专利名称：一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，属于生物技术领域。
背景技术：
木糖醇和卫茅醇都是多元醇，木糖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、塑料和涂料等方 面。卫茅醇，又名甜醇、半乳糖醇、己六醇，无色结晶性粉末，味微甜，难溶于冷水和醇，易溶 于沸水，属于生化试剂，主要用于细菌鉴别、培养基配方等，是微生物研究、防病治病必不可 少的重要糖类，其注射液也是治疗类风湿与防治白血病的重要药物。在自然界中，它主要存 在于卫茅科植物及山萝花属的某些植物中，由于其含量很低，且常常与其它物质混合在一 起，所以卫茅醇的生产与制备非常困难，市场价格很高。 木糖母液是以玉米芯为原料生产晶体木糖后得到的副产品，主要成份为木糖、阿 拉伯糖、葡萄糖和半乳糖。目前木糖母液的大规模应用主要集中在所含单糖的综合应用上， 例如制备焦糖色素，生产饲料酵母等，不能充分发挥母液中各种单糖的价值。
专利CN 101029059A中描述了利用木糖母液中半乳糖生产卫茅醇的方法，但是没 有分离利用其他糖类，不能使木糖母液中的主要糖份得到充分利用。 专利CN 101555503A中描述了利用酵母菌发酵木糖母液中的木糖、葡萄糖和半乳 糖，不发酵阿拉伯糖来制备阿拉伯糖的方法，虽然分离得到了阿拉伯糖，但是其他糖类都被 酵母发酵掉，也达不到充分利用木糖母液中主要糖份的目的。 专利CN 1210862A中提出了一种从木糖母液中回收木糖的工艺，通过将木糖母液 脱水、醇稀释和结晶回收了木糖，一方面回收率低，另一方面大部分糖还是存在于母液中， 得不到充分的利用。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺。本发明 采用先进的模拟移动床色谱分离技术、成熟的微生物发酵技术和催化加氢技术制得了木糖 醇和卫茅醇，使木糖母液中的主要糖份得到了充分利用，提供了一种木糖母液大规模应用 的方法，达到了提高木糖母液经济效益的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的 —种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于，包括以下步骤 (1)将木糖母液稀释至质量浓度为30 40%，经脱色过滤、离子交换后得净化
液，然后将净化液进行色谱分离，得到木糖和葡萄糖的混合液以及半乳糖和阿拉伯糖的混
合液，其中，木糖和葡萄糖的混合液浓度为15 25%，其中木糖含量为75 90%，葡萄糖
含量为5 20% ;半乳糖和阿拉伯糖的混合液浓度为5 10%，其中半乳糖含量为45
65 % ，阿拉伯糖含量为25 35 % ;
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(2)制备木糖醇向上述经色谱分离得到的木糖和葡萄糖的混合液中加入营养成份，营养成份包括酵母膏、硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵，其中，添加量为按照每升木糖
和葡萄糖的混合液添加酵母膏5g、硫酸镁3g、磷酸二氢钾5g、磷酸二氢铵6g ;调pH到4. 0 6.0，灭菌后接入酵母菌种子液，进行发酵，发酵条件为pH 4.0 6.0，按5 10%接种量接入种子液，温度28 35t:，通气量1 : (0. 2 0. 5)，搅拌转速100 150r/min条件下发酵64 72h，得发酵液； (3)上述发酵液经金属微滤膜过滤去除酵母菌体后，进行脱色过滤、离子交换，再经蒸发浓縮至质量浓度为65 75%，结晶，得到结晶木糖醇； (4)将步骤(1)中经色谱分离得到的半乳糖和阿拉伯糖的混合液进行蒸发浓縮，浓縮至质量浓度为35 45%，然后催化加氢，使混合液中的半乳糖转化成卫茅醇，阿拉伯糖转化成阿拉伯糖醇，从而得到卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液； (5)对上述得到的卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液进行脱色过滤、离子交换后，打入结晶釜蒸发至过饱和加入卫茅醇晶种和晶种生长促进剂，结晶得到结晶卫茅醇。离子交换后不需要进行蒸发器蒸发，因为卫茅醇在水中的溶解度很低，加氢、脱色和离子交换后得到醇液浓度仍在35 45%之间，浓度蒸的过高会使卫茅醇过早的析出，而起不到结晶的目的。 所述步骤(1)中脱色过滤是在加入活性炭的同时加入氧化钙，氧化钙的作用是提高过滤速度，因为木糖母液含杂质较多，不容易过滤，氧化钙的添加量为干物质质量的0. 2 1. 5%，最适添加量为干物质质量的0. 5 1.0%。 所述步骤(1)中色谱分离采用的是模拟移动床分离技术，色谱条件为洗脱剂为除盐水，除盐水是经阴阳离子交换柱处理过的去离子水，指标为pH值5.0 8.5，C1—《15卯m，电导率《20us/cm，分离系统温度控制在40 70°C ，分离剂为氯型碱性阴离子色谱分离树脂，所采用的模拟移动床为8柱的模拟移动床设备。
所述步骤(2)中酵母菌为热带假丝酵母。
所述步骤(2)中酵母菌的接种量为5 10%。 所述步骤(2)中酵母菌种子液是通过以下方法得到的原始热带假丝酵母首先在斜面上活化，然后将活化菌种接入种子培养基进行扩大培养，再将种子液接入发酵培养基进行发酵；所用培养基及培养条件如下 (i)活化培养基的配方为酵母膏10g/L，蛋白胨20g/L，琼脂20g/L;活化的培养条件为PH值4. 0 6. 0，温度28 35°C ，培养72h ; (ii)种子培养基的配方为木糖20g/L，葡萄糖30g/L，酵母膏10g/L，硫酸镁
0. lg/L，磷酸二氢钾5g/L，磷酸二氢铵3g/L ;培养条件为pH4. 0 6. O，温度28 35。C，通
气量1 : (0. 2 0. 5)，搅拌转速100 150r/min条件下培养10 12h。所述步骤(3)中金属微滤膜的截留分子量为10000 1000000，过滤操作压力为
0.4 2.0Mpa，操作温度为30 8(TC。将截留菌体进行回收，可用于下一次发酵。微滤
后的发酵液中残留的菌体、蛋白质、胶体、色素、离子及其他杂质通过脱色过滤、离子交换去
除，然后经蒸发浓縮至浓度为65 75%，结晶得到结晶木糖醇。 所述步骤(4)中，催化加氢的条件为料液pH为7. 5 8. O，按干物质质量的2 5%加入镭铌镍催化剂，反应温度为120 14(TC，压力为9 12MPa，搅拌转速为200 500r/min。 所述步骤(5)中卫茅醇晶种为固体卫茅醇，加入量为料液重量的1 3%。 所述步骤(5)中晶种生长促进剂为食品级山梨酸钾和无水乙醇，或葡萄糖酸钠
和无水乙醇，其加入量分别为料液重量的0. 01%和料液体积的2 5%。 本发明的工艺采用了先进的模拟移动床色谱分离技术、成熟的微生物发酵技术和
催化加氢技术制得了木糖醇和卫茅醇，使木糖母液中的主要糖份得到了充分利用，达到了
提高木糖母液经济效益的目的。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明 实施例l :取质量浓度为65X的木糖母液90kg，加除盐水稀释至质量浓度为35X，将木糖母液打入脱色釜，按木糖母液中干物质质量的4%加入活性炭2. 5kg，同时按干物质质量的0. 8%加入氧化钙0. 47kg，调搅拌转速为200r/min，料液温度升至7(TC后，保温30min，进行过滤，得到木糖母液脱色液；将脱色液经过阳阴离子交换柱进行离子交换，得到净化液，净化液中木糖含量为58. 58%，葡萄糖含量为8. 39%，半乳糖含量为18. 77%，阿拉伯糖含量为12. 63%。 将净化液打入模拟移动床原料罐，经过8柱装有氯型碱性阴离子色谱分离树脂的模拟移动床设备，控制分离系统温度为50°C ，用除盐水进行洗脱，收集木糖和葡萄糖混合液与半乳糖和阿拉伯糖混合液。其中木糖和葡萄糖混合液浓度为18.5%，质量为138.5kg，木糖含量为85. 3%，葡萄糖含量为12. 8% ;半乳糖和阿拉伯糖混合液浓度为7. 4%，质量为160. 2kg，半乳糖含量为56. 8 % ，阿拉伯糖含量为30. 3 % 。 向上述得到的木糖和葡萄糖混合中加入营养成份酵母膏、硫酸镁、磷酸二氢钾和磷酸二氢铵，得到发酵培养基(g/U :木糖158，葡萄糖24，酵母膏5，硫酸镁3，磷酸二氢钾5，磷酸二氢铵6。调pH值5.0，灭菌。按7^接种量接入种子液，温度3(TC，通气量1 : 0.4，搅拌转速120r/min条件下发酵68h制得木糖醇发酵液。发酵后发酵液中木糖醇含量为130. 4g/L，木糖转化率达到81. 5% 。 将上述发酵液用金属微滤膜过滤去除酵母菌体，金属微滤膜的截留分子量为30000 1000000，过滤操作压力为1. OMpa，操作温度为50°C 。将截留菌体进行回收，可用于下一次发酵。微滤后的发酵液中残留的菌体、蛋白质、胶体、色素、离子及其他杂质通过脱色过滤、离子交换去除得净化醇液。 上述净化醇液经四效真空降膜蒸发器蒸发得到浓度为71 %的浓縮液，浓縮液打入结晶釜在真空条件下继续蒸发至浓度为82%时加晶种，当晶种长到一定程度时放料至结晶槽，通过降低温度使晶体继续长大，结晶完好后，进行离心，干燥得10. 7kg木糖醇晶体。
将色谱分离得到的半乳糖和阿拉伯糖混合液进行蒸发浓縮至浓度为40%，调料液pH为7. 8，按干物质质量的4%加入镭铌镍催化剂474g，在温度为13(TC，压力为lOMPa，搅拌转速为400r/min条件下催化加氢，使混合液中的半乳糖转化成卫茅醇，阿拉伯糖转化成阿拉伯糖醇，得到卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液。 卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液经脱色过滤、离子交换后得到净化醇液，将净化醇液打入结晶釜蒸发至过饱和，按料液重量的2X加晶体卫茅醇474g，同时按料液重量的0. 01%加入山梨酸钾2. 3g，按料液体积的4X加入无水乙醇约0. 63L后降温结晶，结晶后离心、干燥得到4. 12kg卫茅醇。 实施例2 :取质量浓度为65X的木糖母液90kg，加除盐水稀释至质量浓度为30X，将木糖母液打入脱色釜，按木糖母液中干物质质量的4%加入活性炭2. 5kg，同时按干物质质量的0. 2%加入氧化钙0. 12kg，调搅拌转速为200r/min，料液温度升至7(TC后，保温30min，进行过滤，得到木糖母液脱色液；将脱色液经过阳阴离子交换柱进行离子交换，得到净化液，净化液中木糖含量为58. 58%，葡萄糖含量为8. 39%，半乳糖含量为18. 77%，阿拉伯糖含量为12. 63%。 将净化液打入模拟移动床原料罐，经过8柱装有氯型碱性阴离子色谱分离树脂的模拟移动床设备，控制分离系统温度为40°C ，用除盐水进行洗脱，收集木糖和葡萄糖混合液与半乳糖和阿拉伯糖混合液。其中木糖和葡萄糖混合液浓度为17.2%，质量为137.5kg，木糖含量为83. 6%，葡萄糖含量为11. 5% ;半乳糖和阿拉伯糖混合液浓度为6. 8%，质量为159. 5kg，半乳糖含量为54. 7 % ，阿拉伯糖含量为28. 5 % 。 向上述得到的木糖和葡萄糖混合中加入营养成份酵母膏、硫酸镁、磷酸二氢钾和磷酸二氢铵，得到发酵培养基(g/U :木糖144，葡萄糖20，酵母膏5，硫酸镁3，磷酸二氢钾5，磷酸二氢铵6。调pH值4.0，灭菌。按5%接种量接入种子液，温度28"，通气量1 : 0.2，搅拌转速100r/min条件下发酵64h制得木糖醇发酵液。发酵后发酵液中木糖醇含量为105. 9g/L，木糖转化率达到72. 6% 。 将上述发酵液用金属微滤膜过滤去除酵母菌体，金属微滤膜的截留分子量为30000 1000000，过滤操作压力为0. 4Mpa，操作温度为30。将截留菌体进行回收，可用于下一次发酵。微滤后的发酵液中残留的菌体、蛋白质、胶体、色素、离子及其他杂质通过脱色过滤、离子交换去除得净化醇液。 上述净化醇液经四效真空降膜蒸发器蒸发得到浓度为70. 5%的浓縮液，浓縮液打入结晶釜在真空条件下继续蒸发至浓度为80%时加晶种，当晶种长到一定程度时放料至结晶槽，通过降低温度使晶体继续长大，结晶完好后，进行离心，干燥得8. 8kg木糖醇晶体。
将色谱分离得到的半乳糖和阿拉伯糖混合液进行蒸发浓縮至浓度为35%，调料液pH为7. 5，按干物质质量的2%加入镭铌镍催化剂217g，在温度为120°C ，压力为9MPa，搅拌转速为200r/min条件下催化加氢，使混合液中的半乳糖转化成卫茅醇，阿拉伯糖转化成阿拉伯糖醇，得到卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液。 卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液经脱色过滤、离子交换后得到净化醇液，将净化醇液打入结晶釜蒸发至过饱和，按料液重量的1^加晶体卫茅醇217g，同时按料液重量的0. 01%加入山梨酸钾2. 2g，按料液体积的2%加入无水乙醇约0. 29L后降温结晶，结晶后离心、干燥得到2. 24kg卫茅醇。 实施例3 :取质量浓度为65X的木糖母液90kg，加除盐水稀释至质量浓度为40X，将木糖母液打入脱色釜，按木糖母液中干物质质量的4%加入活性炭2. 5kg，同时按干物质质量的1. 5%加入氧化钙0. 88kg，调搅拌转速为200r/min，料液温度升至7(TC后，保温30min，进行过滤，得到木糖母液脱色液；将脱色液经过阳阴离子交换柱进行离子交换，得到净化液，净化液中木糖含量为58. 58%，葡萄糖含量为8. 39%，半乳糖含量为18. 77%，阿拉伯糖含量为12. 63%。
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将净化液打入模拟移动床原料罐，经过8柱装有氯型碱性阴离子色谱分离树脂的模拟移动床设备，控制分离系统温度为70°C ，用除盐水进行洗脱，收集木糖和葡萄糖混合液与半乳糖和阿拉伯糖混合液。其中木糖和葡萄糖混合液浓度为19.8%，质量为140.6kg，木糖含量为87. 6%，葡萄糖含量为13. 5% ;半乳糖和阿拉伯糖混合液浓度为8. 2%，质量为162. 6kg，半乳糖含量为57.9%，阿拉伯糖含量为32.2%。 向上述得到的木糖和葡萄糖混合中加入营养成份酵母膏、硫酸镁、磷酸二氢钾和磷酸二氢铵，得到发酵培养基(g/U :木糖173，葡萄糖69，酵母膏5，硫酸镁3，磷酸二氢钾5，磷酸二氢铵6。调pH值6.0，灭菌。按10X接种量接入种子液，温度35t:，通气量l : 0.5，搅拌转速150r/min条件下发酵72h制得木糖醇发酵液。发酵后发酵液中木糖醇含量为155. 5g/L，木糖转化率达到88. 7% 。 将上述发酵液用金属微滤膜过滤去除酵母菌体，金属微滤膜的截留分子量为30000 1000000，过滤操作压力为2. OMpa，操作温度为80°C 。将截留菌体进行回收，可用于下一次发酵。微滤后的发酵液中残留的菌体、蛋白质、胶体、色素、离子及其他杂质通过脱色过滤、离子交换去除得净化醇液。 上述净化醇液经四效真空降膜蒸发器蒸发得到浓度为72%的浓縮液，浓縮液打入结晶釜在真空条件下继续蒸发至浓度为81%时加晶种，当晶种长到一定程度时放料至结晶槽，通过降低温度使晶体继续长大，结晶完好后，进行离心，干燥得15. 2kg木糖醇晶体。
将色谱分离得到的半乳糖和阿拉伯糖混合液进行蒸发浓縮至浓度为45%，调料液pH为8.0，按干物质质量的5%加入镭铌镍催化剂667g，在温度为14(TC，压力为llMPa，搅拌转速为500r/min条件下催化加氢，使混合液中的半乳糖转化成卫茅醇，阿拉伯糖转化成阿拉伯糖醇，得到卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液。 卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液经脱色过滤、离子交换后得到净化醇液，将净化醇液打入结晶釜蒸发至过饱和，按料液重量的3X加晶体卫茅醇800g，同时按料液重量的0. 01%加入山梨酸钾2. 6g，按料液体积的5%加入无水乙醇约0. 89L后降温结晶，结晶后离心、干燥得到5. 15kg卫茅醇。
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权利要求
一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于，包括以下步骤(1)将木糖母液稀释至质量浓度为30～40％，经脱色过滤、离子交换后得净化液，然后将净化液进行色谱分离，得到木糖和葡萄糖的混合液以及半乳糖和阿拉伯糖的混合液；(2)制备木糖醇向上述经色谱分离得到的木糖和葡萄糖的混合液中加入营养成份，营养成份包括酵母膏、硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵，其中，添加量为按照每升木糖和葡萄糖的混合液添加酵母膏5g、硫酸镁3g、磷酸二氢钾5g、磷酸二氢铵6g；调pH到4.0～6.0，灭菌后接入酵母菌种子液，进行发酵，发酵条件为pH 4.0～6.0，按5～10％接种量接入种子液，温度28～35℃，通气量1∶(0.2～0.5)，搅拌转速100～150r/min条件下发酵64～72h，得发酵液；(3)上述发酵液经金属微滤膜过滤去除酵母菌体后，进行脱色过滤、离子交换，再经蒸发浓缩至质量浓度为65～75％，结晶，得到结晶木糖醇；(4)将步骤(1)中经色谱分离得到的半乳糖和阿拉伯糖的混合液进行蒸发浓缩，浓缩至质量浓度为35～45％，然后催化加氢，使混合液中的半乳糖转化成卫茅醇，阿拉伯糖转化成阿拉伯糖醇，从而得到卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液；(5)对上述得到的卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液进行脱色过滤、离子交换后，打入结晶釜蒸发至过饱和加入卫茅醇晶种和晶种生长促进剂，结晶得到结晶卫茅醇。
2. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步 骤(1)中脱色过滤是在加入活性炭的同时加入氧化钙，氧化钙的添加量为干物质质量的 0. 2 1. 5%。
3. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步骤(1)中色谱分离采用的是模拟移动床分离技术，色谱条件为洗脱剂为除盐水，分离系统温度控制在40 7(TC，分离剂为氯型碱性阴离子色谱分离树脂，所采用的模拟移动床为8 柱的模拟移动床设备；所述除盐水是经阴阳离子交换柱处理过的去离子水，指标为PH值 5. 0 8. 5， C1—《15ppm，电导率《20us/cm。
4. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步 骤(2)中酵母菌为热带假丝酵母。
5. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步 骤(2)中酵母菌的接种量为5 10%。
6. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步骤(2)中酵母菌种子液是通过以下方法得到的原始热带假丝酵母首先在斜面上活化，然后将活化菌种接入种子培养基进行扩大培养，即得酵母菌发酵液；所用培养基及培养条件 如下(i) 活化培养基的配方为酵母膏10g/L，蛋白胨20g/L，琼脂20g/L ;活化的培养条件 为pH值4. 0 6. O，温度28 35。C，培养72h ;(ii) 种子培养基的配方为木糖20g/L，葡萄糖30g/L，酵母膏10g/L，硫酸镁0. lg/L， 磷酸二氢钾5g/L，磷酸二氢铵3g/L ;培养条件为pH 4. 0 6. O，温度28 35。C，通气量 1 : (0. 2 0. 5)，搅拌转速100 150r/min条件下培养10 12h。
7. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步 骤(3)中金属微滤膜的截留分子量为10000 1000000，过滤操作压力为0. 4 2. OMpa，操作温度为30 80°C。
8. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步 骤(4)中，催化加氢的条件为料液pH为7.5 8.0，按干物质质量的2 5X加入镭铌镍 催化剂，反应温度为120 140。C，压力为9 12MPa，搅拌转速为200 500r/min。
9. 根据权利要求1所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步 骤(5)中卫茅醇晶种为固体卫茅醇，加入量为料液重量的1 3%。
10. 根据权利要求l所述的一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，其特征在于所述步骤(5)中晶种生长促进剂为食品级山梨酸钾和无水乙醇，或葡萄糖酸钠和无水乙醇，其加入量分别为料液重量的0. 01%和料液体积的2 5%。
全文摘要
本发明公开了一种同时生产木糖醇和卫矛醇的工艺，包括以下步骤(1)将木糖母液稀释，经脱色过滤、离子交换后进行色谱分离，得到混合液；(2)制备木糖醇向上述混合液中加入营养成份，灭菌后接入酵母菌种子液，进行发酵，得发酵液；(3)上述发酵液过滤去除酵母菌体后，进行脱色过滤、离子交换，再经蒸发浓缩，结晶，得到结晶木糖醇；(4)将步骤(1)中经色谱分离得到的半乳糖和阿拉伯糖的混合液进行蒸发浓缩，浓缩至，然后催化加氢，从而得到卫茅醇和阿拉伯糖醇的混合液；(5)对上述得到的混合液进行脱色过滤、离子交换后，打入结晶釜蒸发至过饱和加入卫茅醇晶种和晶种生长促进剂，结晶得到结晶卫茅醇。
文档编号C12R1/72GK101775413SQ201010129819
公开日2010年7月14日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者任尚美, 信成夫, 景文利 申请人:禹城绿健生物技术有限公司