一種無臭赤蘚糖醇的生產方法
【專利摘要】本發明涉及一種無臭赤蘚糖醇的生產方法，包括步驟如下：(1)將帶菌體的酵母菌發酵液調節pH至4.5?5.0，然后加熱至70?80℃，離心分離，得菌體沉淀和上清液；(2)將步驟(1)得到的上清液經脫色和過濾后，降溫至45?50℃，然后進行脫鹽過程；(3)將步驟(2)脫鹽后的液體濃縮至赤蘚糖醇的質量濃度為70?75％，降溫至5?15℃使赤蘚糖醇晶體析出，然后離心分離，干燥，得赤蘚糖醇晶體。本發明的生產方法得到的赤蘚糖醇沒有發酵異味，赤蘚糖醇收率高，高達98.1％以上，純度高，高達99.6％以上。
【專利說明】
一種無臭赤蘚糖醇的生產方法
技術領域
[0001]本發明屬于發酵工程技術領域，涉及一種無臭赤蘚糖醇的生產方法，特別涉及一種利用酵母菌株生產無臭赤蘚糖醇的工藝。
【背景技術】
[0002]赤蘚糖醇(I，2，3，4_丁四醇)是一種天然的四碳糖醇。廣泛存在于海藻、蘑菇、瓜類、葡萄、梨、發酵食品及人和動物的組織及體液中。赤蘚糖醇外觀為白色的結晶性粉末，無異味，具有蔗糖甜度約75%甜度物質。赤蘚糖醇具有低能量值、高耐受涼、無副作用、非致齲齒性等優越特性;具有比較高的消化性，容易被小腸迅速吸收;赤蘚糖醇不影響血糖和胰島素水平，適宜于糖尿病人食用。與大多數非糖類甜味劑相比，赤蘚糖醇表現出很好的加工特性。赤蘚糖醇具有爽口和類似蔗糖的甜味，可以賦予產品圓潤感和質感，掩蔽不良味道，并具有清涼感;可以與其它甜味劑發生甜味的協同作用;對熱和酸等加工條件表現出非常好的穩定性。由于赤蘚糖醇具有上述良好的特性，因而廣泛地應用于糖果、飲料、焙考制品，以及保健食品和藥品等工業中，需求量日益增大。
[0003]盡管赤蘚糖醇存在于天然植物中，但其含量較低，提取和分離成本高，不適合工業化生產。化學合成方法存在轉化率低，成本高，以及安全性等方面的問題，目前研究和應用最多的是以葡萄糖為原料的發酵法生產赤蘚糖醇的工藝方法。一般經耐高滲酵母菌株發酵產生赤蘚糖醇及少量的核糖醇、丙三醇等副產物，經分離、提取、精制，獲得高純度的赤蘚糖醇廣品，廣品得率大約60%。
[0004]關于赤蘚糖醇的分離提純，中國專利文件CN1932002A(申請號:200510102929.6)公開了一種解脂假絲酵母菌及用其生產赤蘚糖醇的方法，該方法包括:(a)在含葡萄糖的發酵培養基中對高產赤蘚糖醇的解脂假絲酵母進行發酵，以得到含有赤蘚糖醇的發酵液；(b)從上述發酵液中分離純化赤蘚糖醇。這種工藝得到的產品純度較高可達99.7%以上，但是重結晶會使赤蘚糖醇的收率大大降低，即使再從余液中提取也會大大提高生產成本。
[0005]中國專利文件CN101302551A(申請號:200810016810.0)公開一種赤蘚糖醇生產方法，以葡萄糖為原料，解脂假絲酵母為發酵菌株，經搖床培養及一級、二級種子擴大培養，然后進行發酵罐發酵，發酵完畢后，發酵液用陶瓷膜除去菌體蛋白雜質，然后用鈉膜選擇性通過赤蘚糖醇，對赤蘚糖醇進行提取，最后濃縮結晶、分離干燥得到赤蘚糖醇產品。但是，該工藝濃相損失赤蘚糖醇，設備易壞，生產的產品會含有發酵異味，產品純度和透光度也偏低，不能滿足客戶的需求。
[0006]赤蘚糖醇在發酵生產過程中微生物代謝會產生氣味并帶有異味，若在后續的產品提取過程中控制不當，會導致成品帶有一定異味，在產品包裝后再打開的瞬間異味十分明顯，在客戶對產品日益嚴格要求的形式下，影響產品的質量和銷售。因此，尋找一種穩定控制解決產品氣味的有效方法，成為解決產品質量的關鍵。
【發明內容】
[0007]本發明針對現有生產技術中存在的問題，提供一種利用酵母菌株生產無臭赤蘚糖醇的工藝。通過調整整體生產工藝過程和技術指標，最終徹底解決赤蘚糖醇產品的氣味問題，為客戶提供質量合格的赤蘚糖醇產品。
[0008]術語說明:
[0009]酵母菌發酵液:本發明的酵母菌發酵液是指能產生赤蘚糖醇的酵母菌培養發酵后得到的發酵液。酵母菌的培養和發酵過程均按現有技術。
[0010]本發明的技術方案如下:
[0011 ] 一種無臭赤蘚糖醇的生產方法，包括步驟如下:
[0012](I)將帶菌體的酵母菌發酵液調節pH至4.5-5.0，然后加熱至70-80 V，離心分離，得菌體沉淀和上清液；
[0013](2)將步驟(I)得到的上清液經脫色和過濾后，降溫至45-50°C，然后進行脫鹽過程；
[0014](3)將步驟(2)脫鹽后的液體濃縮至赤蘚糖醇的質量濃度為70-75%，降溫至5-150C使赤蘚糖醇晶體析出，然后離心分離，干燥，得赤蘚糖醇晶體。
[0015]根據本發明，優選的，步驟(I)中調節pH所用試劑為HCl或NaOH;
[0016]優選的，加熱所用設備為管式換熱器，更優選內外加套管式換熱器，為長管套管彎曲組合，材質為316L不銹鋼，換熱面積以使發酵液溫度從30°C升溫至80°C計算；
[0017]優選的，離心分離所用設備為臥螺離心機，材質為316L不銹鋼，離心轉速為4000-5000轉/分鐘。
[0018]根據本發明，優選的，步驟(2)中脫色過程是使用活性炭進行脫色，進一步優選的，活性炭為醫藥級活性炭粉末，活性炭用量為上清液體積的1-1.5% ;
[0019]優選的，過濾過程為先在鋪填有硅藻土的板框過濾器中過濾，然后用活性炭吸附，再用紙板過濾，最后用管道過濾器進行過濾;進一步優選的，所述的鋪填在板框過濾器上的娃藻土為粒徑在28?50μηι的粗娃藻土與粒徑在I?2μηι的細娃藻土按3:1質量比的混合;過濾用的紙板材質為聚四氟乙烯，紙板的過濾孔徑為Iym;管道過濾器中過濾材質為聚醚砜、聚酰胺或聚碳酸酯，過濾孔徑為0.45μπι;硅藻土的鋪設可以起到過濾支撐的作用，延長過濾時間，避免因粘稠及小顆粒物質過快，過早的堵塞濾布的孔徑，降低過濾效率。
[0020]優選的，過濾后濾液的透光率295.0% ;
[0021 ]優選的，脫鹽過程為反復用交換樹脂進行洗脫脫鹽，進一步優選的，將過濾液依次經陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂洗脫，反復洗脫2-5次;優選的，陽離子交換樹脂為強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂分開裝柱，裝柱后的高徑比均為7-16，柱溫40-45°C;
[0022]優選的，脫鹽后的液體電導率< 50yS/cm。脫鹽過程將脫鹽后的液體控制電導率<50ys/cm，可以有效避免后續得到的赤蘚糖醇產品產生發酵異味。
[0023]根據本發明，優選的，步驟(3)中濃縮的方式為真空蒸發濃縮;降溫過程為分段降溫，先降溫至40-60°C，然后再以5-10°C/h的降溫速率降溫至5-15°C ;
[0024]優選的，離心分離過程是使用臥式離心機連續離心，離心轉速為3000-4000轉/分鐘；
[0025]優選的，干燥的方式為真空干燥，真空度為-0.06Pa?-0.09Pa，干燥溫度為50-60-C。
[0026]本發明步驟(3)離心后的離心液可返回到步驟(2)再進行循環利用。
[0027]本發明從能產生赤蘚糖醇的酵母菌發酵液中分離純化赤蘚糖醇，優化分離純化工藝參數，最終去除產品的發酵異味。本發明生產赤蘚糖醇的工藝步驟為:發酵液一一在線調節pH—一瞬時升溫一一臥螺離心分離一一活性炭脫色一一硅藻土過濾一一碳柱吸附一一紙板過濾一一連續離交一一板式蒸發濃縮一一連續降溫結晶一一離心一一震動流化床干燥一一篩分一一包裝。
[0028]本發明的有益效果如下:
[0029]1、本發明的生產方法得到的赤蘚糖醇沒有發酵異味，赤蘚糖醇收率高，高達98.1%以上，純度高，高達99.6%以上。
[0030]2、本發明的生產方法過程簡單，原料適用范圍廣，適用各種能產生赤蘚糖醇的酵母菌發酵液為原料進行生產赤蘚糖醇。
【具體實施方式】
[0031]以下結合具體實施例來進一步解釋本發明，但實施案例并不對本發明做任何形式的限定。
[0032]實施例中所用原料均為常規原料，所用設備均為常規設備。
[0033]其中:酵母菌發酵液:按照現有技術對可產生赤蘚糖醇的酵母菌培養發酵后得到的發酵液，發酵液中含有菌體。可參見中國專利文件CN201010593775.6、CN201210204534.7或CN201510782365.9。
[0034]管式換熱器，為內外加套管式換熱器，為長管套管彎曲組合，材質為316L不銹鋼，換熱面積以使發酵液溫度從30°C升溫至80°C計算。
[0035]板式換熱器以軟化水為降溫介質，軟化水回用至發酵工段;所述連續離子交換系統，選自廈門世達膜公司，該系統為旋轉轉盤形式，包括連續進料，連續出料，連續沖洗和活化功能。陽離子交換樹脂為強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂；陰離子交換樹脂為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂分開裝柱，樹脂裝柱后的高徑比均為 7-16，柱溫40-45°C。
[0036]管道過濾器中過濾材質為聚醚砜、聚酰胺或聚碳酸酯，過濾孔徑為0.45μπι。
[0037]臥式結晶罐具備連續首端進料，末端出料功能，罐中帶有分段降溫裝置，可以實現連續結晶出料。
[0038]臥式離心分離機，具有自動清洗物料、自動卸料功能，自動清洗功能。
[0039]實施例1
[0040]—種無臭赤蘚糖醇的生產方法，包括步驟如下:
[0041](I)發酵液預處理:
[0042]將帶菌體的酵母菌發酵液通過管道混合器蠕動添加HCl或NaOH調節pH至4.5，然后將發酵液經管式換熱器加熱至80 °C，進入保溫緩沖罐中，經離心栗栗入臥螺離心機，4500rpm離心，連續分離菌體沉淀和上清液；
[0043](2)上清液處理:
[0044]將步驟(I)中處理后的上清液栗入裝有活性炭的脫色罐中，80°C維持30min后，栗入鋪填有硅藻土的板框過濾器中過濾后，濾液經顆粒活性炭吸附柱后，再經0.Ιμπι的紙板過濾后進入緩沖罐，過濾后濾液透光率大于96.3%；
[0045]脫鹽:將緩沖罐中的濾液經管道過濾器過濾后，板式換熱器降溫至45°C，進入連續離子交換系統，先經陽離子(001X8強酸性)交換樹脂柱，再通過陰離子(201X7強堿性)交換樹脂柱，連續離子交換洗脫，離子交換洗脫液收集至緩沖罐中，離子交換后的液體電導率30ys/cm；
[0046](3)離子交換后的液體濃縮、結晶:
[0047]將步驟(2)中離子交換后的液體經板式換熱器由蒸汽換熱至60°C，進入三效板式蒸發器中進行真空蒸發濃縮，濃縮至赤蘚糖醇的質量濃度為70%，然后將濃縮后的糖漿經過糖漿栗栗入管道換熱器中進行降溫，溫度降至60°C時，進入分段式臥式結晶罐中，以每小時降溫10°C的速率，降溫至10°C，使赤蘚糖醇晶體析出，然后采用臥式離心機3000rpm連續離心、洗滌進入真空震動流化床在真空度-0.08pa，60°C溫度下干燥，進入包裝系統。
[0048]得到的赤蘚糖醇收率為97.5%，HPLC檢測其純度達99.6%。
[0049]氣味檢測:產品進行抽樣檢測，將100克赤蘚糖醇產品溶解于500ml去離子水中，檢測赤蘚糖醇成品水溶液電導率2.0ys/cm，產品為氣味合格產品。
[0050]實施例2
[0051 ] 一種無臭赤蘚糖醇的生產方法，包括步驟如下:
[0052](I)發酵液預處理:
[0053]將帶菌體的酵母菌發酵液通過管道混合器蠕動添加HCl或NaOH調節pH至5.0，然后將發酵液經管式換熱器加熱至75 °C，進入保溫緩沖罐中，經離心栗栗入臥螺離心機，4500rpm離心，連續分離菌體沉淀和上清液；
[0054](2)上清液處理:
[0055]將步驟(I)中處理后的上清液栗入裝有活性炭的脫色罐中，75°C維持30min后，栗入鋪填有硅藻土的板框過濾器中過濾后，濾液經顆粒活性炭吸附柱后，再經0.Ιμπι的紙板過濾后進入緩沖罐，過濾后濾液透光率為95.7% ；
[0056]脫鹽:將緩沖罐中的濾液經管道過濾器過濾后，板式換熱器降溫至40°C，進入連續離子交換系統，先經陽離子(001X8強酸性)交換樹脂柱，再通過陰離子(201X7強堿性)交換樹脂柱，連續離子交換洗脫，離子交換后的液體收集至緩沖罐中，離子交換后的液體電導率20.6ys/cm；
[0057](3)離子交換后的液體濃縮、結晶:
[0058]將步驟(2)中離子交換后的液體，經板式換熱器由蒸汽換熱至70°C，進入三效板式蒸發器中進行真空蒸發濃縮，濃縮至赤蘚糖醇的質量濃度為70%，然后將濃縮后的糖漿經過糖漿栗栗入管道換熱器中進行降溫，溫度降至50°C時，進入分段式臥式結晶罐中，以每小時降溫6°C的速率，降溫至15°C，使赤蘚糖醇晶體析出，然后采用臥式離心機3500rpm連續離心、洗滌進入真空震動流化床在真空度-0.09pa，57 °C溫度下干燥，進入包裝系統。
[0059]得到的赤蘚糖醇收率為98.1%，HPLC檢測其純度達99.2%。
[0060]氣味檢測:產品進行抽樣檢測，將100克赤蘚糖醇產品溶解于500ml去離子水中，檢測赤蘚糖醇成品水溶液電導率1.8ys/cm，產品為氣味合格產品。
[0061]對比例
[0062]按照實施例1的方法制備赤蘚糖醇，不同的是:
[0063]步驟(2)中經過陰陽離子交換后的液體電導率大于60yS/cm。
[0064]制得的赤蘚糖醇產品在包裝三周后，具有特殊的發酵異味，氣味指標不合格。
[0065]檢測成品的電導率，20 %的赤蘚糖醇成品水溶液電導率為10.5us/cm。
【主權項】
1.一種無臭赤蘚糖醇的生產方法，包括步驟如下: (1)將帶菌體的酵母菌發酵液調節PH至4.5-5.0，然后加熱至70-80°C，離心分離，得菌體沉淀和上清液； (2)將步驟(I)得到的上清液經脫色和過濾后，降溫至45-50°C，然后進行脫鹽過程； (3)將步驟(2)脫鹽后的液體濃縮至赤蘚糖醇的質量濃度為70-75%，降溫至5-15 °C使赤蘚糖醇晶體析出，然后離心分離，干燥，得赤蘚糖醇晶體。2.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(I)中加熱所用設備為管式換熱器； 優選的，離心分離所用設備為臥螺離心機，離心轉速為4000-5000轉/分鐘。3.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(2)中脫色過程是使用活性炭進行脫色，活性炭用量為上清液體積的1-1.5%。4.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(2)中過濾過程為先在鋪填有硅藻土的板框過濾器中過濾，然后用活性炭吸附，再用紙板過濾，最后用管道過濾器進行過濾； 優選的，所述的鋪填在板框過濾器上的娃藻土為粒徑在28?50μηι的粗娃藻土與粒徑在I?2μηι的細娃藻土按3:1質量比的混合。5.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(2)中過濾后濾液的透光率2 95.0%。6.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(2)中脫鹽過程為反復用交換樹脂進行洗脫脫鹽； 優選的，將過濾液依次經陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂洗脫，反復洗脫2-5次；陽離子交換樹脂為強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂為強堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，陽離子交換樹脂、陰離子交換樹脂分開裝柱，裝柱后的高徑比均為7-16，柱溫40-45。。。7.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(2)中脫鹽后的液體電導率< 50ys/cmo8.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(3)中濃縮的方式為真空蒸發濃縮;降溫過程為分段降溫，先降溫至40-60°C，然后再以5-10°C/h的降溫速率降溫至5-15 °C。9.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(3)中離心分離過程是使用臥式離心機連續離心，離心轉速為3000-4000轉/分鐘。10.根據權利要求1所述的無臭赤蘚糖醇的生產方法，其特征在于，步驟(3)中干燥的方式為真空干燥，真空度為-0.06Pa?-0.09Pa，干燥溫度為50-60 °C。
【文檔編號】C07C29/76GK105861570SQ201610244794
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】王騰飛, 王瑞明, 王建斌
【申請人】齊魯工業大學, 諸城東曉生物科技有限公司