专利名称：利用木糖醇结晶母液生产l-阿拉伯糖的方法
技术领域：
本发明涉及糖类生产工艺领域，特别是涉及一种利用发酵法木糖醇结晶母液生产 L-阿拉伯糖的方法。
背景技术：
阿拉伯糖，属于五碳醛糖，常见的为13 -L-阿拉伯糖和13 -D-阿拉伯糖。L-阿拉伯 糖是一种有甜味的戊糖，其口服后在人体内不被吸收，并可以选择性抑制肠道内蔗糖酶的 活性，减少人体对蔗糖的吸收和利用，使得它在减肥、控制糖尿病等方面的应用前景看好。 日本unitika公司也在2006年5月公布了L-阿拉伯糖具有阻止肥胖和糖尿病方面的功效， 该论文于2006年日本营养与食品科学60周年的年会上发表。而且它作为一种天然存在的 单糖，长期以来作为食品被服用，安全性早已得到证实，因而在功能食品应用领域有广阔的 市场前景。日本厚生省的特定保健用食品清单中已将L-阿拉伯糖列入调节血糖的专用特 殊保健食品添加剂，而美国医疗协会也已将L-阿拉伯糖列入抗肥胖剂的营养补充剂或非 处方药丄-阿拉伯糖也是重要的医药中间体，可用来合成抗癌、抗病毒和治疗心血管疾病的 药物，其在医药领域也有着广泛的用途。然而，受限于其生产方法，目前国际市场上阿拉伯 糖价格高达10万 20万美元/吨，限制了它在功能性食品添加剂中的应用及普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用发酵法生产木糖醇时的结晶母液生产L-阿拉伯糖 的方法。 目前木糖生产和加氢法木糖醇生产过程中会产生大量的木糖母液，木糖母液是指 木糖水解液结晶提取木糖后剩余的母液。以玉米芯原料为例，大多玉米芯水解液含糖质量 浓度14% ，其中含13%葡萄糖，70%木糖，15%阿拉伯糖及少量其它杂糖，木糖通过两次结 晶获得晶体，从而加氢用于生产木糖醇。剩余的木糖母液中糖浓度约为70% _80%，其中葡 萄糖6 12%，木糖60 70%，阿拉伯糖17 23%。再将木糖母液进行微生物发酵，将其 中的葡萄糖转化为菌体消耗，木糖转化为木糖醇，木糖醇结晶后即得到木糖醇结晶母液。
本发明提供一种从发酵法木糖醇结晶母液生产L-阿拉伯糖的方法，依序包括如 下步骤 (1)色谱分离将发酵法木糖醇结晶母液依次通过两次色谱分离，第一次色谱分 离是将木糖醇结晶母液中的糖醇与糖类分开，第二次色谱分离是将第一次色谱分离的糖类 中的阿拉伯糖与其它杂糖分开，使L-阿拉伯糖的纯度提升到45 70%。色谱分离树脂均 为钙型树脂， 一次色谱分离目的是将糖醇和糖类分开，提取相为糖醇组分，提余相为糖类组 分(阿拉伯糖纯度25 45% )，操作条件分离树脂体积5L，色谱柱20根(O25X500)，进 料浓度40 60% (质量百分比)，温度55 65。C，停留时间660s 1500s，I区流量25 28mL/min， II区流量18 19mL/min， III区流量20 21mL/min， IV区流量15 17mL/ min，进料流量1 3mL/min，解析剂流量8 15mL/min，糖醇项出料流量6 10mL/min，糖类项出料流量3 6mL/min (各区流量随色谱柱体积变化而比例变化)，二次色谱分离目的 是将阿拉伯糖和其它杂糖分开，提余相为杂糖组分，提取相为阿拉伯糖组分(阿拉伯糖纯 度45 70% );操作条件为分离树脂体积5L，色谱柱20根(O25X500)，进料浓度40 60%，温度55 65。C，停留时间480s 1500s， I区流量28 30mL/min， 1I区流量20 21mL/min， III区流量23 24mL/min， IV区流量18 20mL/min，进料流量2 4mL/min， 解析剂流量8 12mL/min，阿拉伯糖项出料流量7 10mL/min，杂糖项出料流量3 6mL/ min (各区流量随色谱柱体积变化而比例变化)。色谱柱的分区是根据吸附性来划分的，可 以进行一定的调节，当采用20根柱子时，可以将其平均分成4区，每区5根；也可以将其按 6根、4根、6根、4根分别分为4区(1、 II、 III、 IV区)。 (2)脱色将第二次色谱分离后的L-阿拉伯糖糖液经过碳柱脱色，脱色后的L-阿 拉伯糖糖液透光率在85%以上； (3)离子交换将L-阿拉伯糖糖液进行离子交换，依次通过阳柱、阴柱、阳柱，去除
灰分和有机杂质；阳树脂型号为HZ-016，阴树脂型号为D318。
(4)浓縮先采用反渗透进行浓縮，再采用蒸发器进行浓縮； (5)结晶将上述浓縮好的L-阿拉伯糖浓縮液通过降温结晶得湿晶体，离心后重 结晶得L-阿拉伯糖晶体。 本发明的方法，其中步骤(2)中脱色用活性炭优选为颗粒活性炭，碳柱进料温度 《40°C，进料速度为2 5倍树脂体积/小时。 本发明的方法，其中步骤(3)将L-阿拉伯糖糖液进行离子交换，依次通过阳柱、阴 柱、阳柱，去除灰分和有机杂质，进料温度《40°C ，进料速度为2 5倍树脂体积/小时。阳 树脂型号为HZ-016，阴树脂型号为D318。 本发明的方法，其中步骤(4)先采用反渗透进行浓縮，操作条件为进料温度 《4(TC，进料压力15 30Mpa，出料浓度8 15% (质量百分比)；再采用双效蒸发器进 行浓縮，操作条件为一效蒸发器的温度控制在70 8(TC，二效蒸发器的温度控制在50 60°〇，控制出料浓度在70 80% (质量百分比)。 本发明的方法，其中步骤(5)浓縮后的料液投入结晶罐内，L-阿拉伯糖结晶采用 加晶种降温结晶操作，晶种加入量为1 10% (质量百分比)，pH值在5. 0 7. O，起晶温 度为50 55°C，过饱和度1. 1 1. 2，结晶机的冷却设备与料液温差控制在8 12°C，降 温幅度为0. 5 2°C /h，冷却设备的冷却面积3 6m7m3，结晶周期25 40小时，降温至 20 3(TC时，进行离心分离，同时湿晶体用2(TC纯水洗涤，离心后的湿晶体投入重结晶罐 内，重结晶罐先加入部分纯水帮助溶解阿拉伯糖湿晶体，等阿拉伯糖湿晶体全部投入后，再 加入余下的纯水，配成浓度为70 80% (质量百分比)，阿拉伯糖重结晶采用加晶种降温 结晶操作，这样结晶出来的晶体颗粒大且均匀，晶种加入量为1 10%，起晶温度为50 55°C，降温幅度为0. 5 2°C /h，结晶周期25 40小时，降温至20 30。C时，进行离心分 离，湿晶体用2(TC纯水洗涤，纯水用量为10 30% /湿晶体量，离心后的湿晶体用高效沸 腾床在65 7(TC进行烘干，L-阿拉伯糖水分不高于0. 5% 。 本发明工艺路线简单，充分利用了木糖醇结晶母液中的有效成分，采用色谱分离 技术，从木糖醇母液中分离L-阿拉伯糖，在回收木糖醇结晶母液中木糖醇的同时，提取了 木糖醇母液中的高附加值L-阿拉伯糖，所生产的L-阿拉伯糖晶体品质高，含水不高于0. 5 % ，其在减肥、控制糖尿病等方面具有良好的市场应用前景，使得在提高资源利用率的 同时，还带来了巨大的经济效益。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于
说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 实施例l (1)色谱分离木糖醇结晶母液经过两次色谱分离，第一次色谱分离，进料浓度 40% (质量百分比)，温度55t:，所得糖液中阿拉伯糖纯度不低于25X，操作条件分离树 脂体积5L，色谱柱20根(O25X500)，平均分成4区。停留时间660s 1500s， I区流量 25 28mL/min，II区流量18 19mL/min， III区流量20 21mL/min， IV区流量15 17mL/ min，进料流量1 3mL/min，解析剂流量8 15mL/min，糖醇项出料流量6 10mL/min，糖 类项出料流量3 6mL/min。第二次色谱分离，进料浓度40% (质量百分比)，温度55°C， 得到的阿拉伯糖液中阿拉伯糖纯度不低于45%，操作条件分离树脂体积5L，色谱柱20根 (O25X500)，停留时间480s 1500s，I区流量28 30mL/min， II区流量20 21mL/min， III区流量23 24mL/min， IV区流量18 20mL/min，进料流量2 4mL/min，解析剂流量 8 12mL/min，阿拉伯糖项出料流量7 10mL/min，杂糖项出料流量3 6mL/min。
(2)脱色和离子交换色谱分离后的L-阿拉伯糖糖液依次经过碳柱、阳柱、阴柱、 阳柱，进料温度控制在40°C以下，进料速度为2倍柱体积，处理后透光率在95%以上，电导 率在20us/cm以下。阳树脂型号为HZ-016，阴树脂型号为D318。 (3)浓縮先采用反渗透进行浓縮，操作条件进料温度《4(TC，进料压力15 20Mpa，出料浓度8 10%;再采用双效蒸发器进行浓縮，操作条件一效蒸发器的温度控制 在70 8(TC，二效蒸发器的温度控制在50 6(TC，控制出料浓度在70 80%。
(4)结晶料液浓縮后投入结晶罐内，采用降温结晶，晶种加入量为4%， pH值在 6. O，起晶温度为5(TC，过饱和度1. 2，结晶机的冷却设备与料液温差控制在l(TC，冷却设备 的冷却面积5m7m3，降温幅度为1 1. 5°C /h，结晶周期25 40小时，降温至20 30°C时， 进行离心分离，同时湿晶体用2(TC纯水洗涤，离心后的湿晶体投入重结晶罐内，重结晶罐先 加入部分纯水帮助溶解阿拉伯糖湿晶体，等阿拉伯糖湿晶体全部投入后，再加入余下的纯 水，配成浓度为70% (质量百分比)，阿拉伯糖重结晶采用加晶种降温结晶操作，这样结晶 出来的晶体颗粒大且均匀，晶种加入量为4%，起晶温度为50°C，降温幅度为1 1. 5°C /h， 结晶周期25 40小时，降温至20 3(TC时，进行离心分离，湿晶体用2(TC纯水洗涤，纯水 用量为10% /湿晶体量。 (5)干燥离心后的湿晶体用高效沸腾床在65-7(TC进行烘干，L-阿拉伯糖水分不 高于O. 5%。
实施例2 (1)色谱分离母液经过两次色谱分离，第一次色谱分离，进料浓度50% (质量百 分比)，温度60°C ，所得糖液中阿拉伯糖纯度不低于30% ，操作条件分离树脂体积5L，色谱 柱20根(O25X500)，停留时间660s 1500s， I区流量25 28mL/min， II区流量18 19mL/min， III区、流量20 21mL/min， IV区、流量15 17mL/min，进茅斗、流量1 3mL/min，解析剂流量8 15mL/min，糖醇项出料流量6 10mL/min，糖类项出料流量3 6mL/min。 第二次色谱分离，进料浓度50% (质量百分比)，温度6(TC，得到的阿拉伯糖液中阿拉伯糖 纯度不低于60%，操作条件分离树脂体积5L，色谱柱20根(①25x500)，停留时间480s 1500s， I区流量28 30mL/min， II区流量20 21mL/min， III区流量23 24mL/min， IV 区流量18 20mL/min，进料流量2 4mL/min，解析剂流量8 12mL/min，阿拉伯糖项出料 流量7 10mL/min，杂糖项出料流量3 6mL/min。 (2)脱色和离子交换色谱分离后的L-阿拉伯糖糖液依次经过碳柱、阳柱、阴柱、 阳柱，进料温度控制在35t:以下，进料速度为3倍柱体积，处理后透光率在90%以上，电导 率在40us/cm以下。 (3)浓縮先采用反渗透进行浓縮，操作条件进料温度《4(TC，进料压力15 25Mpa，出料浓度10 13% ;再采用双效蒸发器进行浓縮，操作条件一效蒸发器的温度控 制在70 8(TC，二效蒸发器的温度控制在50 6(TC，控制出料浓度在70 80%。
(4)结晶料液浓縮后投入结晶罐内，采用降温结晶，晶种加入量为5%，起晶温度 为50°C，降温幅度为1 1. 5°C /h，结晶周期25 40小时，降温至20 30。C时，进行离心 分离，同时湿晶体用2(TC纯水洗涤，离心后的湿晶体投入重结晶罐内，重结晶罐先加入部分 纯水帮助溶解阿拉伯糖湿晶体，等阿拉伯糖湿晶体全部投入后，再加入余下的纯水，配成浓 度为75% (质量百分比)，阿拉伯糖重结晶采用加晶种降温结晶操作，这样结晶出来的晶 体颗粒大且均匀，晶种加入量为8%，起晶温度为50°C，降温幅度为1. 5 2°C /h，结晶周 期25 40小时，降温至20 3(TC时，进行离心分离，湿晶体用2(TC纯水洗涤，纯水用量为 10% /湿晶体量。 (5)干燥离心后的湿晶体用高效沸腾床在65 70°〇进行烘干丄_阿拉伯糖水分 不高于O. 5%。
实施例3 (1)色谱分离母液经过两次色谱分离，第一次色谱分离，进料浓度60% (质量百 分比)，温度65°C ，所得糖液中阿拉伯糖纯度不低于35% ，操作条件分离树脂体积5L，色谱 柱20根(O25X500)，停留时间660s 1500s， I区流量25 28mL/min， II区流量18 19mL/min， III区、流量20 21mL/min， IV区、流量15 17mL/min，进茅斗、流量1 3mL/min， 解析剂流量8 15mL/min，糖醇项出料流量6 10mL/min，糖类项出料流量3 6mL/min。 第二次色谱分离，进料浓度60% (质量百分比)，温度65t:，得到的阿拉伯糖液中阿拉伯糖 纯度不低于65% ，操作条件分离树脂体积5L，色谱柱20根(①25 X 500)，停留时间480s 1500s， I区流量28 30mL/min， II区流量20 21mL/min， III区流量23 24mL/min， IV 区流量18 20mL/min，进料流量2 4mL/min，解析剂流量8 12mL/min，阿拉伯糖项出料 流量7 10mL/min，杂糖项出料流量3 6mL/min。 (2)脱色和离子交换色谱分离后的L-阿拉伯糖糖液依次经过碳柱、阳柱、阴柱、 阳柱，进料温度控制在35°C以下，进料速度为4倍柱体积，处理后透光率在85%以上，电导 率在60us/cm以下。 (3)浓縮先采用反渗透进行浓縮，操作条件进料温度《4(TC，进料压力15 30Mpa，出料浓度13 15% ;再采用双效蒸发器进行浓縮，操作条件一效蒸发器的温度控 制在70 8(TC，二效蒸发器的温度控制在50 6(TC，控制出料浓度在70 80%。
(4)结晶料液浓縮后投入结晶罐内，采用降温结晶，晶种加入量为10%，起晶温 度为55°C，降温幅度为1. 0 1. 5°C /h，结晶周期25 40小时，降温至20 30。C时，进行 离心分离，同时湿晶体用2(TC纯水洗涤，离心后的湿晶体投入重结晶罐内，重结晶罐先加入 部分纯水帮助溶解阿拉伯糖湿晶体，等阿拉伯糖湿晶体全部投入后，再加入余下的纯水，配 成浓度为80% (质量百分比)，阿拉伯糖重结晶采用加晶种降温结晶操作，这样结晶出来的 晶体颗粒大且均匀，晶种加入量为10%，起晶温度为50°C，降温幅度为1. 5 2. (TC /h，结 晶周期25 40小时，降温至20 3(TC时，进行离心分离，湿晶体用2(TC纯水洗涤，纯水用 量为10% /湿晶体量。 (5)干燥离心后的湿晶体用高效沸腾床在65 701:进行烘干丄-阿拉伯糖水分 不高于O. 5%。 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰 也应视为本发明的保护范围。
权利要求
一种利用木糖醇结晶母液生产L-阿拉伯糖的方法，其特征在于，依序包括如下步骤(1)色谱分离将发酵法木糖醇结晶母液依次通过两次色谱分离，第一次色谱分离树脂为钙型树脂，提取相为糖醇组分，提余相为糖类组分，操作条件是进料浓度40～60％，温度55～65℃，停留时间660s～1500s，I区流量25～28mL/min，II区流量18～19mL/min，III区流量20～21mL/min，IV区流量15～17mL/min，进料流量1～3mL/min，解析剂流量8～15mL/min，糖醇项出料流量6～10mL/min，糖类项出料流量3～6mL/min；第二次色谱分离树脂为钙型树脂；提余相为杂糖组分，提取相为阿拉伯糖组分；操作条件是进料浓度40～60％，温度55～65℃，停留时间480s～1500s，I区流量28～30mL/min，II区流量20～21mL/min，III区流量23～24mL/min，IV区流量18～20mL/min，进料流量2～4mL/min，解析剂流量8～12mL/min，阿拉伯糖项出料流量7～10mL/min，杂糖项出料流量3～6mL/min；(2)脱色将经第二次色谱分离后得到的L-阿拉伯糖糖液经过活性炭碳柱脱色；(3)离子交换将经步骤(2)脱色后的L-阿拉伯糖糖液进行离子交换，依次通过阳柱、阴柱、阳柱；(4)浓缩先采用反渗透进行浓缩，再采用蒸发器进行浓缩；(5)结晶将上述浓缩好的L-阿拉伯糖浓缩液通过降温结晶得湿晶体，离心后重结晶得L-阿拉伯糖晶体。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，步骤(2)中脱色用活性炭为颗粒活性炭，碳 柱进料温度《4(TC，进料速度为2 5倍树脂体积/小时。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(3)中将L-阿拉伯糖糖液进行离 子交换，依次通过阳柱、阴柱、阳柱，进料温度《40°C ，进料速度为2 5倍树脂体积/小时。
4. 如权利要求l-3任一项所述的方法，其特征在于，步骤(4)中的反渗透浓縮，操作条 件为进料温度《40°C ，进料压力15 30Mpa，出料浓度8 15% ;再采用双效蒸发器进行浓 縮，操作条件为一效蒸发器的温度控制在70 8(TC，二效蒸发器的温度控制在50 60°C， 控制出料浓度在70 80%。
5. 如权利要求l-4任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)中浓縮后的料液加晶种降 温结晶，晶种加入量为1 10%，起晶温度为50 55°C，降温幅度为0. 5 2°C /h，结晶周 期25 40小时，降温至20 3(TC时，进行离心分离，得到的湿晶体洗涤、离心后再进行重 结晶。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述重结晶为先加入纯水溶解阿拉伯糖湿 晶体，配成浓度为70 80%的糖液，再加晶种降温结晶，晶种加入量为1 10% ，起晶温度 为50 55°C，降温幅度为0. 5 2°C /h，结晶周期25 40小时，降温至20 30。C时，进 行离心分离，湿晶体洗涤后烘干得L-阿拉伯糖晶体。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述烘干在65 7(TC进行。
全文摘要
本发明公开了一种利用发酵法木糖醇结晶母液生产L-阿拉伯糖的方法，其制备工艺步骤如下将发酵法木糖醇结晶母液进行两次色谱分离，分离出来的L-阿拉伯糖纯度为45～70％，将分离出来的L-阿拉伯糖依次经过碳柱脱色、离子交换、浓缩、结晶、烘干得到L-阿拉伯糖产品。本发明工艺路线简单，充分利用了木糖醇结晶母液中的有效成分，在回收木糖醇结晶母液中的木糖醇的同时，重要的是提取了木糖醇母液中的高附加值L-阿拉伯糖，而且L-阿拉伯糖在减肥、控制糖尿病等方面具有良好的市场应用前景。
文档编号C07H3/02GK101781339SQ20101014056
公开日2010年7月21日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者尚海涛, 张雪峰, 李荣杰, 薛培俭, 邓远德 申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司