CN101705253B

CN101705253B - 一种木糖母液的处理方法

Info

Publication number: CN101705253B
Application number: CN200910181033XA
Authority: CN
Inventors: 李荣杰; 尚海涛; 邓远德; 郑辉; 陈龙泉
Original assignee: Anhui BBCA Fermentation Technology Engineering Research Co Ltd
Current assignee: Anhui BBCA Fermentation Technology Engineering Research Co Ltd
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN101705253A

Abstract

本发明涉及一种木糖母液的处理方法。本发明先利用酒精酵母菌种发酵木塘母液中的葡萄糖制备酒精，蒸馏得酒精；然后利用木糖醇酵母菌种发酵母液中的木糖制备木糖醇，提取木糖醇，最后提取阿拉伯糖。利用两步发酵法，将木糖母液变废为宝，一方面减少了发酵生产木糖醇时过多的葡萄糖带来的抑制效应，另一方面提高了葡萄糖的利用率，提高了木糖母液的利用率，同时大大降低了作为废水处理的COD；生产过程简单、安全、节能。

Description

一种木糖母液的处理方法

技术领域

本发明涉及生物发酵技术领域，特别地，本发明涉及一种木糖母液的处理方法。

背景技术

木糖是一种重要的功能性食品添加剂和甜味剂，因其具有独特的化学性质和生理功能，特别适用于糖尿病、肥胖病等病人的食疗添加剂，目前木糖醇的生产方法主要是化学法，即采用玉米芯、甘蔗渣等富含聚戊糖的原料，经酸解成含有木糖的水解液，然后经中和、脱色、离子交换、结晶的步骤从水解液中提取木糖。

木糖母液是一种加工木糖后的废液，含有丰富的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖和半乳糖。其中木糖和阿拉伯糖都是五碳糖，较难被微生物利用。目前，木糖醇酵母菌种可以利用其中的木糖并将其转化为木糖醇，但是如果直接利用木糖母液作为木糖醇发酵的培养基，母液中丰富的葡萄糖在发酵过程中形成的次级代谢物会严重抑制木糖转化为木糖醇，使得发酵糖醇收率偏低，因此必须控制木糖醇发酵培养基中葡萄糖的浓度。

目前利用木糖母液的主要途径有以下几种：1、利用木糖母液生产木糖和木糖醇，生产过程复杂，需要把木糖与阿拉伯糖等其它杂质分离开来，同时木糖母液中葡萄糖和阿拉伯糖未能充分利用；2、利用木糖母液生产阿拉伯糖，生产过程复杂，需要对木糖母液作进一步处理；3、利用木糖母液生产糠醛，涉及到高温、高压的合成条件。

本发明通过对木糖母液中各成分的研究，提出一种综合利用木糖母液的方法，一方面可以充分利用母液中丰富的葡萄糖，另一方面，也可以充分利用其中的木糖、阿拉伯糖，不仅大大的提高了木糖母液的利用率，而且降低了木糖母液的COD，降低了废水处理难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种木糖母液的处理方法。

本发明所述的木糖母液的处理方法，是利用两步发酵法，先利用酒精酵母菌种发酵其中的葡萄糖制备酒精，蒸馏得酒精；然后利用木糖醇酵母菌种发酵母液中的木糖制备木糖醇，发酵液先后提取木糖醇和阿拉伯糖。

具体的说，包括以下步骤：

1)将木糖母液作为碳源，配置葡萄糖浓度为2～3％(m/v)的酒精发酵培养基；

2)将酒精酵母菌种接种到酒精发酵培养基中进行培养，直至葡萄糖浓度降至0.3％(m/v)以下终止发酵；

3)发酵醪液经过蒸馏得到酒精，再过滤去除酵母及部分杂质；

4)滤液与木糖母液混配作为碳源，制成含葡萄糖浓度为1.0～1.2％(m/v)，木糖浓度为10～15％(m/v)的木糖醇发酵培养基；

5)将木糖醇酵母菌种接种到木糖醇发酵培养基中进行培养；当发酵液中残木糖浓度低于0.8％(m/v)时结束发酵；发酵结束后过滤发酵液去除酵母和部分杂质，滤液用于先后提取木糖醇和阿拉伯糖。

步骤2)中，所述培养如下进行，先进行有氧培养，通入无菌空气并搅拌；当酵母细胞增殖到OD值为40～60时停止通无菌空气，同时流加木糖母液控制葡萄糖浓度在1～2％(m/v)；当发酵醪液体积达到60～90％装液量时停止流加，继续发酵直至葡萄糖浓度降至0.3％(m/v)以下。

步骤5)中，所述培养如下进行，先进行有氧培养，通入无菌空气并搅拌；当酵母细胞增殖到OD值为20～30时，转入微氧培养。

所述有氧培养是培养过程中通入无菌空气并搅拌，所述无菌空气的流速比为1∶0.4～1∶1。

所述微氧发酵是培养过程中通入无菌空气并搅拌，所述无菌空气的流速比为1∶0.1～1∶0.3。

本发明采用的酒精酵母菌种可为本领域生产乙醇常用的重组酵母菌或细菌，如S.cerevisiae ZU-10；本发明采用的木糖醇酵母菌种可为本领域生产木糖醇常用的酵母菌或细菌，如Candida sp.；

步骤2)和5)的培养温度可根据具体的菌种来确定，一般酒精发酵可选用26～32℃；木糖醇发酵可选用24～32℃；菌种的接种量也由本领域技术人员根据公知常识确定，一般可选自1％～25％，优选5％～10％。

优选的，步骤5)中，所述培养如下进行，先以1∶0.5的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，28～31℃进行有氧培养，当酵母细胞增殖到OD值为20～30时以1∶0.3的流速比通入无菌空气转入微氧培养阶段。

所述发酵培养基，包括所述酒精发酵培养基和所述木糖醇发酵培养基中，还包括氮源和无机盐，所用的氮源为本领域常用的氮源，优选为酵母粉、蛋白胨、玉米浆、尿素中的一种或几种；所用的无机盐也采用本领域常用的无机盐，如硫酸镁、磷酸二氢钾等。

所述过滤可采用本领域常用的过滤方法，如离心、压滤、真空过滤等。

步骤3)和5)过滤后得到的酵母和部分杂质可用于制备饲料。

优选的，本发明的木糖母液的处理方法包括以下步骤：

2)将酒精酵母菌种接种到酒精发酵培养基中进行有氧培养，通入无菌空气并搅拌，当酵母细胞增殖到OD值为40～60时停止通无菌空气进行酒精发酵，同时流加木糖母液控制葡萄糖浓度在1～2％(m/v)；当发酵醪液体积达到60～90％装液量时停止流加，继续发酵直至葡萄糖降至0.3％以下；

5)将木糖醇酵母菌种接种到木糖醇发酵培养基中有氧酵母培养，当酵母细胞增殖到OD值为20～30时转入微氧发酵阶段；当发酵液中残木糖浓度低于0.8％(m/v)时结束发酵。发酵结束后过滤发酵液去除酵母和部分杂质，滤液经过脱色、离交、浓缩、结晶制得木糖醇，结晶母液再经过模拟移动床、浓缩、结晶制得阿拉伯糖。

本发明中，如无特别指明，所用的百分比为质量体积百分比。

本发明所述的木糖母液的处理方法是利用酒精酵母菌种去除母液中的葡萄糖，一方面减少了发酵生产木糖醇时过多的葡萄糖带来的抑制效应，另一方面提高了葡萄糖的利用率；然后将木糖母液中的木糖转化为木糖醇，再经过提取木糖醇和阿拉伯糖两种高附加值产品后，原木糖母液中COD大大降低，不但将木糖母液变废为宝，而且降低了木糖母液的处理费用；生产过程简单、安全、节能。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如无特别指明，实施例中采用的酒精酵母菌种和木糖醇酵母菌种分别为基因工程酵母(S.cerevisiae ZU-10)和假丝酵母(Candidatropicalis)，均购自浙江大学

木糖母液是采用酸法工艺将玉米芯在115℃～125℃条件下水解，经过提取木糖后剩余的加工废液。

经液相检测，某一批次木糖母液获得的数据为葡萄糖14.57％(m/v)，木糖44.76％(m/v)，阿拉伯糖17.42％(m/v)，半乳糖11.63％(m/v)。

实施例1

配制酒精发酵培养基：木糖母液20％(m/v)，酵母粉0.5％(m/v)，玉米浆1.0％(m/v)，磷酸二氢钾0.05％(m/v)，硫酸镁0.075％(m/v)，自来水定容至1.08L，pH自然。采用5L发酵罐。

将酒精发酵培养基在110℃灭菌15分钟，冷却至30℃时接入0.12L培养好的基因工程酵母液体种子(S.cerevisiae ZU-10)。以1∶0.6的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，30℃培养约9小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为40.3，停止通气，维持搅拌转速，继续培养，培养温度升高至33℃，通过流加木糖母液的方式控制发酵培养基的葡萄糖浓度在1～2％(m/v)范围内，当发酵醪液体积达到3.5L时停止流加木糖母液，继续培养至发酵结束。

采用气相色谱法测定，发酵液中酒精浓度达到4.76％(v/v)，发酵周期78小时，糖醇转化率为36.0％，累计使用木糖母液2.54L。

将发酵醪液蒸馏，得到酒精，然后离心分离，收集滤液；滤渣经过蒸发浓缩、干燥、造粒、包装制成DDGS饲料。

实施例2

配制木糖母液20％(m/v)，酵母粉0.5％(m/v)，玉米浆1.0％(m/v)，磷酸二氢钾0.05％(m/v)，硫酸镁0.075％(m/v)，自来水定容至1.08L，pH自然的5L发酵罐酒精发酵培养基。

110℃灭菌15分钟，冷却至30℃时接入0.12L培养好的基因工程酵母液体种子(S.cerevisiae ZU-10)。以1∶0.6的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，30℃培养约11小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为58.8，停止通气，维持搅拌转速，培养温度升高至33℃，通过流加木糖母液的方式控制发酵培养基的葡萄糖浓度在1～2％(m/v)范围内，当发酵醪液体积达到3.5L时停止流加木糖母液，继续培养至发酵结束。

采用气相色谱测定，发酵液中酒精浓度达到5.27％(v/v)，发酵周期64小时，糖醇转化率为39.9％，累计使用木糖母液2.54L。

实施例3

配制木糖母液15％(m/v)，酵母粉0.5％(m/v)，玉米浆1.0％(m/v)，磷酸二氢钾0.05％(m/v)，硫酸镁0.075％(m/v)，自来水定容至0.96L，pH自然的5L发酵罐用酒精发酵培养基。

110℃灭菌15分钟，冷却至30℃时接入0.24L培养好的基因工程酵母液体种子(S.cerevisiae ZU-10)进行培养，先以1∶0.6的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，30℃培养约9小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为52.9，停止通气，维持搅拌转速，培养温度升高至33℃，通过流加木糖母液的方式控制发酵培养基的葡萄糖浓度在1～2％(m/v)范围内，当发酵醪液体积达到3.5L时停止流加木糖母液，继续培养至发酵结束。

采用气相色谱测定，发酵液中酒精浓度达到5.32％(v/v)，发酵周期64小时，糖醇转化率为41.2％，累计使用木糖母液2.48L。

实施例4

配制木糖母液7％(m/v)，经过离心的酒精发酵蒸馏醪液21％(m/v)，酵母粉0.2％(m/v)，蛋白胨0.1％(m/v)，玉米浆0.8％(m/v)，磷酸二氢钾0.1％(m/v)，硫酸镁0.05％(m/v)，自来水定容至3.15L，pH5.0的5L发酵罐用木糖醇发酵培养基。

110℃灭菌10分钟，冷却至31℃时接入0.35L培养好的假丝酵母液体种子。以1∶0.5的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，31℃培养约13小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为22.9，以1∶0.3的流速比通入无菌空气，发酵66小时，结束发酵，木糖醇产率达到7.1％，糖醇转化率达到72.1％。

过滤发酵液去除酵母和部分杂质，滤液经过脱色、离交、浓缩、结晶制得木糖醇，结晶母液再经过模拟移动床、浓缩、结晶制得阿拉伯糖。

实施例5

配制木糖母液7％(m/v)，经过离心的酒精发酵蒸馏醪液37％(m/v)，酵母粉0.3％(m/v)，蛋白胨0.1％(m/v)，玉米浆1.2％(m/v)，磷酸二氢钾0.1％(m/v)，硫酸镁0.05％(m/v)，自来水定容至3.15L，pH5.0的5L发酵罐用木糖醇发酵培养基。

110℃灭菌10分钟，冷却至31℃时接入0.35L培养好的假丝酵母液体种子。以1∶0.5的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，31℃培养约16小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为26.2，以1∶0.3的流速比通入无菌空气，发酵90小时，结束发酵，木糖醇产率达到9.8％，糖醇转化率达到65.5％。

实施例6

配制木糖母液8％(m/v)，经过离心的酒精发酵蒸馏醪液21％(m/v)，酵母粉0.2％(m/v)，蛋白胨0.1％(m/v)，玉米浆0.9％(m/v)，磷酸二氢钾0.1％(m/v)，硫酸镁0.05％(m/v)，自来水定容至3.15L，pH5.0的5L发酵罐用木糖醇发酵培养基。

110℃灭菌10分钟，冷却至31℃时接入0.35L培养好的假丝酵母液体种子。以1∶0.5的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，31℃培养约12小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为22.3，以1∶0.3的流速比通入无菌空气，发酵68小时，结束发酵，木糖醇产率达到7.7％，糖醇转化率达到74.8％。

实施例7

配制木糖母液8％(m/v)，经过离心的酒精发酵蒸馏醪液35％(m/v)，酵母粉0.3％(m/v)，蛋白胨0.1％(m/v)，玉米浆1.3％(m/v)，磷酸二氢钾0.1％(m/v)，硫酸镁0.05％(m/v)，自来水定容至3.15L，pH5.0的5L发酵罐用木糖醇发酵培养基。

110℃灭菌10分钟，冷却至31℃时接入0.35L培养好的假丝酵母液体种子。以1∶0.5的流速比通入无菌空气，搅拌转速300rpm，31℃培养约12小时，细胞浓度光密度(O.D.)值为29.9，以1∶0.3的流速比通入无菌空气，发酵84小时，结束发酵，木糖醇产率达到10.4％，糖醇转化率达到70.4％。。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种木糖母液的处理方法，是利用两步发酵法，先利用酒精酵母菌种发酵其中的葡萄糖制备酒精，蒸馏得酒精；然后利用木糖醇酵母菌种发酵母液中的木糖制备木糖醇，发酵液先后提取木糖醇和阿拉伯糖，

其特征在于，包括以下步骤：

1)将木糖母液作为碳源，配置葡萄糖质量体积浓度为2～3％的酒精发酵培养基；

2)将酒精酵母菌种接种到酒精发酵培养基中进行培养，发酵代谢酒精，直至葡萄糖浓度降至质量体积浓度0.3％以下；

4)滤液与木糖母液混配作为碳源，制成含葡萄糖质量体积浓度为1.0～1.2％，木糖质量体积浓度为10～15％的木糖醇发酵培养基；

5)将木糖醇酵母菌种接种到木糖醇发酵培养基中进行培养，当发酵液中残木糖质量体积浓度低于0.8％时结束发酵；发酵结束后过滤发酵液去除酵母和部分杂质，滤液用于先后提取木糖醇和阿拉伯糖。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤2)中，所述培养如下进行，先进行有氧培养，通入无菌空气并搅拌；当酵母细胞增殖到OD值为40～60时停止通无菌空气，同时流加木糖母液控制葡萄糖质量体积浓度在1～2％；当发酵醪液体积达到60～90％装液量时停止流加，继续发酵直至葡萄糖质量体积浓度降至0.3％以下。

3.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤5)中，所述培养如下进行，先进行有氧培养，通入无菌空气并搅拌；当酵母细胞增殖到OD值为20～30时，转入微氧培养。

4.如权利要求2或3所述的处理方法，其特征在于，所述有氧培养是培养过程中通入无菌空气并搅拌，所述无菌空气的流速比为1∶0.4～1∶1。

5.如权利要求3所述的处理方法，其特征在于，所述微氧发酵是培养过程中通入无菌空气并搅拌，所述无菌空气的流速比为1∶0.1～1∶0.3。

6.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述酒精发酵培养基和所述木糖醇发酵培养基中，还包括氮源和无机盐，所用的氮源为酵母粉、蛋白胨、玉米浆、尿素中的一种或几种；所用的无机盐为硫酸镁、磷酸二氢钾中的一种或几种。

7.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤3)和5)过滤后得到的酵母和部分杂质用于制备饲料。

8.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于包括以下步骤：

2)将酒精酵母菌种接种到含酒精发酵培养基中进行有氧培养，通入无菌空气并搅拌，当酵母细胞增殖到OD值为40～60时停止通无菌空气进行酒精发酵，同时流加木糖母液控制葡萄糖质量体积浓度在1～2％；当发酵醪液体积达到60～90％装液量时停止流加，继续发酵直至葡萄糖质量体积浓度降至0.3％以下；

5)将木糖醇酵母菌种接种到木糖醇发酵培养基中有氧酵母培养，当酵母细胞增殖到OD值为20～30时转入微氧发酵阶段；当发酵液中残木糖质量体积浓度低于0.8％时结束发酵；发酵结束后过滤发酵液去除酵母和部分杂质，滤液经过脱色、离交、浓缩、结晶制得木糖醇，结晶母液再经过模拟移动床、浓缩、结晶制得阿拉伯糖；

6)将步骤3)和步骤5)过滤得到的酵母和部分杂质用做饲料。