CN101323870A - 一种生物发酵木糖醇和阿拉伯糖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明主要提供一种利用玉米芯生产木糖醇和阿拉伯糖的发酵工艺和提纯工艺，涉及高得率高纯度木糖醇和阿拉伯糖的制备方法。通过玉米芯水解液、发酵、超滤、离子交换、脱色、蒸发浓缩、分离提纯结晶等工艺得到高纯度木糖醇和阿拉伯糖晶体，采用生物发酵工艺和糖醇分离系统，使产品的得率大大提高。本发明发酵工艺独特，首创性利用酵母菌和玉米芯废弃物生产木糖醇和阿拉伯糖，同时减少了污染和耗能，为玉米芯高附加值合理利用开创了一条工业化道路。
Description
技术领域
本发明也是采用生物与化学相结合的生产方法，发酵工艺独特，首创性利用酵母菌和玉米芯废弃物生产木糖醇和阿拉伯糖，同时减少了污染和耗能，为玉米芯高附加值合理利用开创了一条工业化道路。
技术背景稻壳、玉米芯、花生壳和甘蔗渣等农产品加工业副产品总量超过1亿吨，大部分可用于生产各种化工产品。同时这些玉米芯、棉籽皮、甘蔗渣、桦木碎屑等都可以作为生产木糖醇的原料。其中玉米年产量11亿～1.3亿吨，每年有2000万吨的玉米芯，经过一次加工，可增值1-2倍；经过二次加工，可增值5-10倍；经过三次加工，可增值几十倍甚至上百倍。玉米芯原本只能当作柴火或废弃物，如今以玉米芯为原材料，广泛用于生产木糖醇、康醇等精细化工，形成了一条以玉米芯为源头，逐渐向下游延伸的产业链条。同时玉米芯的残渣可以制成肥料，对改良盐碱地和提高土壤肥力具有良好作用。目前，国内生产木糖醇主要是利用玉米芯作为原料生产，利用稀酸水解和加氢的方法生产木糖醇，木糖化学催化加氢法是目前工业生产木糖醇的主要方法，但这一生产工艺需要单独制氢，并要在高温高压下反应，工艺复杂、安全性差。由于反应无专一性，必须以价格较高的纯木糖为原料，否则产品中会有多种杂醇不易分离而影响质量，成本较高。同时耗能高，污染环境，耗水量大。
木糖醇是一天然甜味剂，具有很好的保健医疗作用，对对糖尿病人与糖耐量增高者等特殊人群和需要减肥的人群尤为有益。与木糖醇相比，作为5碳糖的L-阿拉伯糖具有的生理功能更为奇特。近年来国际生理学家和营养学家就L-阿拉伯糖在肠道内对糖类代谢的作用做了一系列深入研究，发现L-阿拉伯糖对蔗糖的代谢转化具有显著阻断作用，使得它在减肥、控制糖尿病等方面的应用前景看好。据文献报道，只要在普通蔗糖中添加2％的L-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局和日本厚生省批准列入健康食品添加剂，国际市场对木糖醇和阿拉伯糖的需求越来越大。
中国专利号CN1107117C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(玉米肤皮)、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CN101100685A生产的原料也是利用玉米外壳(玉米肤皮)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，不涉及其他产品的生产。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。
本发明的工艺流程如图1所示。本发明也是采用生物与化学相结合的生产方法，发酵工艺独特，首创性利用酵母菌和玉米芯废弃物生产木糖醇和阿拉伯糖，同时减少了污染和耗能，为玉米芯高附加值合理利用开创了一条工业化道路。
本发明所提供的利用玉米芯废弃物生产木糖醇和阿拉伯糖的新方法，其步骤操作如下：
1一种制备木糖醇和阿拉伯糖的方法
1将玉米芯废弃物清洗浸泡除去杂质
2粉碎浸泡过的玉米芯投入到水解槽，用0.5％-2％稀酸水解
3玉米芯水解的温度在120℃-125℃，水解时间为1.5-2.5小时
4氢氧化钙调节水解液的pH值到5.5-7.0，充分析出硫酸钙后除去沉淀
5酵母菌发酵48-96小时来除去杂糖
6活性碳进行玉米芯水解液的发酵液的脱色
7用超滤设备除去部分色素和杂质
8离子交换树脂对发酵进行脱盐除杂
9利用糖醇分离器分离木糖醇和阿拉伯糖
10蒸发结晶得到阿拉伯糖和木糖醇
本发明采用了生物与化学相结合的生产方法，利用价格比较廉价的玉米芯作为原料，通过稀酸水解、发酵、离子交换、分离、提纯、结晶等手段，制备生产出纯度较高的木糖醇和阿拉伯糖，生产成本低，耗能小，更有利于环境的保护，而产品的附加值高
1木糖醇的法达到，产品的得率在85％以上
2耗能为降低40％以上，节水50％以上
3产品可以广泛地用于食品和医药行业，更有利于健康
4木糖醇和阿拉伯糖的得率大大提高，简化了生产工艺流程
具体实施方式
实施例1：用本发明的方法制备木糖醇和阿拉伯糖
称取玉米芯500公斤，粉碎后用水浸泡除去杂质，按照玉米芯与1％的稀硫酸1∶5的固液比配比，在120-125℃的条件下水解玉米芯2小时，水解液冷却后，调节水解液的pH值到5.5-7.0，用酵母菌发酵48-72小时得到木糖醇和阿拉伯糖，利用超滤设备除去部分色素和杂质，超滤的孔径大小在3000-7000道尔，通过732型阳离子交换树脂和D1或717型的阴离子交换树脂进行水解液的脱盐除杂，利用糖醇分离器分别得到木糖醇和阿拉伯糖的溶液，蒸发浓缩，加入无水乙醇，室温下放置24小时结晶，分别得到63公斤木糖醇晶体和13公斤阿拉伯糖。
实施例2：用本发明的方法制备木糖醇和阿拉伯糖
称取玉米芯1000公斤，粉碎后用水浸泡除去杂质，按照玉米芯与0.7％的稀盐酸1∶4的固液比配比，在120-125℃的条件下水解玉米芯2小时，水解液冷却后，调节水解液的pH值到5.5-7.0，用酵母菌发酵48-72小时得到木糖醇和阿拉伯糖，利用超滤设备除去部分色素和杂质，超滤的孔径大小在3000-7000道尔，通过732型阳离子交换树脂和D1或717型的阴离子交换树脂进行水解液的脱盐除杂，利用糖醇分离器分别得到木糖醇和阿拉伯糖的溶液，蒸发浓缩，分别加入无水乙醇和木糖醇的晶种、无水乙醇和阿拉伯糖的晶种，室温下放置结晶，分别得到150公斤木糖醇晶体和30公斤阿拉伯糖。
实施例3：用本发明的方法制备木糖醇和阿拉伯糖
称取玉米芯1500公斤，粉碎后用水浸泡除去杂质，按照玉米芯与2％的草酸1∶4的固液比配比，在120-125℃的条件下水解玉米芯2小时，水解液冷却后，调节水解液的pH值到5.5-7.0，用酵母菌发酵48-72小时得到木糖醇和阿拉伯糖，利用超滤设备除去部分色素和杂质，超滤的孔径大小在3000-7000道尔，通过732型阳离子交换树脂和D1或717型的阴离子交换树脂进行水解液的脱盐除杂，利用糖醇分离器分别得到木糖醇和阿拉伯糖的溶液，蒸发浓缩，分别加入无水乙醇和木糖醇的晶种、无水乙醇和阿拉伯糖的晶种，室温下放置结晶，分别得到240公斤木糖醇晶体和47公斤阿拉伯糖。
Claims (11)
1、所述的制备方法，其特征是玉米芯最好放置0.5-3年的玉米芯，先浸泡后进行粉碎。部分浸泡后的废水进行循环利用，有利于提高水解液的含糖量。
2、权利要求制备方法所用的稀酸为硫酸、盐酸、草酸等，利用1％的硫酸进行水解，水解液为1.5-2.5小时，物料比为1∶5或1∶4。
3、调节pH值的方法，调节水解液的pH值到5.5-7.0。
4、生物转化玉米芯水解液含糖量在15％-45％之间。
5、发酵条件，温度为25℃-40℃，最好控制在30℃左右，发酵时间在48小时-96小时之间，最好控制在72小时左右完成。
6、发酵方式，主要是分批或连续加入水解液。
7、用活性碳对发酵液的脱色，活性碳用量为发酵液的1％，活性碳可以连续使用，脱色的pH值为6.5，温度为40℃左右，脱色时间为60-150分钟。
8、利用超滤设备除去部分色素和杂质，超滤的孔径大小在3000-7000道尔。
9、离子交换树脂对发酵进行脱盐除杂，所用的阳离子交换树脂为732型，阴离子交换树脂为D1或717型。
10、发酵液通过脱盐除杂后，发酵液通过糖醇分离器分离木糖醇和阿拉伯糖。
11、真空浓缩发酵液至原体积的1/2，加入无水乙醇，常温下结晶。
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