作压力0.1-1.0MPa，控制透过截留比，将截留液收集返回到下一批酶解反应罐，透过液进入色谱分离原料罐；(5)色谱分离：将上述酶解液泵入色谱分离装置，纯水做洗脱剂，系统温度35-80℃，系统压力0.1-0.5MPa，分离得富含木糖和阿拉伯糖成分的B料，富含无机盐、葡萄糖酸(盐)、聚糖杂质的C料；(6)精制：对上述B料进行活性炭脱色、离子交换树脂脱盐精制，提升透光至50％以上，电导0.5mS/cm以下；(7)成品：将精制液蒸发浓缩至固形物含量70-85％，采用梯度冷却降温结晶，离心分离后烘干包装得成品木糖晶体。2.根据权利要求1所述一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，其特征在于，所述步骤(1)中木糖初提液是植物纤维经稀酸水解，蒸汽爆破或生物发酵获得的富含木糖，含有杂质葡萄糖的料液。3.根据权利要求1所述一种脱除木糖生产过程中葡萄糖的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄涛，朱有权，罗希韬，王磊，刘敬涛，林家乐，
申请(专利权)人：广西福仪生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广西,45