CN217556205U

CN217556205U - 一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统

Info

Publication number: CN217556205U
Application number: CN202123293321.XU
Authority: CN
Inventors: 吴强; 杨武龙; 徐伟冬; 李勉; 陈德水; 程新平; 廖承军
Original assignee: Zhejiang Huakang Pharmaceutical Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Huakang Pharmaceutical Co Ltd
Priority date: 2021-12-26
Filing date: 2021-12-26
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2031-12-26

Abstract

本实用新型涉及一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，所述系统包括调浆罐、液化罐、糖化罐、过滤器、第一离子交换系统、纳滤单元、高温缩聚单元以及发酵结晶单元。本实用新型以玉米淀粉为原料，经过液化和糖化处理后得到葡萄糖液，再经过纳滤单元处理后分别得到含高浓度葡萄糖的透过液和含低浓度葡萄糖的截留液，将高纯度葡萄糖液用于发酵制备赤藓糖醇，低纯度葡萄糖液用于制备聚葡萄糖。本实用新型能够同时制备赤藓糖醇和聚葡萄糖两种具有高价值的产品，同时不存在母液排放问题，降低了母液处理成本，最大程度的实现了低纯度葡萄糖液的高值化利用。

Description

一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统

技术领域

本实用新型属于糖醇制备技术领域，特别涉及一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统。

背景技术

赤藓糖醇，分子式为C₄H₁₀O₄，作为近些年兴起的较为理想的低热值甜味剂，具有热值低、口感好、无龋齿性、对糖尿病患者安全等特点，广泛应用于食品、饮料等行业。赤藓糖醇可通过化学法合成，但工业上主要是以葡萄糖为原料、经菌株发酵制得。而葡萄糖的工业化生产则主要是以玉米淀粉为原料，采用酶法进行液化、糖化得到葡萄糖粗液，葡萄糖粗液经脱色、离子交换等工序得到精制葡萄糖液。以葡萄糖液为原料制备赤藓糖醇时，由于糖液中二糖、三糖等低聚糖含量较高，导致后续分离纯化工序负荷增加、收率下降，因此往往先将葡萄糖液提纯至99％以上后再作为赤藓糖醇发酵原料。

目前葡萄糖液的提纯方法主要有纳滤或者模拟移动床技术，不论是哪种方法，经过处理后的糖液会分为高纯度的葡萄糖提取液和低纯度的葡萄糖提余液两部分，提取液可以作为赤藓糖醇发酵原料，但提余液中存在10～20％的二糖、三糖等低聚糖类，通常只能作为糖浆进行售卖，导致低纯度葡萄糖液的高值化利用率较低、不能最大程度的提高提余液的附加值，如公开号为CN102977156A的专利采用模拟移动床技术处理葡萄糖母液后，低纯度的葡萄糖提余液则用来制作麦芽糖浆。

聚葡萄糖作为一种新型的水溶性膳食纤维，主要是以葡萄糖、山梨醇、柠檬酸为原料，在高温下脱水缩聚得到聚葡萄糖粗品，经脱色、离子交换、干燥后即可得到聚葡萄糖产品，其反应路线简单、工艺步骤少；若以低纯度的葡萄糖提余液为原料制备聚葡萄糖，不仅能够显著提升低纯度葡萄糖液的价值，同时还减少了葡萄糖母液的处理成本。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，将纳滤后的葡萄糖液用于制备赤藓糖醇和聚葡萄糖，将高纯度葡萄糖液用于发酵制备赤藓糖醇，低纯度葡萄糖液用于制备聚葡萄糖，最大程度的利用低纯度葡萄糖液，进一步提高低纯度葡萄糖液的价值。

本实用新型是这样实现的，提供一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，包括依次通过管路连通的调浆罐、液化罐、糖化罐、过滤器、第一离子交换系统、纳滤单元、高温缩聚单元以及发酵结晶单元，调浆罐用于接收玉米淀粉并加水混合配制成玉米淀粉乳，液化罐用于加入α-淀粉酶将玉米淀粉乳水解为淀粉液化液，糖化罐用于将淀粉液化液连续糖化为葡萄糖粗液，过滤器和第一离子交换系统分别用于去除葡萄糖粗液内的杂质以得到纯度较高的葡萄糖液，纳滤单元用于对葡萄糖液进一步提纯分别得到含高浓度葡萄糖的透过液和含低浓度葡萄糖的截留液，发酵结晶单元用于对透过液进行处理以制备晶体赤藓糖醇，高温缩聚单元用于对截留液进行处理以制备聚葡萄糖。

进一步地，所述纳滤单元包括进料罐、进料泵、粗滤装置、高压泵以及纳滤装置，进料罐接收葡萄糖液，进料泵从进料罐抽取葡萄糖液然后输送到粗滤装置，经粗滤装置过滤后的葡萄糖液经过纳滤装置纳滤处理后被分为透过液和截留液。

所述纳滤单元还可以采用模拟移动床技术对葡萄糖液进行提纯，同样能够得到高纯度的提取液和低纯度的提余液。

进一步地，所述纳滤装置包括纳滤组件、冲洗罐和冲洗泵，纳滤组件包括纳滤膜和循环泵，葡萄糖液在循环泵的作用下被循环地通过纳滤膜进行过滤，冲洗罐中的清洗水在冲洗泵的作用下定期对纳滤膜进行冲洗。

进一步地，所述发酵结晶单元包括发酵罐、过滤装置、第二离子交换系统和结晶装置，发酵罐采用菌株将透过液中的葡萄糖发酵转化为赤藓糖醇以得到发酵液，过滤装置和第二离子交换系统分别用于除去发酵液中的杂质，结晶装置用于将除杂后的发酵液进行浓缩、结晶、干燥处理后得到晶体赤藓糖醇产品。

进一步地，所述高温缩聚单元包括真空高温反应器、脱色罐、第三离子交换系统以及干燥装置，真空高温反应器用于将截留液中的葡萄糖、二糖、三糖组分缩聚为聚葡萄糖粗品，脱色罐和第三离子交换系统分别用于对聚葡萄糖粗品进行脱色和除杂以得到精制后的聚葡萄糖液，最后经喷雾干燥装置干燥处理后得到聚葡萄糖产品。

与现有技术相比，本实用新型的利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，以玉米淀粉为原料，经过液化和糖化处理后得到葡萄糖液，再经过纳滤单元处理后分别得到含高浓度葡萄糖的透过液和含低浓度葡萄糖的截留液，将高纯度葡萄糖液用于发酵制备赤藓糖醇，低纯度葡萄糖液用于制备聚葡萄糖。本实用新型能够同时制备赤藓糖醇和聚葡萄糖两种具有高价值的产品，同时不存在母液排放问题，降低了母液处理成本，最大程度的实现了低纯度葡萄糖液的高值化利用。

附图说明

图1为本实用新型利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统的原理示意图；

图2为本实用新型利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的方法的流程示意图；

图3为图1中纳滤装置及纳滤处理的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图1所示，本实用新型利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统的较佳实施例，图中的带箭头的线条表示的是本实用新型中物料的流动方向。该系统包括依次通过管路连通的调浆罐1、液化罐2、糖化罐3、过滤器4、第一离子交换系统5、纳滤单元6、高温缩聚单元7以及发酵结晶单元8。

调浆罐1用于接收玉米淀粉A并加水混合配制成玉米淀粉乳。液化罐2用于加入α-淀粉酶将玉米淀粉乳水解为淀粉液化液，糖化罐3用于将淀粉液化液连续糖化为葡萄糖粗液。过滤器4和第一离子交换系统5分别用于去除葡萄糖粗液内的杂质以得到纯度较高的葡萄糖液B。纳滤单元6用于对葡萄糖液B进一步提纯分别得到葡萄糖纯度>99％的透过液C和葡萄糖纯度在80％～87％的截留液D。发酵结晶单元8用于对透过液C进行处理以制备晶体赤藓糖醇E，高温缩聚单元7用于对截留液D进行处理以制备聚葡萄糖F。

请参照图3所示，所述纳滤单元6包括进料罐61、进料泵62、粗滤装置63、高压泵64以及纳滤装置65。进料罐61接收葡萄糖液B，进料泵62从进料罐61抽取葡萄糖液B然后输送到粗滤装置63。经粗滤装置63过滤后的葡萄糖液B经过纳滤装置65纳滤处理后被分为透过液C和截留液D。

所述纳滤装置65包括纳滤组件、冲洗罐68和冲洗泵69，纳滤组件包括纳滤膜66和循环泵67。葡萄糖液B在循环泵67的作用下被循环地通过纳滤膜66进行过滤。具有更大分子量的二糖、三糖等低聚糖无法透过纳滤膜66被存留在截留液D中，透过液C中富含葡萄糖，从而实现葡萄糖液的提纯。冲洗罐68中的清洗水在冲洗泵69的作用下定期对纳滤膜66进行冲洗。清洗后的清洗废水G通过清洗废水收集槽收集待处理。

所述发酵结晶单元8包括发酵罐81、过滤装置82、第二离子交换系统83和结晶装置84。发酵罐81采用菌株将透过液C中的葡萄糖发酵转化为赤藓糖醇以得到发酵液，过滤装置82和第二离子交换系统83分别用于除去发酵液中的杂质，结晶装置84用于将除杂后的发酵液进行浓缩、结晶、干燥处理后得到晶体赤藓糖醇E产品。

所述高温缩聚单元7包括真空高温反应器71、脱色罐72、第三离子交换系统73以及干燥装置74。真空高温反应器71用于将截留液D中的葡萄糖、二糖、三糖组分缩聚为聚葡萄糖粗品，脱色罐72和第三离子交换系统73分别用于对聚葡萄糖粗品进行脱色和除杂以得到精制后的聚葡萄糖液，最后经喷雾干燥装置干燥处理后得到聚葡萄糖F产品。

请参照图2所示，本实用新型还公开一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的方法，其使用了如前所述的利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，所述方法包括如下步骤：

步骤一、采用α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶依次对玉米淀粉A原料进行液化、糖化处理，以得到葡萄糖粗液，葡萄糖粗液经过滤、离子交换除杂后得到精制后的葡萄糖液B，葡萄糖液B的折光为30％～35％、纯度为95％～96％。

步骤二，采用纳滤单元将葡萄糖液进一步提纯分别得到透过液C和截留液D，透过液C中葡萄糖纯度为99％～99.5％，截留液D中包含80％～86％的葡萄糖以及14％～20％的二糖、三糖低聚糖组分。

步骤三，将得到的截留液D输送至真空高温反应器71，以山梨醇为增塑剂、柠檬酸为催化剂，经高温缩聚为聚葡萄糖粗品，聚葡萄糖粗品再依次经过脱色、离交、喷雾干燥处理后得到聚葡萄糖F产品。在聚葡萄糖F产品中，聚葡萄糖纯度>90％，残留葡萄糖含量<6％。

步骤四，将得到的透过液C输送至发酵罐81，采用菌株将透过液C中的葡萄糖发酵转化为赤藓糖醇以得到发酵液，发酵液再经过过滤、离子交换、结晶处理后得到晶体赤藓糖醇E产品，赤藓糖醇纯度>99％。

具体地，在步骤一中，所述精制后的葡萄糖液B温度为50℃～60℃，pH值为4.0～5.0。

请再同时参照图1和图3所示，具体地，在步骤二中，所述将葡萄糖液B进一步提纯的过程是将葡萄糖液B先输送至进料罐61中，然后再通过进料泵62依次经过粗滤装置63、高压泵64和纳滤装置65处理，葡萄糖液B经纳滤处理后分别得到透过液C和截留液D，纳滤处理过程运行温度为40℃～60℃，压力为15bar～35bar。

具体地，在步骤三中，截留液D在真空高温反应器71进行高温反应，反应温度为140℃～160℃，真空度为-0.09MPa～-0.1MPa，反应时间为1.0h～2.5h，山梨醇添加量为10％～15％，柠檬酸添加量为0.5％～2.0％。

具体地，在步骤四中，透过液先蒸发至35％干基含量后才进行发酵处理。

下面通过具体实施例进一步说明本实用新型的利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统及方法。

实施例1

本实用新型的第一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的方法的实施例，包括如下步骤：

步骤11、将玉米淀粉A与水混合配置成玉米淀粉乳后，依次加入耐高温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶将玉米淀粉进行液化、糖化，得到糖化液。采用过滤器4除去糖化液中的大分子蛋白、脂肪等杂质，然后过第一离子交换系统5的离子交换树脂得到电导率为1.696μs/cm、纯度为96％的葡萄糖液B。

步骤12、取干基重量为1吨的葡萄糖液B进行纳滤处理，分别得到干基重量为0.79吨、葡萄糖纯度为99.2％的透过液C和干基重量为0.21吨、葡萄糖纯度为84.0％的截留液D。在截留液D中，除了葡萄糖外，还包含16％的二糖、三糖等多糖组分。

步骤13、将所得的干基重量为0.21吨的截留液D输送至真空高温反应器71，同时按照葡萄糖：山梨醇：柠檬酸为87：12：1的比例加入24.33kg山梨醇、2.03kg柠檬酸，在-0.095MPa、160℃条件下反应2.0h，得到聚葡萄糖粗品。聚葡萄糖粗品溶解后依次经过脱色、离子交换、喷雾干燥得到0.18吨聚葡萄糖F产品。在聚葡萄糖F产品中，聚葡萄糖纯度为94.6％，残留葡萄糖含量2.68％，残留1,6-脱水-D-葡萄糖含量1.50％。

步骤14、将所得的干基重量为0.79吨的透过液C输送至发酵罐81，经发酵、膜过滤、离子交换、浓缩结晶、离心干燥得到0.43吨晶体赤藓糖醇E产品，赤藓糖醇纯度为99.6％，葡萄糖制备赤藓糖醇的转化率为54.43％。

在本实用新型中，以低纯度葡萄糖液的高值化利用率为指标来表征其利用效果。高值化利用率计算方法如下：

高值化利用率＝(转化为高价值产品的葡萄糖干基)/(低纯度糖液中葡萄糖总干基)

按照高值化利用率计算公式，得到本实施例低纯度葡萄糖液的高值化利用率为95.56％。

实施例2

本实用新型的第二种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的方法的实施例，包括如下步骤：

步骤21、将玉米淀粉A与水混合配置成玉米淀粉乳后，依次加入耐高温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶将玉米淀粉进行液化、糖化，得到糖化液。采用过滤器4除去糖化液中的大分子蛋白、脂肪等杂质，然后过第一离子交换系统5的离子交换树脂得到电导率为1.914μs/cm、纯度为95.8％的葡萄糖液B。

步骤22、取干基重量为1吨的葡萄糖液B进行纳滤，分别得到干基重量为0.78吨、葡萄糖纯度为99.4％的透过液C和干基重量为0.22吨、葡萄糖纯度为83.1％的截留液D。在截留液D中，除了葡萄糖外，还包含16.9％的二糖、三糖等多糖组分。

步骤23、将所得的干基重量为0.22吨的截留液D输送至真空高温反应器71，同时按照葡萄糖：山梨醇：柠檬酸为87：12：1的比例加入25.22kg山梨醇、2.10kg柠檬酸，在-0.095MPa、160℃条件下反应2.0h，得到聚葡萄糖粗品。聚葡萄糖粗品溶解后依次经过脱色、离子交换、喷雾干燥得到0.19吨聚葡萄糖F产品。在聚葡萄糖F产品中，聚葡萄糖纯度为95.3％，残留葡萄糖含量2.19％，残留1,6-脱水-D-葡萄糖含量1.56％。

步骤24、将所得的干基重量为0.78吨的透过液C输送至发酵罐81，经发酵、膜过滤、离子交换、浓缩结晶、离心干燥得到0.41吨晶体赤藓糖醇E产品，赤藓糖醇纯度为99.3％，葡萄糖制备赤藓糖醇的转化率为52.56％。

按照高值化利用率计算公式，得到本实施例低纯度葡萄糖液高值化利用率为95.93％。

对比例1

该对比例1采用本实用新型方法处理透过液C制备赤藓糖醇，而不处理截留液D，不制备聚葡萄糖，只是将截留液D回流葡萄糖纳滤前液中再利用来制备赤藓糖醇。该对比例包括如下步骤：

步骤D1、将玉米淀粉A与水混合配置成玉米淀粉乳后，依次加入耐高温α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶将玉米淀粉进行液化、糖化，得到糖化液；采用过滤器4除去糖化液中的大分子蛋白、脂肪等杂质，然后过离子交换树脂得到电导率为1.472μs/cm、纯度为95.9％的葡萄糖液B。

步骤D2、取干基重量为1吨的葡萄糖液B进行纳滤，分别得到干基重量为0.80吨、葡萄糖纯度为99.0％的透过液C和干基重量为0.20吨、葡萄糖纯度为83.5％的截留液D。在截留液D中，除了葡萄糖外，还包含16.5％的二糖、三糖等多糖组分。

步骤D3、将所得的干基重量为0.80吨的透过液C输送至发酵罐81，经发酵、膜过滤、离子交换、浓缩结晶、离心干燥得到0.43吨晶体赤藓糖醇E产品，赤藓糖醇纯度为99.4％，葡萄糖制备赤藓糖醇转化率为53.75％。

步骤D4、纳滤过程所得的干基重量为0.20吨的截留液D直接回套至葡萄糖纳滤前液中，然后再经纳滤、发酵、结晶等工序，最终得到0.073吨晶体赤藓糖醇F产品。该过程低纯度葡萄糖液的高值化利用率仅为43.71％。

与对比例1所述工艺相比，各实施例以纳滤截留液D为原料，得到了价值更高的聚葡萄糖F产品，更大程度的利用了低纯度葡萄糖液的附加值。以低纯度葡萄糖液的高值化利用率为指标，考察各实施例与对比例1的高值化利用率效果，能够发现采用本实用新型所述工艺方法后，低纯度葡萄糖液的高值化利用率得到了明显提高。

各实施例与对比例1的低纯度葡萄糖液高值化利用率数据对比如表1所示。

表1各实施例与对比例1的低纯度葡萄糖液高值化利用率实验数据对比表

类型	实施例1	实施例2	对比例1
				低纯度葡萄糖液高值化利用率	95.56％	95.93％	43.71％

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，其特征在于，包括依次通过管路连通的调浆罐、液化罐、糖化罐、过滤器、第一离子交换系统、纳滤单元、高温缩聚单元以及发酵结晶单元，纳滤单元分别与高温缩聚单元、发酵结晶单元连通，所述纳滤单元包括进料罐、进料泵、粗滤装置、高压泵以及纳滤装置，所述纳滤装置包括纳滤组件、冲洗罐和冲洗泵，所述发酵结晶单元包括发酵罐、过滤装置、第二离子交换系统和结晶装置，所述高温缩聚单元包括真空高温反应器、脱色罐、第三离子交换系统以及干燥装置，进料罐与第一离子交换系统连通，纳滤组件分别与真空高温反应器和发酵罐连通。

2.如权利要求1所述的利用玉米淀粉制备赤藓糖醇和聚葡萄糖的系统，其特征在于，纳滤组件包括纳滤膜和循环泵。