CN104232692A

CN104232692A - 一种糖蜜的预处理方法及其所得糖蜜的应用

Info

Publication number: CN104232692A
Application number: CN201410417055.2A
Authority: CN
Inventors: 陈可泉; 何珣; 张弘; 王震; 欧阳平凯
Original assignee: Nanjing Tech University
Current assignee: Nanjing Tech University
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2014-12-24

Abstract

本发明公开了一种将糖蜜脱毒的预处理方法，尤其涉及一种将糖蜜降黏、脱色的预处理方法，其特征在于包括胶体絮凝、重金属离子脱除、滤渣回收、脱色、色素回收步骤，糖蜜原料被中和后与磷酸三钙混合，常温下离心获得的固体回收作为沼气发酵底物，液体进一步酸化后再离心，获得的固体仍回收作为沼气发酵底物，液体与活性炭混合，混合物常温过滤后分别收集脱毒糖蜜滤液和活性炭，滤液作为化学品合成底物，截留的活性炭中加入乙醇回收色素，活性炭从而再生利用。本发明将糖蜜原料高效降黏、脱色和去除重金属离子，提高原料的转化效率和利用率，弥补了现有糖蜜预处理方法中能耗大，转化率低等不足。

Description

一种糖蜜的预处理方法及其所得糖蜜的应用

技术领域

本发明属于生物化工技术领域，具体涉及一种将糖蜜预处理方法及其所得蜜糖和蜜糖的应用，尤其涉及一种将糖蜜降黏、脱色的预处理方法。

背景技术

糖蜜，主要是指制糖工业上不能再用于煮制糖品的废糖蜜，资源丰富，价格低廉。糖蜜中含糖量高，目前国内外常以糖蜜为原料生产酒精、谷氨酸、酵母、抗生素、饲料、表面活性剂等。但糖蜜不经处理直接发酵或转化时会有以下原因影响发酵的效果：1）过量的金属离子和营养物质使得菌株过度生长，阻碍产品积累；2）过量的生物素，需要外源添加抑制其作用的物质，增加产品工艺复杂性；3）黑褐色色素，影响成品色泽，同时在发酵时会对细胞产生毒害作用；4）胶体物质粘度大，致使发酵中泡沫较多，对于提取也带来困难；5）较多的钙质不利于产品的提取。因此，对糖蜜原料进行预处理对提高糖蜜的转化率具有重要意义。余炜等（2005）比较了几种甘蔗糖蜜的预处理方法对L-亮氨酸生物合成的影响，发现硫酸处理可使糖蜜中可溶性的灰分和胶体分解，并促使蔗糖转化为单糖，而活性炭处理可以除掉糖蜜中大量的生物素，同时也可以使部分胶体沉淀，使糖蜜变得澄清。但是单一的硫酸法或活性炭法处理糖蜜，会消耗大量的能量、酸碱、活性炭，对环境造成污染。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种将糖蜜高效脱毒的预处理方法，通过该方法可以降低糖蜜的黏度和色素浓度，提高原料转化率，有效降低成本，提高经济性，以此改进现有糖蜜预处理方法中能耗大，转化率低等不足。

本发明的第二目的是提供一种由经上述方法预处理过的糖蜜。

本发明的第三目的是提供上述糖蜜作为发酵底物的应用。

一、为实现本发明的第一个目的，本发明的技术方案为：

一种将糖蜜高效脱毒的预处理方法，尤其涉及一种将糖蜜降黏、脱色的预处理方法，其特征在于包括胶体絮凝、重金属离子脱除、滤渣回收、脱色、色素回收步骤，糖蜜原料被中和后与磷酸三钙混合，常温下离心获得的固体回收作为沼气发酵底物，液体进一步酸化后再离心，获得的固体仍回收作为沼气发酵底物，液体与活性炭混合，混合物常温过滤后分别收集脱毒糖蜜滤液和活性炭，滤液作为化学品合成底物，截留的活性炭中加入乙醇回收色素，活性炭从而再生利用。

本发明技术方案的具体步骤如下：

a) 胶体絮凝

糖蜜原料被1 mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，与0.3%-3%（w/v）磷酸三钙混合后煮沸2-10 min，冷却至室温后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；

b）重金属离子脱除

将步骤a)获得的液体用0.5 mol/L的H₂SO₄溶液调至pH 2.0-4.0，并在室温下静置4-10 h后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；

c) 脱色

将步骤 b）获得的液体中加入0.2%-1%（w/v）活性炭，混合均匀后振荡10-45 min，转速150-250 rpm，常温下过滤后分别回收滤液和活性炭，滤液为脱毒糖蜜。

优选的，所述的步骤还包括滤渣回收，具体为将步骤 a) 和步骤b）获得的固体，作为沼气发酵的底物。

优选的，所述的步骤还包括色素的回收，具体为将步骤c) 中脱色和过滤后得到的活性炭中按体积比1:1加入乙醇，摇床振荡30-60 min，转速100-200 rpm，过滤得到的液体经过浓缩后得到褐色粉末色素产品。

优选的，所述的过滤是采用孔径为0.45 μm的滤纸或滤膜。

优选的，所述的浓缩温度在50-60 ℃。

优选的，步骤 a)所述的糖蜜包括甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜。

优选的，步骤 b）所述的重金属离子为Cr⁶⁺、Co³⁺、Se⁶⁺、Hg²⁺、Mn⁴⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Pb²⁺。

本发明的第三目的是提供上述糖蜜作为发酵底物的应用。

本发明的有益效果：首先，适用范围十分广泛，该方法可以将所有糖蜜作为预处理原料；其次，本方法在常温条件操作，无需严格控制温度参数，不仅能大大降低生产能耗，而且能降低生产过程中的操作控制要求，即减少生产操作人员的培训成本及生产。安全隐患；再次，本方法中使用的酸碱溶液浓度低，节省了生产和回收成本；最后，将预处理残余物进行沼气生产，色素回收，整个流程无污染物排放，工艺绿色友好；最后，糖蜜预处理过程不仅可以与赖氨酸和苯丙氨酸等氨基酸、丁二酸等有机酸、单细胞蛋白等发酵工业产品后续生产过程的耦合，能大大降低化学品生产成本，还可用于生产糖苷类表面活性剂、蔗糖脂肪酸酯等化工产品，用途极为广泛。

具体实施方式

下面的实施例对本发明方法作详细说明，但对本发明没有限制。

本发明中糖蜜黏度、金属离子和色素浓度测定方法：

1）金属离子浓度通过重金属测定仪测定；

2）黏度通过黏度计测定；

3）色素浓度是通过紫外分光检测器测定，测定样品在光波长395 nm处的OD值，

降低的数据即是样品处理前后的测定值差值。

实施例1 说明糖蜜的预处理方法

葡萄糖蜜原料被1 mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，与0.3%（w/v）磷酸三钙混合后煮沸2 min，冷却至室温后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；将胶体絮凝后获得的液体用0.5 mol/L的H₂SO₄溶液调至pH 2.0，并在室温下静置4 h后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；混合胶体絮凝和重金属离子脱除后获得的固体，作为沼气发酵的底物；重金属离子脱除后获得的液体中加入0.2%（w/v）活性炭，混合均匀后振荡10 min，转速150 rpm，常温下过滤后分别回收滤液和活性炭，滤液为脱毒糖蜜；将脱色和过滤后得到的活性炭中按体积比1:1加入乙醇，摇床振荡30 min，转速100 rpm，过滤得到的液体经过60 ℃浓缩后得到褐色粉末色素产品。预处理后葡糖糖蜜黏度降低90%，色素浓度降低95%，金属离子Cr⁶⁺、Co³⁺、Se⁶⁺、Hg²⁺、Mn⁴⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Pb²⁺浓度分别降低35%、42%、33%、45%、41%、49%、55%、23%、66%、89%。

实施例2 说明糖蜜的预处理方法

玉米糖蜜原料被1 mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，与3%（w/v）磷酸三钙混合后煮沸10 min，冷却至室温后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；将胶体絮凝后获得的液体用0.5 mol/L的H₂SO₄溶液调至pH 4.0，并在室温下静置4 h后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；混合胶体絮凝和重金属离子脱除后获得的固体，作为沼气发酵的底物；重金属离子脱除后获得的液体中加入0.5%（w/v）活性炭，混合均匀后振荡45 min，转速250 rpm，常温下过滤后分别回收滤液和活性炭，滤液为脱毒糖蜜；将脱色和过滤后得到的活性炭中按体积比1:1加入乙醇，摇床振荡60 min，转速200 rpm，过滤得到的液体经过50 ℃浓缩后得到褐色粉末色素产品。预处理后玉米糖蜜黏度降低98%，色素浓度降低98%，金属离子Cr⁶⁺、Co³⁺、Se⁶⁺、Hg²⁺、Mn⁴⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Pb²⁺浓度分别降低42%、46%、53%、65%、71%、69%、67%、86%、87%、100%。

实施例3说明糖蜜的预处理方法

甘蔗糖蜜原料被1 mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，与1%（w/v）磷酸三钙混合后煮沸5 min，冷却至室温后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；将胶体絮凝后获得的液体用0.5 mol/L的H₂SO₄溶液调至pH 3.0，并在室温下静置10 h后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；混合胶体絮凝和重金属离子脱除后获得的固体，作为沼气发酵的底物；重金属离子脱除后获得的液体中加入1%（w/v）活性炭，混合均匀后振荡15 min，转速200 rpm，常温下过滤后分别回收滤液和活性炭，滤液为脱毒糖蜜；将脱色和过滤后得到的活性炭中按体积比1:1加入乙醇，摇床振荡45 min，转速120 rpm，过滤得到的液体经过55 ℃浓缩后得到褐色粉末色素产品。预处理后甘蔗糖蜜黏度降低92%，色素浓度降低91%，金属离子Cr⁶⁺、Co³⁺、Se⁶⁺、Hg²⁺、Mn⁴⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Pb²⁺浓度分别降低32%、66%、83%、95%、41%、89%、87%、88%、82%、83%。

实施例4 说明蜜糖的预处理方法

甜菜糖蜜原料被1 mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，与1%（w/v）磷酸三钙混合后煮沸7 min，冷却至室温后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；将胶体絮凝后获得的液体用0.5 mol/L的H₂SO₄溶液调至pH 2.0，并在室温下静置10 h后离心，离心条件为2500 rpm，10 min，分别回收固体物和液体；混合胶体絮凝和重金属离子脱除后获得的固体，作为沼气发酵的底物；重金属离子脱除后获得的液体中加入0.8%（w/v）活性炭，混合均匀后振荡16 min，转速150 rpm，常温下过滤后分别回收滤液和活性炭，滤液为脱毒糖蜜；将脱色和过滤后得到的活性炭中按体积比1:1加入乙醇，摇床振荡36 min，转速170 rpm，过滤得到的液体经过50 ℃浓缩后得到褐色粉末色素产品。预处理后甜菜糖蜜黏度降低97%，色素浓度降低99%，金属离子Cr⁶⁺、Co³⁺、Se⁶⁺、Hg²⁺、Mn⁴⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Pb²⁺浓度分别降低62%、76%、87%、85%、78%、79%、80%、68%、98%、99%。

实施例5 说明本发明预处理过的糖蜜作为发酵底物的应用

本实施例说明大肠杆菌Escherichia coli NT1003△Met△Thr（该菌株已由专利文献公开，专利发明名称为一株产L-赖氨酸的菌株及其生产L-赖氨酸的方法，申请公布号为CN 103361289 A）分别以脱毒甜菜糖蜜和甜菜糖蜜原料生产L-赖氨酸的方法。

本实施例所用的培养基配方：

斜面培养基：LB 培养基，质量百分数组分为：胰蛋白胨 1%、酵母提取物 0.5%、氯化钠1%，其余为水，pH 6.8-7.2。

种子培养基：蔗糖2%、蛋白胨2%、硫酸铵2%、酵母提取物1%、磷酸氢二钾0.4%、硫酸镁0.3%、硫酸亚铁0.02%、硫酸锰0.07%，其余为水，pH 6.8-7.2。

发酵培养基：脱毒糖蜜或糖蜜原料10%、玉米浆1.5%、硫酸铵0.5%、磷酸氢二钾0.5%、硫酸锰0. 2%、硫酸亚铁0.4%、硫酸镁0.1%，其余为水，pH 6.8-7.2。

1）斜面培养

Escherichia coli NT1003△Met△Thr 接种于斜面培养基中，在37 ℃条件下活化1 d ；

2）种子培养

斜面培养的菌株Escherichia coli NT1003△Met△Thr接种于种子培养基中，500 mL 三角瓶中装液量为50 mL，培养温度为37 ℃，200 rpm 摇床转速下培养10 h ；

3）发酵培养

种子培养的菌株Escherichia coli NT1003△Met△Thr接种到发酵培养基中，接种量为10%(v/v)，5 L发酵罐中装液量为2 L，培养温度为37 ℃，发酵罐中通入空气，以保持发酵体系中适宜的溶氧环境，搅拌速度在500 rpm，发酵过程采用氨水、2 mol/L 盐酸控制发酵液pH，发酵时间为80 h。经SBA-40E 型生物传感仪测得经本发明方法脱毒糖蜜发酵液中L-赖氨酸含量为50 g/L，糖蜜原料中L-赖氨酸含量为37 g/L，脱毒预处理提高了35.14%的L-赖氨酸产量。

实施例6说明本发明预处理过的糖蜜作为发酵底物的应用

本实施例说明Escherichia coli WR1001(该菌株已由专利文献公开，该专利发明名称为一株高产苯丙氨酸的菌株及其生产苯丙氨酸的方法，申请公布号为CN 103911333 A)分别以脱毒甘蔗糖蜜和甘蔗糖蜜原料生产L- 苯丙氨酸的方法。

本实施例所用的培养基配方如下：

LB 斜面/ 种子培养基为：蛋白胨10 g/L、酵母粉5 g/L、氯化钠5g/L,pH7.0, 固体培养基加琼脂15 g/L;

发酵培养基为：葡萄糖25g/L、硫酸铵 5 g/L 、磷酸二氢钾 3 g/L、硫酸镁 3 g/L、氯化钠1g/L、柠檬酸钠1.5 g/L, 二水氯化钙0.015 g/L、七水硫酸亚铁0.1125g/L、酪氨酸0.3g/L、蛋白胨5 g/L、酵母粉5 g/L、维生素B10.075 g/L、微量元素1.5mL/L，其中微量元素含有: 十二水硫酸铝2 g/L、七水硫酸钴0.75 g/L、五水硫酸铜0.25 g/L、硼酸0.5 g/L、七水硫酸锰24g/L、二水钼酸钠3 g/L、六水硫酸镍2.5 g/L、七水硫酸锌15 g/L。当葡萄糖耗完后，补加700g/L 的葡萄糖；当发酵22h 后，以0.06 g/h 的速度流加10 g/L 的L- 酪氨酸。

1) 斜面培养

Escherichia coli WR1001接种到LB 斜面培养基中，在37℃下培养1 d。

2）种子培养

斜面上培养的Escherichia coli WR1001接入种子培养基中，在37℃、200 rpm 下培养12 h。

3）发酵培养

将种子液接种量8%（v/v），接入发酵培养基，培养条件如下：温度37℃、搅拌速度400 rpm、通气量1 vvm、溶氧控制在15%。发酵初始装液量1.5L, 发酵过程中用氨水和2 mol/L 盐酸控制发酵液的pH，经过高效液相测定经本发明方法脱毒糖蜜发酵液中L-赖氨酸含量为13 g/L，糖蜜原料中L-赖氨酸含量为9 g/L，脱毒预处理提高了44.44%的L-赖氨酸产量。

Claims

1.一种糖蜜的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

a) 胶体絮凝

b）重金属离子脱除

c) 脱色

2.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，所述的步骤还包括滤渣回收，具体为将步骤 a) 和步骤b）获得的固体，作为沼气发酵的底物。

3.根据权利要求1或2所述的预处理方法，其特征在于，所述的步骤还包括色素的回收，具体为将步骤c) 中脱色和过滤后得到的活性炭中按体积比1:1加入乙醇，摇床振荡30-60 min，转速100-200 rpm，过滤得到的液体经过浓缩后得到褐色粉末色素产品。

4.根据权利要求3所述的预处理方法，其特征在于，所述的过滤是采用孔径为0.45 μm的滤纸或滤膜。

5.根据权利要求3所述的预处理方法，其特征在于，所述的浓缩温度在50-60 ℃。

6.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤 a)所述的糖蜜包括甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、葡萄糖蜜、玉米糖蜜。

7.根据权利要求1所述的预处理方法，其特征在于，步骤 b）所述的重金属离子为Cr⁶⁺、Co³⁺、Se⁶⁺、Hg²⁺、Mn⁴⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Ni⁺、Zn²⁺、Pb²⁺。

8. 一种上述权利要求1-7所述的预处理方法获得的糖蜜。

9. 权利要求8所述的糖蜜的作为发酵底物的应用。