CN101619327A - 木糖醇及其制备方法与用途 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用复合酶法制备木糖醇的方法，所得到的木糖醇及其用途。该方法是使用d－阿拉伯糖醇、碳酸钙和糖，添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶、木糖醇还原酶与诱导剂木糖醇可以制备得到本发明的木糖醇。该方法连续操作性强；设备投资和操作费用低，操作简单，易实现工业化。木糖醇转化率和产率都很高。采用本发明方法生产出来的木糖醇可用于烟草制品中。
Description
【技术领域】
本发明涉及生物技术领域。更具体地，本发明涉及一种采用复合酶法制备木糖醇的方法，还涉及采用所述方法所得到的木糖醇，还涉及所述木糖醇的用途。
【背景技术】
木糖醇是自然界天然存在的一种糖。近年来由于其特殊的功能性，需求量不断加大。木糖醇具有比蔗糖更低的热量，甜度与蔗糖相当，并且木糖醇具有仿制龋齿的功效。最近的研究表明，木糖醇运用于卷烟中可以作为一种良好的保润剂，比传统甘油、山梨醇等保润剂效果更加显著，而且增加了卷烟清甜香韵，增加了卷烟柔和性，降低了喉部刺激感，提高了卷烟生津回甜的效果。
传统制备木糖醇的主要方法工业化生产木糖醇的方法是：首先水解富含木聚糖(木糖的多聚物)的半纤维素，纯化制得木糖，再经催化氢化，柱层析、重结晶等步骤制得木糖醇。由于整个过程包括一系列复杂的纯化步骤，从木糖到木糖醇的收率大约只有50％-60％，生产成本约为蔗糖的10倍，相对较高的价格限制了木糖醇的使用范围。
生物转化工艺生产木糖醇是可能有效降低生产成本的工艺路线，目前研究多的就是发酵法和酶法制备木糖醇。其中发酵法不需纯化木糖，还可以简化木糖醇的分离步骤。酶法合成则有可能实现连续高效生产，然而采用酶法生产木糖醇研究得比较少，技术还有待进一步完善。因此，本发明人进行了大量研究，终于完成了本发明。
【发明内容】
[要解决的技术问题]
本发明的一个目的是提供一种木糖醇的制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种采用所述方法得到的木糖醇。
本发明的另一个目的是提供一种所述木糖醇的用途。
[技术方案]
本发明是通过下述技术方案实现的。
本发明涉及一种木糖醇的制备方法。该方法的步骤如下：
A、将d-阿拉伯糖醇溶于蒸馏水中配制成浓度35-40重量％水溶液800-1200重量份，用有机酸将该水溶液的pH值调节到6.0-7.0，然后往其中添加10-15重量份碳酸钙和30-40重量份糖，混合均匀后再在温度120℃与压力0.1MPa的条件下进行灭菌10-12min，然后降温至室温；
B、将步骤(A)得到的灭菌反应液转移到生物反应器中，在以搅拌速度300-450rpm/min的搅拌下，将该生物反应器的温度控制在35-40℃，添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.0-5.0重量份，以空气流速50-80mL/min通入净化空气，进行酶解反应8-12h；
C、往步骤B)得到的酶解反应液中添加辅酶NADH 3.0-4.0重量份、木糖醇还原酶3.0-4.0重量份、诱导剂木糖醇2.0-3.0重量份，在以搅拌速度300-450rpm/min的搅拌下，在温度35-40℃与空气流速50-80mL/min的净化空气流下进行酶解反应12-16h，然后在温度70-90℃下加热灭酶15min，该含木糖醇的溶液进行浓缩结晶得到木糖醇。
根据本发明的一种实施方式，所述的有机酸是一种或多种选自乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、柠檬酸或酒石酸的有机酸。
根据本发明的另一种实施方式，所述的糖是一种或多种选自葡萄糖、蔗糖或果糖的糖。
根据本发明的另一种实施方式，所述的净化空气是采用微膜过滤器过滤得到的空气。
根据本发明的另一种实施方式，所得到木糖醇的产率是以底物质量达到95％以上。
本发明还涉及采用本发明方法得到的木糖醇，其特征在于该木糖醇纯度达到99.5重量％以上。
本发明还涉及所述的木糖醇在生产烟草制品中的用途。
在本发明中，所述的烟草制品是卷烟、雪茄烟、烟丝或复烤烟叶。
下面将更详细地说明本发明。
本发明涉及一种木糖醇的制备方法。该方法的步骤如下：
A、将d-阿拉伯糖醇溶于蒸馏水中配制成浓度35-40重量％水溶液800-1200重量份，用有机酸将该水溶液的pH值调节到6.0-7.0，然后往其中添加10-15重量份碳酸钙和30-40重量份糖，混合均匀后再在温度120℃与压力0.1MPa的条件下进行灭菌10-12min，然后降温至室温。
D-阿拉伯糖，白色晶体，是重要的医药中间体和食品添加剂，广泛用于阿拉伯糖胞苷、阿拉伯糖腺苷、D-核糖、L-核糖、去氧核糖、L-阿拉伯糖及新型高档食品甜味剂阿拉伯糖醇等的合成原料、中间体。D-阿拉伯糖为生物化学合成产品。
在本发明中，有机酸应该理解是d-阿拉伯糖醇水溶液的酸化剂，用于调节该水溶液的pH值。
所述的有机酸是一种或多种选自乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、柠檬酸或酒石酸的有机酸。优选地，所述的有机酸是一种或多种选自乙酸、丙酸、丁酸、柠檬酸或酒石酸的有机酸。更优选地，所述的有机酸是一种或多种选自乙酸、丙酸、柠檬酸或酒石酸的有机酸。
所述的糖是一种或多种选自葡萄糖、蔗糖或果糖的糖。优选地，所述的糖是葡萄糖或果糖的糖。更优选地，所述的糖是葡萄糖。
所述的d-阿拉伯糖醇、碳酸钙和糖的用量在所述的范围内实施应该是优选的，但超过这个范围不很多时也可以实施。
B、将步骤(A)得到的灭菌反应液转移到生物反应器中，在以搅拌速度300-450rpm/min的搅拌下，将该生物反应器的温度控制在35-40℃，添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.0-5.0重量份，以空气流速50-80mL/min通入净化空气，进行酶解反应8-12h。
所述的生物反应器是本技术领域的技术人员熟知的反应器，也是在本技术领域中最普遍使用的反应器。
空气是采用微膜过滤后的无菌空气。膜分离是利用天然或人工制备的、具有选择透过性能的薄膜对双组分或多组分液体或气体进行分离、分级、提纯或富集的过程。微膜技术利用筛孔分离，在压力差的推动下，空气中的氧、氮分子可以透过这种膜，而大的粒子例如细菌则被膜截留，于是达到净化空气的目的。本发明使用的微膜过滤器是目前市场上普遍销售的产品。
阿拉伯糖醇氧化脱氢酶也目前市场上普遍销售的产品。
C、往步骤B)得到的酶解反应液中添加辅酶NADH 3.0-4.0重量份、木糖醇还原酶3.0-4.0重量份、诱导剂木糖醇2.0-3.0重量份，在以搅拌速度300-450rpm/min的搅拌下，在温度35-40℃与空气流速50-80mL/min的净化空气流下进行酶解反应12-16h，然后在温度70-90℃下加热灭酶15min，该含木糖醇的溶液进行浓缩结晶得到木糖醇。
所述的辅酶NADH、木糖醇还原酶、诱导剂木糖醇都是目前在市场上普遍销售的产品。
其木糖醇产率是以底物重量计95％以上。
本发明得到的产物木糖醇是采用高效液相色谱测定的，其高效液相色谱分析条件如下：shodexSC1211柱子(showa denko)流动相：50％乙腈/50％50ppmCa-EDTA水溶液；流速：0.8mL/min；温度：65℃；检测器：RIdetector。
本发明还涉及采用本发明方法得到的木糖醇，其特征在于该木糖醇纯度达到99.5重量％以上。
本发明还涉及所述的木糖醇在生产烟草制品中的用途。
在本发明中，所述的烟草制品是卷烟、雪茄烟、烟丝或复烤烟叶。
本发明涉及采用本发明方法所得到的木糖醇生产的烟草制品，其特征在于所述的烟草制品含有以该烟草制品总重量计0.01-1.0重量％的所述木糖醇。
优选地，所述的烟含有以该烟草制品总重量计0.5重量％的所述木糖醇。
将本发明制得的烟用木糖醇，按照烟草制品重量的0.01％-1.0％用于烟草薄片，中低档烤烟烟丝。可以依照常规加香工艺程序将本发明制得的烟用木糖醇与其它烟用添加剂一起喷洒在烟丝或涂布在烟草薄片上，然后在恒温恒湿箱中平衡48小时，再打烟或切丝打烟制成烟支。
[有益效果]
本发明涉及酶法制备木糖醇，该方法连续操作性强；设备投资和操作费用低，操作简单，易实现工业化。该工艺流程在常温常压下进行，具有能耗低、设备简单、操作安全等特点，其木糖醇转化率和产率都很高。该方法符合国家节能降耗的政策，有利于保护环境，而且生产出来的木糖醇属于天然产品，可用于烟草制品中，与工业合成法相比具有安全、绿色的特点，符合当代人群的消费理念。
【具体实施方式】
下面将通过实施例更详细地说明本发明，而这些实施例并不试图限制本发明的保护范围。
实施例1：
本发明木糖醇的制备方法如下：
A、将d-阿拉伯糖醇溶于蒸馏水中配制成浓度40重量％水溶液1000g，用乙酸将该水溶液的pH值调节到6.5，然后往其中添加10g碳酸钙和30g葡萄糖，采用搅拌混合均匀后再在温度120℃与压力0.1MPa的条件下进行灭菌10min，然后降温至室温；
B、将步骤A)得到的灭菌反应液转移到生物反应器中，在以搅拌速度300rpm/min的搅拌下，将该生物反应器的温度控制在40℃，添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.0g，以空气流速50mL/min通入使用微膜过滤器过滤进行净化的空气，进行酶解反应12h；
C、往步骤B)得到的酶解反应液中添加辅酶NADH 3.0g、木糖醇还原酶3.0g、诱导剂木糖醇2.0g，在以搅拌速度300rpm/min的搅拌下，在温度40℃与空气流速50mL/min的所述净化空气流下进行酶解反应12h，然后在温度80℃下加热灭酶15min，再采用高速离心机去除溶液中剩余的碳酸钙、蛋白等固体杂质，然后在压力0.08-0.5MPa与温度60-40℃的条件下进行减压浓缩得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.6重量％；其木糖醇产率以底物重量计是96％。
实施例2：
本发明木糖醇的制备方法如下：
A、将d-阿拉伯糖醇溶于蒸馏水中配制成浓度35重量％水溶液1000g，用乙酸将该水溶液的pH值调节到7.0，然后往其中添加15g碳酸钙和30g葡萄糖和果糖1∶1(重量)混合物，采用搅拌混合均匀后再在温度120℃与压力0.1MPa的条件下进行灭菌10min，然后降温至室温；
B、将步骤A)得到的灭菌反应液转移到生物反应器中，在以搅拌速度450rpm/min的搅拌下，将该生物反应器的温度控制在35℃，添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.0g，以空气流速50mL/min通入使用微膜过滤器过滤进行净化的空气，进行酶解反应12h；
C、往步骤B)得到的酶解反应液中添加辅酶NADH 3.5g、木糖醇还原酶3.5g、诱导剂木糖醇3.0g，在以搅拌速度450rpm/min的搅拌下，在温度35℃与空气流速50mL/min的所述净化空气流下进行酶解反应12h，然后在温度80℃下加热灭酶15min，再采用高速离心机去除溶液中剩余的碳酸钙、蛋白等固体杂质，然后在压力0.08-0.5MPa与温度60-40℃的条件下进行减压浓缩得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.5重量％；其木糖醇产率以底物重量计是97％。
实施例3：
本发明木糖醇的制备方法如下：
按照与实施例1相同方式进行，只是使用蔗糖与添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.5g得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.6重量％；其木糖醇产率以底物重量计是96％。
实施例4：
本发明木糖醇的制备方法如下：
按照与实施例1相同方式进行，只是使用蔗糖、葡萄糖和果糖1∶1∶1(重量)混合物与添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.8g得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.8重量％；其木糖醇产率以底物重量计是98％。
实施例5：
本发明木糖醇的制备方法如下：
按照与实施例1相同方式进行，只是使用40g蔗糖、葡萄糖和果糖1∶1∶1(重量)混合物与15g碳酸钙得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.8重量％；其木糖醇产率以底物重量计是98％。
实施例6：
本发明木糖醇的制备方法如下：
按照与实施例2相同方式进行，只是使用丙酸将该水溶液的pH值调节到6.4与添加辅酶NADH4.0g、木糖醇还原酶4.0g、诱导剂木糖醇3.0g得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.6重量％；其木糖醇产率以底物重量计是96％。
实施例7：
本发明木糖醇的制备方法如下：
按照与实施例2相同方式进行，只是使用柠檬酸将该水溶液的pH值调节到6.2与添加辅酶NADH3.2g、木糖醇还原酶3.6g、诱导剂木糖醇2.6g得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.5重量％；其木糖醇产率以底物重量计是95％。
实施例8：
本发明木糖醇的制备方法如下：
按照与实施例2相同方式进行，只是使用酒石酸将该水溶液的pH值调节到6.6与添加辅酶NADH3.6g、木糖醇还原酶3.4g、诱导剂木糖醇2.4g得到本发明的木糖醇产物。该产物采用采用高效液相色谱分析确定，其含量达到99.7重量％；其木糖醇产率以底物重量计是98％。
Claims (9)
1、一种木糖醇的制备方法，其特征在于该方法的步骤如下：
A、将d-阿拉伯糖醇溶于蒸馏水中配制成浓度35-40重量％水溶液800-1200重量份，用有机酸将该水溶液的pH值调节到6.0-7.0，然后往其中添加10-15重量份碳酸钙和30-40重量份糖，混合均匀后再在温度120℃与压力0.1MPa的条件下进行灭菌10-12min，然后降温至室温；
B、将步骤A)得到的灭菌反应液转移到生物反应器中，在以搅拌速度300-450rpm/min的搅拌下，将该生物反应器的温度控制在35-40℃，添加阿拉伯糖醇氧化脱氢酶4.0-5.0重量份，以空气流速50-80mL/min通入净化空气，进行酶解反应8-12h；
C、往步骤B)得到的酶解反应液中添加辅酶NADH 3.0-4.0重量份、木糖醇还原酶3.0-4.0重量份、诱导剂木糖醇2.0-3.0重量份，在以搅拌速度300-450rpm/min的搅拌下，在温度35-40℃与空气流速50-80mL/min的净化空气流下进行酶解反应12-16h，然后在温度70-90℃下加热灭酶15min，该含木糖醇的溶液进行浓缩结晶得到木糖醇。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机酸是一种或多种选自乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、柠檬酸或酒石酸的有机酸。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的糖是一种或多种选自葡萄糖、蔗糖或果糖的糖。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的净化空气是采用微膜过滤器过滤得到的空气。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在压力0.08-0.5MPa与温度60-40℃的条件下进行减压浓缩。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于所得到木糖醇产率是以底物质量达到95％以上。
7、根据权利要求1-6中任一项权利要求所述方法得到的木糖醇，其特征在于该木糖醇纯度达到99.5重量％以上。
8、根据权利要求7所述的木糖醇在生产烟草制品中的用途。
9、根据权利要求8所述的用途，其特征在于所述的烟草制品是卷烟、雪茄烟、烟丝或复烤烟叶。
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|---|---|---|---|---|
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| CN106072755A (zh) * | 2016-07-20 | 2016-11-09 | 湖北中烟工业有限责任公司 | 一种用于卷烟调香的还原糖的制备方法及应用 |
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