專利名稱：一種從生產(chǎn)木糖的廢木糖母液中分離提取l-阿拉伯糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)L-阿拉伯糖的方法，具體涉及一種從生產(chǎn)木糖的廢木糖母液中 分離提取L-阿拉伯糖的方法。
背景技術(shù)：
我國是木糖以及木糖醇的生產(chǎn)大國，生產(chǎn)木糖醇需要用木糖作為原料，目前我國木 糖醇的生產(chǎn)能力約為6萬噸。生產(chǎn)一噸木糖醇大約需要一噸木糖，而每生產(chǎn)一噸木糖就 留下約一噸木糖母液，每年產(chǎn)生約6萬噸的木糖母液。這些木糖母液部分用來做醬色廠 生產(chǎn)醬油的色素原料， 一部分用來加氫制成液體木糖醇，但很多一部分成為工業(yè)廢料難 以處理。這種木糖母液中L-阿拉伯糖的含量有的甚至高達(dá)20%左右，如何更好的利用 木糖母液成為木糖生產(chǎn)廠家很關(guān)心的問題。
L-阿拉伯糖是一種幾乎沒有熱量但甜度與蔗糖相近的五碳糖，研究人員己經(jīng)證實(shí)該 糖對(duì)人體攝入的蔗糖的吸收具有明顯的阻斷作用，能明顯降低人體消化道對(duì)蔗糖的吸 收，人們已經(jīng)看到了它在防止肥胖以及降低糖尿病的發(fā)生等方面的巨大價(jià)值，在蔗糖里 面添加2%的L-阿拉伯糖就能抑制40%的蔗糖的吸收，并降低約50%的血糖(J. Appl. Glysci, 1999,46:159-165)。另外，L-阿拉伯糖在藥物的合成方面也已經(jīng)得到廣泛使用， 目前利用L-阿拉伯糖能合成阿糖胞苷、阿糖腺苷(專利CN99108908)、胸腺嘧啶脫氧 核苷(專利DE10216426)等抗病毒以及抗癌藥物。正因?yàn)長(zhǎng)-阿拉伯糖在食品添加劑 以及藥物的合成具有重要的作用，研究L-阿拉伯糖的制備以及應(yīng)用變得十分活躍，目前 國內(nèi)外已經(jīng)有很多專利描述了 L-阿拉伯糖的不同制備方法以及其不同的應(yīng)用。
中國發(fā)明專利CN99805686.3描述了一種采用酸水解制備L-阿拉伯糖的方法，讓酸 與植物纖維接觸，釋放出L-阿拉伯糖，然后從水解液中分離純化出L-阿拉伯糖。這種 植物纖維可以是磨粉工廠與淀粉加工廠生產(chǎn)的副產(chǎn)物，它除了含有L-阿拉伯糖外，還含 有D-木糖、D-半乳糖、葡萄糖、D-甘露糖、L-鼠李糖等，在水解的過程中除了 L-阿拉 伯糖釋放游離出來外，其它的雜糖也會(huì)一起游離出來。雖然專利發(fā)明人采用在低濃度酸 條件下(采用0.01-0.15N的酸濃度)水解能降低其它雜糖的水解效率，但是L-阿拉伯 糖的水解效率也跟著下降，導(dǎo)致上述原料中L-阿拉伯糖仍大量殘留。即使在低濃度酸條 件下進(jìn)行水解，也不能保證L-阿拉伯糖的純度能達(dá)到結(jié)晶所需要的純度，而且整個(gè)水解過程需要消耗大量的水與能量，產(chǎn)生大量的廢水與廢氣污染環(huán)境，對(duì)設(shè)備的要求也很嚴(yán) 格。
中國發(fā)明專利CN200710119843.3描述了一種采用淀粉酶處理玉米麩皮來制備L-阿 拉伯糖的方法。首先采用淀粉酶酶解玉米麩皮中的淀粉使之生成葡萄糖從而降低后續(xù)水 解過程中葡萄糖的殘留量，然后過濾，再用酸水解玉米麩皮，再將面包酵母接種進(jìn)去以 消耗其中的除L-阿拉伯糖外的雜單糖，由于玉米麩皮中除了含有L-阿拉伯糖外還含有 大量的D-木糖，面包酵母缺少代謝D-木糖的酶系統(tǒng)，發(fā)酵結(jié)束后發(fā)酵液中至少存在L-阿拉伯糖與D-木糖，給后續(xù)分離純化帶來很大的困難，而且該方法需要分三步處理， 先用酶后用酸水解，再發(fā)酵，然后從發(fā)酵液中分離純化，大大增加了生產(chǎn)成本，而且水 解過程中同樣要產(chǎn)生大量的廢水以及消耗大量的能源，對(duì)環(huán)境不友好。
中國發(fā)明專利CN02116353.7描述了一種從阿拉伯膠中提取L阿拉伯糖的方法。該 方法以阿拉伯膠為原料，經(jīng)過酸水解、堿中和、醇萃取的方法先得到含有L-阿拉伯糖的 粗混合物，然后再過兩個(gè)柱子將L-阿拉伯糖與其它雜糖分開。該方法采用的原料成本高， 而且同樣需要采用酸水解的方法，存在上面同樣的缺點(diǎn)，污染環(huán)境。
中國發(fā)明專利CN01800804.6描述了一種采用酶處理的方法從含有阿拉伯聚糖、阿 拉伯木聚糖或者阿拉伯半乳聚糖的纖維中分離L-阿拉伯糖，該方法不采用酸水解的方 法，而是直接將酶液加到上述纖維(甜菜粕、蘋果纖維、橙子纖維等)中有選擇性的酶 解上述纖維中的L-阿拉伯糖，是L-阿拉伯糖釋放出來然后過濾，從濾液中分離純化L-阿拉伯糖。但是該方法需要用到生物酶制劑(阿拉伯聚糖酶、果膠酶、纖維素酶等酶制 劑)，存在生產(chǎn)成本偏高，酶水解效率低下導(dǎo)致L-阿拉伯糖的收率非常低下等缺點(diǎn)，不 適合工業(yè)化生產(chǎn)。
美國發(fā)明專利US6506897描述了一種從甜菜粕中制備L-阿拉伯糖的方法，該方法 先采用堿提取法將半纖維素提取出來，然后再采用酸水解的方法將半纖維素水解，再采 用陰陽離子交換樹脂以及吸附樹脂將L-阿拉伯糖純化出來。同樣存在生產(chǎn)成本過高以及 環(huán)境不友好等缺點(diǎn)。
總之，依靠現(xiàn)有技術(shù)來生產(chǎn)L-阿拉伯糖都存在生產(chǎn)成本過高，對(duì)環(huán)境不友好的缺點(diǎn)， 開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好的方法對(duì)降低生產(chǎn)成本非常重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種無污染、生產(chǎn)成本低，適合 工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的從生產(chǎn)木糖的廢木糖母液中分離提取L-阿拉伯糖的方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種從生產(chǎn)木糖的廢木糖母液中分離 提取L-阿拉伯糖的方法，包括以下步驟
(1) 將木糖母液進(jìn)行脫色；
(2) 將脫色后的木糖母液用離子交換樹脂進(jìn)行脫鹽；
(3) 將脫鹽后的澄清木糖母液稀釋1倍到20倍，并加入發(fā)酵所需氮源和無機(jī)鹽，進(jìn) 行滅菌處理，得到無菌的發(fā)酵培養(yǎng)基；所述的發(fā)酵氮源與稀釋后的木糖母液質(zhì)量百分比為 0.2-4%，所述的無機(jī)鹽與稀釋后的木糖母液的質(zhì)量百分比為0.01-2%;
(4) 制備畢赤酵母一級(jí)種子液將保存在試管斜面上的畢赤酵母細(xì)胞接種到含5ml 發(fā)酵培養(yǎng)基的50ml的試管中，在28-37'C下進(jìn)行培養(yǎng)，按照100-300rpm的攪拌速度，培 養(yǎng)12-24小時(shí)；
(5) 制備畢赤酵母二級(jí)種子液將一級(jí)種子液5ml全部加入到含50ml發(fā)酵培養(yǎng)基的 500ml搖瓶中，培養(yǎng)條件同步驟(4);
(6) 制備畢赤酵母三級(jí)種子液將二級(jí)種子液50ml全部加入到含500ml發(fā)酵培養(yǎng)基 的2000ml的搖瓶中，培養(yǎng)條件同步驟(5);
(7) 將步驟(6)制備的畢赤酵母三級(jí)種子液接種到步驟(3)制備的無菌發(fā)酵培養(yǎng) 基中，攪拌下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，所述畢赤酵母三級(jí)種子液的接種量按照體積比為10%，發(fā)酵 溫度為25°C-40°C，發(fā)酵時(shí)間為36-120小時(shí)，發(fā)酵攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速在100轉(zhuǎn)-600轉(zhuǎn)；
(8) 發(fā)酵結(jié)束后去除酵母菌，發(fā)酵上清液進(jìn)行脫色、用離子交換樹脂進(jìn)行脫鹽、濃 縮處理，得到澄清無色的發(fā)酵液；
(9) 將發(fā)酵液進(jìn)一步濃縮、結(jié)晶，干燥后得到高純度的L-阿拉伯糖。 本發(fā)明采取的技術(shù)方案中，步驟(1)所述的木糖母液是木糖或者木糖醇廠生產(chǎn)木糖
后留下的含高濃度糖的粘稠液體，生產(chǎn)原料是玉米芯或者甘蔗渣，其總糖濃度為40-90%， 其中含有的D-木糖占總糖的30-70%，L-阿拉伯糖占總糖的8%-40%，葡萄糖占總糖的3-20%， 半乳糖占總糖的0.2-10%，其余為其它糖分。
本發(fā)明的技術(shù)方案中所述的脫色是采用活性炭或者大孔樹脂吸附脫色或者二者結(jié)合 使用，將活性炭按照質(zhì)量百分比為0.3-2%的比率加入到木糖母液或發(fā)酵上清液中，在5(TC -98°(:下緩慢攪拌，脫色30分鐘到3小時(shí)；或者用活性炭脫色后再將脫色液通過大孔樹脂 吸附進(jìn)一步脫色。
采用活性炭與大孔樹脂吸附脫色，將活性炭按照質(zhì)量百分比為0.3-2%的比率加入到木 糖母液或發(fā)酵上清液中，在50°C-98。C下緩慢攪拌，脫色30分鐘到3小時(shí)，然后再將脫色液通過大孔樹脂吸附脫色。
本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述的脫鹽所用的離子交換樹脂是強(qiáng)酸性或弱酸性陽離子交換 樹脂與強(qiáng)堿性或弱堿性陰離子交換樹脂；分別選自強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂001*7、 大孔強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂DOOl、大孔弱酸性丙烯酸陽離子交換樹脂D113與強(qiáng)堿 性苯乙烯系陰離子交換樹脂201*7、大孔強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹脂D201、大孔弱堿苯 乙烯系陰離子交換樹脂D301;優(yōu)選為001*7陽離子交換樹脂與201*7陰離子交換樹脂。
本發(fā)明的技術(shù)方案中步驟(4)所用的發(fā)酵所需氮源選自酵母膏、酵母粉、玉米槳、 大豆餅粉、棉籽粉，硫酸銨、尿素中的至少一種；優(yōu)選酵母粉或棉籽粉。所述的無機(jī)鹽選 自無水硫酸鎂、七水硫酸鎂、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、氯化 錳、硫酸亞鐵中的至少一種；優(yōu)選無水硫酸鎂和磷酸氫二鉀。
所述步驟(5)的發(fā)酵結(jié)束后，使酵母菌沉降或者通過濾布過濾，分離出酵母菌，再 將此酵母菌加入到新的除菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中重復(fù)使用，該酵母菌能夠重復(fù)利用1-6次。
本發(fā)明的技術(shù)方案中所述的滅菌處理采用高溫滅菌或過濾除菌。
所述步驟(7)中的結(jié)晶方法為將發(fā)酵液濃縮，使L-阿拉伯糖的濃度達(dá)到50%以上， 純度達(dá)到70%以上，加入無水乙醇，在4'C-30。C下結(jié)晶12-24小時(shí)，無水乙醇與濃縮液的 體積比為4-8.5: 1。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明選用一種特異性的酵母細(xì)胞將木糖母液中的除L-阿拉伯
糖以外的其它單糖代謝，用作合成菌體生長(zhǎng)所需要的物質(zhì)，在發(fā)酵的過程中不產(chǎn)生其它的
糖或者醇，大大有利于L-阿拉伯糖的后續(xù)分離純化。本發(fā)明完全不需要采用其它專利中所 采用的堿水解、酸水解或者酶解的方法，而是直接將一種酵母菌接種到稀釋后的木糖母液 中，經(jīng)發(fā)酵，即能完成其它專利必須采用柱層析才能完成的任務(wù)，大大減低了生產(chǎn)成本。 所得的產(chǎn)品純度達(dá)到97%以上。采用本發(fā)明提供的方法，能源消耗少，對(duì)環(huán)境無污染，能 夠變廢為寶，很好的解決了目前困擾木糖生產(chǎn)廠家的木糖母液處理的問題。
本發(fā)明所用的畢赤酵母菌的菌株由來自云南麗江老君山原始森林的土壤分離得到。分 離方法為取土壤少許用無菌水充分混勻，靜置60分鐘，將上清涂布到含20%葡萄糖的 YPD固體平板上(每升含200克葡萄糖，IO克酵母粉，5克蛋白胨，15克瓊脂)，在32t) 培養(yǎng)至長(zhǎng)出單菌落，將得到的單菌落逐一進(jìn)行發(fā)酵木糖母液試驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)Y59能將母液 中的木糖消耗完畢，而L-阿拉伯糖仍然殘留很多，再對(duì)該菌株采用甲基磺酸乙酯(EMS) 與亞硝酸胍(NTG)進(jìn)行化學(xué)誘變，得到L-阿拉伯糖代謝缺失的突變菌株，該菌株不能代 謝L-阿拉伯糖。該菌株為細(xì)胞圓形或卵圓形，出芽生殖，菌落圓形，邊緣光滑，乳白色，表面干燥； 能在含有葡萄糖，半乳糖、木糖，木糖醇，山梨醇，甘露醇作為唯一碳源的基本培養(yǎng)基上 良好生長(zhǎng)。但不能利用L-阿拉伯糖以及L-阿拉伯糖醇。該菌株的名稱畢赤酵母(尸ic力^ ),保藏號(hào)CGMCC 2435，保藏單位中國微 生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，保藏日期是2008年4月3日。本發(fā)明所用菌株的培養(yǎng)方法如下(1) 發(fā)酵培養(yǎng)基的制備每升發(fā)酵培養(yǎng)基含木糖母液(來源于木糖廠)100ml-300ml、酵母粉(0X0ID公 司)5-10克、2-4克磷酸氫二鉀與2克無水硫酸鎂。將上述成分混合后用凈化水定容到1 升，在108"C蒸汽滅菌10分鐘即制得無菌的發(fā)酵培養(yǎng)基。(2) 接種、培養(yǎng)① 酵母一級(jí)種子的培養(yǎng)將保存在試管斜面上的酵母細(xì)胞接種到含5ml發(fā)酵培養(yǎng)基 的50ml的試管中，在28-37° C下進(jìn)行培養(yǎng)，按照100-300rpm攪拌速度，培養(yǎng)12-24小 時(shí)。試管斜面培養(yǎng)基的組成為(g/l):麥芽汁10克、葡萄糖5克、瓊脂粉15克。② 酵母二級(jí)種子的培養(yǎng)將一級(jí)種子5ml全部加入到含50ml發(fā)酵培養(yǎng)基的500ml 搖瓶中，培養(yǎng)條件同①。③ 酵母三級(jí)種子的培養(yǎng)將二級(jí)種子50ml全部加入到含500ml發(fā)酵培養(yǎng)基的 2000ml的搖瓶中，培養(yǎng)條件同②。'④ 再將三級(jí)種子液的接種量按照體積比為10%加入到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)。


圖1為本發(fā)明所采用的從木糖母液發(fā)酵分離提取L-阿拉伯糖的生產(chǎn)流程圖；圖2為發(fā)酵前木糖母液的HPLC分析圖； 圖3為發(fā)酵后發(fā)酵液的HPLC分析圖； 圖4為干燥結(jié)晶產(chǎn)品的HPLC分析圖。如圖1所示，將色深的木糖母液脫色成無色的木糖母液，經(jīng)陰陽離子交換樹脂得到脫 鹽后的木糖母液，將脫鹽后的木糖母液稀釋1-20倍，然后加入無機(jī)鹽、氮源得到發(fā)酵培 養(yǎng)基，在發(fā)酵培養(yǎng)基中加入三級(jí)搖瓶酵母種子進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，在25-4(TC發(fā)酵36-120小時(shí) 后得到發(fā)酵液，離心分離發(fā)酵液中的酵母菌體，澄清的發(fā)酵液進(jìn)行脫色、脫鹽處理后得到 無色透明發(fā)酵液，再進(jìn)行濃縮得到濃縮液，在濃縮液中加入種晶與無水乙醇結(jié)晶后得到晶 體L-阿拉伯糖，用無水乙醇洗滌干燥后，最終分離出高純度L-阿拉伯糖。所述三級(jí)搖瓶酵母種子是將試管斜面上的酵母細(xì)胞接種到試管培養(yǎng)基中，再將試管培養(yǎng)基接種到二級(jí)搖 瓶中，二級(jí)搖瓶中再接到三級(jí)搖瓶中即得到三級(jí)搖瓶酵母種子。圖2中，A:葡萄糖的峰，保留時(shí)間為8.590min; B:木糖的峰，保留時(shí)間為9. 473min; C:半乳糖的峰，保留時(shí)間為10.257min; D: L-阿拉伯糖的峰，保留時(shí)間為11. 457min。由圖3可見，發(fā)酵后發(fā)酵液中木糖，半乳糖以及葡萄糖的含量非常低，而L-阿拉伯糖的含量基本沒有變化。在圖4中，L-阿拉伯糖的純度已經(jīng)超過98%。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。 實(shí)施例1稱取1000克木糖母液，此母液來自用玉米芯水解液結(jié)晶制備木糖后留下的母液，所 選用的木糖母液含5596的D-木糖，20%的卜阿拉伯糖，15%的葡萄糖，3%的半乳糖以及其余 的其它雜糖，加入10克的活性炭粉末，在80'C下脫色60分鐘，并不時(shí)攪拌，攪拌速度為 每分鐘100轉(zhuǎn)，采用濾布過濾。濾液再進(jìn)入大孔樹脂脫色，脫色液進(jìn)入001*7型陽離子交 換柱-201*7型陰離子交換柱-001*7型陽離子交換柱進(jìn)行交換除去母液中的離子。將此脫 色、脫鹽后的母液用自來水稀釋五倍，加入質(zhì)量百分比為1%的酵母粉以及0.01%的無水硫 酸鎂與0.1%的磷酸氫二鉀，充分溶解，裝入10升的發(fā)酵罐中108'C蒸汽滅菌20分鐘，自 然降溫。將保存在試管斜面的上的畢赤酵母(尸^力ia ) CGMCC 2435接種到含5毫升 5ml發(fā)酵培養(yǎng)基的50ml的試管中，在35'C下進(jìn)行培養(yǎng)，按照200rpm的攪拌速度，培養(yǎng)24 小時(shí)得到一級(jí)種子液；將一級(jí)種子液5ml全部加入到含50ml發(fā)酵培養(yǎng)基的500ml搖瓶中， 在25'C下進(jìn)行培養(yǎng)，按照300rpm的攪拌速度，培養(yǎng)12小時(shí)得到二級(jí)種子液；將二級(jí)種子 液50ml全部加入到含500ml發(fā)酵培養(yǎng)基的2000ml的搖瓶中，在3CTC下進(jìn)行培養(yǎng)，按照 100rpm的攪拌速度，培養(yǎng)24小時(shí)得到三級(jí)種子液；再將此三級(jí)種子液按照10% (V/V)接 種到發(fā)酵罐中進(jìn)行發(fā)酵，在35'C， 300rpm條件下發(fā)酵72小時(shí)。離心分離酵母菌體，在澄 清發(fā)酵液中加入活性炭50克，8(TC脫色60分鐘，轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，濾布過濾除去活性 炭，無色的發(fā)酵液再進(jìn)行離子交換處理依次通過001*7型陽離子交換柱，201*7型陰離 子交換柱以及001*7型陽離子交換柱，濾液通過交換柱的流速為每分鐘200毫升。在線檢 測(cè)流出液的電導(dǎo)率，當(dāng)流出液的電導(dǎo)率低于10us/cm時(shí)停止離子交換。將脫鹽后的發(fā)酵 液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到原來體積的十分之一，緩慢加入濃縮液中L-阿拉伯糖含量的10%的 L-阿拉伯糖種晶，然后加入6倍體積的無水乙醇，輕輕攪拌，30。C放置24小時(shí)充分結(jié)晶，離心得到白色晶體，再用無水乙醇洗滌一次，然后干燥，得到85克干燥的L-阿拉伯糖晶 體。經(jīng)HPLC分析，此晶體中L-阿拉伯糖的純度在97%以上。 實(shí)施例2稱取1500克木糖母液，此母液來自用玉米芯水解液結(jié)晶制備木糖后留下的母液，所 選用的木糖母液含40%的0-木糖，15%的卜阿拉伯糖，15%的葡萄糖，3%的半乳糖以及其余 的其它雜糖，加入20克的活性炭粉末，在8(TC下脫色60分鐘，并不時(shí)攪拌，攪拌速度為 每分鐘100轉(zhuǎn)，采用濾布過濾。脫色液進(jìn)入大孔強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂D001交換 柱-大孔強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹脂D201柱-大孔強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂DOOl柱 進(jìn)行交換，除去母液中的離子。將此脫色脫鹽后的母液用凈化水稀釋四倍，加入質(zhì)量百分 比為1. 5%的酵母粉以及0. 01%的無水硫酸鎂與0. 1%的磷酸氫二鉀，充分溶解，裝入10升 的發(fā)酵罐中108°C蒸汽滅菌20分鐘，自然降溫。發(fā)酵罐中加入500毫升的酵母種子液進(jìn) 行發(fā)酵，酵母種子液的制備和實(shí)施例l相同，在30。C發(fā)酵100小時(shí)。離心分離酵母菌體， 在澄清發(fā)酵液中加入活性炭80克，80。C脫色60分鐘，150轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，濾布過濾除去活性炭， 無色的發(fā)酵液再進(jìn)行離子交換處理，依次通過大孔強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂D001交 換柱-大孔強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹脂D201交換柱，濾液通過交換柱的流速為每分鐘300 毫升。在線檢測(cè)流出液的電導(dǎo)率，當(dāng)流出液的電導(dǎo)率低于10us/cm時(shí)停止離子交換。將 脫鹽后的發(fā)酵液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到原來體積的十分之一，然后加入6倍體積的無水乙醇， 輕輕攪拌，2(TC放置24小時(shí)充分結(jié)晶，離心得到白色晶體，再用無水乙醇洗滌一次，然 后干燥，得到116克干燥的L-阿拉伯糖晶體。經(jīng)HPLC分析，此晶體中L-阿拉伯糖的純度 在97%以上。實(shí)施例3稱取1000克木糖母液，此母液來自用玉米芯水解液結(jié)晶制備木糖后留下的母液，所 選用的木糖母液含50%的0-木糖，2(m的L-阿拉伯糖，15%的葡萄糖，3%的半乳糖以及其余 的其它雜糖，先加入10克的活性炭粉末，在60。C下脫色30分鐘，并不時(shí)攪拌，攪拌速度 為每分鐘100轉(zhuǎn)，采用濾布過濾，脫色液再經(jīng)過D900脫色吸附大孔樹脂進(jìn)行二步脫色， 脫色液液進(jìn)入大孔弱酸性丙烯酸陽離子交換樹脂D113交換柱-大孔弱堿苯乙烯系陰離子交 換樹脂D301交換柱交換除去母液中的離子。將此脫色脫鹽后的母液用凈化水稀釋三倍， 加入質(zhì)量百分比為1%的棉籽粉、質(zhì)量百分比為0.2%的酵母粉以及0.01%的無水硫酸鎂與 0. 1%的磷酸氫二鉀充分溶解，裝入10升的發(fā)酵罐中108。C蒸汽滅菌20分鐘，自然降溫， 加入500毫升的酵母種子液進(jìn)行發(fā)酵，酵母種子液的制備和實(shí)施例1相同，在25'C發(fā)酵120小時(shí)。離心分離酵母菌體，在澄清發(fā)酵液中加入活性炭50克，8(TC脫色60分鐘，攪 拌速度為每分鐘150轉(zhuǎn)，濾布過濾除去活性炭，無色的發(fā)酵液再進(jìn)行離子交換處理，使用 的交換柱同實(shí)施例2。濾液通過交換柱的流速為每分鐘200毫升。在線檢測(cè)流出液的電導(dǎo) 率，當(dāng)流出液的電導(dǎo)率低于10us/cm時(shí)停止離子交換。將脫鹽后的發(fā)酵液旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)進(jìn)行 濃縮到原來體積的十分之一，緩慢加入濃縮液中L-阿拉伯糖含量的5%的L-阿拉伯糖種晶， 然后加入4倍體積的無水乙醇，輕輕攪拌，4。C放置24小時(shí)充分結(jié)晶，離心分離得到白色 晶體，再用無水乙醇洗滌一次，然后干燥，得到68克干燥的L-阿拉伯糖晶體。經(jīng)HPLC分 析，此晶體中L-阿拉伯糖的純度在97%以上。 實(shí)施例4稱取600克木糖母液，此母液來自從蔗渣水解液結(jié)晶制備木糖后留下的母液，所選用 的木糖母液中含45%的D-木糖，20%的卜阿拉伯糖，18%的葡萄糖，4%的半乳糖以及其余的 其它雜糖，加入8克的活性炭粉末，在5(TC下脫色3小時(shí)，并不時(shí)攪拌，攪拌速度為每分 鐘100轉(zhuǎn)，采用濾布過濾。濾液再進(jìn)入大孔樹脂脫色，脫色液分別進(jìn)入001*7陽離子交換 樹脂與201*7陰離子交換樹脂交換柱進(jìn)行交換除去母液中的離子。將此脫色脫鹽后的母液 用去離子水稀釋十倍，加入質(zhì)量百分比為0.5%的酵母粉、0.2%硫酸銨、0.2%玉米漿以及 0. 01%的無水硫酸鎂與0. 1%的磷酸氫二鉀，充分溶解，裝入10升的發(fā)酵罐中108°C蒸汽滅 菌20分鐘，自然降溫，加入500毫升的酵母種子液進(jìn)行發(fā)酵，酵母種子液制備同實(shí)施例l 相同，在35'C發(fā)酵36小時(shí)。離心分離酵母菌體，在澄清發(fā)酵液中加入活性炭50克，80°C 脫色，轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，濾布過濾除去活性炭，無色的發(fā)酵液再進(jìn)行離子交換處理，處 理方法同實(shí)施例3，濾液通過交換柱的流速為每分鐘200毫升。在線檢測(cè)流出液的電導(dǎo)率， 當(dāng)流出液的電導(dǎo)率低于10us/cm時(shí)停止離子交換。將脫鹽后的發(fā)酵液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮 到原來體積的十分之一，緩慢加入濃縮液中L-阿拉伯糖含量的2%的L-阿拉伯糖種晶，然 后加入8倍體積的無水乙醇，輕輕攪拌，3(TC放置24小時(shí)充分結(jié)晶，離心分離得到白色 晶體，再用無水乙醇洗滌一次，然后干燥，得到39克干燥的L-阿拉伯糖晶體。經(jīng)HPLC分 析，此晶體中L-阿拉伯糖的純度在97%以上。實(shí)施例5稱取1000克木糖母液，此母液來自從蔗渣水解液結(jié)晶制備木糖后留下的母液，所選 用的木糖母液中含45%的0-木糖，20%的卜阿拉伯糖，18%的葡萄糖，4%的半乳糖以及其余 的其它雜糖，加入8克的活性炭粉末，在5(TC下脫色3小時(shí)，并不時(shí)攪拌，攪拌速度為每 分鐘100轉(zhuǎn)，采用濾布過濾。 一步脫色濾液再進(jìn)入D900脫色吸附樹脂進(jìn)行二次脫色，脫色濾液分別進(jìn)入D001陽離子交換樹脂與D201陰離子交換樹脂交換柱進(jìn)行交換除去母液中 的離子。將此脫色脫鹽后的母液用去離子水稀釋五倍，加入質(zhì)量百分比為2%的酵母粉、0. 1% 尿素以及0. 01%的無水硫酸鎂與0. 2%的磷酸氫二鉀，充分溶解，裝入10升的發(fā)酵罐中108°C 蒸汽滅菌20分鐘，自然降溫，加入500毫升的酵母種子液進(jìn)行發(fā)酵，酵母種子液制備與 實(shí)施例1相同，在3(TC發(fā)酵60小時(shí)。離心分離酵母菌體，在澄清發(fā)酵液中加入活性炭50 克，5(TC下脫色3小時(shí)，轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分，濾布過濾除去活性炭，無色的發(fā)酵液再進(jìn)行 離子交換處理，處理方法同實(shí)施例四，濾液通過交換柱的流速為每分鐘100毫升。在線檢 測(cè)流出液的電導(dǎo)率，當(dāng)流出液的電導(dǎo)率低于10us/cm時(shí)停止離子交換。將脫鹽后的發(fā)酵 液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到原來體積的十分之一，緩慢加入濃縮液中L-阿拉伯糖含量的8%的 L-阿拉伯糖種晶，然后加入6倍體積的無水乙醇，輕輕攪拌，3(TC放置12小時(shí)充分結(jié)晶， 離心分離得到白色晶體，再用無水乙醇洗滌一次，然后干燥，得到88克干燥的L-阿拉伯 糖晶體。經(jīng)HPLC分析，此晶體中卜阿拉伯糖的純度在97%以上。 實(shí)施例6稱取300克木糖母液，此母液來自從蔗渣水解液結(jié)晶制備木糖后留下的母液，所選用 的木糖母液中含45%的D-木糖，20%的卜阿拉伯糖，18%的葡萄糖，4%的半乳糖以及其余的 其它雜糖，加入8克的活性炭粉末，在50'C下脫色3小時(shí)，并不時(shí)攪拌，攪拌速度為每分 鐘100轉(zhuǎn)，采用濾布過濾。 一步脫色濾液再進(jìn)入D900脫色吸附樹脂進(jìn)行二次脫色，脫色 濾液分別進(jìn)入DOOl陽離子交換樹脂與D201陰離子交換樹脂交換柱進(jìn)行交換除去母液中的 離子。將此脫色脫鹽后的母液用去離子水稀釋20倍，加入質(zhì)量百分比為0.2%的酵母粉、 0. 1%尿素、0.2%玉米漿以及0. 005%的無水硫酸鎂與0. 1%的磷酸氫二鉀，充分溶解，裝入 10升的發(fā)酵罐中108°C蒸汽滅菌20分鐘，自然降溫，加入500毫升的酵母種子液進(jìn)行發(fā) 酵，酵母種子液制備同實(shí)施例1，在32'C發(fā)酵36小時(shí)。離心分離酵母菌體，在澄清發(fā)酵 液中加入活性炭50克，8(TC脫色60分鐘，轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分濾布過濾除去活性炭，無色 的發(fā)酵液再進(jìn)行離子交換處理，處理方法同實(shí)施例五，濾液通過交換柱的流速為每分鐘150 毫升。在線檢測(cè)流出液的電導(dǎo)率，當(dāng)流出液的電導(dǎo)率低于10ps/cm時(shí)停止離子交換。將 脫鹽后的發(fā)酵液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到原來體積的十分之一，緩慢加入濃縮液中L-阿拉伯糖 含量的4M的L-阿拉伯糖種晶，然后加入4倍體積的無水乙醇，輕輕攪拌，3(TC放置24小 時(shí)充分結(jié)晶，離心分離得到白色晶體，再用無水乙醇洗滌一次，然后干燥，得到28克干 燥的L-阿拉伯糖晶體。經(jīng)HPLC分析，此晶體中卜阿拉伯糖的純度在97%以上。實(shí)施例7稱取500克實(shí)施例3中所使用的木糖母液與500克實(shí)施例6中所使用的木糖母液，L-阿拉伯糖的制備方法同實(shí)施例1，最終得到85克干燥的L-阿拉伯糖晶體。經(jīng)HPLC分析， 此晶體中L-阿拉伯糖的純度在97%以上。
權(quán)利要求
1.一種從生產(chǎn)木糖的廢木糖母液中分離提取L-阿拉伯糖的方法，包括以下步驟(1)將木糖母液脫色；(2)將脫色后的木糖母液用離子交換樹脂脫鹽；(3)將脫鹽后的澄清木糖母液稀釋2倍到20倍，并加入發(fā)酵所需的氮源和無機(jī)鹽，進(jìn)行滅菌處理，得到無菌的發(fā)酵培養(yǎng)基；所述的氮源與稀釋后的木糖母液質(zhì)量百分比為0.2-4％，所述的無機(jī)鹽與稀釋后的木糖母液的質(zhì)量百分比為0.01-2％；(4)制備畢赤酵母一級(jí)種子液將保存在試管斜面上的畢赤酵母細(xì)胞接種到含5ml發(fā)酵培養(yǎng)基的50ml的試管中，在28-37℃下進(jìn)行培養(yǎng)，按照100-300rpm的攪拌速度，培養(yǎng)12-24小時(shí)；(5)制備畢赤酵母二級(jí)種子液將一級(jí)種子液5ml全部加入到含50ml發(fā)酵培養(yǎng)基的500ml搖瓶中，培養(yǎng)條件同步驟(4)；(6)制備畢赤酵母三級(jí)種子液將二級(jí)種子液50ml全部加入到含500ml發(fā)酵培養(yǎng)基的2000ml的搖瓶中，培養(yǎng)條件同步驟(5)；(7)將步驟(6)制備的畢赤酵母三級(jí)種子液接種到步驟(3)制備的無菌發(fā)酵培養(yǎng)基中，攪拌下進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，所述畢赤酵母三級(jí)種子液的接種量按照體積比為10％，發(fā)酵溫度為25℃-40℃，發(fā)酵時(shí)間為36-120小時(shí)，發(fā)酵攪拌電機(jī)轉(zhuǎn)速在100轉(zhuǎn)-600轉(zhuǎn)；(8)發(fā)酵結(jié)束后去除酵母菌，發(fā)酵上清液進(jìn)行脫色、用離子交換樹脂進(jìn)行脫鹽、濃縮處理，得到澄清無色的發(fā)酵液；(9)將發(fā)酵液進(jìn)一步濃縮、結(jié)晶，干燥后得到高純度的L-阿拉伯糖。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)中的木糖母液是木糖或 者木糖醇廠生產(chǎn)木糖后留下的含高濃度糖分的粘稠液體，生產(chǎn)原料是玉米芯或者甘蔗渣， 木糖母液中的總糖濃度為40-90%，其中D-木糖占總糖的30-70%， L-阿拉伯糖占總糖的 8%-40%，葡萄糖占總糖的3-20%，半乳糖占總糖的0.2-10%，其余為其它糖分。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脫色是采用活性炭或者大孔樹 脂吸附脫色或者二者結(jié)合使用，將活性炭按照質(zhì)量百分比為0.3-2%的比率加入到木糖母液 或發(fā)酵上清液中，在50°C-98'C下緩慢攪拌，脫色30分鐘到3小時(shí)；或者用活性炭脫色后 再將脫色液通過大孔樹脂吸附進(jìn)一步脫色。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脫鹽所用的離子交換樹脂是強(qiáng) 酸性或弱酸性陽離子交換樹脂與強(qiáng)堿性或弱堿性陰離子交換樹脂。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于強(qiáng)酸性或弱酸性陽離子交換樹脂選自 強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂001*7、大孔強(qiáng)酸性苯乙烯陽離子交換樹脂D001、大孔弱 酸性丙烯酸陽離子交換樹脂D113;強(qiáng)堿性或弱堿性陰離子交換樹脂選自強(qiáng)堿性苯乙烯系陰 離子交換樹脂201*7、大孔強(qiáng)堿性苯乙烯陰離子交換樹脂D201、大孔弱堿苯乙烯系陰離子 交換樹脂D301。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(3)中所用的發(fā)酵所需氮源選自酵母膏、酵母粉、玉米漿、大豆餅粉、棉籽粉，硫酸銨、尿素中的至少一種；所述的無機(jī)鹽選自無水硫酸鎂、七水硫酸鎂、磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、磷酸二氫 鈉、硫酸亞鐵中的至少一種。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(5)的發(fā)酵結(jié)束后，去除酵母的方法是使酵母菌沉降或者通過濾布過濾分離出酵母菌，再將此酵母菌加入到新的無菌的發(fā)酵培養(yǎng)基中重復(fù)使用，該酵母菌能夠重復(fù)利用1-6次。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的滅菌處理采用高溫滅菌或過濾除菌。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述步驟(7)的結(jié)晶方 法為將發(fā)酵液濃縮，使得L-阿拉伯糖的濃度達(dá)到50%以上，純度達(dá)到70%以上，加入無 水乙醇，在4。C-30。C下結(jié)晶12-24小時(shí)，無水乙醇與濃縮液的體積比為4-8.5: 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種從生產(chǎn)木糖的廢木糖母液中分離提取L-阿拉伯糖的方法，包括以下步驟1)將木糖母液進(jìn)行脫色；2)將脫色后的木糖母液用離子交換樹脂進(jìn)行脫鹽；3)將脫鹽后的澄清木糖母液稀釋并加入發(fā)酵所需的氮源和無機(jī)鹽，進(jìn)行滅菌處理；4)將酵母菌接種到除菌后的木糖母液中進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)；5)發(fā)酵結(jié)束后去除酵母菌，上清液進(jìn)行脫色、脫鹽、濃縮等處理，得到澄清無色的發(fā)酵液；6)將發(fā)酵液進(jìn)一步濃縮、結(jié)晶、干燥后得到高純度的L-阿拉伯糖。本方法具有無污染、耗能低、生產(chǎn)成本低、適合工業(yè)規(guī)模化生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12R1/84GK101555503SQ200810089000
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月11日
發(fā)明者程海榮, 緋 莫, 陳小芳 申請(qǐng)人:上海金杉生物科技有限公司