專利名稱：利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生產(chǎn)木糖醇的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種木糖醇的制備工藝，尤其涉及高效利用木糖醇生產(chǎn)中的廢棄物料生 產(chǎn)木糖醇從而提高木糖醇產(chǎn)率的方法，具體涉及利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木 糖醇母液生產(chǎn)木糖醇的方法。
背景技術(shù)：
木糖醇為天然的五碳糖醇，是重要的功能性食品添加劑之一。木糖醇的甜度是蔗糖 的1.05倍，熱量與蔗糖相當，其代謝不需要胰島素，可替代蔗糖作為糖尿病患者食用的 甜味劑。木糖醇不被細菌發(fā)酵，用在口香糖中作為甜味劑，具有維持口腔酸堿平衡、預 防齲齒的功能。有研究表明，木糖醇可阻止細菌與人體細胞的結(jié)合，預防呼吸道感染； 木糖醇還有促進腸道對鈣質(zhì)的吸收，減少骨質(zhì)流失，維持正常骨密度以及降低肝臟轉(zhuǎn)氨 酶等作用。
目前木糖醇生產(chǎn)方法主要為化學法即采用玉米芯、甘蔗渣等富含聚戊糖(含36 40 %的多縮戊糖)的原料，經(jīng)酸水解成含木糖的糖液，然后經(jīng)中和、脫色、離子交換、結(jié) 晶等復雜的凈化過程從水解液中分離純化出木糖，接著化學加氫使木糖生成木糖醇。
在這一過程中會產(chǎn)生大量的木糖母液或木糖醇母液。木糖母液指的是木糖水解液結(jié) 晶提取木糖后剩余的母液。以玉米芯原料為例，大多玉米芯水解液含糖質(zhì)量濃度14%， 其中含13%葡萄糖，70%木糖，15%阿拉伯糖及少量其他雜糖，木糖通過兩次結(jié)晶獲得 晶體，從而用于加氫制木糖醇。木糖母液中糖濃度約70 80%;其中葡萄糖含6 12%， 木糖含60 70%，阿拉伯糖含17 23%,半乳糖含0 6%。木糖醇母液指的是木糖加 氫后制得的木糖醇結(jié)晶析出后剩余的母液，這一部分相對雜質(zhì)較少，但經(jīng)濃縮后，母液 中仍有較多的木糖醇和阿拉伯糖醇， 一般含有20 60%的木糖醇，還有15 30%的阿 拉伯糖醇等雜醇。目前對此類副產(chǎn)物尚未能很好的加以利用， 一般以低價出售給焦糖色 素廠，大大減少了木糖醇生產(chǎn)的效益，同時造成大量資源浪費和嚴重的環(huán)境污染。
為提高對木糖母液或木糖醇母液的利用，從而提高木糖醇產(chǎn)率，近年來，許多人做 了很多努力，如趙光輝等提出用PCR642樹脂分離提純木糖醇母液，提高木糖醇的回收 率；彭奇均在ZL 200510040433中提出采用模擬移動床技術(shù)從木糖母液或水解液中提取 木糖和木糖醇，具體方法為，1)以釀酒酵母發(fā)酵除去其中的葡萄糖，然后通過模擬移 動床，使木糖與阿拉伯糖等完全分離，得到富含木糖的組分，或者2)以木糖水解液或 木糖母液為原料，發(fā)酵除去其中的葡萄糖，然后將糖液加氫；再通過模擬移動床，使木 糖醇與阿拉伯糖醇等雜質(zhì)完全分離，得到富含木糖醇的組分；梁廣川等在CN200510014580中提到向木糖醇母液中加入0.01%的山梨酸鉀或葡萄糖酸鈉可獲得純 度95%以上的木糖醇晶體。這些方法僅利用了分離出的木糖或木糖醇，而對另一較大含 量的阿拉伯糖(醇)沒有加以利用，只能以糖液出售，大大減少了木糖(醇)生產(chǎn)的經(jīng) 濟效益。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖 醇母液生產(chǎn)木糖醇的方法，即將木糖母液或木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化為木糖 醇，以提高玉米芯、甘蔗渣等生產(chǎn)木糖醇的產(chǎn)率。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生產(chǎn)木糖醇的方法，包括如下 步驟
1、 獲得D-阿拉伯糖醇溶液
將木糖母液中的阿拉伯糖經(jīng)分離后再加氫獲得D-阿拉伯糖醇，或?qū)⒛咎悄敢褐械?阿拉伯糖加氫后再分離獲得D-阿拉伯糖醇。
在木糖醇生產(chǎn)工藝中，木糖母液中糖折光濃度大約為70 80%;其中葡萄糖含6
12%，木糖含60 70%，阿拉伯糖含17 23%，半乳糖含0 6%。
本發(fā)明在制備D-阿拉伯糖醇溶液時，可采用2種方式a，利用離交分離將木糖母 液中的阿拉伯糖分離出來，通過催化加氫獲得D-阿拉伯糖醇；b，將木糖母液經(jīng)催化加 氫還原獲得含有木糖醇、D-阿拉伯糖醇和其它雜醇的混合溶液，然后再通過離交將D-阿拉伯糖醇與木糖醇和雜糖醇分離，獲得高純度的D-阿拉伯糖醇。上述兩種分離或加 氫方法皆為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)。
2、 將阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化生成木糖醇
利用同時具有D—阿拉伯糖醇脫氫酶(AraDH)和木糖醇脫氫酶(XDH)活力的菌株， 將步驟1得到的D-阿拉伯糖醇或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化成木糖醇；
所述的同時具有D—阿拉伯糖醇脫氫酶和木糖醇脫氫酶活力的菌株為醋酸桿菌或 氧化葡萄糖酸桿菌。
將阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化生成木糖醇的過程具體如下
(1) 細胞培養(yǎng)將同時具有D —阿拉伯糖醇脫氫酶和木糖醇脫氫酶活力的菌株接種 于培養(yǎng)基(10 50g/L葡萄糖，5 30 g/L酵母提取物，5 10g/L蛋白胨，10 30 g/L 阿拉伯糖醇)中，培養(yǎng)溫度為25 37'C，培養(yǎng)時間20 72小時，離心或過濾收集細胞， 洗滌1次待用。
(2) 底物轉(zhuǎn)化調(diào)配步驟1得到的D-阿拉伯糖醇溶液或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇的濃度在20 100g/L范圍內(nèi)，將菌株細胞懸浮于上述D-阿拉伯糖醇溶液中，菌 株加入量為5~15%(W/V，即lOOmLD-阿拉伯糖醇溶液或木糖醇母液或兩者的混合液中 加入5 15g菌株)，25 37。C下，轉(zhuǎn)化20 35小時，底物中的阿拉伯糖醇90 95%轉(zhuǎn)化 為木糖醇。
底物轉(zhuǎn)化的反應方程式如下
D-阿拉伯糖醇脫氫酶 木糖醇脫氫酶 D-阿拉伯糖醇-D-木酮糖-^木糖醇
3、木糖醇轉(zhuǎn)化液的結(jié)晶
將步驟2獲得的木糖醇轉(zhuǎn)化液，離心或過濾等方法除去菌體細胞后，經(jīng)濃縮、結(jié)晶 得到木糖醇產(chǎn)品。
有益效果本發(fā)明對傳統(tǒng)方法中產(chǎn)生的木糖母液和木糖醇母液加以充分利用，其工 藝簡單合理，可提高玉米芯、甘蔗渣等生產(chǎn)原料的利用率，大約提高了9 14%，較大
幅度的降低整體生產(chǎn)成本，從而提高了木糖醇生產(chǎn)經(jīng)濟效益。
圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例是為說明而非限制本發(fā)明。 本領(lǐng)域中任何普通技術(shù)人員能夠理解這些實施實例不以任何方式限制本發(fā)明，可做適當 的修改而不違背本發(fā)明的實質(zhì)和偏離本發(fā)明的范圍。 實例1:
將木糖母液(糖折光濃度大約為63%，其中含有阿拉伯糖22%，木糖50%，半乳 糖6%及15%的葡萄糖)利用732Na+型離交分離，分離條件如下分離溫度70'C，系 統(tǒng)壓力l.lMPa，進料流速為1L/h，洗脫水流速為3.5L/h，將木糖母液中阿拉伯糖分離 出來，獲得純度為95%的阿拉伯糖液。將此阿拉伯糖液加入氫化反應器中，反應至還原 糖含量小于0.1%后，即獲得D-阿拉伯糖醇液，其折光濃度為50%， D-阿拉伯糖醇含量 約為94%，待用。
將氧化葡萄糖酸桿菌ATCC621接種于裝有50mL細菌培養(yǎng)基A的250mL三角瓶中， 于30°C、 220rpm旋轉(zhuǎn)搖床培養(yǎng)72h，離心收集細胞，用0.1M磷酸緩沖液洗滌1次待用。 細菌培養(yǎng)基A的成分是50g/L葡萄糖，30g/L酵母提取物，5g/L蛋白胨，10g/L阿拉伯 糖醇。
將先前制得的D-阿拉伯糖醇液經(jīng)適當稀釋后，使得D-阿拉伯糖醇濃度為50 g/L， 取稀釋后的50mL的阿拉伯糖醇溶液于250mL三角瓶中，再將洗滌后的菌株細胞以10X(W/V)的加入量接入阿拉伯糖醇溶液，于30'C、 220ipm旋轉(zhuǎn)搖床轉(zhuǎn)化30h，轉(zhuǎn)化結(jié)束 時，轉(zhuǎn)化液中木糖醇濃度為46g/L。
將轉(zhuǎn)化液離心得上清液47mL，加入活性炭0.94g，調(diào)pH5.0，煮沸，冷卻到室溫后 抽慮得無色清液。將清液于50'C減壓蒸干，用無水熱乙醇抽提固體物質(zhì)，冷卻后得木糖 醇結(jié)晶，過濾，將晶體干燥，得木糖醇晶體2.1g。 實例2:
將氧化葡萄糖酸桿菌ATCC621接種于裝有50mL細菌培養(yǎng)基B的250mL三角瓶中， 于37'C、 220rpm旋轉(zhuǎn)搖床培養(yǎng)30h，離心收集細胞，用O.IM磷酸緩沖液洗滌1次待用。 細菌培養(yǎng)基B的成分是30g/L葡萄糖，5g/L酵母提取物，10g/L蛋白胨，20g/LD-阿拉 伯糖醇。
將洗滌后的細胞以15X(W/V)的加入量接入50mL糖折光濃度為10%木糖醇結(jié)晶母 液中，其中木糖醇含量為60%，阿拉伯糖醇含量為30X(D-阿拉伯糖醇的濃度為30g/L)， 于25'C、 220rpm旋轉(zhuǎn)搖床轉(zhuǎn)化35h，轉(zhuǎn)化結(jié)束時，轉(zhuǎn)化液中木糖醇濃度為88g/L。
將轉(zhuǎn)化液離心得上清液47mL，加入活性炭0.94g，調(diào)pH5.0，煮沸，冷卻到室溫后 抽慮得無色清液。將清液于5(TC減壓蒸干，用無水熱乙醇抽提固體物質(zhì)，冷卻后得木糖 醇結(jié)晶，過濾，將晶體干燥，得木糖醇晶體4.1g。 實例3:
將醋酸桿菌接種于裝有50mL細菌培養(yǎng)基C的250mL三角瓶中，于25°C 、 220rpm 旋轉(zhuǎn)搖床培養(yǎng)50h，離心收集細胞，用0.1M磷酸緩沖液洗滌1次待用。細菌培養(yǎng)基C 的成分是10g/L葡萄糖，20g/L酵母提取物，8g/L蛋白胨，30g/LD-阿拉伯糖醇。
將實施例1中制得的D-阿拉伯糖醇液5mL與糖折光濃度為20%木糖醇結(jié)晶母液 10mL(其中木糖醇含量為60X，阿拉伯糖醇含量為30%)混合，并加入0.5g的葡萄糖， 定容至50ml作為轉(zhuǎn)化液(D-阿拉伯糖醇的含量為32g/L)。
將洗滌后的細胞以5X(W/V)的加入量接入50mL上述轉(zhuǎn)化液中，于37'C、 220rpm 旋轉(zhuǎn)搖床轉(zhuǎn)化20h轉(zhuǎn)化結(jié)束時，轉(zhuǎn)化液中木糖醇濃度為53g/L。
將轉(zhuǎn)化液離心得上清液47mL，加入活性炭0.94g，調(diào)pH5.0，煮沸，冷卻到室溫后 抽慮得無色清液。將清液于50'C減壓蒸干，用無水熱乙醇抽提固體物質(zhì)，冷卻后得木糖 醇結(jié)晶，過濾，將晶體干燥，得木糖醇晶體2.49g。
權(quán)利要求
1. 一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)將木糖母液中的阿拉伯糖經(jīng)分離后再加氫獲得D-阿拉伯糖醇，或?qū)⒛咎悄敢褐械陌⒗羌託浜笤俜蛛x獲得D-阿拉伯糖醇；(2)利用同時具有D-阿拉伯糖醇脫氫酶和木糖醇脫氫酶活力的菌株，將步驟(1)得到的D-阿拉伯糖醇或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化成木糖醇；(3)將步驟(2)獲得的木糖醇轉(zhuǎn)化液，除去菌體細胞后，經(jīng)濃縮、結(jié)晶得到木糖醇產(chǎn)品。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生 產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于步驟(2)中，所述的同時具有D—阿拉伯糖醇脫氫酶和木糖 醇脫氫酶活力的菌株為醋酸桿菌或氧化葡萄糖酸桿菌。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母 液生產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于步驟(2)中，菌株在參與轉(zhuǎn)化反應之前，先進行細胞培 養(yǎng)將菌株接種于培養(yǎng)基中，25 37'C下，培養(yǎng)20 72小時，收集細胞，洗滌。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生 產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于所述培養(yǎng)基的組份如下10 50 g/L葡萄糖，5 30 g/L 酵母提取物，5 10g/L蛋白胨，10 30g/L阿拉伯糖醇。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生 產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于步驟(2)中，D-阿拉伯糖醇的起始反應濃度為20 100g/L。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生 產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于步驟(2)中，菌株的加入量為5~15%(W/V)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生 產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于步驟(2)中，轉(zhuǎn)化反應溫度為25 37'C。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生 產(chǎn)木糖醇的方法，其特征在于步驟(2)中，轉(zhuǎn)化反應時間為20 35小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用木糖醇生產(chǎn)中廢棄的木糖母液或木糖醇母液生產(chǎn)木糖醇的方法1.將木糖母液中的阿拉伯糖經(jīng)分離后再加氫獲得D-阿拉伯糖醇，或加氫后再分離獲得D-阿拉伯糖醇；2.利用同時具有D-阿拉伯糖醇脫氫酶和木糖醇脫氫酶活力的菌株，將步驟1得到的D-阿拉伯糖醇或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇轉(zhuǎn)化成木糖醇；3.將步驟2獲得的木糖醇轉(zhuǎn)化液，除去菌體細胞后，經(jīng)濃縮、結(jié)晶得到木糖醇產(chǎn)品。本發(fā)明對傳統(tǒng)方法中產(chǎn)生的木糖母液和木糖醇母液加以充分利用，其工藝簡單合理，可提高玉米芯、甘蔗渣等生產(chǎn)原料的利用率，大約提高了9～14％，較大幅度的降低整體生產(chǎn)成本，從而提高了木糖醇生產(chǎn)經(jīng)濟效益。
文檔編號C12N1/20GK101285082SQ20081012364
公開日2008年10月15日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月28日
發(fā)明者虹 徐, 朱宏陽, 莎 李, 歐陽平凱, 恒 蔡 申請人:南京工業(yè)大學