CN105861570A - 一种无臭赤藓糖醇的生产方法 - Google Patents
一种无臭赤藓糖醇的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种无臭赤藓糖醇的生产方法，包括步骤如下：(1)将带菌体的酵母菌发酵液调节pH至4.5‑5.0，然后加热至70‑80℃，离心分离，得菌体沉淀和上清液；(2)将步骤(1)得到的上清液经脱色和过滤后，降温至45‑50℃，然后进行脱盐过程；(3)将步骤(2)脱盐后的液体浓缩至赤藓糖醇的质量浓度为70‑75％，降温至5‑15℃使赤藓糖醇晶体析出，然后离心分离，干燥，得赤藓糖醇晶体。本发明的生产方法得到的赤藓糖醇没有发酵异味，赤藓糖醇收率高，高达98.1％以上，纯度高，高达99.6％以上。
Description
技术领域
本发明属于发酵工程技术领域，涉及一种无臭赤藓糖醇的生产方法，特别涉及一种利用酵母菌株生产无臭赤藓糖醇的工艺。
背景技术
赤藓糖醇(1,2,3,4-丁四醇)是一种天然的四碳糖醇。广泛存在于海藻、蘑菇、瓜类、葡萄、梨、发酵食品及人和动物的组织及体液中。赤藓糖醇外观为白色的结晶性粉末，无异味，具有蔗糖甜度约75％甜度物质。赤藓糖醇具有低能量值、高耐受凉、无副作用、非致龋齿性等优越特性；具有比较高的消化性，容易被小肠迅速吸收；赤藓糖醇不影响血糖和胰岛素水平，适宜于糖尿病人食用。与大多数非糖类甜味剂相比，赤藓糖醇表现出很好的加工特性。赤藓糖醇具有爽口和类似蔗糖的甜味，可以赋予产品圆润感和质感，掩蔽不良味道，并具有清凉感；可以与其它甜味剂发生甜味的协同作用；对热和酸等加工条件表现出非常好的稳定性。由于赤藓糖醇具有上述良好的特性，因而广泛地应用于糖果、饮料、焙考制品，以及保健食品和药品等工业中，需求量日益增大。
尽管赤藓糖醇存在于天然植物中，但其含量较低，提取和分离成本高，不适合工业化生产。化学合成方法存在转化率低，成本高，以及安全性等方面的问题，目前研究和应用最多的是以葡萄糖为原料的发酵法生产赤藓糖醇的工艺方法。一般经耐高渗酵母菌株发酵产生赤藓糖醇及少量的核糖醇、丙三醇等副产物，经分离、提取、精制，获得高纯度的赤藓糖醇产品，产品得率大约60％。
关于赤藓糖醇的分离提纯，中国专利文件CN1932002A(申请号：200510102929.6)公开了一种解脂假丝酵母菌及用其生产赤藓糖醇的方法，该方法包括：(a)在含葡萄糖的发酵培养基中对高产赤藓糖醇的解脂假丝酵母进行发酵，以得到含有赤藓糖醇的发酵液；(b)从上述发酵液中分离纯化赤藓糖醇。这种工艺得到的产品纯度较高可达99.7％以上，但是重结晶会使赤藓糖醇的收率大大降低，即使再从余液中提取也会大大提高生产成本。
中国专利文件CN101302551A(申请号：200810016810.0)公开一种赤藓糖醇生产方法，以葡萄糖为原料，解脂假丝酵母为发酵菌株，经摇床培养及一级、二级种子扩大培养，然后进行发酵罐发酵，发酵完毕后，发酵液用陶瓷膜除去菌体蛋白杂质，然后用钠膜选择性通过赤藓糖醇，对赤藓糖醇进行提取，最后浓缩结晶、分离干燥得到赤藓糖醇产品。但是，该工艺浓相损失赤藓糖醇，设备易坏，生产的产品会含有发酵异味，产品纯度和透光度也偏低，不能满足客户的需求。
赤藓糖醇在发酵生产过程中微生物代谢会产生气味并带有异味，若在后续的产品提取过程中控制不当，会导致成品带有一定异味，在产品包装后再打开的瞬间异味十分明显，在客户对产品日益严格要求的形式下，影响产品的质量和销售。因此，寻找一种稳定控制解决产 品气味的有效方法，成为解决产品质量的关键。
发明内容
本发明针对现有生产技术中存在的问题，提供一种利用酵母菌株生产无臭赤藓糖醇的工艺。通过调整整体生产工艺过程和技术指标，最终彻底解决赤藓糖醇产品的气味问题，为客户提供质量合格的赤藓糖醇产品。
术语说明：
酵母菌发酵液：本发明的酵母菌发酵液是指能产生赤藓糖醇的酵母菌培养发酵后得到的发酵液。酵母菌的培养和发酵过程均按现有技术。
本发明的技术方案如下：
一种无臭赤藓糖醇的生产方法，包括步骤如下：
(1)将带菌体的酵母菌发酵液调节pH至4.5-5.0，然后加热至70-80℃，离心分离，得菌体沉淀和上清液；
(2)将步骤(1)得到的上清液经脱色和过滤后，降温至45-50℃，然后进行脱盐过程；
(3)将步骤(2)脱盐后的液体浓缩至赤藓糖醇的质量浓度为70-75％，降温至5-15℃使赤藓糖醇晶体析出，然后离心分离，干燥，得赤藓糖醇晶体。
根据本发明，优选的，步骤(1)中调节pH所用试剂为HCl或NaOH；
优选的，加热所用设备为管式换热器，更优选内外加套管式换热器，为长管套管弯曲组合，材质为316L不锈钢，换热面积以使发酵液温度从30℃升温至80℃计算；
优选的，离心分离所用设备为卧螺离心机，材质为316L不锈钢，离心转速为4000-5000转/分钟。
根据本发明，优选的，步骤(2)中脱色过程是使用活性炭进行脱色，进一步优选的，活性炭为医药级活性炭粉末，活性炭用量为上清液体积的1-1.5％；
优选的，过滤过程为先在铺填有硅藻土的板框过滤器中过滤，然后用活性炭吸附，再用纸板过滤，最后用管道过滤器进行过滤；进一步优选的，所述的铺填在板框过滤器上的硅藻土为粒径在28～50μm的粗硅藻土与粒径在1～2μm的细硅藻土按3:1质量比的混合；过滤用的纸板材质为聚四氟乙烯，纸板的过滤孔径为1μm；管道过滤器中过滤材质为聚醚砜、聚酰胺或聚碳酸酯，过滤孔径为0.45μm；硅藻土的铺设可以起到过滤支撑的作用，延长过滤时间，避免因粘稠及小颗粒物质过快，过早的堵塞滤布的孔径，降低过滤效率。
优选的，过滤后滤液的透光率≥95.0％；
优选的，脱盐过程为反复用交换树脂进行洗脱脱盐，进一步优选的，将过滤液依次经阳离子交换树脂和阴离子交换树脂洗脱，反复洗脱2-5次；优选的，阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，阳离子交换树脂、阴离子交换树脂分开装柱，装柱后的高径比均为7-16，柱温40-45℃；
优选的，脱盐后的液体电导率≤50μs/cm。脱盐过程将脱盐后的液体控制电导率≤50μs/cm，可以有效避免后续得到的赤藓糖醇产品产生发酵异味。
根据本发明，优选的，步骤(3)中浓缩的方式为真空蒸发浓缩；降温过程为分段降温， 先降温至40-60℃，然后再以5-10℃/h的降温速率降温至5-15℃；
优选的，离心分离过程是使用卧式离心机连续离心，离心转速为3000-4000转/分钟；
优选的，干燥的方式为真空干燥，真空度为-0.06Pa～-0.09Pa，干燥温度为50-60℃。
本发明步骤(3)离心后的离心液可返回到步骤(2)再进行循环利用。
本发明从能产生赤藓糖醇的酵母菌发酵液中分离纯化赤藓糖醇，优化分离纯化工艺参数，最终去除产品的发酵异味。本发明生产赤藓糖醇的工艺步骤为：发酵液——在线调节pH——瞬时升温——卧螺离心分离——活性炭脱色——硅藻土过滤——碳柱吸附——纸板过滤——连续离交——板式蒸发浓缩——连续降温结晶——离心——震动流化床干燥——筛分——包装。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的生产方法得到的赤藓糖醇没有发酵异味，赤藓糖醇收率高，高达98.1％以上，纯度高，高达99.6％以上。
2、本发明的生产方法过程简单，原料适用范围广，适用各种能产生赤藓糖醇的酵母菌发酵液为原料进行生产赤藓糖醇。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施案例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例中所用原料均为常规原料，所用设备均为常规设备。
其中：酵母菌发酵液：按照现有技术对可产生赤藓糖醇的酵母菌培养发酵后得到的发酵液，发酵液中含有菌体。可参见中国专利文件CN201010593775.6、CN201210204534.7或CN201510782365.9。
管式换热器，为内外加套管式换热器，为长管套管弯曲组合，材质为316L不锈钢，换热面积以使发酵液温度从30℃升温至80℃计算。
板式换热器以软化水为降温介质，软化水回用至发酵工段；所述连续离子交换系统，选自厦门世达膜公司，该系统为旋转转盘形式，包括连续进料，连续出料，连续冲洗和活化功能。阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂；阴离子交换树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。阳离子交换树脂、阴离子交换树脂分开装柱，树脂装柱后的高径比均为7-16，柱温40-45℃。
管道过滤器中过滤材质为聚醚砜、聚酰胺或聚碳酸酯，过滤孔径为0.45μm。
卧式结晶罐具备连续首端进料，末端出料功能，罐中带有分段降温装置，可以实现连续结晶出料。
卧式离心分离机，具有自动清洗物料、自动卸料功能，自动清洗功能。
实施例1
一种无臭赤藓糖醇的生产方法，包括步骤如下：
(1)发酵液预处理：
将带菌体的酵母菌发酵液通过管道混合器蠕动添加HCl或NaOH调节pH至4.5，然后将发酵液经管式换热器加热至80℃，进入保温缓冲罐中，经离心泵泵入卧螺离心机，4500rpm 离心，连续分离菌体沉淀和上清液；
(2)上清液处理：
将步骤(1)中处理后的上清液泵入装有活性炭的脱色罐中，80℃维持30min后，泵入铺填有硅藻土的板框过滤器中过滤后，滤液经颗粒活性炭吸附柱后，再经0.1μm的纸板过滤后进入缓冲罐，过滤后滤液透光率大于96.3％；
脱盐：将缓冲罐中的滤液经管道过滤器过滤后，板式换热器降温至45℃，进入连续离子交换系统，先经阳离子(001×8强酸性)交换树脂柱，再通过阴离子(201×7强碱性)交换树脂柱，连续离子交换洗脱，离子交换洗脱液收集至缓冲罐中，离子交换后的液体电导率30μs/cm；
(3)离子交换后的液体浓缩、结晶：
将步骤(2)中离子交换后的液体经板式换热器由蒸汽换热至60℃，进入三效板式蒸发器中进行真空蒸发浓缩，浓缩至赤藓糖醇的质量浓度为70％，然后将浓缩后的糖浆经过糖浆泵泵入管道换热器中进行降温，温度降至60℃时，进入分段式卧式结晶罐中，以每小时降温10℃的速率，降温至10℃，使赤藓糖醇晶体析出，然后采用卧式离心机3000rpm连续离心、洗涤进入真空震动流化床在真空度-0.08pa，60℃温度下干燥，进入包装系统。
得到的赤藓糖醇收率为97.5％，HPLC检测其纯度达99.6％。
气味检测：产品进行抽样检测，将100克赤藓糖醇产品溶解于500ml去离子水中，检测赤藓糖醇成品水溶液电导率2.0μs/cm，产品为气味合格产品。
实施例2
一种无臭赤藓糖醇的生产方法，包括步骤如下：
(1)发酵液预处理：
将带菌体的酵母菌发酵液通过管道混合器蠕动添加HCl或NaOH调节pH至5.0，然后将发酵液经管式换热器加热至75℃，进入保温缓冲罐中，经离心泵泵入卧螺离心机，4500rpm离心，连续分离菌体沉淀和上清液；
(2)上清液处理：
将步骤(1)中处理后的上清液泵入装有活性炭的脱色罐中，75℃维持30min后，泵入铺填有硅藻土的板框过滤器中过滤后，滤液经颗粒活性炭吸附柱后，再经0.1μm的纸板过滤后进入缓冲罐，过滤后滤液透光率为95.7％；
脱盐：将缓冲罐中的滤液经管道过滤器过滤后，板式换热器降温至40℃，进入连续离子交换系统，先经阳离子(001×8强酸性)交换树脂柱，再通过阴离子(201×7强碱性)交换树脂柱，连续离子交换洗脱，离子交换后的液体收集至缓冲罐中，离子交换后的液体电导率20.6μs/cm；
(3)离子交换后的液体浓缩、结晶：
将步骤(2)中离子交换后的液体，经板式换热器由蒸汽换热至70℃，进入三效板式蒸发器中进行真空蒸发浓缩，浓缩至赤藓糖醇的质量浓度为70％，然后将浓缩后的糖浆经过糖浆泵泵入管道换热器中进行降温，温度降至50℃时，进入分段式卧式结晶罐中，以每小时降 温6℃的速率，降温至15℃，使赤藓糖醇晶体析出，然后采用卧式离心机3500rpm连续离心、洗涤进入真空震动流化床在真空度-0.09pa，57℃温度下干燥，进入包装系统。
得到的赤藓糖醇收率为98.1％，HPLC检测其纯度达99.2％。
气味检测：产品进行抽样检测，将100克赤藓糖醇产品溶解于500ml去离子水中，检测赤藓糖醇成品水溶液电导率1.8μs/cm，产品为气味合格产品。
对比例
按照实施例1的方法制备赤藓糖醇，不同的是：
步骤(2)中经过阴阳离子交换后的液体电导率大于60μs/cm。
制得的赤藓糖醇产品在包装三周后，具有特殊的发酵异味，气味指标不合格。
检测成品的电导率，20％的赤藓糖醇成品水溶液电导率为10.5us/cm。
Claims (10)
1.一种无臭赤藓糖醇的生产方法，包括步骤如下：
(1)将带菌体的酵母菌发酵液调节pH至4.5-5.0，然后加热至70-80℃，离心分离，得菌体沉淀和上清液；
(2)将步骤(1)得到的上清液经脱色和过滤后，降温至45-50℃，然后进行脱盐过程；
(3)将步骤(2)脱盐后的液体浓缩至赤藓糖醇的质量浓度为70-75％，降温至5-15℃使赤藓糖醇晶体析出，然后离心分离，干燥，得赤藓糖醇晶体。
2.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(1)中加热所用设备为管式换热器；
优选的，离心分离所用设备为卧螺离心机，离心转速为4000-5000转/分钟。
3.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(2)中脱色过程是使用活性炭进行脱色，活性炭用量为上清液体积的1-1.5％。
4.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(2)中过滤过程为先在铺填有硅藻土的板框过滤器中过滤，然后用活性炭吸附，再用纸板过滤，最后用管道过滤器进行过滤；
优选的，所述的铺填在板框过滤器上的硅藻土为粒径在28～50μm的粗硅藻土与粒径在1～2μm的细硅藻土按3:1质量比的混合。
5.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(2)中过滤后滤液的透光率≥95.0％。
6.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(2)中脱盐过程为反复用交换树脂进行洗脱脱盐；
优选的，将过滤液依次经阳离子交换树脂和阴离子交换树脂洗脱，反复洗脱2-5次；阳离子交换树脂为强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为强碱性苯乙烯系阴离子交换树脂，阳离子交换树脂、阴离子交换树脂分开装柱，装柱后的高径比均为7-16，柱温40-45℃。
7.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(2)中脱盐后的液体电导率≤50μs/cm。
8.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(3)中浓缩的方式为真空蒸发浓缩；降温过程为分段降温，先降温至40-60℃，然后再以5-10℃/h的降温速率降温至5-15℃。
9.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(3)中离心分离过程是使用卧式离心机连续离心，离心转速为3000-4000转/分钟。
10.根据权利要求1所述的无臭赤藓糖醇的生产方法，其特征在于，步骤(3)中干燥的方式为真空干燥，真空度为-0.06Pa～-0.09Pa，干燥温度为50-60℃。
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