本发明属于低聚异麦芽糖领域，尤其涉及一种低聚异麦芽糖精制生产工艺。
背景技术：
低聚异麦芽糖(imo)又称为异麦芽低聚糖、异麦芽寡糖、分枝低聚糖等。它是淀粉糖的一种，主要成分为葡萄糖分子间以α-1,6糖苷键结合的异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖及四糖以上的低聚糖。低聚异麦芽糖由于具有性质稳定，作为食品添加剂安全无毒，不被胃肠道内酶消化，在人体内无残留等优点广泛应用于食品、乳制品、保健品中。可以改善肠道微生物区系，促进肠道发育、调节蛋白质、脂质代谢、促进矿物质吸收、增强免疫力、具有抗生素的作用，能够延缓衰老，被称作“益生素”。
低聚异麦芽糖通常由淀粉经液化、糖化、转苷反应和提纯后制备得到。由于色谱分离技术能够对低聚异麦芽糖粗品中的单糖进行高效分离脱除，是目前采用较为普遍的一种低聚异麦芽糖提纯技术。但伴随着市场对于低聚异麦芽糖需求差异化的增大，为提高产品附加值，有时需要将低聚异麦芽糖粗品中碳数不同的多糖进行分离，但色谱分离技术难以分离低聚异麦芽糖粗品中碳数不同的多糖。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低聚异麦芽糖精制生产工艺，本发明提供的精制生产工艺能分离低聚异麦芽糖中碳数不同的糖组分，大大提高产品的附加值。
本发明提供了一种低聚异麦芽糖精制生产工艺，包括以下步骤：
a)、淀粉依次进行液化、糖化和转苷反应，得到低聚异麦芽糖粗液；
b)、所述低聚异麦芽糖粗液依次进行微滤和超滤，得到超滤透过液和超滤截留液；所述超滤所采用的超滤膜元件的截留分子量为25000～30000da；所述超滤透过液进行离子交换处理；
c)、经过离子交换处理的超滤透过液进行一级纳滤，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液；所述一级纳滤所采用的一级纳滤膜元件的截留分子量为800～1000da；所述一级纳滤浓缩液中的糖类物质包括五糖和五糖以上多糖；
d)、所述一级纳滤透过液进行二级纳滤，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液；所述二级纳滤所采用的二级纳滤膜元件的截留分子量为400～600da；所述二级纳滤浓缩液中的糖类物质包括三糖和四糖；
e)、所述二级纳滤透过液进行三级纳滤，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液；所述三级纳滤所采用的三级纳滤膜元件的截留分子量为200～400da；所述三级纳滤浓缩液中的糖类物质包括二糖；
f)、所述三级纳滤透过液进行反渗透，得到反渗透浓缩液和反渗透透过液；所述反渗透所采用的反渗透膜元件的截留分子量为50～150da；所述反渗透浓缩液中的糖类物质包括单糖。
优选的，步骤b)中，所述超滤的操作压力为0.3～0.6mpa。
优选的，步骤c)中，所述一级纳滤的操作压力为15～30bar。
优选的，步骤d)中，所述二级纳滤的操作压力为15～30bar。
优选的，步骤e)中，所述三级纳滤的操作压力为15～30bar。
优选的，步骤f)中，所述反渗透的操作压力为15～30bar。
优选的，步骤b)中，所述微滤所采用的设备为板框过滤器。
优选的，步骤a)中，所述液化的方式为高温喷射液化。
优选的，所述步骤a)还包括：所述超滤截留液返回步骤a)的转苷反应工序。
优选的，步骤a)中，所述淀粉包括玉米淀粉、大米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉和马铃薯淀粉中的一种或多种。
与现有技术相比，本发明提供了一种低聚异麦芽糖精制生产工艺。本发明提供的精制生产工艺包括以下步骤：a)、淀粉依次进行液化、糖化和转苷反应，得到低聚异麦芽糖粗液；b)、所述低聚异麦芽糖粗液依次进行微滤和超滤，得到超滤透过液和超滤截留液；所述超滤所采用的超滤膜元件的截留分子量为25000～30000da；所述超滤透过液进行离子交换处理；c)、经过离子交换处理的超滤透过液进行一级纳滤，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液；所述一级纳滤所采用的一级纳滤膜元件的截留分子量为800～1000da；所述一级纳滤浓缩液中的糖类物质包括五糖和五糖以上多糖；d)、所述一级纳滤透过液进行二级纳滤，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液；所述二级纳滤所采用的二级纳滤膜元件的截留分子量为400～600da；所述二级纳滤浓缩液中的糖类物质包括三糖和四糖；e)、所述二级纳滤透过液进行三级纳滤，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液；所述三级纳滤所采用的三级纳滤膜元件的截留分子量为200～400da；所述三级纳滤浓缩液中的糖类物质包括二糖；f)、所述三级纳滤透过液进行反渗透，得到反渗透浓缩液和反渗透透过液；所述反渗透所采用的反渗透膜元件的截留分子量为50～150da；所述反渗透浓缩液中的糖类物质包括单糖。本发明提供的精制生产工艺采用膜分离技术对低聚异麦芽糖粗液中不同碳数的糖进行分离，得到相应的糖浓缩液。该工艺分离效果好、能耗低，分离得到的糖浓缩液可用于制备相应碳数的产品糖进行销售，从而大大提升了产品的附加值。在本发明的优选实现方案中，将超滤后的截留液返回转苷反应工序，由于截留液中含有大量的转苷酶，因此该方案能够大大降低转苷工序的新酶用量，降低生产成本。实验结果表明，采用本发明提供的精制生产工艺能够将低聚异麦芽糖粗液分离成五糖及以上浓缩液、三四糖浓缩液、二糖浓缩液和单糖浓缩液，各碳数不同糖的浓缩液后续均可制成相应的高纯产品糖，大大提高产品的附加值。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种低聚异麦芽糖精制生产工艺，包括以下步骤：
a)、淀粉依次进行液化、糖化和转苷反应，得到低聚异麦芽糖粗液；
b)、所述低聚异麦芽糖粗液依次进行微滤和超滤，得到超滤透过液和超滤截留液；所述超滤所采用的超滤膜元件的截留分子量为25000～30000da；所述超滤透过液进行离子交换处理；
c)、经过离子交换处理的超滤透过液进行一级纳滤，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液；所述一级纳滤所采用的一级纳滤膜元件的截留分子量为800～1000da；所述一级纳滤浓缩液中的糖类物质包括五糖和五糖以上多糖；
d)、所述一级纳滤透过液进行二级纳滤，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液；所述二级纳滤所采用的二级纳滤膜元件的截留分子量为400～600da；所述二级纳滤浓缩液中的糖类物质包括三糖和四糖；
e)、所述二级纳滤透过液进行三级纳滤，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液；所述三级纳滤所采用的三级纳滤膜元件的截留分子量为200～400da；所述三级纳滤浓缩液中的糖类物质包括二糖；
f)、所述三级纳滤透过液进行反渗透，得到反渗透浓缩液和反渗透透过液；所述反渗透所采用的反渗透膜元件的截留分子量为50～150da；所述反渗透浓缩液中的糖类物质包括单糖。
在本发明提供的精制生产工艺中，首先对淀粉依次进行液化、糖化和转苷反应。其中，所述淀粉包括但不限于玉米淀粉、大米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉和马铃薯淀粉中的一种或多种。在本发明中，所述淀粉在进行液化前优选先将其制备成淀粉浆，所述淀粉浆的具体制备过程为：先加水调浆浓度，然后调节ph值，之后加入耐高温α-淀粉酶，制得淀粉浆。在本发明中，所述液化的方式优选为高温喷射液化，更优选为二次高温喷射液化。液化完毕后，得到液化液，然后对所述液化液进行糖化，所述糖化的具体过程包括：将所述液化液的ph调节值6.0～6.5，然后加入糖化酶，之后保温糖化一段时间后灭酶活。在本发明中，所述糖化酶包括麦芽三糖生成酶和/或普鲁兰酶；所述保温糖化的时间优选为36～56h；所述灭酶活的温度优选为80～90℃。糖化完毕后，得到糖化液，然后对所述糖化液进行转苷反应。其中，所述转苷反应使用的酶优选为α-葡萄糖苷转移酶；所述转苷反应的温度优选为55～60℃。转苷反应完毕后，灭酶活，得到低聚异麦芽糖粗液。
在本发明中，获得低聚异麦芽糖粗液后，所述低聚异麦芽糖粗液进行微滤。其中，所述微滤所采用的设备优选为板框过滤器。在本发明中，通过微滤的方式去除低聚异麦芽糖粗液中的颗粒杂质、胶体及悬浮物。低聚异麦芽糖粗液经过微滤后，得到微滤透过液，所述微滤透过液进行超滤。其中，所述超滤所采用的超滤膜元件的截留分子量为25000～30000da，具体可为25000da、28000da或30000da；所述超滤所采用的超滤膜元件的材质优选为聚酯或聚偏氟乙烯；所述超滤的操作压力优选为0.3～0.6mpa，具体可为0.3mpa、0.5mpa或0.6mpa；所述超滤的操作温度优选为10～80℃，具体可为30℃或40℃；所述超滤的ph值优选控制在2～10，具体可为5、5.5或6。超滤处理后，得到超滤透过液和超滤截留液。其中，所述超滤透过液进行离子交换处理，以除去透过液中的金属离子。在本发明中，由于超滤截留液中含有大量的转苷酶，因此为降低转苷工序的新酶用量，本发明优选将所述超滤截留液优选返回转苷反应工序。
在本发明中，所述超滤透过液经过离子交换处理后，进行一级纳滤。其中，所述一级纳滤所采用的一级纳滤膜元件的截留分子量为800～1000da，具体可为800da、900da或1000da；所述一级纳滤所采用的一级纳滤膜元件的材质优选为聚酰胺；所述一级纳滤的操作压力优选为15～30bar，具体可为15bar、20bar或30bar；所述一级纳滤的操作温度优选为40～60℃，具体可为40℃、50℃或60℃；所述一级纳滤的ph值优选控制在3～10，具体可为5、5.5或6.5。一级纳滤处理后，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液。其中，所述一级纳滤浓缩液中的糖类物质包括五糖和五糖以上多糖。在本发明提供的一个实施例中，所述一级纳滤浓缩液中的糖类物质90wt％以上为五糖和五糖以上多糖。
在本发明中，获得一级纳滤透过液后，所述一级纳滤透过液进行二级纳滤。其中，所述二级纳滤所采用的二级纳滤膜元件的截留分子量为400～600da，具体可为400da、500da或600da；所述二级纳滤所采用的二级纳滤膜元件的材质优选为聚酰胺；所述二级纳滤的操作压力优选为15～30bar，具体可为15bar、20bar或30bar；所述二级纳滤的操作温度优选为40～60℃，具体可为40℃、50℃或60℃；所述二级纳滤的ph值优选控制在3～10，具体可为5、5.5或6.5。二级纳滤处理后，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液。其中，所述二级纳滤浓缩液中的糖类物质包括三糖和四糖。在本发明提供的一个实施例中，所述二级纳滤浓缩液中的糖类物质90wt％以上为三糖和四糖。
在本发明中，获得二级纳滤透过液后，所述二级纳滤透过液进行三级纳滤。其中，所述三级纳滤所采用的三级纳滤膜元件的截留分子量为200～400da，具体可为200da、300da或400da；所述三级纳滤所采用的三级纳滤膜元件的材质优选为聚酰胺；所述三级纳滤的操作压力优选为15～30bar，具体可为15bar、20bar或30bar；所述三级纳滤的操作温度优选为40～60℃，具体可为40℃、50℃或60℃；所述三级纳滤的ph值优选控制在3～10，具体可为5、5.5或6.5。三级纳滤处理后，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液。其中，所述三级纳滤浓缩液中的糖类物质包括二糖。在本发明提供的一个实施例中，所述三级纳滤浓缩液中的糖类物质90wt％以上为二糖。
在本发明中，获得三级纳滤透过液后，所述三级纳滤透过液进行反渗透。其中，所述反渗透所采用的反渗透膜元件的截留分子量为50～150da，具体可为100da；所述反渗透所采用的反渗透膜元件的材质优选为聚酰胺；所述反渗透的操作压力优选为15～30bar，具体可为15bar、20bar或30bar；所述反渗透的操作温度优选为40～60℃，具体可为40℃、50℃或60℃；所述反渗透的ph值优选控制在3～10，具体可为5、5.5或6.5。反渗透处理后，得到反渗透浓缩液和反渗透透过液。其中，所述反渗透透过液为纯水，可回收利用；所述反渗透浓缩液中的糖类物质包括单糖。在本发明提供的一个实施例中，所述反渗透浓缩液中的糖类物质95wt％以上为单糖。
本发明提供的精制生产工艺采用膜分离技术对低聚异麦芽糖粗液中不同碳数的糖进行分离，得到相应的糖浓缩液。该工艺分离效果好、能耗低，分离得到的糖浓缩液可用于制备相应碳数的产品糖进行销售，从而大大提升了产品的附加值。在本发明的优选实现方案中，将超滤后的截留液返回转苷反应工序，由于截留液中含有大量的转苷酶，因此该方案能够大大降低转苷工序的新酶用量，降低生产成本。实验结果表明，采用本发明提供的精制生产工艺能够将低聚异麦芽糖粗液分离成五糖及以上浓缩液、三四糖浓缩液、二糖浓缩液和单糖浓缩液，各碳数不同糖的浓缩液后续均可制成相应的高纯产品糖，大大提高产品的附加值。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
低聚异麦芽糖精制生产工艺，包括以下步骤：
a.原料淀粉中加入水调浆浓度，调节ph后加入耐高温α-淀粉酶，制得淀粉浆经液化后，制得液化液；液化液冷却后，调节ph至6.0～6.5，然后加入麦芽三糖生成酶和普鲁兰酶，保温糖化36～56小时后，80～90℃灭酶活，制得糖化液；糖化液中加入α-葡萄糖苷转移酶，在55～60℃的条件下反应，灭酶活，得到低聚异麦芽糖粗液；
b.低聚异麦芽糖粗液经板框过滤，去除水中的颗粒杂质、胶体及悬浮物，再经过超滤膜得到透过液和截留液，透过液进行离子交换，去除液体中大部分无机盐，截留液中含有大部分的转苷酶，返回a步骤转苷反应中充分利用；
c.经过离子交换处理后的料液进入一级纳滤精制纯化，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液；对所述一级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为五糖及五糖以上多糖，产品糖中五糖及五糖以上多糖的总含量为95％；
d.一级纳滤透过液进入二级纳滤，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液；对所述二级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为三糖和四糖，产品糖中三糖和四糖的总含量为95％；
e.二级纳滤透过液进入三级纳滤，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液；对所述三级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为二糖，产品糖中二糖的含量为96％；
f.三级纳滤透过液进入反渗透体系，得到反渗透浓缩液和反渗透产水；对所述反渗透浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为单糖，产品糖中单糖的含量为94％；反渗透产水是纯水可以回收利用。
步骤a中所述原料淀粉是商品化的淀粉，来源是玉米；
步骤a中的液化、糖化、转苷反应均为常规技术手段，液化采用二次高温喷射液化；
步骤b中超滤膜膜元件材质为聚酯或聚偏氟乙烯，截留分子量为28000da，操作压力0.3mpa，操作温度30℃，ph5.5；
步骤c中一级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为800da，操作压力15bar,操作温度40℃,ph5.5；
步骤d中二级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为400da,操作压力15bar,操作温度40℃,ph5.5；
步骤e中三级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为200da,操作压力15bar,操作温度40℃，ph5.5；
步骤f中反渗透膜膜元件材质为聚酰胺,截留分子量为100da,操作压力15bar,操作温度40℃,ph5.5；
实施例2
低聚异麦芽糖精制生产工艺包括以下步骤：
a.原料淀粉中加入水调浆浓度，调节ph后加入耐高温α-淀粉酶，制得淀粉浆经液化后，制得液化液；液化液冷却后，调节ph至6.0～6.5，然后加入麦芽三糖生成酶和普鲁兰酶，保温糖化36～56小时后，80～90℃灭酶活，制得糖化液；糖化液中加入α-葡萄糖苷转移酶，在55～60℃的条件下反应，灭酶活，得到低聚异麦芽糖粗液；
b.低聚异麦芽糖粗液经板框过滤，去除水中的颗粒杂质、胶体及悬浮物，再经过超滤膜得到透过液和截留液，透过液进行离子交换，去除液体中大部分无机盐，截留液中含有大部分的转苷酶，返回a步骤转苷反应中充分利用；
c.经过离子交换处理后的料液进入一级纳滤精制纯化，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液；对所述一级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为五糖及五糖以上多糖，产品糖中五糖及五糖以上多糖的总含量为95％；
d.一级纳滤透过液进入二级纳滤，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液；对所述二级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为三糖和四糖，产品糖中三糖和四糖的总含量为94％；
e.二级纳滤透过液进入三级纳滤，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液；对所述三级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为二糖，产品糖中二糖的含量为94％；
f.三级纳滤透过液进入反渗透体系，得到反渗透浓缩液和反渗透产水；对所述反渗透浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为单糖，产品糖中单糖的含量为95％；反渗透产水是纯水可以回收利用。
步骤a中所述原料淀粉是商品化的淀粉，来源是木薯；
步骤a中的液化采用二次高温喷射液化；
步骤b中超滤膜膜元件材质为聚酯或聚偏氟乙烯，截留分子量为25000da，操作压力0.5mpa，操作温度40℃，ph6；
步骤c中一级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为900da，操作压力20bar,操作温度50℃,ph6.5；
步骤d中二级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为500da,操作压力20bar,操作温度50℃,ph6.5；
步骤e中三级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为300da,操作压力20bar,操作温度50℃，ph6.5；
步骤f中反渗透膜膜元件材质为聚酰胺,截留分子量为100da,操作压力20bar,操作温度50℃,ph6.5。
实施例3
低聚异麦芽糖精制生产工艺，其特征在于包括以下步骤：
a.原料淀粉中加入水调浆浓度，调节ph后加入耐高温α-淀粉酶，制得淀粉浆经液化后，制得液化液；液化液冷却后，调节ph至6.0～6.5，然后加入麦芽三糖生成酶和普鲁兰酶，保温糖化36～56小时后，80～90℃灭酶活，制得糖化液；糖化液中加入α-葡萄糖苷转移酶，在55～60℃的条件下反应，灭酶活，得到低聚异麦芽糖粗液；
b.低聚异麦芽糖粗液经板框过滤，去除水中的颗粒杂质、胶体及悬浮物，再经过超滤膜得到透过液和截留液，透过液进行离子交换，去除液体中大部分无机盐，截留液中含有大部分的转苷酶，返回a步骤转苷反应中充分利用；
c.经过离子交换处理后的料液进入一级纳滤精制纯化，得到一级纳滤浓缩液和一级纳滤透过液；对所述一级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为五糖及五糖以上多糖，产品糖中五糖及五糖以上多糖的总含量为95％；
d.一级纳滤透过液进入二级纳滤，得到二级纳滤浓缩液和二级纳滤透过液；对所述二级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为三糖和四糖，产品糖中三糖和四糖的总含量为95％；
e.二级纳滤透过液进入三级纳滤，得到三级纳滤浓缩液和三级纳滤透过液；对所述三级纳滤浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为二糖，产品糖中二糖的含量为94％；
f.三级纳滤透过液进入反渗透体系，得到反渗透浓缩液和反渗透产水；对所述反渗透浓缩液进行干燥，得到产品糖；对所述产品糖的成分进行分析，结果显示其主要为单糖，产品糖中单糖的含量为94％；反渗透产水是纯水可以回收利用。
步骤a中所述原料淀粉是商品化的淀粉，来源是小麦。
步骤a中的液化、糖化、转苷反应均为常规技术手段，液化采用二次高温喷射液化；
步骤b中超滤膜膜元件材质为聚酯或聚偏氟乙烯，截留分子量为30000da，操作压力0.6mpa，操作温度40℃，ph5；
步骤c中一级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为1000da，操作压力30bar，操作温度60℃，ph5；
步骤d中二级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为600da，操作压力30bar，操作温度60℃，ph5；
步骤e中三级纳滤膜元件材质为聚酰胺，截留分子量为400da，操作压力30bar，操作温度60℃，ph5；
步骤f中反渗透膜膜元件材质为聚酰胺,截留分子量为100da，操作压力30bar，操作温度60℃，ph5；
对比例1
传统制备低聚异麦芽糖的方法如下：
(1)向淀粉原料中加入水调浆浓度，调节ph后加入耐高温α-淀粉酶，制得淀粉浆经液化后，制得液化液；
(3)液化液冷却后，调节ph至6.0～6.5，然后加入麦芽三糖生成酶和普鲁兰酶，保温糖化36～56小时后，80～90℃灭酶活，制得糖化液；
(4)糖化液中加入α-葡萄糖苷转移酶，在55～60℃的条件下反应，灭酶活，制得转苷糖液；
(5)制得的转苷糖液经脱色、过滤、离交、色谱分离、浓缩和干燥后，制得低聚异麦芽糖。
实施例4
经济性比较，对实施例1～3和对比例工艺的经济性进行比较分析，结果如表1所示：
表1经济性比较表
通过表1对比可以看出，与对比例相比，本申请实施例提供的技术方案的经济效益非常显著。
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。