CN104418919B - 一种海藻糖的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种海藻糖的高效、清洁生产过程。根据本发明，将色谱分离技术灵活地应用于海藻糖的工业化生产。麦芽糖制取海藻糖的酶解液，进行脱色及离交精制处理，进入色谱分离系统分离。选用常见的工业上大量使用的钙型分离剂，可将葡萄糖与双糖即麦芽糖、海藻糖分离。提取液富含麦芽糖和海藻糖。麦芽糖还原后的麦芽糖醇和海藻糖均是附加值很高的产品。将混合液在高温高压下氢化，麦芽糖被氢化还原为麦芽糖醇，而海藻糖不具有还原性，不被氢化，故得到含麦芽糖醇和海藻糖的氢化混合液。将氢化混合液净化处理后，进入第二套色谱分离系统分离，提取液为含量很高的海藻糖物料，将其进行蒸发热结晶或冷却结晶，即得到结晶海藻糖。

Description

一种海藻糖的生产方法

技术领域

本发明涉及一种海藻糖生产的工艺，属于糖醇生产工艺技术领域。

技术背景

海藻糖是一类广泛存在于酵母、海藻、霉菌、细菌、昆虫及生物体内的非还原性双糖，它是一种应激代谢物，赋予生物体抵抗干燥、干旱、寒冷等恶劣环境的能力。由于海藻糖具有不同于其他碳水化合物的独特的生理功能，现已广泛用于食品、化妆品、药品、保健品领域，以及用于酶和疫苗等多种生物活性物质的稳定和保存。

自然界中海藻糖的含量很低，过去主要是从干酵母中提取。酵母在恶劣环境下生长，酵母体内能够积累大量海藻糖，从酵母体内提取海藻糖是最早生产海藻糖的方法。这种生产方法，分离提取过程复杂，产量低，成本高。

随着技术的进步，海藻糖的生产方法和工艺技术不断有新的突破。由于酶转化法成本低、工艺简单、转化率高等优点而得到大量应用。特别是利用海藻糖合成酶，以麦芽糖为底物酶法转化生产海藻糖，由于原料成本低，工艺简单，易于调控，已成为海藻糖工业化生产的主要方法。

酶法生产海藻糖在酶的应用（包括多种酶共同作用）上近年有了很多新的突破。

申请号：2007100130787，《一种提高海藻糖提取收率的方法》，其采用氢化和色谱分离的技术，将利用微生物或酶使淀粉转化得到的海藻糖与麦芽糖、葡萄糖、麦芽三糖的混合液，进行加氢反应，使混合液中的杂质生成麦芽糖醇、山梨醇与麦芽三糖醇，而海藻糖由于不具有还原性，在加氢反应过程中保持不变，然后再采用模拟移动床的色谱分离技术，将海藻糖与混合液中的麦芽糖醇、山梨醇和麦芽三糖醇进行分离，使海藻糖的纯度和提取收率大幅提高，进而通过降温结晶的方式，使海藻糖晶体析出，得到海藻糖产品。

CN201210160403.3公开的海藻糖合成酶，酶转化效率高，以麦芽糖为底物，在25℃反应条件下，麦芽糖在转化率达80％左右，产生较少的葡萄糖（在5％以下），这有利提高底物的转化率。

CN201210011457.3公开的海藻糖合成酶，具有转化效率高，反应速度快，转化麦芽糖生成海藻糖的反应产物中海藻糖含量可以达到82％，并且只产生很少的葡萄糖，有利于提高底物的转化率，降低生产成本。应用该基因生产的重组海藻糖合成酶可以以市场销售的麦芽糖浆或者以淀粉制备的麦芽糖浆为原料来制备海藻糖。

CN103201475A公开了一种复合酶法生产海藻糖的技术。其所用的麦芽寡糖基海藻糖合成酶和麦芽寡糖基海藻水解酶，在50～60℃，pH5.3～5.5的条件下反应25～35h，海藻糖的转化率达76～85%。

酶解液需经分离纯化、结晶才能得到海藻糖。分离纯化包括去除麦芽糖、葡萄糖和低聚糖，方法有活性炭层析法、离子交换层析法等。但由于此两种方法过程繁杂、成本高、海藻糖得率低，无法工业化生产。

CN1807465A公开一种酶解液中分离纯化海藻糖的方法，即向酶解液中加入糖化酶，将麦芽糖继续糖化为葡萄糖，然后加入酿酒酵母，将溶液中的葡萄糖消化掉。这种方法有二大缺陷至其无法大规模工业化应用：

第一，耗时长，资源浪费。经MTSase（麦芽寡糖基海藻糖合成酶）和MTHase（麦芽寡糖基海藻水解酶）双酶法转化而得的酶反应液中，含有海藻糖、麦芽糖、葡萄糖和少量的低聚糖。将此酶解液糖化反应6～12h，将其中的麦芽糖、低聚糖等糖类转化成葡萄糖，时间需6～16h；然后加入酿酒酵母，将葡萄糖发酵，共耗时6～16h。两步合计耗时约20～30h，同时酶解液中的麦芽糖、葡萄糖全部耗费掉了。

第二，发酵产生副产物，处理困难。发酵产生大量的醇、CO₂、泡沫等，后续工序要花很大成本去净化处理。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种工业上可大量推广应用的海藻糖的高效、清洁生产过程。根据本发明，将色谱分离技术应用于海藻糖的工业化生产。

麦芽糖制取海藻糖的酶解液，经过脱色及离交精制处理后，进入色谱分离系统分离。选用常见的工业上大量使用的钙型分离剂，可很容易地将葡萄糖与双糖即麦芽糖、海藻糖分离。

提余液为葡萄糖和少量低聚糖，将其净化浓缩，即得副产品葡萄糖液。

麦芽糖和海藻糖很难通过色谱分离分开，所以提取液为富含麦芽糖和海藻糖的混合液。麦芽糖还原得到的麦芽糖醇和海藻糖均是附加值很高的产品。将混合液在高温高压下加氢，麦芽糖还原为麦芽糖醇，而海藻糖不具有还原性，不被氢化，故得到含麦芽糖醇和海藻糖的氢化液。

将氢化液净化处理后，进入第二套色谱分离系统分离，提余液为麦芽糖醇，将其结晶，即得到高纯度的麦芽糖醇。提取液为海藻糖，将其结晶，即得到高纯度的海藻糖。本发明海藻糖的生产工艺过程如图1所示。

本发明的具体技术方案为：

（1）将麦芽糖酶解后的酶解液脱色、离子交换净化，浓缩至质量百分比浓度约50～60wt%。酶解液中含有海藻糖、麦芽糖、葡萄糖和少量低聚糖。酶解液组份如图3。

（2）利用顺序式模拟移动床色谱分离装置对步骤（1）的浓缩液分离。分离条件为：分离温度40～65℃，进料原料质量百分比浓度40～60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

（3）经步骤（2）分离后，得到二种物料，第一种是提余液，为葡萄糖纯度≥75%的富含葡萄糖的物料，组份如图4。第二种是提取液，为麦芽糖和海藻糖总纯度≥95%的富含双糖的物料（麦芽糖和海藻糖这两种物质在提取液中同时出来），组份如图5。

（4）步骤（3）分离后的提余液，经浓缩到质量百分比浓度70wt%，即得葡萄糖浆副产品。

（5）步骤（3）分离后的提取液富含麦芽糖、海藻糖，浓缩质量百分比至40～50wt%，进行氢化。氢化温度100～150℃，氢化压力4MPa～12MPa，氢化在镍催化剂存在的条件下进行。经过氢化，麦芽糖被还原成麦芽糖醇，海藻糖不具有还氢性。氢化后得到麦芽糖醇、海藻糖的氢化混合液，组份如图6。

（6）氢化混合液经脱色、离子交换后，再次利用顺序式模拟移动床分离装置对其进行色谱分离。分离条件为：分离温度40～65℃，进料原料质量百分比浓度40～60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂纯化水。

（7）经步骤（6）分离得的提余液为麦芽糖醇纯度≥95%的富含麦芽糖醇组份，组份如图8。将其浓缩至质量百分比浓度80～90wt%，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶麦芽糖醇产品，组份如图9。

（8）经步骤（6）分离得的提取液为海藻糖纯度≥95%的富含海藻糖组份，组份如图7。将其浓缩至质量百分比浓度80～90wt%，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶海藻糖产品，组份如图10。

如图2为本发明海藻糖生产工艺过程改变之一。

图2为本发明改变的工艺路线，其工艺过程为：

（1）将淀粉酶解得的麦芽糖和葡萄糖混合液脱色、离交净化，浓缩至浓度约50～60%。酶解液中含有麦芽糖、葡萄糖和少量低聚糖。

（2）利用顺序式模拟移动床色谱分离装置对步骤（1）的混合液进行分离。分离条件为：分离温度40～65℃，进料原料质量百分比浓度40～60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

（3）经步骤（2）分离得到的提余液，为富含葡萄糖的物料，将其浓缩至70%，即得副产品葡萄糖浆。

（4）经步骤（2）分离得到的提取液，为高含量麦芽糖溶液。将此麦芽糖液酶解，得含海藻糖、麦芽糖和少量葡萄糖的混合液。

（5）步骤（4）的混合液经浓缩至质量百分比浓度80～90wt%，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶海藻糖产品。

（6）步骤（5）的结晶母液含海藻糖、麦芽糖和葡萄糖。将其浓度调至40～60%，利用顺序式模拟移动床分离装置对此母液进行色谱分离。分离条件为：分离温度40～65℃，进料原料质量百分比浓度40～60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

（7）步骤（6）分离后得到的提余液为副含葡萄糖和少量低聚糖的溶液，将其与步骤（3）分离得到的提余液（富含葡萄糖液）合并处理。

（8）步骤（6）分离后得到的提取液为富含海藻糖和麦芽糖醇的混合液，将其浓缩至浓度80～90%，进入结晶器进行冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶海藻糖产品。

（9）经步骤（8）结晶离心分离后的母液为海藻糖和麦芽糖的混合液，将其返回步骤（1）一起酶解。

本发明方法，工艺条件成熟，流程简短，可操作性强，原料利用率高和产品收率都高，同时可得到主产品结晶海藻糖和副产品结晶麦芽糖醇和液体葡萄糖，适合于大规模生产。

附图说明

图1为本发明海藻糖生产工艺过程。

图2为本发明海藻糖生产工艺过程改变之一。

图3为本发明的酶解液组份色谱图。

图4为本发明的色谱分离1：提余液副含葡萄糖组份色谱图。

图5为本发明的色谱分离1：提取液副含麦芽糖、海藻糖组份色谱图。

图6为本发明的麦芽糖醇、海藻糖氢化混合液组份色谱图。

图7为本发明的色谱分离2：提余液副含海藻糖组份色谱图。

图8为本发明的色谱分离2：提取液副含麦芽糖醇组份色谱图。

图9为本发明的结晶麦芽糖醇色谱图。

图10为本发明的结晶海藻糖色谱图。

具体实施实例

以下结合附图和具体实施实例对本发明作进一步详细阐述。

本发明提出一种工业上可大量推广应用的清洁生产海藻糖的新工艺，如图1所示。

实施例1 色谱分离1

淀粉或麦芽糖制取海藻糖酶解液经脱色、离子交换、浓缩，得到精制后质量百分比浓度为50～60wt%的酶解液。酶解液进入第一套色谱分离系统分离。该色谱分离系统应用顺序式模拟移动床色谱分离技术，其具有自动化程度高，操作简便，分离强度大，分离产物浓度高的特点。

根据本发明的方法，色谱分离1和色谱分离2所用的分离剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，装入顺序式模拟移动床色谱分离装置。市场上有成品的分离剂出售，性能很稳定。所用的洗脱剂为纯化水，即去离子的纯水或反渗透纯水，经济，易得。

根据本发明的方法，酶解液和纯化水经过加热至需要温度，即50～65℃，用泵将其输入顺序式模拟移动床色谱分离装置内。

经色谱分离1后，提余液为富含葡萄糖和少量低聚糖物料，将其浓缩，即得副产品葡萄糖液；提取液为副含麦芽糖和海藻糖的混合液。

实施例2 氢化

提取液中的麦芽糖具有还原性，而海藻糖是非还原性糖。将混合液在100～140℃，4MPa～12MPa，镍催化剂存在的条件下氢化，麦芽糖被氢化还原为麦芽糖醇，而海藻糖不被氢化，故得到含麦芽糖醇和海藻糖的氢化混合液。麦芽糖醇和海藻糖均是附加值很高的产品。

实施例3 色谱分离2

含麦芽糖醇和海藻糖的氢化混合液，经脱色，离子交换，浓缩至质量百分比浓度为50～60wt%。麦芽糖醇和海藻糖在色谱上的出峰时间相差较大，可以较容易用色谱方法将其分开。将氢化液混合液进入第二套色谱分离系统进行分离。该色谱分离系统应用顺序式模拟移动床色谱分离技术，所用的分离剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，装入顺序式模拟移动床色谱分离装置。市场上有成品的分离剂出售，性能很稳定。所用的洗脱剂为纯化水，即去离子的纯水或反渗透纯水，经济，易得。

经第二套色谱分离系统分离后，提取液为海藻糖，将其进行蒸发热结晶或冷却结晶，即得到高纯度的海藻糖。而提余液麦芽糖醇，因其纯度较高，将其直接进行蒸发热结晶或冷却结晶，即得到高纯度的麦芽糖醇。

本发明改变的工艺图线如图2所示，其实施方法如下：

实施例4 色谱分离1

淀粉糖酶解，制得含量达90%以上的高含量麦芽糖混合液，混合液经脱色、离子交换、浓缩至浓度为50～60wt%。混合液进入第一套色谱分离系统分离。该色谱分离系统应用顺序式模拟移动床色谱分离技术，分离剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

分离提取物为富含麦芽糖的高含量麦芽糖液，含量达98%；提余液为富含葡萄糖和少量低聚糖物料，将其浓缩，即得副产品葡萄糖液。

实施例5 酶转化和结晶

高含量麦芽糖液经浓缩后进行酶转化，得海藻糖、麦芽糖、葡萄糖混合液。将此混合液精制后进行蒸发热结晶或冷却结晶，得结晶海藻糖产品。

实施例6 色谱分离2

结晶母液经浓缩到浓度为50～60wt%，混合液进入第二套色谱分离系统分离。该色谱分离系统应用顺序式模拟移动床色谱分离技术，分离剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

分离的提取物为麦芽糖和海藻糖混合液，将此混合液精制后进行蒸发热结晶或冷却结晶，得结晶海藻糖产品。结晶母液返回至实施例5中与酶转化液合并。

分离的提余液为富含葡萄糖和少量低聚糖物料，与实施例4中的提余液合并。

上述的工艺过程和技术方案仅仅是为了清楚地说明所论述的技术路线，而非对所采用的技术路线的限定。对于所属领域的普通技术人员，在上述说明的基础上还可以做出其它相似的变化，例如依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效步骤变化，而由此引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种海藻糖的生产方法，麦芽糖制取海藻糖的酶解液，进行脱色及离子交换处理后，进入色谱分离系统分离，得到富含麦芽糖和海藻糖的混合液；将混合液在高温高压下加氢，得到含麦芽糖醇和海藻糖的氢化液；将氢化液净化处理后，进入第二套色谱分离系统分离，提余液为麦芽糖醇，将其结晶，即得到高纯度的麦芽糖醇；提取液为海藻糖，将其结晶，即得到高纯度的海藻糖；其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将麦芽糖酶解后的酶解液脱色、离子交换净化，浓缩至质量百分比浓度50~60wt%；酶解液中含有海藻糖、麦芽糖、葡萄糖和少量低聚糖；

步骤二、利用顺序式模拟移动床色谱分离装置对步骤一的浓缩液分离；

步骤三、经步骤二分离后，得到二种物料，第一种是提余液，为葡萄糖纯度≥75%的富含葡萄糖的物料；第二种是提取液，为麦芽糖和海藻糖总纯度≥95%的富含双糖的物料；

步骤四、所述提余液，经浓缩到质量百分比浓度70wt%，即得葡萄糖浆副产品；提取液富含麦芽糖、海藻糖，浓缩质量百分比至40~50wt%，进行氢化，得到麦芽糖醇、海藻糖的氢化混合液；

步骤五、所述氢化混合液经脱色、离子交换后，再次利用顺序式模拟移动床分离装置对其进行色谱分离；

步骤六、经步骤五分离得的提余液为麦芽糖醇纯度≥95%的富含麦芽糖醇组份，将其浓缩至质量百分比浓度80~90wt%，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶麦芽糖醇产品；经步骤五分离得的提取液为海藻糖纯度≥95%的富含海藻糖组份，将其浓缩至质量百分比浓度80~90wt%，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶海藻糖产品。

2.根据权利要求1所述的海藻糖的生产方法，其特征在于，步骤二的分离条件为：分离温度40~65℃，进料原料质量百分比浓度40~60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

3.根据权利要求1所述的海藻糖的生产方法，其特征在于，步骤二的分离条件为：分离温度45-55℃，分离原料液质量百分比浓度50-60wt%；吸附剂为阳离子分离树脂或阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

4.根据权利要求1所述的海藻糖的生产方法，其特征在于，步骤四的氢化条件为：氢化温度100~150℃，氢化压力4MPa~12MPa，氢化在镍催化剂存在的条件下进行；经过氢化，麦芽糖被还原成麦芽糖醇，海藻糖不具有还氢性。

5.根据权利要求1所述的海藻糖的生产方法，其特征在于，步骤四的氢化条件为：氢化温度140℃，氢化压力12MPa，氢化在镍催化剂存在的条件下进行。

6.根据权利要求1所述的海藻糖的生产方法，其特征在于，步骤五的分离条件为：分离温度40~65℃，进料原料质量百分比浓度40~60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。

7.一种海藻糖的生产方法，其特征在于，其具体步骤如下：

步骤一、将淀粉酶解得的麦芽糖和葡萄糖混合液脱色、离子交换，浓缩至浓度50~60%；酶解液中含有麦芽糖、葡萄糖和少量低聚糖；

步骤二、利用顺序式模拟移动床色谱分离装置对步骤一的混合液进行分离；

步骤三、经步骤二分离得到的提余液，为富含葡萄糖的物料，将其浓缩至70%，即得副产品葡萄糖浆；经步骤二分离得到的提取液，为高含量麦芽糖溶液，将此麦芽糖液进行酶转化，得含海藻糖、麦芽糖和少量葡萄糖的混合液；

步骤四、步骤三的混合液经浓缩至质量百分比浓度80~90wt%，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶海藻糖产品；

步骤五、步骤四的结晶母液含海藻糖、麦芽糖和葡萄糖，将其浓度调至40~60%，利用顺序式模拟移动床分离装置对此母液进行色谱分离；

步骤六、步骤五分离后得到的提余液为富含葡萄糖和少量低聚糖的溶液，将其与步骤三分离得到的提余液合并处理；步骤五分离后得到的提取液为富含海藻糖和麦芽糖的混合液，将其至浓度80~90%，进入结晶器进行蒸发或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到结晶海藻糖产品；

步骤七、经步骤六结晶离心分离后的母液为海藻糖和麦芽糖的混合液，将其返回步骤一一起酶解。

8.根据权利要求7所述的海藻糖的生产方法，其特征在于，

步骤二中的分离条件为：分离温度40~65℃，进料原料质量百分比浓度40~60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水；

步骤五中的分离条件为：分离温度40~65℃，进料原料质量百分比浓度40~60wt%；吸附剂为钙型阳离子分离树脂或钙型阳离子分子筛，洗脱剂为纯化水。