CN101676399B - 生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法,属于功能糖生产技术领域。本发明完全通过生物转化,以玉米芯为原料生产木糖醇,其工艺方法包括如下步骤:玉米芯的预处理—玉米芯的酶解—液体菌种的制备—木糖醇的发酵生产—发酵液的分离与提纯;采用生物转化玉米芯的工艺生产木糖醇,工序简单、无环境污染,符合环保要求;工艺过程条件温和,常压下操作,易于安全生产;生产收率高,降低了运行成本,提高了产品的市场竞争力,促进了行业的可持续发展。

Description

生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法
技术领域
本发明属于功能糖生产技术领域,具体地说涉及一种采用生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法。
背景技术
木糖醇是一种白色结晶体,其甜度与蔗糖相当,能量相当于葡萄糖,因其具有防龋特性,人体代谢无需胰岛素参加,同时对改善肝功能、治疗急慢性肝炎、急性心肌炎、糖尿病、肾功能衰竭等方面具有较好效果,因此被广泛应用于化工、轻工及国防等领域。
目前木糖醇的生产基本上都是使用化学法,该方法一般以玉米芯、蔗渣等富含戊聚糖的植物纤维为原料,经酸水解及分离纯化得到木糖,再经过高温高压氢化、离子交换、结晶等步骤得到木糖醇。整个工艺包含了一系列复杂的分离纯化过程,回收收率只有玉米芯的10%,且产生污水较多,污染环境严重,同时高温、高压的条件也无法满足安全生产的要求,从而限制了木糖醇的生产。
生物法生产木糖醇,国内自1989年章克昌等人首次报道利用酵母菌转化木糖产木糖醇以来,有关微生物发酵生产木糖醇的报道逐渐增多。但关于生物直接转化玉米芯生产木糖醇,无论国内还是国外报道都很少。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法,以解决现有技术工艺复杂,生产成本高,原料利用率和木糖醇收率低,产生污水较多,污染环境严重,高温、高压的条件也无法满足安全生产的要求等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是完全通过生物转化,以玉米芯为原料生产木糖醇,其工艺方法如下:
1、玉米芯的预处理:将玉米芯清洗干净后,由粉碎机粉碎,过40-80目筛备用;
2、玉米芯的酶解:取上述玉米芯粉,按1∶4-1∶10的重量比例加入纯化水,调节pH值至4.5-6.0,搅拌转速为10-100转/分钟,按玉米芯干物的0.5-5.0%加入半纤维素降解复合酶,控制酶解温度为40-60℃,酶解时间5-30h,然后经板框压滤机过滤,去除废渣,得到的酶解液中糖的重量百分比浓度为5-20%,用高效液相检测酶解液纯度,其中葡萄糖占1-3%,木糖占50-80%,阿拉伯糖占10-30%;
3、液体菌种的制备:在容器中按装液量50-100ml加入MgSO4·7H2O(0.1-0.3g/L)、CaCl2·2H2O(0.05-0.4g/L)、KH2PO4(1-5g/L)、(NH4)2SO4(3-8g/L)、酵母膏(8-12g/L)等微量元素和氮源,同时加入木糖15-30g、葡萄糖20-35g,在100-130℃下灭菌10-30min后,在无菌条件下取菌种转接入上述容器中,控制温度为30-35℃,摇瓶转速为180-220转/分钟,生长繁殖时间10-30h,得到液体菌种备用;
4、木糖醇的发酵生产:将上述步骤2的酶解液浓缩至重量百分比浓度为10-30%,以此为底物,接入上述步骤3制备好的液体菌种,并按体积量加入MgSO4·7H2O(0.1-0.5g/L)、CaCl2·2H2O(0.05-0.3g/L)、KH2PO4(1-5g/L)、(NH4)2SO4(3-8g/L)、酵母膏(8-12g/L),混合均匀后,调节酶解液的pH值为4.0-7.0,控制发酵温度为15-40℃,搅拌转速为100-300转/分钟,时间为50-100h,使酶解液中的木糖转化为木糖醇,得到的发酵液重量百分比浓度为10-30%,用高效液相色谱仪检测发酵液纯度,其中木糖醇占90-100%,乙醇占1-10%,木糖占0-1.0%;
5、发酵液的分离与提纯:将上述发酵液在7000-15000转/分钟的条件下离心,得到澄清发酵液,然后经活性炭脱色和离子交换处理,蒸发浓缩至重量百分比浓度为75-85%,进行结晶,再经离心、干燥工序得到木糖醇成品,产品纯度在99%以上。
本发明的积极效果是:采用生物转化玉米芯的工艺生产木糖醇,工序简单、无环境污染,符合环保要求;工艺过程条件温和,常压下操作,易于安全生产;生产收率高,降低了运行成本,提高了产品的市场竞争力,促进了行业的可持续发展。
附图说明:
附图为本发明的工艺流程图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
实例例:
步骤一、玉米芯的预处理:将玉米芯清洗干净后,取经清洗干燥的玉米芯100kg,经粉碎机粉碎、过60目筛网,得到60目以上的玉米芯粉92kg备用;
步骤二、玉米芯的酶解:将上述玉米芯粉92kg倒入1m3的发酵罐中,按1∶8加入纯化水0.75m3,搅拌均匀后,调节料液的pH值为5.5,搅拌转速为80转/分钟,按玉米芯粉干物的2.0%加入半纤维素降解复合酶1.84kg,控制酶解温度为50℃,酶解时间20h,然后经板框压滤机过滤,去除玉米芯废渣,得到酶解液0.65m3,固形物重量百分比浓度为7.0%;用高效液相色谱仪检测酶解液纯度,其中葡萄糖占1.5%,木糖占75.6%,阿拉伯糖占21.6%,其它杂质为1.3%;
步骤三、在250ml三角瓶中加入16mg MgSO4·7H2O、12mg CaCl2·2H2O、240mgKH2PO4、400mg(NH4)2SO4、800mg酵母膏、20g木糖、30g葡萄糖、30ml纯化水,混合均匀,在110℃下灭菌15min后,在无菌条件下,从保藏的热带假丝酵母--木糖醇生产菌株M2的斜面上取一环菌种,转接入上述250ml三角瓶中,控制温度为32℃,摇瓶转速为200转/分钟,生长繁殖时间20h,得到液体菌种备用;
步骤四、木糖醇的发酵生产:将上述酶解液浓缩至重量百分比浓度为20%,以此为底物,接入上述制备好的液体菌种,加入69g MgSO4·7H2O、35g CaCl2
·2H2O、460g KH2PO4、1150g(NH4)2SO4、2300g酵母膏,混合均匀后,调节酶解液的pH值为5.0,控制发酵温度为30℃,搅拌转速为200转/分钟,时间为72h,使酶解液中的木糖转化为木糖醇,得到的发酵液重量百分比浓度为20%,用高效液相色谱仪检测发酵液纯度,其中木糖醇占96.8%,乙醇占2.62%,木糖占0.58%;
步骤五、发酵液的分离与提纯:将上述发酵液在10000转/分钟的条件下离心,得到澄清发酵液,然后经活性炭脱色和离子交换处理,蒸发浓缩至重量百分比浓度为82%,进行结晶,再经离心、干燥工序得到木糖醇成品31kg,高效液相色谱仪检测,产品纯度为99.58%。

Claims (1)

1.一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法,其特征是完全通过生物转化,以玉米芯为原料生产木糖醇,其工艺方法如下:
步骤一、玉米芯的预处理:将玉米芯清洗干净后,由粉碎机粉碎,过40-80目筛备用;
步骤二、玉米芯的酶解:取上述玉米芯粉,按1∶4-1∶10的重量比例加入纯化水,调节pH值至4.5-6.0,搅拌转速为10-100转/分钟,按玉米芯干物的0.5-5.0%加入半纤维素降解复合酶,控制酶解温度为40-60℃,酶解时间5-30h,然后经板框压滤机过滤,去除废渣,得到的酶解液中糖的重量百分比浓度为5-20%;
步骤三、液体菌株的制备:在容器中按装液量50-100ml加入MgSO4·7H2O0.1-0.3g/L、CaCl2·2H2O 0.05-0.4g/L、KH2PO4 1-5g/L、(NH4)2SO4 3-8g/L、酵母膏8-12g/L,同时加入木糖15-30g、葡萄糖20-35g,在100-130℃下灭菌10-30min后,在无菌条件下取热带假丝酵母——木糖醇生产菌株转接入上述容器中,控制温度为30-35℃,摇瓶转速为180-220转/分钟,生长繁殖时间10-30h,得到液体菌株备用;
步骤四、木糖醇的发酵生产:将上述酶解液浓缩至重量百分比浓度为10-30%,以此为底物,接入上述制备好的液体菌株,并按体积量加入MgSO4·7H2O0.1-0.5g/L、CaCl2·2H2O 0.05-0.3g/L、KH2PO4 1-5g/L、(NH4)2SO4 3-8g/L、酵母膏8-12g/L,混合均匀后,调节酶解液的pH值为4.0-7.0,控制发酵温度为15-40℃,搅拌转速为100-300转/分钟,时间为50-100h,使酶解液中的木糖转化为木糖醇,得到的发酵液重量百分比浓度为10-30%,用高效液相色谱仪检测发酵液的纯度,其中木糖醇占90-96.8%,乙醇占1-10%,木糖占0-1.0%;
步骤五、发酵液的分离与提纯:将上述发酵液在7000-15000转/分钟的条件下离心,得到澄清发酵液,然后经活性炭脱色和离子交换处理,蒸发浓缩至重量百分比浓度为75-85%,进行结晶,再经离心、干燥工序得到木糖醇成品,用高效液相色谱仪检测,产品纯度在99%以上。
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