專利名稱：一種提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物和化工領(lǐng)域，特別涉及一種提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法。背景技術(shù)：
木糖產(chǎn)品主要是以玉米芯、甘蔗渣等為原料，經(jīng)水解、凈化、蒸發(fā)、結(jié)晶、離心、烘干等工序制成的白色結(jié)晶體，在輕工、食品、化工行業(yè)中具有廣泛的用途。木糖母液濃度在60%左右，其中木糖40 50%，另外，葡萄糖15 20%，阿拉伯糖15 30%，半乳糖8 12%，由于這些組分的存在，木糖母液無法結(jié)晶，只能作為副產(chǎn)品出售。雖然目前有報(bào)道利用模擬移動(dòng)床提純木糖母液生產(chǎn)木糖和阿拉伯糖的工藝(專利號(hào)200710014175. 8)，并且已規(guī)模化生產(chǎn)，但木糖母液的預(yù)處理不徹底，其中存在的半乳糖、 膠體、蛋白以及酵母發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物以及破碎的菌體不能徹底除去，給脫色過濾帶來了很大的難度。由于傳統(tǒng)的真空轉(zhuǎn)鼓過濾和板框過濾工藝，液體流動(dòng)的方向和過濾的方向是一致的，液體中膠體等雜質(zhì)很快直接附著在過濾介質(zhì)上，將過濾介質(zhì)堵塞，不能除去料液中所含的膠體和蛋白等物質(zhì)，一般板框過濾脫色后的發(fā)酵液，平均每平方米濾布的過濾量在2 3m3，之后不得不更換濾布，進(jìn)行清洗；另外，真空轉(zhuǎn)鼓過濾過程中還需消耗大量的硅藻土等助濾劑，一方面增加了過濾的運(yùn)行成本，另一方面助濾劑可以帶走部分物料，增加了物料的損失；最后，由于木糖和半乳糖的HPLC色譜峰距離很近，利用模擬移動(dòng)床分離液不能將半乳糖從木糖組分中出去，導(dǎo)致半乳糖大部分都存在于木糖組分中，使木糖的純度大幅度降低，半乳糖的存在使得木糖結(jié)晶的收率在30%左右。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種步驟簡(jiǎn)單、分離精度高的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法。本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，以木糖母液為原料，主要包括如下步驟 (O將木糖母液稀釋至15 25%的濃度后加入占稀釋液重量O. Γ %的氮素營(yíng)養(yǎng)，然后調(diào)節(jié)稀釋液的PH值為4. (Γ4. 5，于115 120°C下滅菌30分鐘，降溫至24 26°C后接入酵母菌種，接種量為每升稀釋液12g干酵母，然后于2(T40°C下進(jìn)行發(fā)酵；
(2)將發(fā)酵液離心，離心清液打回發(fā)酵罐，濃液打入酵母罐儲(chǔ)存；
(3)將離心清液經(jīng)錯(cuò)流管式膜于35 80°C下過濾，采用膜孔徑為lOOODa、.I微米的超濾膜，超濾清液收集入超濾液罐，超濾濃液再次經(jīng)過離心，回收料液。本發(fā)明將木糖母液稀釋后，加入營(yíng)養(yǎng)成分，滅菌，然后接種酵母進(jìn)行發(fā)酵，出去木糖母液中的葡萄糖和半乳糖，發(fā)酵液離心分離出酵母后，發(fā)酵清液通過錯(cuò)流管膜過濾處理， 除去發(fā)酵液中所含的膠體以及發(fā)酵過程中產(chǎn)生的游離蛋白等發(fā)酵代謝產(chǎn)物，最后得到含木糖和阿拉伯糖的超濾清液，用于后續(xù)生產(chǎn)。本發(fā)明的更優(yōu)方案為
步驟(I)中，氮素營(yíng)養(yǎng)為尿素、氯化銨或硫酸銨，其加入量為稀釋液重量的O. 3^0. 5%。步驟(I)中，酵母菌種為面包酵母、啤酒酵母或粟酒裂殖酵母中的一種或多種。
步驟(I)中，發(fā)酵時(shí)，通氣量為1:0. I、. 4，攪拌速度為50 100轉(zhuǎn)/min，發(fā)酵時(shí)間為 48h。步驟(2)中，發(fā)酵液離心采用碟片式離心機(jī)。步驟(3)中，超濾膜孔徑為lOOOOODa，運(yùn)行溫度為35 40 °C，過濾壓力位
0.05 0. 3MPa，平均通量為 60L/m2 · h。步驟(3)中，所述錯(cuò)流管式膜過濾包括循環(huán)過濾和連續(xù)過濾，連續(xù)過濾時(shí)，離心清液進(jìn)入膜過濾設(shè)備，經(jīng)過一次膜過濾后，膜前液繼續(xù)進(jìn)入第二組超濾膜，最后至第三組超濾膜，超濾液統(tǒng)一收集于超濾液罐，膜前液收集于離心前罐，混合下一批料液后再次經(jīng)過離心、超濾，達(dá)到最大化利用料液的目的；循環(huán)過濾時(shí)，離心清液進(jìn)入膜過濾設(shè)備，經(jīng)過一定的循環(huán)時(shí)間，超濾清液收集于超濾液罐，而超濾濃液再次經(jīng)過離心，回收料液。本發(fā)明基于酵母發(fā)酵、模擬移動(dòng)床提純木糖母液的基礎(chǔ)上，尋求一種能徹底除去木糖母液中半乳糖、膠體以及酵母發(fā)酵過程中產(chǎn)生的破碎菌體和代謝產(chǎn)物的方法，得到比較純凈的木糖和阿拉伯糖的混合液。本發(fā)明利用錯(cuò)流管式膜過濾工藝，使發(fā)酵液在一定壓力下通過錯(cuò)流管式膜，收集濾過液作為下工序原料。錯(cuò)流管式過濾工藝，液體流動(dòng)方向和過濾方向呈垂直狀態(tài)，過濾方向垂直于膜表面，液體流動(dòng)方向則平行于膜表面；由于液體的快速流動(dòng)，使得膠體等雜質(zhì)不能停留在過濾介質(zhì)表面，即使雜質(zhì)暫時(shí)附著在過濾介質(zhì)表面，快速流動(dòng)的液體可以及時(shí)將其沖刷掉，所以錯(cuò)流式過濾不容易堵塞過濾介質(zhì)，由于木糖母液中所含的雜質(zhì)存在分子量上的巨大差別，膠體以及酵母發(fā)酵過程中產(chǎn)生的破碎菌體和代謝產(chǎn)物屬于大分子物質(zhì)，分子量在十萬或幾十萬以上，而木糖、阿拉伯糖等微小分子物質(zhì)，分子量在幾百左右，所以利用膜設(shè)備可以將膠體等大分子物質(zhì)截留，而木糖等成分則可以透過膜，在濾過液一端聚集， 由于本發(fā)明采用錯(cuò)流管式膜過濾，發(fā)酵液在膜一側(cè)以切線方向高速通過，而木糖等小分子以垂直于膜的方向通過，大分子被截留在膜的發(fā)酵液一側(cè)，由于發(fā)酵液高速流動(dòng)的沖刷作用，使大分子物質(zhì)不能在膜表面停留，不容易堵塞膜孔，發(fā)酵液經(jīng)過膜過濾工藝以后，活性炭脫色后板框過濾時(shí)平均每平方米濾布的過濾量可達(dá)到8 10m3.
本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單，處理成本低，分離精度高，分離效果好，大大減輕了后續(xù)處理難度，可大幅度提高產(chǎn)品收率，適于廣泛推廣應(yīng)用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例I:
取稀釋至20%木糖母液200ml，調(diào)pH4. 3，加入Ig尿素，滅菌后冷卻至室溫。接種面包酵母2. 4g添加面包酵母，于35°C搖床中，進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵24小時(shí)后，發(fā)酵液濃度為17. 4%， 測(cè)定葡萄糖的含量為0. 23%，半乳糖含量12. 32%，48小時(shí)后，葡萄糖含量為0，半乳糖含量為
1.72%。實(shí)施例2:
取稀釋至20%木糖母液200ml，調(diào)pH4. 7，加入Ig氯化銨，滅菌后冷卻至室溫。接種面包酵母2. 4g添加面包酵母，于35°C搖床中，進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵24小時(shí)后，發(fā)酵液濃度為 17. 8%，測(cè)定葡萄糖的含量為0，半乳糖含量6. 828%，48小時(shí)后，葡萄糖含量為0，半乳糖含量為 I. 587%。實(shí)施例3:將木糖母液原料用泵打入30m3發(fā)酵罐中，加入工藝用水稀釋至濃度為21. 5%，稀釋液約占發(fā)酵罐容積的2/3。按O. 4%比例加入磷酸二氫鉀、硫酸銨和硫酸鎂，調(diào)節(jié)pH4. 4，于 115 120°C滅菌30min，待溫度降至35°C后，接種360kg面包酵母，開始發(fā)酵。發(fā)酵條件為 溫度35 38°C，pH4. 0 4· 5，攪拌速度64轉(zhuǎn)/min，通風(fēng)量1:0. 2。發(fā)酵約9h后濃度為18. 2%， 測(cè)定發(fā)酵液中葡萄糖的含量為O. 37%，半乳糖含量為12. 54%。發(fā)酵48小時(shí)后，葡萄糖含量為0，半乳糖含量為I. 39%，結(jié)束發(fā)酵。然后將發(fā)酵液打入碟片離心機(jī)進(jìn)行離心。發(fā)酵液經(jīng)碟片離心機(jī)離心后，清液打回發(fā)酵罐，濃液打入酵母罐儲(chǔ)存。實(shí)施例4:
木糖母液發(fā)酵液502kg，濃度為17. 8%，溫度為34°C，過濾壓力O. Γθ. 3MPa。所用膜孔徑為100，OOODa，通過膜設(shè)備后，得到濾液466. 144kg，濃度為17%，透明。膜平均流量為1447g/ min。膜前液31. 52kg，固含量為4. 6%，粘稠，不透明。實(shí)施例5:
分別取膜濾液和發(fā)酵離心清液IOOmL,濃度為21. 5%，加入2g活性炭，于55飛(TC保溫 40min，用濾紙過濾。截止過濾時(shí)間為16min，測(cè)定膜濾液和發(fā)酵離心清液體積，其中膜濾液 85 mL，發(fā)酵離心清液41 mL，過濾效率替提升了一倍左右。
權(quán)利要求
1.一種提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，以木糖母液為原料，其特征為，主要包括如下步驟(O將木糖母液稀釋至15 25%的濃度后加入占稀釋液重量O. Γ %的氮素營(yíng)養(yǎng)，然后調(diào)節(jié)稀釋液的PH值為4. (Γ4. 5，于115 120°C下滅菌30分鐘，降溫至24 26°C后接入酵母菌種，接種量為每升稀釋液12g干酵母，然后于2(T40°C下進(jìn)行發(fā)酵；(2)將發(fā)酵液離心，離心清液打回發(fā)酵罐，濃液打入酵母罐儲(chǔ)存；(3)將離心清液經(jīng)錯(cuò)流管式膜于35 80°C下過濾，采用膜孔徑為lOOODa、.I微米的超濾膜，超濾清液收集入超濾液罐，超濾濃液再次經(jīng)過離心，回收料液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，其特征在于步驟(I) 中，氮素營(yíng)養(yǎng)為尿素、氯化銨或硫酸銨，其加入量為稀釋液重量的O. 3^0. 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，其特征在于步驟(I) 中，酵母菌種為面包酵母、啤酒酵母或粟酒裂殖酵母中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，其特征在于步驟(I) 中，發(fā)酵時(shí)，通氣量為1:0. f O. 4，攪拌速度為5(Γ100轉(zhuǎn)/min，發(fā)酵時(shí)間為48h。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，其特征在于步驟(2) 中，發(fā)酵液離心采用碟片式離心機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，其特征在于步驟(3) 中，超濾膜孔徑為lOOOOODa，運(yùn)行溫度為35 40°C，過濾壓力位0. 05 0. 3MPa，平均通量為 60L/m2 · ho
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法，其特征在于步驟(3) 中，所述錯(cuò)流管式膜過濾包括循環(huán)過濾和連續(xù)過濾。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物和化工領(lǐng)域，特別公開了一種提高木糖母液中木糖結(jié)晶效率的方法。本發(fā)明將木糖母液稀釋后，加入營(yíng)養(yǎng)成分，滅菌，然后接種酵母進(jìn)行發(fā)酵，出去木糖母液中的葡萄糖和半乳糖，發(fā)酵液離心分離出酵母后，發(fā)酵清液通過錯(cuò)流管膜過濾處理，除去發(fā)酵液中所含的膠體以及發(fā)酵過程中產(chǎn)生的游離蛋白等發(fā)酵代謝產(chǎn)物，最后得到含木糖和阿拉伯糖的超濾清液，用于后續(xù)生產(chǎn)。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單，處理成本低，分離精度高，分離效果好，大大減輕了后續(xù)處理難度，可大幅度提高產(chǎn)品收率，適于廣泛推廣應(yīng)用。
文檔編號(hào)C07H3/02GK102603814SQ20121005643
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者信成夫, 劉海良, 景文利 申請(qǐng)人:禹城綠健生物技術(shù)有限公司