CN118064508B - 一种采用d-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及蒜糖醇生产技术领域，尤其涉及一种采用D‑阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，具体包括以下内容：以D‑阿洛酮糖母液为原料，加入核糖醇脱氢酶，调pH，控温，反应后再加入甲酸脱氢酶、甲酸钠和NAD+，调pH至6.5‑7.5，控制反应温度为25‑45℃，反应时间为6‑8h后，该步反应中甲酸脱氢酶(FDH)是以NAD+作为辅酶催化甲酸盐生成二氧化碳同时生成辅酶NADH的氧化还原酶，进而促使核糖醇脱氢酶将母液中的阿洛酮糖转化为蒜糖醇；然后再将上述反应后的料液过滤、浓缩、过阳离子树脂柱、阴离子树脂柱，加入蒜糖醇晶种降温、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体，加水溶解，加入脱色剂，搅拌、抽滤，收集的脱色液经过降温，即可得到高纯度、高收率的蒜糖醇产品。
Description
技术领域
本发明涉及蒜糖醇生产技术领域，尤其涉及一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法。
背景技术
蒜糖醇(Allitol)，又名阿洛糖醇，是一种在自然界中天然存在，但含量极少的高值六碳稀有糖醇，具有多种重要生理功能的稀有糖醇。与普通糖醇相比，稀有糖醇具有风味良好、不被人体吸收、抑制血糖提升等特性，使其可广泛应用于食品、农业、医疗等领域。然而目前蒜糖醇在自然界中的含量极低，从植物中提取受季节性因素影响较大，且存在多种结构类似物，高纯度产品的提取成本较高；利用稀有糖D-阿洛酮糖为底物化学合成蒜糖醇受限于原料价格昂贵、副产物繁杂导致分离纯化困难，严重限制了其在上述领域的广泛应用。
目前，D-阿洛酮糖的生产主要是基于异构酶催化D-果糖(D-fructose)的异构化反应，得到含阿洛酮糖的溶液，在后期的阿洛酮糖提取过程中，有60-70%的阿洛酮糖以结晶体的形式提取出来，还有30-40%的存在母液中，这部分母液中主要的成分为果糖和阿洛酮糖，如果直接当污水直接排放，不仅会加重后期的污水处理的压力，还会浪费这方面的资源，并且通过实验发现，当母液中阿洛酮糖的占比在50%以下，阿洛酮糖就很难被提取出来，这部分的果糖与阿洛酮糖就会被白白浪费掉，目前关于在D-阿洛酮糖母液处理方面的文献未有报道。因此针对上述技术问题，有必要开发一种采用D-阿洛酮糖制备蒜糖醇的工艺方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇，利用该工艺方法可以得到高收率、高产量和高纯度的蒜糖醇，避免了资源浪费。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，包括以下步骤：
（1）收集D-阿洛酮糖母液，加入核糖醇脱氢酶后调pH至6.5-7.5，控制反应温度至25-35℃，反应4-6h后的料液备用；其中所述核糖醇脱氢酶来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025；
（2）将甲酸脱氢酶、甲酸钠和NAD+加入步骤（1）的料液中，调pH至6.5-7.5、控制反应温度25-45℃，反应6-8h后的料液经过滤，收集的滤液备用；其中甲酸脱氢酶的加入量为步骤（1）D-阿洛酮糖母液固含量的1-5%，所述甲酸钠在体系的浓度为0.8-1.2mol/l；所述NAD+在体系的浓度为4-6mmol/l；
（3）取步骤（2）中的滤液，先过阳离子树脂柱，收集的第一流出液再过阴离子树脂柱，收集的第二流出液备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液，经过两次浓缩后收集的浓缩液，加入蒜糖醇晶种，降温、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入脱色剂后搅拌、抽滤，收集的脱色液备用；
（5）取步骤（4）种所述脱色液，降温、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
作为一种改进的技术方案，步骤（1）中D-阿洛酮糖母液的固含量为10-20%，所述核糖醇脱氢酶的加入量为D-阿洛酮糖母液的固含量的1-5%。
作为一种改进的技术方案，步骤（3）中所述滤液按照1-3BV/h的流速进入所述阳离子树脂柱的内部，收集的第一流出液按照0.5-1.5BV/h的流速进入所述阴离子树脂柱的内部。
作为一种改进的技术方案，步骤（4）中所述浓缩液的固含量为60-70wt%，且按照1-3℃/h的速度降温至15-20℃。
作为一种改进的技术方案，步骤（5）中按照1-3℃/h的速度降温至25℃。
采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：
本发明以D-阿洛酮糖母液为原料，加入核糖醇脱氢酶（来源于产碱普罗威登斯菌RIMD 1656011），调pH至6.5-7.5，控制反应温度为25-35℃，反应时间为4-6h，该步骤反应可以利用核糖醇脱氢酶将D-阿洛酮糖母液中的果糖直接转化为蒜糖醇；然后再加入甲酸脱氢酶、甲酸钠和NAD+，调pH至6.5-7.5，控制反应温度为25-45℃，反应时间为6-8h后，该步反应中甲酸脱氢酶(FDH)是以NAD+作为辅酶催化甲酸盐生成二氧化碳同时生成辅酶NADH的氧化还原酶，进而促使核糖醇脱氢酶将母液中的阿洛酮糖转化为蒜糖醇；然后再将上述反应后的料液过滤、浓缩、过阳离子树脂柱、阴离子树脂柱，加入蒜糖醇晶种降温、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体，加水溶解，加入脱色剂，搅拌、抽滤，收集的脱色液经过降温，即可得到高纯度、高收率的蒜糖醇产品。
附图说明
图1为实施例4中蒜糖醇的液相检测图谱。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，包括以下步骤：
（1）收集固含量为10%的D-阿洛酮糖母液50L，加入D-阿洛酮糖母液的固含量1%的核糖醇脱氢酶（来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD 1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025）50g，调pH至6.5，控制反应温度为25℃，反应4h后的料液备用；
（2）将甲酸脱氢酶50g（用量为料液中固含量的1%）、甲酸钠（在体系的浓度为0.8mol/l）和NAD+（在体系的浓度为4mmol/l）加入步骤（1）的料液中，调pH至6.5、控制反应温度为25℃，反应6h后的料液经过滤，收集的滤液52L备用；
（3）取步骤（2）中的滤液52L，按照1BV/h的流速进入树脂体积为20L的阳离子树脂柱（填料D001)，收集的62L第一流出液按照0.5BV/h的流速再进入树脂体积为20L的阴离子树脂柱（填料D318)，收集的第二流出液72L备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液72L，经过两次浓缩后收集的8.3L浓缩液（固含量为60wt%），加入25g的蒜糖醇晶种，按照1℃/h的速度降温至15℃、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入50g脱色剂（活性炭）后搅拌、抽滤，收集的脱色液6.0L备用；
（5）取步骤（4）中脱色液多6.0L，按照1℃/h的速度降温至25℃、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过乙醇洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
实施例2
一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，包括以下步骤：
（1）收集固含量为12%的D-阿洛酮糖母液50L，加入D-阿洛酮糖母液的固含量2%的核糖醇脱氢酶（来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD 1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025）120g，调pH至6.8，控制反应温度为28℃，反应4.5h后的料液备用；
（2）将甲酸脱氢酶120g（用量为料液中固含量的2%）、甲酸钠（在体系的浓度为0.9mol/l）和NAD+（在体系的浓度为4.5mmol/l）加入步骤（1）的料液中，调pH至6.8、控制反应温度为30℃，反应6.5h后的料液经过滤，收集的滤液55L备用；
（3）取步骤（2）中的滤液55L，按照1.5BV/h的流速进入树脂体积为20L的阳离子树脂柱，收集的65L第一流出液按照0.8BV/h的流速再进入树脂体积为20L的阴离子树脂柱，收集的第二流出液75L备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液75L，经过两次浓缩后收集的9.6L浓缩液（固含量为62wt%），加入30g的蒜糖醇晶种，按照1.5℃/h的速度降温至16℃、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入60g脱色剂（活性炭）后搅拌、抽滤，收集的脱色液7.1L备用；
（5）取步骤（4）中脱色液7.1L，按照1.5℃/h的速度降温至25℃、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过乙醇洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
实施例3
一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，包括以下步骤：
（1）收集固含量为15%的D-阿洛酮糖母液50L，加入D-阿洛酮糖母液的固含量3%的核糖醇脱氢酶（来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD 1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025）225g，调pH至7，控制反应温度为30℃，反应5h后的料液备用；
（2）将甲酸脱氢酶225g（用量为料液中固含量的3%）、甲酸钠（在体系的浓度为1mol/l）和NAD+（在体系的浓度为5mmol/l）加入步骤（1）的料液中，调pH至7、控制反应温度为35℃，反应7h后的料液经过滤，收集的滤液61L备用；
（3）取步骤（2）中的滤液61L，按照2.5BV/h的流速进入树脂体积为20L的阳离子树脂柱，收集的70L第一流出液按照1BV/h的流速再进入树脂体积为20L的阴离子树脂柱，收集的第二流出液78L备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液78L，经过两次浓缩后收集的11.8L浓缩液（固含量为68wt%），加入38g的蒜糖醇晶种，按照2℃/h的速度降温至18℃、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入74g脱色剂（活性炭）后搅拌、抽滤，收集的脱色液9.0L备用；
（5）取步骤（4）中脱色液9.0L，按照2℃/h的速度降温至25℃、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过乙醇洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
实施例4
一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，包括以下步骤：
（1）收集固含量为18%的D-阿洛酮糖母液50L，加入D-阿洛酮糖母液的固含量4%的核糖醇脱氢酶（来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD 1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025）360g，调pH至7.2，控制反应温度为32℃，反应5.5h后的料液备用；
（2）将甲酸脱氢酶360g（用量为料液中固含量的4%）、甲酸钠（在体系的浓度为1mol/l）和NAD+（在体系的浓度为5.5mmol/l）加入步骤（1）的料液中，调pH至7.3、控制反应温度为40℃，反应7.5h后的料液经过滤，收集的滤液65L备用；
（3）取步骤（2）中的滤液65L，按照2BV/h的流速进入树脂体积为20L的阳离子树脂柱，收集的75L第一流出液按照1.2BV/h的流速再进入树脂体积为20L的阴离子树脂柱，收集的第二流出液86L备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液86L，经过两次浓缩后收集的13.6L浓缩液（固含量为68wt%），加入45g的蒜糖醇晶种，按照2.5℃/h的速度降温至18℃、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入90g脱色剂（活性炭）后搅拌、抽滤，收集的脱色液12L备用；
（5）取步骤（4）中脱色液12L，按照2.5℃/h的速度降温至25℃、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过乙醇洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
实施例5
一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，包括以下步骤：
（1）收集固含量为20%的D-阿洛酮糖母液50L，加入D-阿洛酮糖母液的固含量5%的核糖醇脱氢酶（来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD 1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025）500g，调pH至7.5，控制反应温度为35℃，反应6h后的料液备用；
（2）将甲酸脱氢酶500g（用量为料液中固含量的5%）、甲酸钠（在体系的浓度为1.2mol/l）和NAD+（在体系的浓度为6mmol/l）加入步骤（1）的料液中，调pH至7.5、控制反应温度为45℃，反应8h后的料液经过滤，收集的滤液70L备用；
（3）取步骤（2）中的滤液70L，按照3BV/h的流速进入树脂体积为20L的阳离子树脂柱，收集的80L第一流出液按照1.5BV/h的流速再进入树脂体积为20L的阴离子树脂柱，收集的第二流出液90L备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液90L，经过两次浓缩后收集的14.8L浓缩液（固含量为70wt%），加入50g的蒜糖醇晶种，按照3℃/h的速度降温至20℃、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入100g脱色剂（活性炭）后搅拌、抽滤，收集的脱色液15L备用；
（5）取步骤（4）中脱色液15L，按照3℃/h的速度降温至25℃、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过乙醇洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
为了更好的证明本发明的工艺方法可以得到高产量、高收率和高纯度的蒜糖醇，以实施例4为参照，给出了9个对比例，其中实施例1-5以及对比例1-9所得的蒜糖醇产品的收率，产量以及纯度，具体详见表1。
对比例1
与实施例4不同的是，步骤（1）中调节pH至5，其余操作相同。
对比例2
与实施例4不同的是，步骤（1）中调节pH至8，其余操作相同。
对比例3
与实施例4不同的是，步骤（1）中控制反应温度为20℃，其余操作相同。
对比例4
与实施例4不同的是，步骤（1）中控制反应温度为40℃，其余操作相同。
对比例5
与实施例4不同的是，步骤（2）中控制反应温度为20℃，其余操作相同。
对比例6
与实施例4不同的是，步骤（2）中控制反应温度为50℃，其余操作相同。
对比例7
与实施例4不同的是，步骤（3）中的滤液按照4BV/h的流速进入阳离子树脂柱，第一流出液按照2BV/h的流速进入阴离子树脂柱。
对比例8
与实施例4不同的是，步骤（4）中按照5℃/h的速度降温至18℃，其余操作相同。
对比例9
与实施例4不同的是，步骤（5）中按照2.5℃/h的速度降温至28℃，其余操作相同。
通过表1可以发现，采用本发明的工艺方法，实施例1-5中，实施例4所得的蒜糖醇产品的收率、纯度、产量等指标最佳，对比例1-9与实施例4相比较，实施例4所得的蒜糖醇产品的收率、纯度、产量等指标明显优于对比例。其中需要说明的是，实施例1-5中的步骤（3）滤液进入阳离子树脂柱和阴离子树脂柱时，进料结束后分别采用纯化水冲洗树脂柱。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）收集D-阿洛酮糖母液，加入核糖醇脱氢酶后调pH至6.5-7.5，控制反应温度至25-35℃，反应4-6h后的料液备用；其中所述核糖醇脱氢酶来源于产碱普罗威登斯菌 RIMD1656011，其NCBI的登录号为JALB01000025；其中D-阿洛酮糖母液的固含量为10-20%，所述核糖醇脱氢酶的加入量为D-阿洛酮糖母液的固含量的1-5%；
（2）将甲酸脱氢酶、甲酸钠和NAD+加入步骤（1）的料液中，调pH至6.5-7.5、控制反应温度25-45℃，反应6-8h后的料液经过滤，收集的滤液备用；其中甲酸脱氢酶的加入量为步骤（1）D-阿洛酮糖母液固含量的1-5%，所述甲酸钠在体系的浓度为0.8-1.2mol/l；所述NAD+在体系的浓度为4-6mmol/l；
（3）取步骤（2）中的滤液，按照1-3BV/h的流速先过阳离子树脂柱，收集的第一流出液按照0.5-1.5BV/h的流速再过阴离子树脂柱，收集的第二流出液备用；
（4）取步骤（3）中第二流出液，经过两次浓缩后收集的浓缩液，加入蒜糖醇晶种，降温、搅拌、抽滤，收集的蒜糖醇晶体加水溶解，加入脱色剂后搅拌、抽滤，收集的脱色液备用；
（5）取步骤（4）种所述脱色液，降温、抽滤，收集的蒜糖醇晶体经过洗涤、干燥，得到蒜糖醇产品。
2.根据权利要求1所述的一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，其特征在于，步骤（4）中所述浓缩液的固含量为60-70wt%，且按照1-3℃/h的速度降温至15-20℃。
3.根据权利要求1所述的一种采用D-阿洛酮糖母液制备蒜糖醇的工艺方法，其特征在于，步骤（5）中按照1-3℃/h的速度降温至25℃。
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