生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法.pdf

1、(10)授权公告号 CN 101676399 B (45)授权公告日 2011.12.28 CN 101676399 B *CN101676399B* (21)申请号 200810140221.3 (22)申请日 2008.09.17 C12P 19/02(2006.01) C12R 1/645(2006.01) (73)专利权人 山东福田药业有限公司 地址 251200 山东省禹城市市中路 1266 号 山东福田药业有限公司 (72)发明人 王星云 田强 邱学良 孙鲁 王成福 (74)专利代理机构 德州市天科专利商标事务所 37210 代理人 房成星 CN 1381585 A,2002.11

2、.27, CN 101255448 A,2008.09.03, (54) 发明名称 生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法 (57) 摘要 一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方 法， 属于功能糖生产技术领域。本发明完全通过 生物转化， 以玉米芯为原料生产木糖醇， 其工艺方 法包括如下步骤 ： 玉米芯的预处理玉米芯的酶 解液体菌种的制备木糖醇的发酵生产发酵 液的分离与提纯 ； 采用生物转化玉米芯的工艺生 产木糖醇， 工序简单、 无环境污染， 符合环保要求 ； 工艺过程条件温和， 常压下操作， 易于安全生产 ； 生产收率高， 降低了运行成本， 提高了产品的市场 竞争力， 促进了行业的可持续发展。 (5

3、1)Int.Cl. (56)对比文件 审查员 高宇 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 101676399 B1/1 页 2 1. 一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法， 其特征是完全通过生物转化， 以玉米 芯为原料生产木糖醇， 其工艺方法如下 ： 步骤一、 玉米芯的预处理 ： 将玉米芯清洗干净后， 由粉碎机粉碎， 过 40-80 目筛备用 ； 步骤二、 玉米芯的酶解 ： 取上述玉米芯粉， 按 1 4-1 10 的重量比例加入纯化水， 调 节 pH 值至 4.5-6.0， 搅拌转速为 10-100 转 / 分钟， 按

4、玉米芯干物的 0.5-5.0加入半纤维 素降解复合酶， 控制酶解温度为 40-60， 酶解时间 5-30h， 然后经板框压滤机过滤， 去除废 渣， 得到的酶解液中糖的重量百分比浓度为 5-20 ； 步骤三、 液体菌株的制备 ： 在容器中按装液量 50-100ml 加入 MgSO47H2O0.1-0.3g/L、 CaCl22H2O 0.05-0.4g/L、 KH2PO4 1-5g/L、 (NH4)2SO4 3-8g/L、 酵母膏 8-12g/L， 同时加入木 糖 15-30g、 葡萄糖 20-35g， 在 100-130下灭菌 10-30min 后， 在无菌条件下取热带假丝酵 母木糖醇生产菌株转

5、接入上述容器中， 控制温度为 30-35， 摇瓶转速为 180-220 转 / 分钟， 生长繁殖时间 10-30h， 得到液体菌株备用 ； 步骤四、 木糖醇的发酵生产 ： 将上述酶解液浓缩至重量百分比浓度为 10-30， 以此为 底物， 接入上述制备好的液体菌株， 并按体积量加入 MgSO47H2O0.1-0.5g/L、 CaCl22H2O 0.05-0.3g/L、 KH2PO4 1-5g/L、 (NH4)2SO4 3-8g/L、 酵母膏 8-12g/L， 混合均匀后， 调节酶解 液的 pH 值为 4.0-7.0， 控制发酵温度为 15-40， 搅拌转速为 100-300 转 / 分钟， 时间

6、为 50-100h， 使酶解液中的木糖转化为木糖醇， 得到的发酵液重量百分比浓度为 10-30， 用高效液相色谱仪检测发酵液的纯度， 其中木糖醇占 90-96.8， 乙醇占 1-10， 木糖占 0-1.0 ； 步骤五、 发酵液的分离与提纯 ： 将上述发酵液在 7000-15000 转 / 分钟的条件下离 心， 得到澄清发酵液， 然后经活性炭脱色和离子交换处理， 蒸发浓缩至重量百分比浓度为 75-85， 进行结晶， 再经离心、 干燥工序得到木糖醇成品， 用高效液相色谱仪检测， 产品纯 度在 99以上。 权 利 要 求 书 CN 101676399 B1/3 页 3 生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺

7、方法 技术领域 0001 本发明属于功能糖生产技术领域， 具体地说涉及一种采用生物转化玉米芯生产木 糖醇的工艺方法。 背景技术 0002 木糖醇是一种白色结晶体， 其甜度与蔗糖相当， 能量相当于葡萄糖， 因其具有防龋 特性， 人体代谢无需胰岛素参加， 同时对改善肝功能、 治疗急慢性肝炎、 急性心肌炎、 糖尿 病、 肾功能衰竭等方面具有较好效果， 因此被广泛应用于化工、 轻工及国防等领域。 0003 目前木糖醇的生产基本上都是使用化学法， 该方法一般以玉米芯、 蔗渣等富含戊 聚糖的植物纤维为原料， 经酸水解及分离纯化得到木糖， 再经过高温高压氢化、 离子交换、 结晶等步骤得到木糖醇。整个工艺包含

8、了一系列复杂的分离纯化过程， 回收收率只有玉米 芯的 10， 且产生污水较多， 污染环境严重， 同时高温、 高压的条件也无法满足安全生产的 要求， 从而限制了木糖醇的生产。 0004 生物法生产木糖醇， 国内自 1989 年章克昌等人首次报道利用酵母菌转化木糖产 木糖醇以来， 有关微生物发酵生产木糖醇的报道逐渐增多。但关于生物直接转化玉米芯生 产木糖醇， 无论国内还是国外报道都很少。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种生物转化玉米芯生产木糖醇的工艺方法， 以解决现有技 术工艺复杂， 生产成本高， 原料利用率和木糖醇收率低， 产生污水较多， 污染环境严重， 高 温、 高压的条件也无法满足

9、安全生产的要求等问题。 0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是完全通过生物转化， 以玉米芯为原料 生产木糖醇， 其工艺方法如下 ： 0007 1、 玉米芯的预处理 ： 将玉米芯清洗干净后， 由粉碎机粉碎， 过 40-80 目筛备用 ； 0008 2、 玉米芯的酶解 ： 取上述玉米芯粉， 按 1 4-1 10 的重量比例加入纯化水， 调 节 pH 值至 4.5-6.0， 搅拌转速为 10-100 转 / 分钟， 按玉米芯干物的 0.5-5.0加入半纤维 素降解复合酶， 控制酶解温度为 40-60， 酶解时间 5-30h， 然后经板框压滤机过滤， 去除废 渣， 得到的酶解液中糖的重量百分

10、比浓度为 5-20， 用高效液相检测酶解液纯度， 其中葡萄 糖占 1-3， 木糖占 50-80， 阿拉伯糖占 10-30 ； 0009 3、 液体菌种的制备 ： 在容器中按装液量 50-100ml 加入 MgSO47H2O(0.1-0.3g/L)、 CaCl22H2O(0.05-0.4g/L)、 KH2PO4(1-5g/L)、 (NH4)2SO4(3-8g/L)、 酵母膏 (8-12g/L) 等微量 元素和氮源， 同时加入木糖 15-30g、 葡萄糖 20-35g， 在 100-130下灭菌 10-30min 后， 在无 菌条件下取菌种转接入上述容器中， 控制温度为30-35， 摇瓶转速为18

11、0-220转/分钟， 生 长繁殖时间 10-30h， 得到液体菌种备用 ； 0010 4、 木糖醇的发酵生产 ： 将上述步骤 2 的酶解液浓缩至重量百分比浓度为 10-30， 以此为底物， 接入上述步骤 3 制备好的液体菌种， 并按体积量加入 MgSO47H2O(0.1-0.5g/ 说 明 书 CN 101676399 B2/3 页 4 L)、 CaCl22H2O(0.05-0.3g/L)、 KH2PO4(1-5g/L)、 (NH4)2SO4(3-8g/L)、 酵母膏 (8-12g/L)， 混 合均匀后， 调节酶解液的 pH 值为 4.0-7.0， 控制发酵温度为 15-40， 搅拌转速为 1

12、00-300 转 / 分钟， 时间为 50-100h， 使酶解液中的木糖转化为木糖醇， 得到的发酵液重量百分比 浓度为 10-30， 用高效液相色谱仪检测发酵液纯度， 其中木糖醇占 90-100， 乙醇占 1-10， 木糖占 0-1.0 ； 0011 5、 发酵液的分离与提纯 ： 将上述发酵液在 7000-15000 转 / 分钟的条件下离 心， 得到澄清发酵液， 然后经活性炭脱色和离子交换处理， 蒸发浓缩至重量百分比浓度为 75-85， 进行结晶， 再经离心、 干燥工序得到木糖醇成品， 产品纯度在 99以上。 0012 本发明的积极效果是 ： 采用生物转化玉米芯的工艺生产木糖醇， 工序简单、

13、 无环境 污染， 符合环保要求 ； 工艺过程条件温和， 常压下操作， 易于安全生产 ； 生产收率高， 降低了 运行成本， 提高了产品的市场竞争力， 促进了行业的可持续发展。 附图说明 ： 0013 附图为本发明的工艺流程图 具体实施方式 0014 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明 0015 实例例 ： 0016 步骤一、 玉米芯的预处理 ： 将玉米芯清洗干净后， 取经清洗干燥的玉米芯 100kg， 经粉碎机粉碎、 过 60 目筛网， 得到 60 目以上的玉米芯粉 92kg 备用 ； 0017 步骤二、 玉米芯的酶解 ： 将上述玉米芯粉 92kg 倒入 1m3的发酵罐中， 按 1 8 加

14、入纯化水 0.75m3， 搅拌均匀后， 调节料液的 pH 值为 5.5， 搅拌转速为 80 转 / 分钟， 按玉米 芯粉干物的 2.0加入半纤维素降解复合酶 1.84kg， 控制酶解温度为 50， 酶解时间 20h， 然后经板框压滤机过滤， 去除玉米芯废渣， 得到酶解液 0.65m3， 固形物重量百分比浓度为 7.0 ； 用高效液相色谱仪检测酶解液纯度， 其中葡萄糖占 1.5， 木糖占 75.6， 阿拉伯糖 占 21.6， 其它杂质为 1.3 ； 0018 步骤三、 在250ml三角瓶中加入16mg MgSO4 7H2O、 12mg CaCl2 2H2O、 240mgKH2PO4、 400mg

15、(NH4)2SO4、 800mg 酵母膏、 20g 木糖、 30g 葡萄糖、 30ml 纯化水， 混合均匀， 在 110下灭 菌 15min 后， 在无菌条件下， 从保藏的热带假丝酵母 - 木糖醇生产菌株 M2 的斜面上取一环 菌种， 转接入上述250ml三角瓶中， 控制温度为32， 摇瓶转速为200转/分钟， 生长繁殖时 间 20h， 得到液体菌种备用 ； 0019 步骤四、 木糖醇的发酵生产 ： 将上述酶解液浓缩至重量百分比浓度为 20， 以此 为底物， 接入上述制备好的液体菌种， 加入 69g MgSO47H2O、 35g CaCl2 0020 2H2O、 460g KH2PO4、 11

16、50g(NH4)2SO4、 2300g 酵母膏， 混合均匀后， 调节酶解液的 pH 值为 5.0， 控制发酵温度为 30， 搅拌转速为 200 转 / 分钟， 时间为 72h， 使酶解液中的木糖 转化为木糖醇， 得到的发酵液重量百分比浓度为 20， 用高效液相色谱仪检测发酵液纯度， 其中木糖醇占 96.8， 乙醇占 2.62， 木糖占 0.58 ； 0021 步骤五、 发酵液的分离与提纯 ： 将上述发酵液在 10000 转 / 分钟的条件下离心， 得 到澄清发酵液， 然后经活性炭脱色和离子交换处理， 蒸发浓缩至重量百分比浓度为 82， 说 明 书 CN 101676399 B3/3 页 5 进行结晶， 再经离心、 干燥工序得到木糖醇成品 31kg， 高效液相色谱仪检测， 产品纯度为 99.58。 说 明 书 CN 101676399 B1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图