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CN106589011B - 一种木糖母液的处理方法 - Google Patents

一种木糖母液的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种木糖母液的处理方法，包括以下步骤：(1)将木糖母液进行前处理之后，加入由葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶组合形成的共固定化酶进行反应，反应完成之后，待共固定化酶沉降之后，保留上清液；(2)将所述上清液通过离子交换树脂进行离子交换，对离子交换树脂进行再生并收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液；(3)将所述步骤(2)中得到的离子交换通过液经由色谱柱分离得到木糖组分和阿拉伯糖组分两个组分；(4)将所述木糖组分和阿拉伯糖组分分别进行结晶处理，得到木糖和阿拉伯糖。本发明可以充分利用木糖母液中的各个组分，提高其回收利用率，而且本发明操作过程简单易行。

Description

一种木糖母液的处理方法
技术领域
本发明属于食品化工技术领域，具体涉及一种木糖母液的处理方法。
背景技术
木糖是由玉米芯、甘蔗渣等原料经水解、净化、蒸发、结晶、离心、干燥等工艺制成的，在食品、饲料、化工等行业中有广泛的应用，通常用于加工食品添加剂木糖醇。木糖生产过程会产生较多的母液，每生产1吨木糖会产生0.8～1吨左右的母液(60％左右的浓度)，目前国内的木糖产量约为10万吨，就会产生母液8～10万吨。木糖母液中含木糖40～50％，葡萄糖20～25％，阿拉伯糖15～25％，半乳糖8％～10％，由于木糖的含量较低，无法有效结晶，只能作为低价值的副产品出售。
对木糖母液再利用的研究较多，主要集中于提纯母液中的木糖和阿拉伯糖，也有直接转化成糖醇进行利用的。例如公开号为CN101857523B的专利文献公开了一种利用木糖母液同时生产木糖醇和阿拉伯醇的方法，其中利用酵母菌发酵去除葡萄糖和半乳糖，然后氢化等到木糖醇和阿拉伯醇的混合糖醇，再经色谱分离得到木糖醇和阿拉伯醇组分，然后分别浓缩结晶。该技术操作较复杂，且得到的阿拉伯醇目前的利用价值不高。
公开号为CN104086607B的专利文献公开了一种从木糖母液中生产L-阿拉伯糖的方法，其利用酵母去除葡萄糖，然后色谱分离获得L-阿拉伯糖和木糖组分，分别结晶得到阿拉伯糖和木糖产品，该方法的缺点在于使用酵母去除葡萄糖的操作较复杂，并且葡萄糖没有得到有效利用。
公开号为CN102603814B的专利文献公开了一种提高木糖母液中结晶效率的方法，其中利用酵母发酵去除葡萄糖和半乳糖，然后膜分离去除胶体、蛋白等杂质，得到主要含木糖和阿拉伯糖的清液。该方法的缺点同样是没有使葡萄糖得到有效利用，且发酵步骤较复杂。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种木糖母液的处理方法，使得木糖母液中的组分得到充分利用了，并且方法过程简单易行。
本发明的技术方案为：一种木糖母液的处理方法，包括以下步骤：
(1)将木糖母液进行前处理之后，加入由葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶组合形成的共固定化酶进行反应，反应完成之后，待共固定化酶沉降之后，保留上清液；
(2)将所述上清液通过离子交换树脂进行离子交换，对离子交换树脂进行再生并收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液；
(3)将所述步骤(2)中得到的离子交换通过液经由色谱柱分离得到木糖组分和阿拉伯糖组分两个组分；
(4)将所述木糖组分和阿拉伯糖组分分别进行结晶处理，得到木糖和阿拉伯糖。
作为优选，所述步骤(1)中前处理包括：在木糖母液中加水调节木糖母液的质量浓度至35～45％，然后加入活性炭进行脱色处理，最后经由离子交换柱净化至电导率在20μs/cm以下。
固定化酶与游离酶相比有很多优点，如：产物易分离，可以重复多批次使用，酶的稳定性提高，简化了后期提纯工艺等，其中共固定化酶是将两种或两种以上的酶固定于同一载体内形成共固定化系统的一种技术，共同定化酶可以充分发挥不同酶的特点，将其催化特性结合起来，充分利用协同作用，提高其催化效率。作为优选，所述共固定化酶采用包埋法固定葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合液制备而成，其中所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的质量比为1:1～3。本发明中的共固定化酶提高了葡萄糖的转化率。
作为优选，所述步骤(1)中进行反应时，向反应液中加碱调节pH至5.0～7.0，并通入无菌空气，搅拌，反应至pH保持在5.0～7.0之间不再发生变化时，结束反应。
作为优选，所述步骤(1)中进行反应时，向反应液中加入浓度为10～30％的氢氧化钠溶液调节pH至5.0～7.0。
作为优选，所述步骤(1)中进行反应时，加入消泡剂，所述消泡剂的添加量为反应液总重量的0.1～0.3％。
作为优选，所述搅拌速率为100～300rpm，反应温度为30～35℃。
作为优选，所述步骤(2)中进行离子交换时，将上清液先后依次经过强酸阳离子交换树脂和弱碱阴离子交换树脂，其中，物料的流速为3～6BV/h，物料温度30～50℃，出料电导率为50μs/cm以下。
作为优选，所述强酸阳离子交换树脂和弱碱阴离子交换树脂分别采用稀盐酸以及稀氢氧化钠作为再生剂进行再生，最后用纯化水淋洗强酸阳离子交换树脂和弱碱阴离子交换树脂，得到所述再生洗脱液。
作为优选，所述再生剂的用量为2～4BV。
作为优选，所述色谱柱为装有钙型色谱分离树脂的色谱柱，所述色谱柱的洗脱剂为纯水。
本发明还可以将由木糖组分溶液和阿拉伯糖组分溶液，分别经脱色、过滤、浓缩、结晶、干燥等步骤，获得木糖和阿拉伯糖晶体产品。葡萄糖酸钠收集液经脱色、精密过滤、蒸发浓缩、结晶或喷雾干燥得到固体葡萄糖酸钠产品。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
本发明在对木糖母液进行处理时，先采用由葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶组合形成的共固定化酶将木糖母液中的葡萄糖转化成葡萄糖酸钠，然后通过离子交换收集得到葡萄糖酸钠，而离子交换通过液中主要含有木糖和阿拉伯糖，再经过色谱分离技术将木糖和阿拉伯糖这两个组分分离，最后分别精制、结晶获得木糖和阿拉伯糖。本发明可以充分利用木糖母液中的各个组分，提高其回收利用率，而且本发明操作过程简单易行。
具体实施方式
下面对本发明详细说明如下，但不因具体的实施例限制本发明。
实施例1
一种木糖母液的处理方法，包括以下步骤：
(1)取3kg质量浓度为66.3％的木糖母液，其组成为：木糖43.6％，阿拉伯糖19.7％，葡萄糖22.5％，半乳糖9.0％。用纯化水将木糖母液的质量浓度调整至40％，然后通过粉末活性炭脱色、阳阴离子交换树脂净化，从而去除色素和原料中盐分，经净化后的料液电导率控制在20μs/cm以下。
(2)然后将料液输送至装有共固定化酶(采用包埋法固定葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合液制备而成，其中所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的质量比为1:1)的反应柱中，用15％浓度的氢氧化钠溶液调节pH为5.5～6.0，通入空气，添加0.1％的消泡剂，通气量为0.1vvm，搅拌速率调节为100rpm，反应25h后，溶液pH稳定在5.5～6.0之间，不再下降，结束反应，停止通气、搅拌，待固定化酶沉降分层。
(3)将上层清液用泵打出，先后经过D001阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂，物料的流速为4BV/h，物料温度35℃，出料电导率控制50μs/cm以下。阳离子交换树脂利用2.5BV稀盐酸再生，阴离子交换树脂用2.5BV的稀氢氧化钠溶液再生，收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液，纯度为95.8％。
(4)将离子交换通过液利用装有钙型色谱分离树脂的色谱柱，以纯化水为洗脱剂，得到富含木糖和阿拉伯糖的2个组分，分别对两个组分进行浓缩和降温结晶、离心、干燥，得到木糖430g，为99.1％，阿拉伯糖275g，出纳纯度为99.5％。
实施例2
一种木糖母液的处理方法，包括以下步骤：
(1)取3kg质量浓度为66.3％的木糖母液，其组成为：木糖43.6％，阿拉伯糖19.7％，葡萄糖22.5％，半乳糖9.0％。用纯化水调整浓度至35％，然后通过粉末活性炭脱色、阳阴离子交换树脂净化，去除色素和原料中盐分，经净化后的料液电导率控制在20μs/cm以下。
(2)然后将料液输送至装有共固定化酶(采用包埋法固定葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合液制备而成，其中所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的质量比为1:3)的反应柱中，用10％浓度的氢氧化钠溶液调节pH为5.0～5.5，添加0.15％消泡剂，通入空气，通气量为0.2vvm，搅拌速率调节为150rpm，反应28h后，溶液pH稳定在5.0～5.5之间，不再下降，结束反应，停止通气、搅拌，待固定化酶沉降分层。
(3)将上层清液用泵打出，先后经过D001阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂，过料速度为3BV/h，物料温度30℃，出料电导率控制50μs/cm以下。阳离子交换树脂利用2.0BV稀盐酸再生，阴离子交换树脂用2.0BV的稀氢氧化钠溶液再生，收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液，纯度为98.3％。
(4)离子交换通过液利用装有钙型色谱分离树脂的色谱柱，以纯化水为洗脱剂，得到富含木糖和阿拉伯糖的2个组分。分别对两个组分进行浓缩和降温结晶、离心、干燥，得到木糖412g，纯度为98.7％，阿拉伯糖266g，纯度为99.0％。
实施例3
一种木糖母液的处理方法，包括以下步骤：
(1)取3kg质量浓度为66.3％的木糖母液，其组成为：木糖43.6％，阿拉伯糖19.7％，葡萄糖22.5％，半乳糖9.0％。用纯化水调整浓度至45％，然后通过粉末活性炭脱色、阳阴离子交换树脂净化，去除色素和原料中盐分，经净化后的料液电导率控制在20μs/cm以下。
(2)然后将料液输送至装有共固定化酶(采用包埋法固定葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合液制备而成，其中所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的质量比为1:1)的反应柱中，用20％浓度的氢氧化钠溶液调节pH为6.0～6.5，添加0.2％消泡剂，通入空气，通气量为0.3vvm，搅拌速率调节为200rpm，反应24h后，溶液pH稳定在6.0～6.5之间，不再下降，结束反应，停止通气、搅拌，待固定化酶沉降分层。
(3)将上层清液用泵打出，先后经过D001阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂，过料速度为4BV/h，物料温度40℃，出料电导率控制50μs/cm以下。阳离子交换树脂利用3.0BV稀盐酸再生，阴离子交换树脂用3.0BV的稀氢氧化钠溶液再生，收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液，纯度为97.8％。
(4)离子交换通过液利用装有钙型色谱分离树脂的色谱柱，以纯化水为洗脱剂，得到富含木糖和阿拉伯糖的2个组分。分别对两个组分进行浓缩和降温结晶、离心、干燥，得到木糖455g，纯度为99.2％，阿拉伯糖270g，纯度为99.3％。
实施例4
一种木糖母液的处理方法，包括以下步骤：
(1)取3kg质量浓度为66.3％的木糖母液，其组成为：木糖43.6％，阿拉伯糖19.7％，葡萄糖22.5％，半乳糖9.0％。用纯化水调整浓度至45％，然后通过粉末活性炭脱色、阳阴离子交换树脂净化，去除色素和原料中盐分，经净化后的料液电导率控制在20μs/cm以下。
(2)然后将料液输送至装有共固定化酶(采用包埋法固定葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合液制备而成，其中所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的质量比为1:2)的反应柱中，用30％浓度的氢氧化钠溶液调节pH为6.5～7.0，添加0.3％消泡剂，通入空气，通气量为0.5vvm，搅拌速率调节为300rpm，反应21h后，溶液pH稳定在6.5-7.0之间，不再下降，结束反应，停止通气、搅拌，待固定化酶沉降分层。
(3)将上层清液用泵打出，先后经过D001阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂，过料速度为6BV/h，物料温度50℃，出料电导率控制50μs/cm以下。阳离子交换树脂利用4.0BV稀盐酸再生，阴离子交换树脂用4.0BV的稀氢氧化钠溶液再生，收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液，纯度为94.2％。
(4)离子交换通过液利用装有钙型色谱分离树脂的色谱柱，以纯化水为洗脱剂，得到富含木糖和阿拉伯糖的2个组分。分别对两个组分进行浓缩和降温结晶、离心、干燥，得到木糖468g，纯度为99.4％，阿拉伯糖260g，纯度为99.3％。

Claims (6)

1.一种木糖母液的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将木糖母液进行前处理之后，加入由葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶组合形成的共固定化酶进行反应，向反应液中加碱调节pH至5.0～7.0，并通入无菌空气，搅拌，反应至pH保持在5.0～7.0之间不再发生变化时，结束反应，反应完成之后，待共固定化酶沉降之后，保留上清液；
(2)将所述上清液通过离子交换树脂进行离子交换，将上清液先后依次经过强酸阳离子交换树脂和弱碱阴离子交换树脂，其中，物料的流速为3～6BV/h，物料温度30～50℃，出料电导率为50μs/cm以下，所述强酸阳离子交换树脂和弱碱阴离子交换树脂分别采用稀盐酸以及稀氢氧化钠作为再生剂进行再生，最后用纯化水淋洗强酸阳离子交换树脂和弱碱阴离子交换树脂，得到所述再生洗脱液，所述再生剂的用量为2～ 4BV；对离子交换树脂进行再生并收集再生洗脱液，即得到葡萄糖酸钠溶液；
(3)将所述步骤(2)中得到的离子交换通过液经由色谱柱分离得到木糖组分和阿拉伯糖组分两个组分；
(4)将所述木糖组分和阿拉伯糖组分分别进行结晶处理，得到木糖和阿拉伯糖。
2.如权利要求1所述的木糖母液的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中前处理包括：在木糖母液中加水调节木糖母液的质量浓度至35～45％，然后加入活性炭进行脱色处理，最后经由离子交换柱净化至电导率在20μs/cm以下。
3.如权利要求1所述的木糖母液的处理方法，其特征在于，所述共固定化酶采用包埋法固定葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶混合液制备而成，其中所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶的质量比为1:1～3。
4.如权利要求3所述的木糖母液的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中进行反应时，向反应液中加入浓度为10～30％的氢氧化钠溶液调节pH至5.0～7.0。
5.如权利要求3所述的木糖母液的处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中进行反应时，加入消泡剂，所述消泡剂的添加量为反应液总重量的0.1～0.3％。
6.如权利要求3所述的木糖母液的处理方法，其特征在于，所述搅拌速率为100～300rpm，反应温度为30～35℃。
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