CN104080920B - 从糖蜜中回收甜菜碱的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种从基本上由糖蜜组成的原料中回收甜菜碱的工艺，包括：i.一个去矿质化步骤，其中使得盐在该糖蜜中的总量达到低于2wt.％的水平(以总干物质)；ii.一个转化步骤，其中该糖蜜经受果聚糖形成酶的作用，以形成一种含有果聚糖的糖蜜(果聚糖‑糖蜜)；iii.一个分离步骤，其中使该果聚糖‑糖蜜经受色谱分离，从而获得一种含有甜菜碱的级分，其中在步骤(iii)之前执行步骤(i)，并且其中在步骤(ii)之前、期间或之后执行步骤(i)。该原料可以替代性地含有稠汁或基本上由稠汁组成。

Description

从糖蜜中回收甜菜碱的工艺
本发明涉及一种从主要由糖蜜组成的原料中回收甜菜碱的工艺。
US-A-5127957公开了这样一种工艺。在该已知的工艺中，甜菜糖蜜的原料溶液被送入一个模拟的移动床色谱系统。用水作为洗脱液。该色谱分离造成了多种级分的形成，除其他之外，一种含有增加的甜菜碱含量的级分，和一种含有增加的蔗糖含量的级分。在US-A-5127957的实例1中，含有增加的甜菜碱含量的级分具有70.9wt.％的甜菜碱(以干物质)和11.1wt.％的蔗糖(以干物质)；含有增加的蔗糖含量的级分具有86.6wt.％的蔗糖(以干物质)和3.3wt.％的甜菜碱(以干物质)。
该已知工艺的缺陷即在于甜菜碱从该糖蜜的其他级分中的分离并不总是理想的。
本发明的目的就是为了克服所述缺陷。
上述目的通过以下工艺实现，该工艺包括：
i.去矿质化步骤，其中盐在糖蜜中的总量达到低于2wt.％的水平(以总干物质)；
ii.转化步骤，其中该糖蜜经受果聚糖形成酶的作用，以形成一种含有果聚糖的糖蜜(果聚糖-糖蜜)；
iii.分离步骤，其中对该果聚糖-糖蜜进行色谱分离，从而获得一种含有甜菜碱的级分，
据此在步骤(iii)之前执行步骤(i)，并且据此在步骤(ii)之前、期间或之后执行步骤(i)。
本发明的工艺的优点在于能够更有效地获得高纯度的含甜菜碱的级分。
本发明的工艺的又一优点在于，本工艺中的一个重要的另外的级分(即含果聚糖级分)如与已知工艺中的含蔗糖级分相比，可以具有与已知工艺中相应的含蔗糖级分相比更高的价值。
Iraj Ghazi等人在J.Agric.Food Chem.,2006,54(8),pp2964-2968上公开了为何将来自甜菜处理的糖浆和糖蜜评估为对于酶合成果糖-低聚糖(FOS)的低成本且可用的底物。一种特征为存在转果糖基酶活性的市售的果胶酶(Pectinex Ultra SP-L，来自棘孢曲霉(Aspergillus aculeatus))作为生物催化剂使用。
本发明的工艺涉及甜菜碱的回收。如在此处的含义，甜菜碱以其甘氨酸甜菜碱或者N,N,N-三甲基甘氨酸的含义使用，是一种除其他之外在甜菜(Beta vulgaris)中存在的两性离子，并且具有以下结构式(I)：
众所周知，甜菜碱在哺乳类动物体内具有多种功能，例如贡献渗透压以及充当甲基供体。这些功能导致了甜菜碱具有一定的市场，因此理想的是以一种有效的方式获得甜菜碱产品。已知甜菜碱的来源组为含有甜菜碱的糖蜜，例如甜菜糖蜜。
在本发明的工艺中，使用了一种原料。在一个主要的实施例中，该原料基本上由糖蜜组成。
如在此所用，除非另有说明，术语“基本上”、“基本上由…组成”、“基本上所有”和等同物具有相对于组合物或工艺步骤在该组合物或工艺步骤中可能会发生的偏差的通常含义，但仅到这样的程度，使得该组合物或工艺步骤的本质特征和效果不会受到这种偏差的实际影响。
此处使用的术语糖蜜具有其普遍含义，即为在蔗糖的制备工艺(特别是在结晶阶段)中形成的一种副产物；此外，在根据本发明的工艺中使用的糖蜜应当含有甜菜碱。如在此所用，术语糖蜜是指在蔗糖的制备工艺中获得的糖蜜，或者是它的稀释液，并且该稀释液优选使用水相处理。如在此处的含义，术语糖蜜也包括已经进行了一种或多种预处理，同时仍继续包含显著量的蔗糖、甜菜碱和盐的糖蜜。这种预处理的一个实例是使蔗糖的量降低在10％、20％、或30％与50％、60％、或甚至70％之间；这种预处理的另一个实例是所谓的软化步骤，目的在于使钙的量降低在10％、20％、30％、或40％与50％、60％、或甚至70％之间。在一个实施例中，糖蜜用水稀释；在另一个实施例中，糖蜜用酒糟稀释。在一个实施例中，糖蜜全部替换成部分发酵的酒糟，据此酒糟应该有足够量的蔗糖以使转化步骤发生。优选地，该甜蜜是一种甜菜糖蜜。众所周知，甜菜糖蜜通常含有(以未稀释的和未预处理的形式的总重量计)在45wt.％与65wt.％之间的蔗糖；典型地在3wt.％与8wt.％之间的甜菜碱；典型地在6wt.％与10wt.％的氨基酸、多肽、或蛋白；小于约1wt.％的更小量的非蔗糖碳水化合物如果糖和葡萄糖；以及大量的其他化合物，例如，有机盐和无机盐。
根据本发明的工艺包括去矿质化步骤(i)，其中盐(有机和无机的)在糖蜜中的总量达到低于2wt.％的水平(以总干物质)。去矿质化步骤本身是已知的；执行该步骤的一种方式是通过色谱法，使用例如树脂如离子交换树脂。该去矿质化步骤可以两个相继的步骤(第一“主”步骤和第二“改善”步骤)的形式来执行。如本领域技术人员已知的，离子交换树脂(如强酸阳离子交换树脂)可以在去矿质化步骤中使用；在此应当指出的是，典型地在树脂中的阳离子主要不是为了被交换而存在，而是用于帮助实现从非离子型化合物(如碳水化合物)中分离离子型化合物(如盐)。优选的是，如果阳离子树脂在去矿质化步骤(i)中使用，阳离子形式的树脂主要是在糖蜜中存在的一种或多种主要阳离子的反映；通常在实践中，这将意味着可以有利地使用以钾盐和/或钠盐形式的树脂。已经发现在去矿质化步骤中，甜菜碱典型地进入非离子型化合物的级分，尽管它是一种两性离子。
优选地，盐在糖蜜中的总量达到低于糖蜜中1.5、1.0、0.75、0.60、0.50、0.40、0.30、0.25、0.20、0.15、0.10、或甚至低于0.08、0.05、0.04、0.03、0.02、或0.01wt.％的总干物质的水平。同时，甜菜碱从糖蜜进入这个或这些含有从糖蜜中分离出来的盐的级分的任何损失应保持在最低限度。优选地，进入去矿质化步骤(i)的甜菜碱的总量的最多40、35、30、25、20、或甚至最多15或10wt.％损失到这个或这些含有从糖蜜中分离出来的盐的级分中。类似地，碳水化合物从糖蜜进入这个或这些含有从糖蜜中分离出来的盐的级分的损失应保持在最低限度。优选地，进入去矿质化步骤(i)的碳水化合物的总量的最多40、35、30、25、20、或甚至15或10wt.％损失到这个或这些含有从糖蜜中分离出来的盐的级分。
在去矿质化步骤(i)中甜菜碱和/或碳水化合物从糖蜜损失的限制可通过已知的方法，如优选通过色谱分离的常规优化来实现。
发现盐在糖蜜中的量的减少对在本发明的工艺的后面执行的分离步骤(iii)的效率具有有益的影响。此外，已经发现去矿质化步骤(i)可以具有以下优点，即可以更有效地制备食品品质的产品(也就是适合于人类摄入的产品)。
在根据本发明的工艺中，糖蜜在转化步骤(ii)中经受果聚糖形成酶的作用。该步骤可采用已知的方法完成。该糖蜜可以直接使用或以稀释的形式使用；优选地，该糖蜜以稀释的形式使用，该稀释优选用水完成。如果某一稀释，或者稀释度的增加，导致所用酶的效率的降低，那么本领域技术人员在常规方式中为了获得特定情形下的最佳条件，该稀释所带来的好处应当与其降低的效率平衡。在一个实施例中，该适当的酶是以其游离形态存在并与糖蜜彻底地混合；这种含有酶的糖蜜被调节到一定的温度和PH条件，使得该酶表现出可观的活性。可替代地，首先使糖蜜达到使得酶能够显示出明显的活性的温度和pH的条件，紧接着是酶的混合。在另一个实施例中，该酶以固定化的形式提供，且该糖蜜也被调节到合适的温度和PH条件同时使其沿着固定化酶流动。
在根据本发明的工艺中所使用的酶应当能够催化从蔗糖形成果聚糖。游离的葡萄糖可能以副产物的形式生成。
在此使用的术语果聚糖具有其作为一个通用术语的普遍含义，即涉及一种糖类材料，该糖类材料主要由果糖基-果糖(frctosyl-frctose)键以及任选的葡萄糖起始部分(starting moiety)组成。该果聚糖的含义包括更多具体的化合物菊粉(其中果糖基-果糖键主要是β(2→1)型)以及左聚糖(其中果糖基-果糖键主要是β(2→6)型)。菊粉和左聚糖均可以是直链或者支链的结构，并且可以都是多分散的形式，也就是以多种聚合度的混合物形式存在，或者可以都是以均相分散的形式存在。
菊粉通常是多分散的，即多种链长度的化合物的混合物，因此单个化合物的聚合度(DP)可在2-100的范围内或者更高。由n个果糖部分组成的一个单个的菊粉化合物经常用式Fn表示，而具有葡萄糖起始部分和m个果糖部分的一个单个的菊粉化合物经常用式GFm表示。如在此所用的术语果糖-低聚糖(缩写为FOS)指的是一种菊粉材料的特殊形式，是单分散的或者是多分散的，其中各化合物的DP在从2至10的范围内，实际上经常为从2至9，或者从2至8或者从2至7。市售的FOS通常是一种具有大约2至5的数均聚合度的多分散材料。从蔗糖合成的FOS化合物典型地组成具有式GFm的化合物的大多数，其中m是该化合物的聚合度减去1。
实际上，FOS也被称作为低聚果糖。此处的术语果糖-低聚糖和低聚果糖可被认为是同义词。
从蔗糖形成果聚糖可通过选择一种具有果糖基转移酶活性的酶而获得。这种酶是已知的，例如分类到酶分类号EC或EC2.4.1.9下的酶。这种酶早期被披露于“使用来自棘孢曲霉的菊粉酶或果糖基转移酶从菊粉或蔗糖生产果糖低聚糖(The Production ofFructooligosaccharides from Inulin or Sucrose Using Inulinase orFructosyltransferase from Aspergillus ficuum)”，Barrie E.Norman&BirgitteDenpun Kagaku vol36，No.2，pp103-111(1989)。
此外，已知一些β-呋喃果糖苷酶或转化酶，即分类号EC3.2.1.26下的酶，也能够具有果糖基转移酶活性并从而能够适合于本发明的工艺中。
而且，具有内菊粉酶活性的酶(例如分类号EC3.2.1.7下的酶)也可能在蔗糖存在的条件下导致果聚糖例如FOS的形成，特别是如果它们在含有40wt.％或50wt.％的蔗糖或者更高的高蔗糖含量的混合物中起作用。
此外，具有左聚糖蔗糖酶活性的酶-例如在分类号EC2.4.1.10下的酶-可适用于根据本发明的方法。
而且，具有菊粉合成酶活性的酶(例如像在EP-A-1298204中披露的酶)能够适合于在根据本发明的方法中使用。
用于本发明的转化步骤中的优选的酶的一个实例是内菊粉酶Novozyme960(供应商：诺维信公司(Novozymes))。用于本发明的转化步骤中的优选的酶的另一个实例是Pectinex Ultra SP-L(供应商：诺维信公司)。根据本发明，该酶也有可能是两种或多种具有果糖基转移酶和/或内菊粉酶活性的酶的混合物。
在本发明的一个主要实施例中，将糖蜜与能够催化从蔗糖形成果糖-低聚糖(FOS)的酶接触。这个主要实施例因此涉及一种根据本发明的工艺，其中在该转化步骤中，糖蜜经受具有内菊粉酶活性和/或果糖基转移酶活性的酶的作用以形成含果糖-低聚糖的糖蜜(FOS-糖蜜)，并且其中该分离步骤是在FOS-糖蜜上执行。
根据本发明的工艺所需要的酶量-正如已知的那样-取决于多种因素，例如工艺温度，原材料的用量，pH，允许的工艺持续时间，以及所希望的转化率。对于本发明的工艺中的这些以及其他相关的因素可通过本领域的技术人员根据在本技术领域中常规的可接受的程序进行确定。
在根据本发明的工艺中，该酶被允许作用于糖蜜一段时间，该时间足够形成含果聚糖的糖蜜，优选为一种含FOS的糖蜜。根据本发明执行该步骤的持续时间主要根据果聚糖量进行选择，优选为所希望的FOS的量。正如技术人员所知，此持续时间通常在0.5或1小时与72小时之间的范围内，优选在1.5或2小时与50小时之间，更优选在3或4小时与36小时之间，在此持续时间内形成含果聚糖的糖蜜(果聚糖-糖蜜)，优选形成含FOS的糖蜜(FOS-糖蜜)。
优选的是在该转化步骤(ii)中，糖蜜中在5wt.％与100wt.％之间的蔗糖得到转化。更优选地是，至少10、20、30、40、50、60、70、80或90wt.％的蔗糖得到转化。特别优选地是基本上所有的蔗糖得到转化。研究发现如果被转化的蔗糖百分比增加，那么随后进行的甜菜碱的回收将更加有效。
假如使用一种游离的、非固定化的酶并且将其混合到糖蜜中，在完成果聚糖-糖蜜(优选为FOS-糖蜜)的形成之后，可能希望的是确保这种酶失去活性。如果是这样的话，就可能需要执行酶失活步骤。该酶的失活可通过已知的方法实现，并且各种特定类型的酶的失活方法各不相同。这样一种失活方法的实例是升高温度至一个例如大约80℃、85℃或90℃的水平，随后是在这样一个升高的温度下在5与30分钟之间的停留时间。暴露于这样一个温度下的另一好处即在于使得任何可能存在的细菌量得到降低。酶失活的方法的另一个实例是UHT(超巴氏灭菌)处理。
已经发现当去矿质化步骤(i)首先被完成，随后进行转化步骤(ii)时，本发明的工艺能够起作用。然而，已经发现当转化步骤(ii)首先被完成，随后进行去矿质化步骤(i)时，本发明的工艺也能够起作用。可以预期的是步骤(i)以及(ii)也可以同时执行。
在本发明的工艺中，对果聚糖-糖蜜进行分离步骤(iii)。该分离步骤可以是在转化步骤中进行也可以是在转化步骤之后进行。优选地，该分离步骤在转化步骤之后进行。在该分离步骤中，该果聚糖-糖蜜经受色谱分离。众所周知，将一种原料经受色谱分离可导致将该原料分离成多个级分。根据本发明的分离应当被完成使得含有甜菜碱的级分形成。本领域技术人员公知在色谱分离中固定相的特定选择能够影响该分离的效果。该色谱分离可通过一些已知的方法进行，例如将果聚糖-糖蜜通过树脂。
在本发明的一个主要实施例中，该分离步骤是通过使用典型地用于离子交换色谱的树脂完成的。正如所知，各种树脂可用于此目的。在本发明的工艺的一个优选实施例中，选择了一种强酸性阳离子交换树脂。这种树脂的一个实例是苯乙烯-DVB树脂，即具有基于苯乙烯与二乙烯基苯DVB共聚的结构的树脂，如DowexTM树脂。
如已经在去矿质化步骤(i)的情况下一样，同样在分离步骤(iii)中使用离子交换树脂的目的主要不是交换离子，事实上，果聚糖-糖蜜将具有非常低的离子量。相反，发现离子交换树脂可以有利地影响对获得含甜菜碱的级分和任选地其他有用的级分的分离效率。还发现如果选择了一种(强酸)阳离子交换树脂，阳离子的选择会影响分离效率。在本发明的一个实施例中，优选基本处于钠盐形式的阳离子交换树脂。在本发明的另一个实施例中，优选基本处于钾盐形式的阳离子交换树脂。在本发明的又另外的实施例中，优选基本处于钙盐形式的阳离子交换树脂。另外优选的实施例包括处于镁盐或铁盐形式的树脂。
在本发明的一个主要实施例中，使用了以混合形式的阳离子交换树脂；这意味着分离步骤是通过使用由处于不同形式的树脂的混合物组成的树脂体系来完成的，即不同于至少它们所处的阳离子形式。在此主要实施例中阳离子的优选的选择是镁、铁、钠、钾、以及钙。更优选地，使用钠、钾、以及钙。
已经发现处于钙形式的树脂的存在的增加可以导致甜菜碱的改进的分离效率；然而，还已经发现处于钙形式的树脂的非常高的百分数可能导致一种情况，即甜菜碱从树脂的释放比糖蜜中所有其他化合物的释放相差很远；而就其本身而言这是一个积极的特征，因为它可以允许直接获得高纯度的含甜菜碱的级分，在某些情况下，例如当含甜菜碱的级分的所希望的纯度不是非常高时，它也可以是不利条件，因为需要使用更高量的洗脱液。因此，在一个优选的实施例中，使用了阳离子交换树脂系统，其中在5wt.％与80wt.％之间的树脂体系由处于钙形式的树脂组成；然后优选在95wt.％与20wt.％之间的树脂体系由处于钠和/或钾形式的树脂组成。优选地，在树脂体系中在6、7、或8与78、76、74、72、或70之间，或者在10与65或60之间，或者在12或14与55或50之间，或者在15与45或40之间，或者在18、20或22与35或30wt.％之间的树脂是处于钙形式。相应地，然后优选在树脂体系中在22、24、26、28、或30与94、93、或92之间，在35和40与90之间，在45或50与88或86之间，在55或60与85之间，或者在65或70与82、80、或78wt.％之间的树脂然后是处于钠和/或钾的形式。
鉴于优选在本发明的分离步骤(iii)的上述主要实施例中具有并保持某些所希望的阳离子组成，所遵循的是，去矿质化步骤(i)应当优选以这样的方式执行，如在以上去矿质化步骤(i)的主要和优选的实施例中所描述的，使得在糖蜜中的阳离子被去除到任何剩余的阳离子不会显著影响在分离步骤(iii)中的树脂体系的阳离子组成的程度。优选地，该去矿质化步骤(i)这样执行，使得当以28wt.％放入水中时，在分离步骤(iii)中获得的这个或这些级分具有最多2mS/cm，优选最多1.5、1、或0.5mS/cm的电导率。更优选地，电导率甚至低于最多400、300、200、或甚至100μS/cm的值。
众所周知，假使在该分离步骤中使用一种树脂，将需要一种特定的常规优化从而选择出最佳的树脂类型，例如，通过改变树脂的交联度。
优选地，该色谱分离在模拟移动床(SMB)系统中完成，或者是SMB系统的进一步发展，例如顺序模拟移动床(SSMB)或者改进模拟流动床(ISMB)。其优点就是使含有甜菜碱的级分的分离步骤和/或回收步骤连续进行。在一个实施例中，选择一种允许同时生产多种级分的系统，如NMCI系统。
令人惊奇的是，研究发现可从果聚糖-糖蜜中回收高纯度的含有甜菜碱的级分。不希望被局限于任何理论，可以预期在色谱分离中，果聚糖，特别是FOS，以及还可能是葡萄糖的行为可能使其以一个比蔗糖更尖、更低分散的峰，从而还可能影响某些其他的化合物的洗脱行为，以利于获得高纯度的甜菜碱。
在本发明的工艺中，获得了一种含有甜菜碱的级分。如此处所指示的，含有甜菜碱的级分是指该级分中的甜菜碱相对于其他的干重组分的比例与进入分离步骤时的果聚糖-糖蜜相比得到提高。优选地，该甜菜碱相对于其他干重组分的比例增加到至少25:75，更优选地增加到40:60，50:50，60:40，70:30，80:20，或者甚至是至少90:10或95:5。
在本发明的工艺中获得的含有甜菜碱的这个或这些级分，如果希望的话，可能经过已知的方法进行进一步加工，例如浓缩步骤，其中通过例如蒸发或者膜技术的方法，可能随后进行结晶步骤，使洗脱液的量降低或甚至使其基本为零。
本发明的工艺还能导致获得一种或多种含有果聚糖的级分。获得含果聚糖级分的一种方法是通过在SMB系统或设计为从进料同时获得多个产物级分的相关的系统(如已知的NMCI系统)中执行分离步骤。由于果聚糖(例如优选FOS)的存在，这样的级分可以在不同的应用(如动物饲料或人类食品)中具有相当大的价值。
在本发明的一个实施例中，分离步骤中是以获得非常高纯度的含果聚糖级分的方式操作的，结合了非常低甚至基本上不存在的甜菜碱的量。在本实施例中优选的是具有果聚糖的量至少为70或80、或甚至90、95、98、或甚至99wt.％(以总的碳水化合物干物质计量)的含果聚糖(优选含FOS)级分，由此甜菜碱的量为最多0.04wt.％(以总的含果聚糖级分干物质计量)，优选最多为0.03、0.02、或甚至最多0.01wt.％。
然而，在本发明的另一个实施例中，分离步骤是以获得的含果聚糖级分具有果聚糖与甜菜碱的有利组合的方式操作。因此，本发明还涉及一种转化的甜菜糖蜜产品，含有至少10wt.％(以总的碳水化合物干物质计量)的果聚糖，优选低聚果糖。优选地，该转化的甜菜糖蜜产品含有至少20、30、40、50、60、65、70、75、或甚至至少80wt.％的果聚糖(以总的碳水化合物干物质计量)，优选果糖-低聚糖。果聚糖(优选果糖-低聚糖)的量优选地最多98或95wt.％(以总的碳水化合物干物质计量)。
本发明的转化的糖用甜菜产品含有另外的在0.05与2.0wt.％之间的甜菜碱(以转化的甜菜糖蜜产品的总的干物质计量)。这具有，相对于仅包含果聚糖的产品，转化的甜菜产品的营养价值提高的优点。甜菜碱的量优选在0.1与1.5wt.％之间(按总干物质)。
本发明的转化的甜菜产品具有低量的有机和无机盐；如果该产品是通过本发明的工艺(其中应用了去矿质化步骤)获得的，这可以实现。优选地，当以28wt.％放入水中时，本发明的转化的甜菜产品具有，最多2mS/cm，优选最多1.5、1、或0.5mS/cm的电导率。更优选地，电导率甚至低于最多400、300、200、或甚至100μS/cm的值。
本发明中转化的甜菜糖蜜产品可获得、优选获得自具有甜菜碱含量的甜菜糖蜜，该甜菜碱含量优选至少2、2.5、3、3.5、或者甚至4wt.％(以总的甜菜糖蜜产品的干重计量)。优选地，该转化的甜菜糖蜜产品含有最多25、20、15、10、5、4、3、2、或者甚至1wt.％的蔗糖(以总的碳水化合物干物质计量)。优选地，该转化的甜菜糖蜜产品含有最多1.0、0.9、0.8、0.7、0.6、或者甚至0.5wt.％的甜菜碱(占总的干重)。此外，转化的甜菜糖蜜产品含有优选最多35、30、25、20、15、10、5、或4或3或甚至最多2.0、1.5、1.0、或0.5wt.％的葡萄糖(以总的碳水化合物干物质计量)。在一个实施例中，转化的甜菜糖蜜产品满足牙齿友好性的指标；如在此所指示的，当一种产品在已知的pH遥测试验中进行测试时不会导致口腔中的pH减少到5.7或更低的水平，该产品被认为是对牙齿友好的。
如上所指出的，本发明的工艺的分离步骤可导致获得多种级分，如含甜菜碱级分和含果聚糖级分。如果以这种方式操作分离步骤，典型地还将形成其他级分，即一种级分，其中典型地在转化步骤中以显著量形成的葡萄糖是主要的干物质贡献者。
在本发明的可替代的主要实施例中，该工艺本身不使用糖蜜，而是稠汁或稠汁与糖蜜的混合物作为原料。如在此所用的，术语稠汁具有它在蔗糖制造工业中通常具有的含义，即从对稀汁执行的蒸发步骤中获得的液体流。如已知的，术语稀汁是指从切片甜菜的含水提取物中获得的纯化的原汁。
如果去矿质化步骤(i)的原料包含或甚至由稠汁组成，碳水化合物(特别是蔗糖)的量典型地会高于其中原料基本上由糖蜜组成的情况。然而，另外的，本发明的步骤可以如上所述执行。如果稠汁与糖蜜的混合物被用作原料，稠汁与糖蜜之间的比例优选在5:95与95:5之间变化，更优选在30:70与70:30之间。
本发明的工艺将通过以下实例进行阐述，但是该实例并不应被理解为限制了本发明的范围。
实例1
去矿质化步骤
将脱钙的甜菜糖蜜(固体含量60白利糖度(Brix))在ISMB中通过色谱法进行去矿质化。色谱柱中的固相是一种阳离子交换树脂系统(DowexTM99/320)，部分处于钾且部分为钠的形式。总树脂体积为9.04L，洗脱液为水，洗脱液/糖蜜比例为5.5，流速为0.5床体积(BV)每小时，温度为80℃。
进料至ISMB的糖蜜的组成在表1中给出。设置ISMB以便获得两种级分：一种盐富集的级分，和一种具有尽可能少的盐的产品级分。这两种级分的组成在表2中给出。
表1
表2
转化步骤
将从去矿质化步骤中获得的产品级分经受转化步骤。在此转化步骤中，将该产品级分与Novozymes960(一种内菊粉酶)接触。这是在6.4的pH、56℃的温度下，进行24小时的时间完成的。所得到的转化的产品级分的组成在表3中给出。
表3
分离步骤
将在转化步骤中获得的转化的产品级分经受分离步骤。这一步骤是在NMCI(新MCI，最初由日本三菱化学公司(Mitsubishi Chemical Co)和日本錬水公司(NipponRensui Co)开发)中执行；所用的树脂系统由DowexTM99/320组成，其中树脂的20wt.％是处于钙形式，并且树脂的80wt.％是处于钾形式。设置NMCI以便获得三个级分：一个FOS级分，一个甜菜碱级分和一个糖级分。主要的操作条件为：温度60℃，流速0.5BV/h，洗脱液(水)/转化的产品级分的比率7.01。所得到的三个级分的组成在表4中给出。
表4
如从表4明显可见，获得了高纯度的甜菜碱级分；这个纯度足以在动物饲料应用中使用该产品。此外，所获得的FOS级分是根据本发明的转化的甜菜糖蜜产品。

Claims (11)

1.从基本上由糖蜜组成的原料中回收甜菜碱的工艺，其中所述糖蜜含有在3wt.％与8wt.％之间的甜菜碱，该工艺包括：
i.一个去矿质化步骤，其中使得盐在该糖蜜中的总量达到以总干物质计最多0.5wt.％的水平；
ii.一个转化步骤，其中该糖蜜经受果聚糖形成酶的作用，以形成一种含有果聚糖的糖蜜(果聚糖-糖蜜)；
iii.一个分离步骤，其中使该果聚糖-糖蜜经受色谱分离，从而获得一种含有甜菜碱的级分，在所述含有甜菜碱的级分中甜菜碱相对于其他干重组分的比例被增加到至少90:10，其中在该分离步骤中使用了一种强酸阳离子交换树脂，该强酸阳离子交换树脂是一种由以下树脂组成的树脂系统：其中在20％与95％之间是处于钠或钾形式的树脂，并且在5％与80％之间是处于钙形式的树脂，
其中在步骤(iii)之前执行步骤(i)，并且其中在步骤(ii)之前、期间或之后执行步骤(i)。
2.根据权利要求1所述的工艺，其中该果聚糖形成酶选自以下各项组成的组：具有内菊粉酶活性的酶、具有果糖基转移酶活性的酶、以及它们的混合物。
3.根据前述权利要求中任一项所述的工艺，其中该去矿质化步骤(i)作为色谱分离来执行，其中一种强酸阳离子树脂在该色谱分离中用作固相。
4.根据权利要求3所述的工艺，其中在该转化步骤中，该糖蜜经受具有内菊粉酶活性和/或果糖基转移酶活性的酶的作用以形成一种含果糖-低聚糖的糖蜜(FOS-糖蜜)，并且其中该分离步骤是在该FOS-糖蜜上执行的。
5.根据权利要求4所述的工艺，其中该分离步骤是在一个模拟移动床(SMB)色谱系统中进行的。
6.根据权利要求5所述的工艺，其中在该分离步骤中除了含有甜菜碱的级分，也获得了含有果聚糖的级分。
7.根据权利要求6所述的工艺，其中该原料含有稠汁或基本上由稠汁组成。
8.根据权利要求1或2所述的工艺，其中在该转化步骤中，该糖蜜经受具有内菊粉酶活性和/或果糖基转移酶活性的酶的作用以形成一种含果糖-低聚糖的糖蜜(FOS-糖蜜)，并且其中该分离步骤是在该FOS-糖蜜上执行的。
9.根据权利要求1或2所述的工艺，其中该分离步骤是在一个模拟移动床(SMB)色谱系统中进行的。
10.根据权利要求1或2所述的工艺，其中在该分离步骤中除了含有甜菜碱的级分，也获得了含有果聚糖的级分。
11.根据权利要求1或2所述的工艺，其中该原料含有稠汁或基本上由稠汁组成。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2386649A1 (en) 2010-05-12 2011-11-16 Tiense Suikerraffinaderij N.V. Process for the recovery of betaine from molasses
WO2015197089A1 (en) * 2014-06-26 2015-12-30 Tiense Suikerraffinaderij N.V. Betaine composition, glucose composition, and uses thereof
CN105566137A (zh) * 2015-12-25 2016-05-11 安徽丰原发酵技术工程研究有限公司 一种从甜菜糖蜜中分离纯化甜菜碱的方法
CN107573253B (zh) * 2017-10-25 2020-03-27 广州英赛特生物技术有限公司 N,n-二甲基甘氨酸有机酸共轭酸盐及其组合物和应用
JP2023520751A (ja) * 2020-03-04 2023-05-19 ジトニー，ボリス 甜菜乾物の定性分布方法、当該方法で得られた製品および当該製品を含む食品
CN112624934A (zh) * 2020-12-08 2021-04-09 武汉美味源生物工程有限公司 从甜菜糖蜜中提取天然甜菜碱的方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127957A (en) * 1988-06-09 1992-07-07 Heikki Heikkila Method for the recovery of betaine from molasses
US6331250B1 (en) * 1997-09-22 2001-12-18 Organo Corporation Method and equipment for chromatographic separation

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3884714A (en) * 1973-07-09 1975-05-20 Pfeiffer & Langen Process for making sugar from molasses by ion removal
JPS62126951A (ja) 1985-11-28 1987-06-09 Nippon Beet Sugar Mfg Co Ltd ビフイズス菌増殖糖質源を含有する甘味料の製造方法
JPH01109000A (ja) * 1987-10-23 1989-04-26 Hokuren Federation Of Agricult Coop:The 甜菜糖液の処理方法
JPH10179200A (ja) * 1996-12-27 1998-07-07 Japan Organo Co Ltd ビート糖液の精製方法および精製装置
EP1298204B1 (en) 2000-06-28 2007-04-04 Fuji Nihon Seito Corporation Novel inulin synthase and process for producing inulin by using the same
FI20002150A (fi) * 2000-09-29 2002-03-30 Finnfeeds Finland Oy Menetelmä tuotteiden talteenottamiseksi prosessiliuoksista
GB2433518A (en) * 2005-12-21 2007-06-27 Danisco Process for the recovery of sucrose and non-sucrose materials
EP2386649A1 (en) * 2010-05-12 2011-11-16 Tiense Suikerraffinaderij N.V. Process for the recovery of betaine from molasses

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5127957A (en) * 1988-06-09 1992-07-07 Heikki Heikkila Method for the recovery of betaine from molasses
US6331250B1 (en) * 1997-09-22 2001-12-18 Organo Corporation Method and equipment for chromatographic separation

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Beet sugar syrup and molasses as low-cost feedstock for the enzymatic production of fructo-oligosaccharides;Ghazi;《J, Agric. Food Chem.》;20061231;第54卷;参见摘要，第2965页 第1栏，第2964页 2栏1段，第2967页 2栏1段

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CA2855787A1 (en) 2013-05-23

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