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
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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