本发明专利技术公开了一种新型清洁生产木糖醇和阿拉伯糖的方法，首创了利用木糖母液作为原材料，通过木糖母液的预处理、发酵、发酵液菌体分离、发酵预处理、纳滤、浓缩、模拟移动床色谱分离、浓缩结晶等通过改进发酵工艺和分离提纯工艺，缩短了发酵时间，降低了生产成本，大大减少污水的排放量，增强了木糖醇的转化率和阿拉伯糖的得率，利用本发明专利技术方法得到的木糖醇纯度可以达到９９．９％以上，阿拉伯糖可以达到９９％，木糖醇和阿拉伯糖的得率得到了很大的提高，为木糖醇和阿拉伯糖的生产开创了一条有效清洁无污染的工业化道路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了，首创了利用木糖母液作为原材 料，通过木糖母液的预处理、发酵、陶瓷膜过滤、超滤、纳滤、模拟移动床色谱分离、浓縮 结晶烘干干燥。通过改进发酵工艺和分离提纯工艺，縮短了发酵时间，降低了生产成本，大 大减少污水的排放量，增强了木糖醇的转化率和阿拉伯糖的得率，利用本专利技术方法得到的木 糖醇纯度可以达到99.9%以上,阿拉伯糖可以达到99%,木糖醇和阿拉伯糖的得率得到了很大 的提高，为木糖醇和阿拉伯糖的生产开创了一条有效清洁无污染的工业化道路。
技术介绍
木糖醇和阿拉伯糖都是多元醇，是非常重要的稀有功能糖。木糖醇属多元醇，是一种新 型甜味剂.。食用木糖醇不易产生龋齿，也不会增加血糖，因而作为甜味剂被大量应用于食品 行业，并作为糖尿病和肝炎患者的临床营养剂和治疗剂。另外它还是重要的化工原料，广泛 用于国防、皮革、塑料、涂料等方面。L-阿拉伯糖属于五碳醛糖，是重要的医药中间体,主要 用来合成抗癌、抗病毒和治疗心血管疾病的药物,还可作为生化试剂，用于细菌培养基的制备， 或进行香料合成。L-阿拉伯糖还与氰化物或硝基甲垸进行增长碳链长度的反应,进一步消去氮 可生成L-葡萄糖和L-甘露糖，从而得到更多有用的衍生物。只要在普通蔗糖中添加2%的卜阿拉 伯糖，就可以抑制40%蔗糖的吸收，同时也抑制了血糖值少升高约50%;如果L-阿拉伯糖添加 量达到4%，可以使血糖值完全不升高，胰岛素几乎不分泌。L-阿拉伯糖作为一种低热量的甜 味剂，已被美国食品药品监督管理局和日本厚生省批准列入健康食品添加剂。而中国目前至少 有4000万以上糖尿病人，已成为世界糖尿病人口第三大国，另有6000万糖尿病前期(糖耐量受 损)人群其中蕴藏的商业价值也令人咋舌。但这种具有神奇功能的稀有功能糖价格却始终让人 望而却步。由于分离、纯化技术的限制，L-阿拉伯糖的价格居高不下，日本和欧美的市场销 售价为10万一12万美元/吨。而木糖醇目前主要取自植物的半纤维的水解产物进行化学还原的 工业生产，如白桦树、玉米芯等采用纯化学加氢的方法，不仅导致产物分离和纯化很困难， 并且木糖醇的产量和回收率低，木糖醇生产过程中高温高压反应和酸碱大量使用，不仅耗能 大，生产成本高，同时带来了安全和环境污染的风险。美国专利US4816078与US6506897描述了从甜菜粕中分别采用碱提取含有阿拉伯聚糖 的半纤维素，然后采用稀酸水解半纤维素的方法得到L-阿拉伯糖。这些方法都需要经过水解， 且水解的温度比较高，对环境的污染比较大，由于除了水解游离出的L-阿拉伯糖外还有其它的单糖，采用色谱分离难度大，需要经过几步色谱分离才能将L-阿拉伯糖与其他单糖分离开， 生产成本高，自动化程度不高。英国专利GB2408262也是从甜菜粕中提取L-阿拉伯糖的方法，对碱提取的要求高，若 控制不当，除了阿拉伯聚糖被提取外，阿拉伯木聚糖以及阿拉伯半乳聚糖也会被提取影响后 续酸水解解L-阿拉伯糖的纯度。上述方法耗能大，污染大，不适合大规模工业化生产。曰本尤尼蒂卡株式会社申请中国专利技术专利CN01800804.6公布了一种采用酶处理阿拉伯 聚糖、阿拉伯-木聚糖以及阿拉伯-半乳聚糖的方法，但是该方法存在着酶的成本高以及酶水 解的效率低下的缺点，后续分离纯化比较困难，难以工业化生产。中国专利CN101372700描述了一种从木糖母液以及生物质酸水解液中提取L-阿拉伯糖 的方法，主要利用德巴利酵母菌发酵木糖母液或者水解液中进行培养，除去杂糖，但是发酵 过程比较难控制，代谢过程中产生的多元醇也没有交代，阿拉伯糖也能被利用，得到阿拉伯 糖的得率不高，仅为33。/。左右。利用无水乙醇进行阿拉伯糖进行结晶，成本高，发酵的可操 作性不是很强，同时大量的木糖被白白消耗，因为需要经过离子交换和活性碳脱色，会产生 大量的废水，污染问题还是没有得到解决。中国专利CN101367844利用模拟移动床色谱技术从阿拉伯胶水解液中提取阿拉伯糖， 阿拉伯糖与半乳糖、葡萄糖醛酸等其他杂糖得到到分离，但是利用阿拉伯胶水解， 一方面会 造成污染，另一方面阿拉伯胶价格比较贵，作为原料生产阿拉伯糖，会导致生产成本提高。中国专利号CN"07117C提出利用各种磨粉工厂和淀粉工厂的生产步骤中作为副产物 获得的由植物得到的纤维部分作为原料，主要是通过稀酸水解玉米粒外壳(玉米麸皮)、玉米 穗茎、和相关植物的糠生产阿拉伯糖，没有涉及任何提纯工艺。产品的得率不高，工艺不成 熟，成本同样很高。中国专利号CN02116353. 7号文献涉及一种两柱法从阿拉伯胶提取L—阿拉伯糖的方 法。它以阿拉伯胶为原料，用无机酸水解，碱中和，醇萃取，最后过滤所得残余物，经酸溶 解去除不溶物，得到粗L一阿拉伯糖的混合物，混合物经第一个柱分离纯鼠李糖、L一阿拉伯 糖和半乳糖的混合物，后者经第二个柱分离纯L一阿拉伯糖，这种方法由于阿拉伯胶价格比 较高，同时回收成本高，导致生产成本也比较高。中国专利号CN101100685A生产的原料也是利用玉米外壳(玉米麸皮)通过酶的处理， 然后稀酸水解，发酵脱除杂单糖；最后利用无水乙醇结晶生产阿拉伯糖，不涉及其它产品的 生产。阿拉伯糖产品的得率仅为12%，生产成本高，同样不合适于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种适合于大规模工业化生产木糖醇和阿拉伯糖的方法。包括如下步骤(1) 原始菌种的活化原始菌种接种于斜面固体富集培养基中，培养的温度为28'C-32'C，培养时间为72小时-96 小时；(2) 菌种扩大培养将活化好的菌种接种于液体富集培养基上进行培养，培养温度为28'C-32'C，振荡次数为 150-220次/分，培养时间为24小时；(3) 菌种一级发酵培养将摇瓶振荡培养好的种子，按5%的接种量，接种到50 -300升一级发酵罐中，培养基为种子 培养基，PH值为4.0-6.0，通风量为l: 0.4-0.55，罐搅拌250-350转/分，发酵温度28'C-32 'C，发酵时间为18-24小时，镜检后无杂菌，可转入二级发酵罐；(4) 菌种二级发酵培养发酵罐500"3000升，培养基为种子培养基，，培养基为种子培养基，PH值为4.0-6.0，通风 量为1: 0. 4-0. 55,罐搅拌150-230转/分,发酵温度28'C-32'C，发酵时间为20-24小时，镜检 后无杂菌，可转入三级发酵罐；(5) 除去木糖母液中的挥发物质 木糖母液进行旋转蒸发，去除木糖母液中挥发性物质；(6) 三级发酵木糖母液用水稀释2-4倍，加入营养组分，进行灭菌处理，灭菌温度为110"C-115°C，时间为 30分钟，灭完菌后，发酵好的二级菌种，接种到三级发酵罐中，罐容量为5000-30000升，培养 基为发酵培养基，PH值为4. 0-6. 0，通风量为1:0. 1-0. 43之间，罐搅拌40-210转/分，发酵温 度28°C-32°C,发酵时间为24-96小时；(7) 陶瓷膜过滤陶瓷膜过滤的截流分子量10000-1000000 D，陶瓷膜过滤操作的压力为0.4-2.0MPa,操 作温度为30'O80'C,浓縮倍数10-20;(8) 超滤超滤膜过滤的截流分子量4000-5000 D，操作压力为0.2-4MPa,温度为2(TC-55°C, 浓縮倍数10-本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型清洁生产木糖醇和阿拉伯糖的方法，该方法包括以下步骤： （１）原始菌种的活化 原始菌种接种于斜面固体富集培养基中，培养的温度为２８℃－３２℃，培养时间为７２小时－９６小时； （２）菌种扩大培养 将活化好的菌种接 种于液体富集培养基上进行培养，培养温度为２８℃－３２℃，振荡次数为１５０－２２０次／分，培养时间为２４小时； （３）菌种一级发酵培养 将摇瓶振荡培养好的种子，按５％的接种量，接种到５０－３００升一级发酵罐中，培养基为种子培养基， ＰＨ值为４．０－６．０，通风量为１∶０．４－０．５５，罐搅拌２５０－３５０转／分，发酵温度２８℃－３２℃，发酵时间为１８－２４小时，镜检后无杂菌，可转入二级发酵罐； （４）菌种二级发酵培养 发酵罐５００－３０００升，培养基为种子 培养基，，培养基为种子培养基，ＰＨ值为４．０－６．０，通风量为１∶０．４－０．５５，罐搅拌１５０－２３０转／分，发酵温度２８℃－３２℃，发酵时间为２０－２４小时，镜检后无杂菌，可转入三级发酵罐； （５）除去木糖母液中的挥发物质 木糖母液进行旋转蒸发，去除木糖母液中挥发性物质； （６）三级发酵 木糖母液用水稀释２－４倍，加入营养组分，进行灭菌处理，灭菌温度为１１０℃－１１５℃，时间为３０分钟，灭完菌后，发酵好的二级菌种，接种到三级发酵罐中，罐容量为５００ ０－３００００升，培养基为发酵培养基，ＰＨ值为４．０－６．０，通风量为１∶０．１－０．４３之间，罐搅拌４０－２１０转／分，发酵温度２８℃－３２℃，发酵时间为２４－９６小时； （７）陶瓷膜过滤 陶瓷膜过滤的截流分子量１００００－１ ００００００Ｄ，陶瓷膜过滤操作的压力为０．４－２．０ＭＰａ，操作温度为３０℃－８０℃，浓缩倍数１０－２０； （８）超滤 超滤膜过滤的截流分子量４０００－５０００Ｄ，操作压力为０．２－４ＭＰａ，温度为２０℃－５５℃，浓缩倍数１０－ ３５倍； （９）纳滤 纳滤分离膜系统主要用截流分子量为１５０Ｄ－９００Ｄ，选择性截留木糖醇和阿拉伯糖，纳滤操作压力为０．２－３ＭＰａ，温度为２０℃－４５℃，浓缩倍数１０－３５倍； （１０）顺序式模拟移动床色谱分离 利 用钙型或铅型强酸性阳离子树脂作为分离剂，分离温度为６０℃－９０℃，得到的木糖醇的含量为８％－２０％，木糖醇纯度在９５％以上，阿...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张兰波，
申请(专利权)人：张兰波，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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