专利名称：一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，属于生物技 术领域。
背景技术：
木糖醇是一种戊糖醇，甜度与蔗糖相近，由于具有防龋齿，不会引起血糖值升高， 减肥等功能，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 养剂和治疗剂广泛应用于医药领域。另外它还作为重要的化工原料，广泛用于国防、皮革、 塑料和涂料等方面。阿拉伯糖醇也是一种戊糖醇，是木糖醇的同分异构体，并且与木糖醇具 有相似的生理功能，但是由于目前产量有限，价格昂贵，不能像木糖醇那样在很多领域被应 用。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，这不能使母液中各种单糖的价值得到充分的发挥。近年来，也出现了许多对木糖母液中各种单糖成份提取分离的研究，但是普遍存 在提取成份单一和提取率低的问题，具体如下专利CN 101029059A描述了利用木糖母液中半乳糖生产卫茅醇的方法，由于木糖 母液中半乳糖含量最低，同时该专利没有分离其他糖类，所以达不到充分利用木糖母液中 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。专利CN 101555503A和专利CN 101372700A分别公开了利用木糖母液、木糖母液 以及生物质酸水解液生产L-阿拉伯糖的方法，虽然得到了价格较高的L-阿拉伯糖，但是其 他的三种糖都被酵母发酵掉，木糖母液的利用率也挺低。专利CN 101284849A公开了一种利用顺序式模拟移动床提纯木糖母液的方法，此 方法只是分离得到了木糖母液中的木糖，其他的糖份没有得到提取。专利CN 101643752A介绍了一种利用木糖母液生产木糖醇和L-阿拉伯糖的方法， 将木糖母液中的木糖利用酵母发酵转化成木糖醇，并用色谱分离的方法提取了 L-阿拉伯 糖，但是由于酵母发酵木糖转化成木糖醇的转化率较低，所以木糖母液中木糖的利用率较 低。综上，目前迫切需要发明一种充分利用木糖母液，尽可能提高木糖母液附加值的 方法。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供了一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，利用廉价的木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇，不仅充分利用了结晶木糖 生产过程中产生的废液，还能够得到产品木糖醇和阿拉伯糖醇，这对扩展阿拉伯糖醇的应 用具有很重要的意义。本发明是通过以下技术方案实现的
一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，包括以下步骤(1)将木糖母液稀释至溶质质量浓度为25 40%，经脱色过滤、离子交换后得净 化液；(2)向上述净化液中加入营养成份，灭菌，然后接入酵母菌，发酵，以去除木糖母液 中的葡萄糖和半乳糖；(3)上述发酵液先过滤除菌，然后进行脱色过滤和离子交换，并进行初步浓缩，使 糖醇的质量浓度提高到40 55% ；(4)将上述浓缩液进行催化加氢制备混合糖醇；(5)将上述混合糖醇经脱色过滤和离子交换后，进行色谱分离，得到两个馏分，分 别是木糖醇馏分和阿拉伯糖醇馏分；(6)将上述两个馏分分别进行蒸发浓缩和结晶，即得到木糖醇晶体和阿拉伯糖醇 晶体。所述步骤(1)中，采用除盐水对木糖母液进行稀释。所述步骤(1) (3) (5)中，脱色为活性炭脱色，过滤是板框过滤或水平过滤机过滤， 离子交换为物料依次通过弱碱性阴离子交换树脂、强酸性阳离子交换树脂、强碱性阳离子 交换树脂，达到去除杂质离子、改善透光的效果。所述步骤(2)中，营养成分包括氮源和无机盐，其中，氮源为酵母膏、牛肉膏、蛋 白胨、玉米浆或硫酸铵中的任一种或任意几种的组合，氮源的加入量为木糖母液质量的 0. 2 4% ；无机盐为硫酸镁、硫酸氢二钠、硫酸氢二钾、硫酸二氢钾或硫酸二氢钠中的任一 种或任意几种的组合，无机盐的加入量为木糖母液质量的0. 01 2%。所述步骤⑵中，灭菌为高压灭菌，温度为121°C，时间为20min。所述步骤(2)中，酵母菌为酿酒酵母、面包酵母或葡萄汁酵母等能发酵葡萄糖和 半乳糖酵母中的任一种。此类酵母菌的营养条件和培养条件为(i)活化培养基(％)葡萄糖1，酵母膏1，NaCl 0. 5，琼脂2，ρΗ 3. 5 5. 5，121°C， 灭菌20min。培养方法温度30 45°C，培养时间10 20h。(ii)种子培养基(％ )葡萄糖3，酵母膏1，硫酸镁0.01，磷酸二氢钾0.5，pH 3. 5 5. 5，121°C，灭菌 20min。培养条件为温度28 35°C，通气量0. 2 0. 5vvm，搅拌转速100 150r/min， 培养时间10 20h。(iii)发酵培养基(％)可发酵性碳源5 8，氮源0.2 4，无机盐0.01 2，pH 3. 5 5. 5，121°C，灭菌 20min。发酵条件为pH 3. 5 5. 5，接种量为5 10%，温度28 35°C，通气量0.2 0. 5vvm，搅拌转速100 150r/min，培养时间10 28h。
步骤(2)中的发酵，相当于上述(iii)，接种量为5 10%，碳源为葡萄糖和半乳 糖，氮源和无机盐(即营养成分)另外加入，发酵条件为PH 3. 5 5. 5，温度28 35°C， 通气量0. 2 0. 5vvm，搅拌转速100 150r/min，培养时间10 28h。所述步骤(3)中，过滤除菌具体为先进行板框过滤，再进行金属微滤除菌，其中， 金属微滤膜的截留分子量为10000 1000000。所述步骤⑷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 5%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。糖转化率达98%以上时，停止反应。所述步骤(5)中，色谱分离的分离树脂为SM-19阳离子树脂，洗脱剂为除盐水。所述步骤(6)中，结晶方式为真空浓缩降温结晶。通过本发明的方法处理木糖母液，可以使得木糖母液中含量最多的两种糖得到利 用，制得了高附加值的糖醇，木糖母液的价值得到了最大程度的体现。本发明的方法是利用加氢将木糖和阿拉伯糖转化成木糖醇和阿拉伯糖醇的，其转 化率高，较用酵母发酵转化木糖醇的转化率高。
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1 取质量浓度为65%的木糖母液1000g，其组成为木糖52. 53%，阿拉伯 糖25. 56 %，葡萄糖14. 97 %，半乳糖3. 483 %。用除盐水稀释至质量浓度为32 %，通过活性 炭脱色过滤和离子交换净化除杂；加入木糖母液质量2 %的酵母膏，1 %的硫酸镁、0. 5 %的 硫酸氢二钾后调PH值为4. 5，灭菌，然后按8%的接种量接入酵母菌种子液，在温度为30°C、 通气量为0. 4vvm、搅拌转速130r/min条件下发酵20h得到发酵液；将发酵液先板框过滤， 然后通过截留分子量为10000 1000000的金属微滤除菌后，再经脱色过滤和离子交换除 杂，并初步浓缩至质量浓度为50% ；将初步浓缩后的糖液调pH至7. 8，加入干物质量3%的 镭铌镍催化剂，在温度为130°C，压力为lOMPa，搅拌转速为300r/min的条件下催化加氢将 木糖和阿拉伯糖分别还原为木糖醇和阿拉伯糖醇；脱色过滤、离子交换后，利用以SM-19阳 离子树脂为分离树脂的色谱分离得到木糖醇和阿拉伯糖醇两个馏分，其中木糖醇馏分的质 量浓度为31%，木糖醇含量为92. 3%，阿拉伯糖醇馏分质量浓度为27%，阿拉伯糖醇含量 为89. 6% ；再分别对两个馏分进行蒸发浓缩和降温结晶得到木糖醇138g，纯度为99. 5%, 阿拉伯糖醇67g，纯度为99. 2%。实施例2 取质量浓度为65%的木糖母液1000g，其组成为木糖52. 53%，阿拉 伯糖25. 56%，葡萄糖14. 97%，半乳糖3. 483%。用除盐水稀释至质量浓度为25%，通过 活性炭脱色过滤和离子交换净化除杂；加入木糖母液质量的酵母膏、0.5%的蛋白胨、 0. 2 %的玉米浆，0. 5 %的硫酸镁、0. 5 %的硫酸氢二钾、0. 01 %的硫酸二氢钠后调pH值为 3. 5，灭菌，然后按5%的接种量接入酵母菌种子液，在温度为28°C、通气量为0. 2vvm、搅拌 转速lOOr/min条件下发酵10h得到发酵液；将发酵液先板框过滤，然后通过截留分子量为 10000 1000000的金属微滤除菌后，再经脱色过滤和离子交换除杂，并初步浓缩至质量浓 度为40% ；将初步浓缩后的糖液调pH至7. 5，加入干物质量2%的镭铌镍催化剂，在温度 为120°C，压力为9MPa，搅拌转速为200r/min的条件下催化加氢将木糖和阿拉伯糖分别还原为木糖醇和阿拉伯糖醇；脱色过滤、离子交换后，利用以SM-19阳离子树脂为分离树脂的 色谱分离得到木糖醇和阿拉伯糖醇两个馏分，其中木糖醇馏分的质量浓度为28%，木糖醇 含量为91. 8%，阿拉伯糖醇馏分质量浓度为24%，阿拉伯糖醇含量为89. 1% ；再分别对两 个馏分进行蒸发浓缩和降温结晶得到木糖醇126g，纯度为98. 3%，阿拉伯糖醇61g，纯度为 98. 5%。实施例3 取质量浓度为65%的木糖母液lOOOg，其组成为木糖52. 53%，阿拉伯糖25. 56 %，葡萄糖14. 97 %，半乳糖3. 483 %。用除盐水稀释至质量浓度为40 %，通过活性 炭脱色过滤和离子交换净化除杂；加入木糖母液质量4%的硫酸铵、1 %的牛肉膏，2 %的硫 酸氢二钠后调PH值为5. 5，灭菌，然后按10%的接种量接入酵母菌种子液，在温度为35°C、 通气量为0. 5vvm、搅拌转速150r/min条件下发酵28h得到发酵液；将发酵液先板框过滤， 然后通过截留分子量为10000 1000000的金属微滤除菌后，再经脱色过滤和离子交换除 杂，并初步浓缩至质量浓度为55% ；将初步浓缩后的糖液调pH至8. 0，加入干物质量5%的 镭铌镍催化剂，在温度为140°C，压力为12MPa，搅拌转速为500r/min的条件下催化加氢将 木糖和阿拉伯糖分别还原为木糖醇和阿拉伯糖醇；脱色过滤、离子交换后，利用以SM-19阳 离子树脂为分离树脂的色谱分离得到木糖醇和阿拉伯糖醇两个馏分，其中木糖醇馏分的质 量浓度为25%，木糖醇含量为92. 1%，阿拉伯糖醇馏分质量浓度为22%，阿拉伯糖醇含量 为89. 3% ；再分别对两个馏分进行蒸发浓缩和降温结晶得到木糖醇133g，纯度为99. 2%, 阿拉伯糖醇66g，纯度为99. 4%。实施例4 取质量浓度为65%的木糖母液lOOOg，其组成为木糖52. 53%，阿拉伯 糖25. 56 %，葡萄糖14. 97 %，半乳糖3. 483 %。用除盐水稀释至质量浓度为35 %，通过活性 炭脱色过滤和离子交换净化除杂；加入木糖母液质量3%的硫酸铵、2 %的玉米浆，1 %的硫 酸二氢钾、0. 2%的硫酸氢二钠后调pH值为5. 0，灭菌，然后按7%的接种量接入酵母菌种子 液，在温度为32°C、通气量为0. 4vvm、搅拌转速140r/min条件下发酵25h得到发酵液；将发 酵液先板框过滤，然后通过截留分子量为10000 1000000的金属微滤除菌后，再经脱色过 滤和离子交换除杂，并初步浓缩至质量浓度为45 % ；将初步浓缩后的糖液调pH至7. 9，加入 干物质量4 %的镭铌镍催化剂，在温度为135°C，压力为1 IMPa,搅拌转速为400r/min的条件 下催化加氢将木糖和阿拉伯糖分别还原为木糖醇和阿拉伯糖醇；脱色过滤、离子交换后，利 用以SM-19阳离子树脂为分离树脂的色谱分离得到木糖醇和阿拉伯糖醇两个馏分，其中木 糖醇馏分的质量浓度为26%，木糖醇含量为92. 6%，阿拉伯糖醇馏分质量浓度为24%，阿 拉伯糖醇含量为90. 3% ；再分别对两个馏分进行蒸发浓缩和降温结晶得到木糖醇144g，纯 度为99.7%,阿拉伯糖醇63g，纯度为98. 9%。
权利要求
一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将木糖母液稀释至溶质质量浓度为25～40％，经脱色过滤、离子交换后得净化液；(2)向上述净化液中加入营养成份，灭菌，然后接入酵母菌，发酵，以去除木糖母液中的葡萄糖和半乳糖；(3)上述发酵液先过滤除菌，然后进行脱色过滤和离子交换，并进行初步浓缩，使糖醇的质量浓度提高到40～55％；(4)将上述浓缩液进行催化加氢制备混合糖醇；(5)将上述混合糖醇经脱色过滤和离子交换后，进行色谱分离，得到两个馏分，分别是木糖醇馏分和阿拉伯糖醇馏分；(6)将上述两个馏分分别进行蒸发浓缩和结晶，即得到木糖醇晶体和阿拉伯糖醇晶体。
2.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，其 特征在于所述步骤(1)中，采用除盐水对木糖母液进行稀释。
3.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法， 其特征在于所述步骤(2)中，营养成分包括氮源和无机盐，其中，氮源为酵母膏、牛肉膏、 蛋白胨、玉米浆或硫酸铵中的任一种或任意几种的组合，氮源的加入量为木糖母液质量的 0. 2 4% ；无机盐为硫酸镁、硫酸氢二钠、硫酸氢二钾、硫酸二氢钾或硫酸二氢钠中的任一 种或任意几种的组合，无机盐的加入量为木糖母液质量的0. 01 2%。
4.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，其 特征在于所述步骤(2)中，酵母菌为酿酒酵母、面包酵母或葡萄汁酵母中的任一种。
5.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法， 其特征在于所述步骤(2)中，接种量为5 10%，发酵条件为pH 3. 5 5. 5，温度28 35°C，通气量0. 2 0. 5vvm，搅拌转速100 150r/min，培养时间10 28h。
6.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法， 其特征在于所述步骤(3)中，过滤除菌具体为先进行板框过滤，再进行金属微滤除菌，其 中，金属微滤膜的截留分子量为10000 1000000。
7.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法， 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 5%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/mino
8.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，其 特征在于所述步骤(5)中，色谱分离的分离树脂为SM-19阳离子树脂，洗脱剂为除盐水。
9.根据权利要求1所述的一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，其 特征在于所述步骤(6)中，结晶方式为真空浓缩降温结晶。
全文摘要
本发明公开了利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯糖醇的方法，包括以下步骤(1)将木糖母液稀释，经脱色过滤、离子交换后得净化液；(2)向上述净化液中加入营养成份，灭菌，然后接入酵母菌，发酵；(3)上述发酵液先过滤除菌，然后进行脱色过滤和离子交换，并进行初步浓缩；(4)将上述浓缩液进行催化加氢制备混合糖醇；(5)将上述混合糖醇经脱色过滤和离子交换后，进行色谱分离，得到两个馏分，分别是木糖醇馏分和阿拉伯糖醇馏分；(6)将上述两个馏分分别进行蒸发浓缩和结晶，即得到木糖醇晶体和阿拉伯糖醇晶体。本发明的方法是利用加氢将木糖和阿拉伯糖转化成木糖醇和阿拉伯糖醇的，其转化率高，较用酵母发酵转化木糖醇的转化率高。
文档编号C07C31/18GK101857523SQ201010192279
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月7日 优先权日2010年6月7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