专利名称：利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生产木糖醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种木糖醇的制备工艺，尤其涉及高效利用木糖醇生产中的废弃物料生 产木糖醇从而提高木糖醇产率的方法，具体涉及利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木 糖醇母液生产木糖醇的方法。
背景技术：
木糖醇为天然的五碳糖醇，是重要的功能性食品添加剂之一。木糖醇的甜度是蔗糖 的1.05倍，热量与蔗糖相当，其代谢不需要胰岛素，可替代蔗糖作为糖尿病患者食用的 甜味剂。木糖醇不被细菌发酵，用在口香糖中作为甜味剂，具有维持口腔酸碱平衡、预 防龋齿的功能。有研究表明，木糖醇可阻止细菌与人体细胞的结合，预防呼吸道感染； 木糖醇还有促进肠道对钙质的吸收，减少骨质流失，维持正常骨密度以及降低肝脏转氨 酶等作用。
目前木糖醇生产方法主要为化学法即采用玉米芯、甘蔗渣等富含聚戊糖(含36 40 %的多縮戊糖)的原料，经酸水解成含木糖的糖液，然后经中和、脱色、离子交换、结 晶等复杂的净化过程从水解液中分离纯化出木糖，接着化学加氢使木糖生成木糖醇。
在这一过程中会产生大量的木糖母液或木糖醇母液。木糖母液指的是木糖水解液结 晶提取木糖后剩余的母液。以玉米芯原料为例，大多玉米芯水解液含糖质量浓度14%， 其中含13%葡萄糖，70%木糖，15%阿拉伯糖及少量其他杂糖，木糖通过两次结晶获得 晶体，从而用于加氢制木糖醇。木糖母液中糖浓度约70 80%;其中葡萄糖含6 12%， 木糖含60 70%，阿拉伯糖含17 23%,半乳糖含0 6%。木糖醇母液指的是木糖加 氢后制得的木糖醇结晶析出后剩余的母液，这一部分相对杂质较少，但经浓縮后，母液 中仍有较多的木糖醇和阿拉伯糖醇， 一般含有20 60%的木糖醇，还有15 30%的阿 拉伯糖醇等杂醇。目前对此类副产物尚未能很好的加以利用， 一般以低价出售给焦糖色 素厂，大大减少了木糖醇生产的效益，同时造成大量资源浪费和严重的环境污染。
为提高对木糖母液或木糖醇母液的利用，从而提高木糖醇产率，近年来，许多人做 了很多努力，如赵光辉等提出用PCR642树脂分离提纯木糖醇母液，提高木糖醇的回收 率；彭奇均在ZL 200510040433中提出采用模拟移动床技术从木糖母液或水解液中提取 木糖和木糖醇，具体方法为，1)以酿酒酵母发酵除去其中的葡萄糖，然后通过模拟移 动床，使木糖与阿拉伯糖等完全分离，得到富含木糖的组分，或者2)以木糖水解液或 木糖母液为原料，发酵除去其中的葡萄糖，然后将糖液加氢；再通过模拟移动床，使木 糖醇与阿拉伯糖醇等杂质完全分离，得到富含木糖醇的组分；梁广川等在CN200510014580中提到向木糖醇母液中加入0.01%的山梨酸钾或葡萄糖酸钠可获得纯 度95%以上的木糖醇晶体。这些方法仅利用了分离出的木糖或木糖醇，而对另一较大含 量的阿拉伯糖(醇)没有加以利用，只能以糖液出售，大大减少了木糖(醇)生产的经 济效益。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖 醇母液生产木糖醇的方法，即将木糖母液或木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇转化为木糖 醇，以提高玉米芯、甘蔗渣等生产木糖醇的产率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下
一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生产木糖醇的方法，包括如下 步骤
1、 获得D-阿拉伯糖醇溶液
将木糖母液中的阿拉伯糖经分离后再加氢获得D-阿拉伯糖醇，或将木糖母液中的 阿拉伯糖加氢后再分离获得D-阿拉伯糖醇。
在木糖醇生产工艺中，木糖母液中糖折光浓度大约为70 80%;其中葡萄糖含6
12%，木糖含60 70%，阿拉伯糖含17 23%，半乳糖含0 6%。
本发明在制备D-阿拉伯糖醇溶液时，可采用2种方式a，利用离交分离将木糖母 液中的阿拉伯糖分离出来，通过催化加氢获得D-阿拉伯糖醇；b，将木糖母液经催化加 氢还原获得含有木糖醇、D-阿拉伯糖醇和其它杂醇的混合溶液，然后再通过离交将D-阿拉伯糖醇与木糖醇和杂糖醇分离，获得高纯度的D-阿拉伯糖醇。上述两种分离或加 氢方法皆为本技术领域内的现有技术。
2、 将阿拉伯糖醇转化生成木糖醇
利用同时具有D—阿拉伯糖醇脱氢酶(AraDH)和木糖醇脱氢酶(XDH)活力的菌株， 将步骤1得到的D-阿拉伯糖醇或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇转化成木糖醇；
所述的同时具有D—阿拉伯糖醇脱氢酶和木糖醇脱氢酶活力的菌株为醋酸杆菌或 氧化葡萄糖酸杆菌。
将阿拉伯糖醇转化生成木糖醇的过程具体如下
(1) 细胞培养将同时具有D —阿拉伯糖醇脱氢酶和木糖醇脱氢酶活力的菌株接种 于培养基(10 50g/L葡萄糖，5 30 g/L酵母提取物，5 10g/L蛋白胨，10 30 g/L 阿拉伯糖醇)中，培养温度为25 37'C，培养时间20 72小时，离心或过滤收集细胞， 洗涤1次待用。
(2) 底物转化调配步骤1得到的D-阿拉伯糖醇溶液或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇的浓度在20 100g/L范围内，将菌株细胞悬浮于上述D-阿拉伯糖醇溶液中，菌 株加入量为5~15%(W/V，即lOOmLD-阿拉伯糖醇溶液或木糖醇母液或两者的混合液中 加入5 15g菌株)，25 37。C下，转化20 35小时，底物中的阿拉伯糖醇90 95%转化 为木糖醇。
底物转化的反应方程式如下
D-阿拉伯糖醇脱氢酶 木糖醇脱氢酶 D-阿拉伯糖醇-D-木酮糖-^木糖醇
3、木糖醇转化液的结晶
将步骤2获得的木糖醇转化液，离心或过滤等方法除去菌体细胞后，经浓縮、结晶 得到木糖醇产品。
有益效果本发明对传统方法中产生的木糖母液和木糖醇母液加以充分利用，其工 艺简单合理，可提高玉米芯、甘蔗渣等生产原料的利用率，大约提高了9 14%，较大
幅度的降低整体生产成本，从而提高了木糖醇生产经济效益。
图l为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。实施例是为说明而非限制本发明。 本领域中任何普通技术人员能够理解这些实施实例不以任何方式限制本发明，可做适当 的修改而不违背本发明的实质和偏离本发明的范围。 实例1:
将木糖母液(糖折光浓度大约为63%，其中含有阿拉伯糖22%，木糖50%，半乳 糖6%及15%的葡萄糖)利用732Na+型离交分离，分离条件如下分离温度70'C，系 统压力l.lMPa，进料流速为1L/h，洗脱水流速为3.5L/h，将木糖母液中阿拉伯糖分离 出来，获得纯度为95%的阿拉伯糖液。将此阿拉伯糖液加入氢化反应器中，反应至还原 糖含量小于0.1%后，即获得D-阿拉伯糖醇液，其折光浓度为50%， D-阿拉伯糖醇含量 约为94%，待用。
将氧化葡萄糖酸杆菌ATCC621接种于装有50mL细菌培养基A的250mL三角瓶中， 于30°C、 220rpm旋转摇床培养72h，离心收集细胞，用0.1M磷酸缓冲液洗涤1次待用。 细菌培养基A的成分是50g/L葡萄糖，30g/L酵母提取物，5g/L蛋白胨，10g/L阿拉伯 糖醇。
将先前制得的D-阿拉伯糖醇液经适当稀释后，使得D-阿拉伯糖醇浓度为50 g/L， 取稀释后的50mL的阿拉伯糖醇溶液于250mL三角瓶中，再将洗涤后的菌株细胞以10X(W/V)的加入量接入阿拉伯糖醇溶液，于30'C、 220ipm旋转摇床转化30h，转化结束 时，转化液中木糖醇浓度为46g/L。
将转化液离心得上清液47mL，加入活性炭0.94g，调pH5.0，煮沸，冷却到室温后 抽虑得无色清液。将清液于50'C减压蒸干，用无水热乙醇抽提固体物质，冷却后得木糖 醇结晶，过滤，将晶体干燥，得木糖醇晶体2.1g。 实例2:
将氧化葡萄糖酸杆菌ATCC621接种于装有50mL细菌培养基B的250mL三角瓶中， 于37'C、 220rpm旋转摇床培养30h，离心收集细胞，用O.IM磷酸缓冲液洗涤1次待用。 细菌培养基B的成分是30g/L葡萄糖，5g/L酵母提取物，10g/L蛋白胨，20g/LD-阿拉 伯糖醇。
将洗涤后的细胞以15X(W/V)的加入量接入50mL糖折光浓度为10%木糖醇结晶母 液中，其中木糖醇含量为60%，阿拉伯糖醇含量为30X(D-阿拉伯糖醇的浓度为30g/L)， 于25'C、 220rpm旋转摇床转化35h，转化结束时，转化液中木糖醇浓度为88g/L。
将转化液离心得上清液47mL，加入活性炭0.94g，调pH5.0，煮沸，冷却到室温后 抽虑得无色清液。将清液于5(TC减压蒸干，用无水热乙醇抽提固体物质，冷却后得木糖 醇结晶，过滤，将晶体干燥，得木糖醇晶体4.1g。 实例3:
将醋酸杆菌接种于装有50mL细菌培养基C的250mL三角瓶中，于25°C 、 220rpm 旋转摇床培养50h，离心收集细胞，用0.1M磷酸缓冲液洗涤1次待用。细菌培养基C 的成分是10g/L葡萄糖，20g/L酵母提取物，8g/L蛋白胨，30g/LD-阿拉伯糖醇。
将实施例1中制得的D-阿拉伯糖醇液5mL与糖折光浓度为20%木糖醇结晶母液 10mL(其中木糖醇含量为60X，阿拉伯糖醇含量为30%)混合，并加入0.5g的葡萄糖， 定容至50ml作为转化液(D-阿拉伯糖醇的含量为32g/L)。
将洗涤后的细胞以5X(W/V)的加入量接入50mL上述转化液中，于37'C、 220rpm 旋转摇床转化20h转化结束时，转化液中木糖醇浓度为53g/L。
将转化液离心得上清液47mL，加入活性炭0.94g，调pH5.0，煮沸，冷却到室温后 抽虑得无色清液。将清液于50'C减压蒸干，用无水热乙醇抽提固体物质，冷却后得木糖 醇结晶，过滤，将晶体干燥，得木糖醇晶体2.49g。
权利要求
1. 一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生产木糖醇的方法，其特征在于该方法包括如下步骤(1)将木糖母液中的阿拉伯糖经分离后再加氢获得D-阿拉伯糖醇，或将木糖母液中的阿拉伯糖加氢后再分离获得D-阿拉伯糖醇；(2)利用同时具有D-阿拉伯糖醇脱氢酶和木糖醇脱氢酶活力的菌株，将步骤(1)得到的D-阿拉伯糖醇或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇转化成木糖醇；(3)将步骤(2)获得的木糖醇转化液，除去菌体细胞后，经浓缩、结晶得到木糖醇产品。
2、 根据权利要求1所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生 产木糖醇的方法，其特征在于步骤(2)中，所述的同时具有D—阿拉伯糖醇脱氢酶和木糖 醇脱氢酶活力的菌株为醋酸杆菌或氧化葡萄糖酸杆菌。
3、 根据权利要求1或2所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母 液生产木糖醇的方法，其特征在于步骤(2)中，菌株在参与转化反应之前，先进行细胞培 养将菌株接种于培养基中，25 37'C下，培养20 72小时，收集细胞，洗涤。
4、 根据权利要求3所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生 产木糖醇的方法，其特征在于所述培养基的组份如下10 50 g/L葡萄糖，5 30 g/L 酵母提取物，5 10g/L蛋白胨，10 30g/L阿拉伯糖醇。
5、 根据权利要求1所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生 产木糖醇的方法，其特征在于步骤(2)中，D-阿拉伯糖醇的起始反应浓度为20 100g/L。
6、 根据权利要求1所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生 产木糖醇的方法，其特征在于步骤(2)中，菌株的加入量为5~15%(W/V)。
7、 根据权利要求1所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生 产木糖醇的方法，其特征在于步骤(2)中，转化反应温度为25 37'C。
8、 根据权利要求1所述的一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生 产木糖醇的方法，其特征在于步骤(2)中，转化反应时间为20 35小时。
全文摘要
本发明公开了一种利用木糖醇生产中废弃的木糖母液或木糖醇母液生产木糖醇的方法1.将木糖母液中的阿拉伯糖经分离后再加氢获得D-阿拉伯糖醇，或加氢后再分离获得D-阿拉伯糖醇；2.利用同时具有D-阿拉伯糖醇脱氢酶和木糖醇脱氢酶活力的菌株，将步骤1得到的D-阿拉伯糖醇或/和木糖醇母液中的D-阿拉伯糖醇转化成木糖醇；3.将步骤2获得的木糖醇转化液，除去菌体细胞后，经浓缩、结晶得到木糖醇产品。本发明对传统方法中产生的木糖母液和木糖醇母液加以充分利用，其工艺简单合理，可提高玉米芯、甘蔗渣等生产原料的利用率，大约提高了9～14％，较大幅度的降低整体生产成本，从而提高了木糖醇生产经济效益。
文档编号C12N1/20GK101285082SQ20081012364
公开日2008年10月15日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者虹 徐, 朱宏阳, 莎 李, 欧阳平凯, 恒 蔡 申请人:南京工业大学