CN109265495B - 一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺 - Google Patents

一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，属于分离提取技术领域。本发明的工艺为在海藻糖结晶的过程中加入经浓硫酸处理的陶粒；利用此工艺，可成功将海藻糖成品的纯度提高(最高可提升至99.8％)，同时，利用此工艺，可大大缩短海藻糖的结晶时间(从60h左右缩短至30h)。

Description

一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺
技术领域
本发明涉及一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，属于分离提取技术领域。
背景技术
海藻糖是由两个葡萄糖分子通过α，α-1,1键结合而成的非还原性双糖，广泛存在于细菌、真菌、藻类、低等植物及昆虫中。经研究发现，该糖具有独特的生物学功能，有保护生物大分子，保护细胞膜，保护蛋白质免受冷冻、干燥及渗透压变化等造成的破坏的作用，在食品、医药、化妆品、农业等领域均具有广泛应用。
我国海藻糖的生产起步比较晚，以前主要靠日本进口，但是，进口海藻糖的价格高达每吨4～5万元，对于工业生产来说十分昂贵，会大大增加企业的生产成本。
近几年，山东天力、内蒙梅花、湖南汇升等公司已经相继开始自主生产海藻糖，市场规模每年在以1万吨的销量递增，市场前景非常广阔。
但是，各公司的海藻糖都是新开发的产品，生产工艺各异，产品质量十分不稳定，尤其是在结晶工艺上，存在含量不稳定、晶型不规则、流动性差、结块、纯度差、结晶时间长等方面的问题，因此，急需找到一种成熟的结晶工艺解决以上问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺。此工艺为在海藻糖结晶的过程中加入经浓硫酸处理的陶粒；利用此工艺，可成功将海藻糖成品的纯度提高(最高可提升至99.8％)，同时，利用此工艺，可大大缩短海藻糖的结晶时间(从60h左右缩短至30h)。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，所述工艺为将陶粒于温度120～180℃的条件下在浓硫酸中浸泡18～30h后烘干，得到经处理的陶粒；在结晶釜内，于转速150～220r/min、温度50～55℃的条件下在海藻糖溶液中加入无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70～75％，得到经浓缩的海藻糖溶液；将经处理的陶粒和海藻糖晶种投入经浓缩的海藻糖溶液中，于转速80～120r/min、温度30～45℃的条件下搅拌30～35h，得到湿结晶；将湿结晶进行离心、干燥，得到海藻糖成品。
在本发明的一种实施方式中，所述浓硫酸的质量百分浓度为70～85％。
在本发明的一种实施方式中，所述浓硫酸的质量百分浓度为75％。
在本发明的一种实施方式中，所述无水乙醇在海藻糖溶液中的添加量占海藻糖溶液总质量的5～10％。
在本发明的一种实施方式中，所述无水乙醇在海藻糖溶液中的添加量占海藻糖溶液总质量的8％。
在本发明的一种实施方式中，所述陶粒在经浓缩的海藻糖溶液中的添加量占经浓缩的海藻糖溶液总质量的2～5％。
在本发明的一种实施方式中，所述陶粒在经浓缩的海藻糖溶液中的添加量占经浓缩的海藻糖溶液总质量的3％。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖晶种在经浓缩的海藻糖溶液中的添加量占经浓缩的海藻糖溶液总质量的0.1～3％。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖晶种在经浓缩的海藻糖溶液中的添加量占经浓缩的海藻糖溶液总质量的2％。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖溶液的海藻糖浓度为71～73％。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖晶种的细度为70～100目。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖晶种的细度为80目。
在本发明的一种实施方式中，所述离心的时间为10～20min。
在本发明的一种实施方式中，所述离心的时间为16min。
在本发明的一种实施方式中，所述离心的转速2500～3500r/min。
在本发明的一种实施方式中，所述离心的转速2800r/min。
在本发明的一种实施方式中，所述干燥为将湿结晶于75～85℃的烘箱中干燥6～10h。
在本发明的一种实施方式中，所述干燥为将湿结晶于80℃的烘箱中干燥8h。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖溶液的制备方法包含：
(1)将利用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至80～100℃，保温10～30分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为12～24U/ml，调pH 4.0～7.0，控制糖化温度为60～65℃，酶解时间8～12h，然后升温至80～100℃，保温10～30分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
(2)向步骤(1)制得的海藻糖粗液中添加质量占海藻糖粗液总质量0.5％～3％的活性炭，脱色20～60分钟，过滤，得到一次滤液；
(3)在步骤(2)制得的得到一次滤液中添加质量占一次滤液总质量0.5～0.8％的柠檬酸、0.1～0.5％的NaCl以及6～8％的ZnCl2后依次经过弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂后进行过滤，得到二次滤液；
(4)在步骤(3)制得的二次滤液中加入质量占二次滤液总质量0.5％～3％的活性炭进行脱色后过滤，脱色20～60分钟，过滤，得到三次滤液；
(5)在步骤(4)制得的三次滤液中加入质量占三次滤液总质量0.3～0.8％的Na2CO3、8～12％的乙醇后静置0.5～1.5小时，过滤，得到海藻糖溶液。
在本发明的一种实施方式中，所述海藻糖溶液的制备方法包含：
(1)将利用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至85℃，保温20分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为20U/ml，调pH 6.0，控制糖化温度为65℃，酶解时间10h，然后升温至95℃，保温20分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
(2)向步骤(1)制得的海藻糖粗液中添加质量占海藻糖粗液总质1％的活性炭，脱色45分钟，过滤，得到一次滤液；
(3)在步骤(2)制得的得到一次滤液中添加质量占一次滤液总质量0.6％的柠檬酸、0.3％的NaCl以及6.5％的ZnCl2后依次经过弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂后进行过滤，得到二次滤液；
(4)在步骤(3)制得的二次滤液中加入质量占二次滤液总质量1％的活性炭进行脱色后过滤，脱色45分钟，过滤，得到三次滤液；
(5)在步骤(4)制得的三次滤液中加入质量占三次滤液总质量0.6％的Na2CO3、10％的乙醇后静置1小时，过滤，得到海藻糖溶液。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中，一次滤液依次流经弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂的速度为15～20mL/min。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(3)中，一次滤液依次流经弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂的速度为15mL/min。
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(5)乙醇的浓度为70％。
本发明提供了上述一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺在制备海藻糖方面的应用。
有益效果：
本发明通过在海藻糖的结晶过程中添加经浓硫酸处理的陶粒，大大缩短了海藻糖的结晶时间(从60h左右缩短至30h)，同时，成功使得结晶后的海藻糖成品的纯度得到了提高(最高可提升至99.8％)。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比例对本发明进行进一步的阐述。
下述实施例中涉及的海藻糖溶液是通过下述方法得到的：
具体步骤如下：
(1)将利用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至85℃，保温20分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为20U/ml，调pH 6.0，控制糖化温度为65℃，酶解时间10h，然后升温至95℃，保温20分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
(2)向步骤(1)制得的海藻糖粗液中添加质量占海藻糖粗液总质1％的活性炭，脱色45分钟，过滤，得到一次滤液；
(3)在步骤(2)制得的得到一次滤液中添加质量占一次滤液总质量0.6％的柠檬酸、0.3％的NaCl以及6.5％的ZnCl2后以15mL/min的流速依次经过301阴离子树脂和116阳离子树脂后进行过滤，得到二次滤液；
(4)在步骤(3)制得的二次滤液中加入质量占二次滤液总质量1％的活性炭进行脱色后过滤，脱色45分钟，过滤，得到三次滤液；
(5)在步骤(4)制得的三次滤液中加入质量占三次滤液总质量0.6％的Na2CO3、10％的70％乙醇后静置1小时，过滤，得到海藻糖溶液。
其中，所述海藻糖酶反应液是记载于公开号为CN107227304A、申请号为201710585267.5的专利文献中的利用含有海藻糖合成酶突变体M106K的重组菌经发酵后得到的(具体可参见此专利文献的实施例1)。
下述实施例中涉及的检测方法如下：
海藻糖纯度检测方法：高效液相色谱法。
海藻糖含量检测方法：使用购自北京索莱宝科技有限公司的海藻糖含量测定试剂盒进行检测。
实施例1
(1)将陶粒于温度150℃的条件下在质量百分浓度为75％的浓硫酸中浸泡24h后于温度105℃、时间12h的条件下烘干，得到经处理的陶粒；
(2)在结晶釜内，于转速180r/min、温度55℃的条件下在海藻糖溶液中加入占海藻糖溶液总质量的8％的无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70％，得到经浓缩的海藻糖溶液；
(3)在经浓缩的海藻糖溶液中投入占经浓缩的海藻糖溶液总质量3％的陶粒以及占经浓缩的海藻糖溶液总质量2％的80目海藻糖晶种，于转速120r/min、温度40℃的条件下搅拌32h，得到湿结晶；
(4)将湿结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为32h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.8％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为5％。
说明按照此方法可缩短结晶时长，且不会对海藻糖成品的纯度(99.8％)以及提取率(剩余5％)造成不良影响。
实施例2
(1)将陶粒于温度120℃的条件下在质量百分浓度为70％的浓硫酸中浸泡18h后于温度105℃、时间12h的条件下烘干，得到经处理的陶粒；
(2)在结晶釜内，于转速150r/min、温度50℃的条件下在海藻糖溶液中加入占海藻糖溶液总质量的5％的无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为75％，得到经浓缩的海藻糖溶液；
(3)在经浓缩的海藻糖溶液中投入占经浓缩的海藻糖溶液总质量2％的陶粒以及占经浓缩的海藻糖溶液总质量1％的80目海藻糖晶种，于转速80r/min、温度30℃的条件下搅拌30h，得到湿结晶；
(4)将湿结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为30h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.6％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为7％。
说明按照此方法可缩短结晶时长，且不会对海藻糖成品的纯度(99.6％)以及提取率(剩余7％)造成不良影响。
实施例3
(1)将陶粒于温度180℃的条件下在质量百分浓度为85％的浓硫酸中浸泡30h后于温度105℃、时间12h的条件下烘干，得到经处理的陶粒；
(2)在结晶釜内，于转速220r/min、温度55℃的条件下在海藻糖溶液中加入占海藻糖溶液总质量的10％的无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70％，得到经浓缩的海藻糖溶液；
(3)在经浓缩的海藻糖溶液中投入占经浓缩的海藻糖溶液总质量5％的陶粒以及占经浓缩的海藻糖溶液总质量3％的80目海藻糖晶种，于转速120r/min、温度45℃的条件下搅拌34h，得到湿结晶；
(4)将湿结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为34h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.8％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为3％。
说明按照此方法可缩短结晶时长，且不会对海藻糖成品的纯度(99.8％)以及提取率(剩余3％)造成不良影响。
对比例1
在结晶釜内，在海藻糖溶液中加入8％的无水乙醇、2％的海藻糖晶种于55℃进行浓缩起晶后降温至25℃进行自然结晶，结晶60h后，于转速2800r/min下离心16min得湿结晶；将得到的湿结晶于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为60h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.7％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为15％。
说明按照此虽并未对海藻糖成品的纯度(99.7％)造成不良影响，但是，海藻糖的结晶时间长(60h)，提取率也不高(剩余15％)。
对比例2
在结晶釜内，在海藻糖溶液中加入8％的无水乙醇、2％的海藻糖晶种于55℃进行浓缩起晶后降温至25℃进行自然结晶，结晶48h后，于转速2800r/min下离心16min得湿结晶；将得到的湿结晶于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为48h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.6％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为35％。
说明按照此方法缩短结晶时长，虽并未对海藻糖成品的纯度(99.6％)造成不良影响，但是，严重降低了海藻糖的提取率(剩余35％)。
对比例3
(1)在结晶釜内，于转速180r/min、温度55℃的条件下在海藻糖溶液中加入占海藻糖溶液总质量的8％的无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70％，得到经浓缩的海藻糖溶液；
(2)在经浓缩的海藻糖溶液中投入占经浓缩的海藻糖溶液总质量3％的普通陶粒以及占经浓缩的海藻糖溶液总质量2％的80目海藻糖晶种，于转速120r/min、温度40℃的条件下搅拌32h，得到湿结晶；
(3)将湿结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为32h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.5％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为43％。
说明按照此方法缩短结晶时长，虽并未对海藻糖成品的纯度(99.5％)造成不良影响，但是，严重降低了海藻糖的提取率(剩余43％)。
对比例4
(1)将陶粒于温度150℃的条件下在质量百分浓度为75％的浓硫酸中浸泡12h后于温度105℃、时间12h的条件下烘干，得到经处理的陶粒；
(2)在结晶釜内，于转速180r/min、温度55℃的条件下在海藻糖溶液中加入占海藻糖溶液总质量的8％的无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70％，得到经浓缩的海藻糖溶液；
(3)在经浓缩的海藻糖溶液中投入占经浓缩的海藻糖溶液总质量3％的陶粒以及占经浓缩的海藻糖溶液总质量2％的80目海藻糖晶种，于转速120r/min、温度40℃的条件下搅拌32h，得到湿结晶；
(4)将湿结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为32h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.7％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为17％。
说明按照此方法缩短结晶时长，虽并未对海藻糖成品的纯度(99.7％)造成不良影响，但是，略微降低了海藻糖的提取率(剩余17％)。
对比例5
(1)将陶粒于温度80℃的条件下在质量百分浓度为75％的浓硫酸中浸泡24h后于温度105℃、时间12h的条件下烘干，得到经处理的陶粒；
(2)在结晶釜内，于转速180r/min、温度55℃的条件下在海藻糖溶液中加入占海藻糖溶液总质量的8％的无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70％，得到经浓缩的海藻糖溶液；
(3)在经浓缩的海藻糖溶液中投入占经浓缩的海藻糖溶液总质量3％的陶粒以及占经浓缩的海藻糖溶液总质量2％的80目海藻糖晶种，于转速120r/min、温度40℃的条件下搅拌32h，得到湿结晶；
(4)将湿结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品。
按照上述方法得到海藻糖成品的总结晶时长为32h；此时，将按照上述方法得到的海藻糖成品进行纯度检测，纯度为99.8％，将提取完海藻糖成品的废液进行海藻糖含量检测，废液中剩余的海藻糖含量为21％。
说明按照此方法缩短结晶时长，虽并未对海藻糖成品的纯度(99.7％)造成不良影响，但是，略微降低了海藻糖的提取率(剩余21％)。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述工艺为将陶粒于温度120～180℃的条件下在浓硫酸中浸泡18～30h后烘干，得到经处理的陶粒；在结晶釜内，于转速150～220r/min、温度50～55℃的条件下在海藻糖溶液中加入无水乙醇进行浓缩至海藻糖溶液的海藻糖质量百分浓度为70～75％，得到经浓缩的海藻糖溶液；将经处理的陶粒和海藻糖晶种投入经浓缩的海藻糖溶液中，于转速80～120r/min、温度30～45℃的条件下搅拌30～35h，得到湿结晶；将湿结晶进行离心、干燥，得到海藻糖成品。
2.如权利要求1所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述陶粒在经浓缩的海藻糖溶液中的添加量占经浓缩的海藻糖溶液总质量的2～5％。
3.如权利要求1或2所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述海藻糖晶种在经浓缩的海藻糖溶液中的添加量占经浓缩的海藻糖溶液总质量的0.1～3％。
4.如权利要求1所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述海藻糖溶液的海藻糖浓度为71～73％。
5.如权利要求1所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述海藻糖晶种的细度为70～100目。
6.如权利要求1所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述海藻糖溶液的制备方法包含：
(1)将利用海藻糖合酶转化法制得的海藻糖酶反应液加热至80～100℃，保温10～30分钟，降温，然后加入糖化酶，糖化酶加入量为12～24U/ml，调pH 4.0～7.0，控制糖化温度为60～65℃，酶解时间8～12h，然后升温至80～100℃，保温10～30分钟，过滤，制得海藻糖粗液；
(2)向步骤(1)制得的海藻糖粗液中添加质量占海藻糖粗液总质量0.5％～3％的活性炭，脱色20～60分钟，过滤，得到一次滤液；
(3)在步骤(2)制得的得到一次滤液中添加质量占一次滤液总质量0.5～0.8％的柠檬酸、0.1～0.5％的NaCl以及6～8％的ZnCl2后依次经过弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂后进行过滤，得到二次滤液；
(4)在步骤(3)制得的二次滤液中加入质量占二次滤液总质量0.5％～3％的活性炭进行脱色后过滤，脱色20～60分钟，过滤，得到三次滤液；
(5)在步骤(4)制得的三次滤液中加入质量占三次滤液总质量0.3～0.8％的Na2CO3、8～12％的乙醇后静置0.5～1.5小时，过滤，得到海藻糖溶液。
7.如权利要求6所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，一次滤液依次流经弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂的速度为15～20mL/min。
8.如权利要求7所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述步骤(3)中，一次滤液依次流经弱碱性阴离子树脂和弱酸性阳离子树脂的速度为15mL/min。
9.如权利要求6所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺，其特征在于，所述步骤(5)乙醇的浓度为70％。
10.权利要求1-9任一所述的一种生产结晶海藻糖的一步结晶工艺在制备海藻糖方面的应用。
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