低聚异麦芽糖的高新分离技术.pdfVIP

t 诧耪 与淀 粉 糖 Z 0 0 1年第 1期 低 聚异 麦芽箝 的高新 分 高技 术 鲍 元 兴扬 维亚孙 榕蔚 江 苏省徽 生钉 研究 所 无謦市 Z 1 4 0 6 3 ) 摘要皋 主概要 地 分 别 阐明如 何 应 J l I 蚺 滹分 离技 术 、色谱 分 离技 术 、擞 生轴 分 离技 术 生产 南 纯度 低 聚畀 麦 芽糖 I Mo一9 0 。 美蕾 词 纳来过 逮 色谱 分 离 擞 生斯 分 离 低 秉异 麦 芽糖 ABS TRACT Thi s p a p e r b r i e fly a n d r e s p e c t i v e l y s t a t e d h o w t o u s e t h e Na n o m e t e r fi l t r a t i n g a n d s e p a r a t i n g t e c h n i q u e c hr o ma t o g r a m s e p a r a t i n g t e c h n i q ue ， m i c r o b e s e p a r a t i n g t e c h n i q ue t o p r od u c e hi g h p u r i t y o l i g o s a c c h a r i d e s o m a l t o s e I M P一 9 0 KEY W ORDS Na n o me t e r f i l t r a t i o n Chma t o g r a p y M i c r o b e s e p a r a t i n g OI j g o s a c c h a r i d e s o ma l t c s e 0前言 1 纳 滤 分 离技 术 江 苏 省 擞 生 物研 究 所 承 担 的 国 家 。 九 五 ” 重 点科 技 攻 关 项 目 酶 法 生 产 低 聚 异麦 芽糖” ，主要研 究 内容 ：以淀粉为原料 ，运用 先 进 的 酶 工 程 技 术 生 产 低 聚 异 麦 芽 糖 I MO 一 5 0 。 再 以 I MO一5 0为 原 料 ， 应 用 高 新 分 离 技 术 ，去 除葡萄糖 、生产 高纯 度低聚异麦芽 糖 I MO一9 0 。 采 用喷雾干燥技 术生产低 聚异 麦 芽 糖 粉 。2 0 0 0年 3月 2 5 日通 过 国 家科 技 部 科 技 成 果 鉴定 ，完 成 了合 同规 定 的 各 项 考 核 指 标 。 本项 目研 究 成 果 ， 除 了 I MO一5 0工 业 生 产 技 术 中糖 化 转 苷 工 艺 具有 特 色 外 ，最 主 要 的 技 术 创 新 是 研 究 应 用 国 际 上 先 进 的“ 纳 滤 分 离 ” 、“ 色谱 分离” 、。 微生物 分离”三种 高 效 分离技术 ，去除葡萄糖 ，实 现低聚异麦芽 糖 高度纯化 ， 生产 I M09 0产 品。江苏省科 学 技 术 情 报 研 究 所 经 过 国 内外 文 献 检索 ，查 新 结 果 ： “ 国 内 外 均 未 有 采用 色谱 分 离 法 、纳 滤分离 法制 取低 聚异 麦芽糖的报道 ，本委 托 项 目 在 技 术 和 水 平 上 均 已 达 到 国 际 先 进 水 平 ” 。 纳 滤介于膜分 离技术 的超 滤和反 渗透之 间，纳 滤膜 孔径在纳 米级 ，截 留分子 量在 百 级 。 低 聚 异 麦 芽 糖 中 各 糖 份 的 相 对 分 子 量 为 ： 葡萄糖 1 8 0 ， 麦芽糖 和异麦芽 糖 3 4 2 ， 麦芽 三 糖 、潘 糖 、异 麦 芽 三 糖 5 0 4 ，麦 芽 四糖 、异 麦 芽四糖 6 6 6 。我们 采用纳 滤膜 分 离技术 去豫 分子 量 1 8 0的葡 萄糖 ，生 产高纯度 的低聚异 麦 芽 糖 。 1 1 膜 的选 择 我们 选 择 的 膜 要 使 葡 萄 糖 截 留 率 低 ， 二 糖 以 上 的糖 截 留 率 较 高 ， 而 且 分 离 过 程 中纯 水 用 量少 ， 见 表 l 。 表 1 试 罩 膜 截 留 率 比较 薹 蓄 摹 ( ) ( ) 维普资讯 t 淀齄 与淀粉 糖 ) 2 0 0 1年 第 1期 25 根据试 验结果 ， 我们选择 了甲型纳米膜 。 1 2组装 设备 我 们采 用进 口甲型 2 54 O卷式 膜 组 件 ，配 套 高 压 泵 和 配 套 变 频 电 机 ，同 时 组 装 主控 制箱和各种 仪器仪表 以及 各种 阀门管道 等 整 套 膜分 离 装 置 ， 形 成 进 料 、 循 环 分 离 、 浓 缩 、 清 洗 各 系 统 。 1 3工艺条件 ( 1 )系统 操作 压力 ：1 5 1 8 MP a 。 ( 2 ) 流量 ：1 5 2 O L rai n。 ( 3 ) 温 度 ：4 O 4 5 。 ( 4 ) 纯 化倍数 ： 根据 目标 质量值决 定 见 表 2。 表 2藏 留液 H PL C 检剃 蛄 果 1 4试 验 结 果 ( 1 )截 留液随纯化倍数 的递增 低聚异 麦 芽糖 纯度 不断提 高 ；透过 液随着 纯化倍数 的递增 ，葡 萄糖古 量逐步减少 。 ( 2 )随着纯 化倍 数的递增 ，低 聚异麦芽 糖纯度 、糖分组成 、回收率发生有规 律性 的 变 化 详 见 图 l所 示 如 果 我 们 要 求 纯 度 在 8 5 以 上( 日 本 “ 异麦芽 9 0 0 产 品 ， 纯度 8 5 ) ， 纯 化倍 数 就低 ，水 电成本 费用也节 省 ，低 聚糖回收 率 能 达 9 0 以 上 。 由于 工 艺 时 间 缩 短 ，总 投 资 会 更 合 理 。 ( 3 ) 纳滤 法高纯度低 聚异麦芽糖 质量 ， 我 们 连 续 进行 五 批 中试 ， 产 品 质 量 情 况 见 表 3 。 表 3蚋盛 法 高纯度低 聚畀主 芽糖 班 ；无铒 轻 工大学 髑 试 中心 HPLC收 拉嚣 维普资讯 2 6 E 淀粉 与淀 粉糖 Z 0 0 1年第 1期 褂 国 士 图 1 高纯 度低 聚 异麦 芽糖 纯度 、组 付 、 回收率 与 纯球倍 数 的关 系 检酒 方j 击为高教藏 相色 谱 法 无铀 轻太 铡 试 中心 检 酒) 卜三精台计卜 _ 低聚精纯度 I MO 2色 谱 分离 技 术 2 1筛 选 适 用 的 色 谱 分 离 树 脂 我 们 收集 了 6只 品种 的强 酸 性 阳 离 子 交 换 树 脂 ( 其 中 国产 3只 ，进 口 3只 ) ，利 用 小 型 色 谱 柱 分 别 进 行 试 验 。 以稀 释 后 的低 聚 异 麦 芽 糖 浆 充 填 色 谱分 离 柱 ， 再 用 解 析 剂 洗 脱 。 用 自动 部 分 收集 器 收 集 流 出液 ，分 别测 定 流 出 液 中葡 萄 搪 GI部 分 和 I M O 部 分 的 相 对 含 量 ， 绘 制 出洗 脱 曲 线 。 进 口 V1树 脂 的洗 脱 曲线 见 图 2 ，国 产 S 2 、S 3树 脂 的洗 脱 曲 线 见 图 3 。 【 l I 一 l D 。 鲫 i 础二 41 ) c 圈 2进 口树 脂 V1分 离糖 浆 色谱洗 脱 曲线 0一总 糖 回收 率 一 低 聚 精回 收精 l u I ) 帅一 6 40 S 2 、S 3树脂 分离 糖 浆 色谱 冼 脱 曲线 一 s 2树 脂 一s 3树脂 我 们对 分 离 前 后 的 糖 浆 测 定 相 应 的 固 形 物 含 量 ，再 测 定 糖 浆 中葡 萄 糖 和 异 麦 芽 低 聚 糖 的 相 对 含 量 ，计 算 出合 并 液 中 异 麦 芽 低 聚 糖 的 回 收率 。 表4 6 只 树脂 洗脱 波 中 I Mo 含 量厦 回收 率 一 览表 项且 苎三 兰 苎翌 些 兰旦 苎 兰堡 塑塑 SI S2 S3 Pl P2 Vl I MO 吉 量 ( 6 4 l 89 7 8 4 2 80 7 84 2 8 5 1 回收 率 ( )5 5 1 4 5 0 7 2 4 4 Z 2 1 1 9 2 9 3 从 以 上试 验 数 据 说 明 ，国 产 树 脂 S2 、S3 维普资讯 t 淀粉 与淀 粉 糖j 2 0 0 1年 第 1搠 27 和进 口树脂 Vl适 台于低 聚异 麦芽 糖浆 的分 离 提 纯 。 2 2 色谱分 离树脂的 改型 为了提 高树脂 的分 离能力 ，我们对 强酸 性用离 子交换树脂 进行改 型试 验 。例如 改型 前 进 口 树 脂 P1台 并 液 中 I MO 舍 量 为 8 0 7 ，改 型后 为 9 5 8 oA ，回收 率 从 4 2 2 提 高到 4 7 。 8 ， 说 明改型后树脂 的分离 能力 提 高 了 2 3自制色谱 分离柱进行 扩大试验 我们 先后 自制 2米 高和 4米 高的色谱 分 离柱 ，分别进 行色谱分 离扩大试 验 。 ( 1 )通过树 脂装填 高度 ，研 究色谱 分离 柱最佳 高径 比。 ( 2 )建立分 离柱保温 系统试验料 温对 分 离效果 的影 响 ，探 索最佳分 离温度 。 ( 3 )研 究 糖 浆 起 始 固形 物 浓 度 、 进料 量 与分 离效果 的关 系，探索最佳 起始浓度和最 佳 进 料 量 。 ( 4 ) 研 究分 离速度 与分 离教果 的关系 ， 探 索 最 佳 流 速 。 ( 5 )研 究分离树脂 使用周期 ，探索进 行 再 生 定 型 处 理 的 方 法 。 2 。 4连 续色谱分 离中试 在单 柱 试 验获 得 的一 系 列 分 离 条 件 的 基 础 上 ，向北 京东 洲公 司借用 美 国 AS T 公 司 C S EP系统 进行 低 聚异麦芽 糖 连续 色谱 分离 试验 ，制备 I MO一9 0产品 。 ( 1 )工艺 条件 ，见 表 5 。 裹 5 C S E P 毒蛇 色谱 分 离试壁 项 目 工艺盘 树脂层 高 树 黛 总体积 分 柱 温度 进 样漉 遗 分 瘟 速 收 集 I MO 藏 遗 收复 剐产 品德 遗 原料 糖浆 DS 洗脱 蘸 检测 方植 设备 9 5 6 55 1 Om 2 O根( 2 1 1 0 0 0ram) 6 0 士 1 1 5 ml mi n 8 r a l mi n 4 3 tl m r , 5 1 ml mi a 5 O 士 3 去 方 子永 HP LC植 C SE P系坑 ( 2 )确定采样 点和收集 液检测 我们 对进 料 柱 以外 的 1 9根 分 离 柱逐 根 进行 单柱试 验 ，检测每根 柱 中流 出液的 I MO 含量 及糖份 组成 。根 据测得糖 份组 成效据绘 制 了分离 曲线 ，见 图 4 。 图 4连续 色 谱 分离 曲线 一G1 卜G 2 I G2 卜 I G3 和 P糖 _ G 4以上 维普资讯 2 8 淀 粉与 淀粉糖 ， Z O O 1年第 l期 根据 以上数据 收集 第 1 一 l O个 采样点 合 并 液 ( 7 8m1 ) ， 进 行 HP I C 糖 份 组 成 分 析 ， 收 集 液 I MO 含 量 8 5 。 2 5 色谱 分离 法高 纯度低 聚异 麦芽 糖产 品 质 量 利 用 单 柱 试 验 获 得 的 技 术 参 数 ，在 C S EP装 置上进 行连 续色谱 分 离试验 ，连续 运 转 8 h 进行 多 批 次 试 验 ，取 得 收集 液 ，检 测 其低 聚 异 麦芽 糖 质 量 ，见 表 6 。 裹 6色谱分 离法 高纯度槭 囊 异 走 芽糖 括 洲 蛄果 注 r无翎 轻太测 试中心 HP L C检测 3微 生 物分 离技 术 3 1菌 种 筛 选 和 确 定 工 艺 条 件 我 们 从 6只 酵 母 菌 种 筛 选 出 耐 高 渗 透 压 ， 消耗 葡 萄 糖 快 ， 对 低 聚 异 麦 芽 糖 分 离 纯 度 高 ，异 味 小 的 优 良菌 株 。分 别 进 行 底 物 浓 度 、 接 种量 、p H、温 度 、通氧量 、发酵 时间等工 艺 因素的试 验 ，初 步确定 了工艺条件 。 裹 7 酵母 发 酵液 糖 蛆分 分析 注 低 幕异麦 芽糖 拴剥 方法 为奉所 霄届 色谱 洼 3 2生 产 工艺 漉 程 酵母 酵母 J f 精 制 淀粉一连续 喷射 液化一糖 化一转 苷一发酵一分 离一脱色一压滤一脱 色 一压 墟一离子 交 按一韧浓 螬一脱 色一压 墟一浓 螬 J J 喷 赛 干燥 成 品 l I MO-9 0 糖 浆 I MO一9 0糖粉 维普资讯 淀粉 与 淀粉糖 2 0 0 1年第 1期 29 大 生 产 工 艺 中 酵 母 菌 种 、发 酵 方 珐 、精 制 离 交 三 个 工 序 具 体 操 作 技 术 很 重 要 ，酵 母 分 离 技 术 尤 其 重要 。 3 3主要操作技 术 ( 1 ) 酵母 的 培 养 将糖 化液稀 释 2 2 5倍 ，煮沸灭 菌 ， 降 温 至 3 0 3 2 用 稀 酸 调 p H4 5 5 0 ，接 种 酵 母 量 为糖 化液 的 1 0 1 5 ， 在 酵 母 培 养 罐 中培 养 8 1 0 h ， 当 酵 母 细 胞 数 达 0 8亿 个 m 以 上 时 ，投 入 大 生 产 使 用 。 ( 2 )转 苷液 发酵 r 糖 化 转 苷结 束 后 ，调 整 固 形 物 浓 度 ，降 温 至 3 0 3 2C， 调 p H4 5 5 0 ， 加人 培 养 酵 母 ，严 格控制温度 ，发 酵 4 0 h左右 ( 发酵时 间 与 酵母 加 人 量 成 反 比) 。 ( 3 ) 酵母 分 离 及 时 分 离 酵母 ， 防 止 酵 母 自溶 是 减 少 异 睬和 杂 质 的关 键 。 ( 4 ) 精 制 离 交 分 离 酵 母 后 的 糖 液 进 行 2 3次 脱 色 和 一 次 离 子 交 换 。 ( 5 )微生物 分离法生 产高纯度 低聚异麦 芽 糖 的 质 量 我 们在 中试基 础上取得 了最 佳工 艺条件 后 ，进 行 工 业 化 大 生 产 试 验 ，着 重 解 决 分 离 酵 母 ， 精制 离 交 和 喷 雾 干 燥 等 技 术 问 题 。在 工艺 控 制 过 程 中 ，要 及 时 终 止 反 应 ，保 留 麦 芽糖 ，提 高产品 出率 。 应用微 生物 分离 法生产高纯度 低 聚异 麦 芽 糖 ， 我们 所 用 的 菌 种 和 工 艺 均 有 特 色 ，低 聚异 麦 芽 糖 总 含 量 最 高 可 达 9 8 9 9 ，其 中 三 糖 合 计 台 量 5 4 ，产 品质 量 见 表 8 。 表 8擞 生糟 分 爵法 禹 纯度低 景 异主 芹糖 检 测姑 采 注 无儡轻 太铡 试中心 PHL C往 植 4小结 4 1 纳 滤分 离法 ， 可 以使低 聚异 麦芽糖总台 量达 9 1 0 8 9 3 4 8 ，其 中 I G： +P +I G3 达 到 5 1 4 6 5 5 O 7 。 工艺 科 学 、 先 进 ， 投 资 较 省 ，操 作 简 便 ，生 产 成本 低 ，适 用 于 工 业 生 产 。 产 品 纯度 好 ，质 量稳 定 ，没 有 非 糖 类 杂 质 ， 没 有 异 味 ，适 合 高纯 度 低 聚 异 麦 芽 糖进 一步加 工 ，适合生产各种 高级 食 品和保 健食品 。配 用反 渗透设备 ，既生产分 离需用 的纯水又 可回收葡 萄糖。应用 纳滤技术于 高 纯度 低 聚 异 麦 芽 糖 生 产 ，纯 度 达 9 0 以 上 ， 在 技术上属于 国际领先水 平 ，值得 推广 。 目 前 ，我们正在 与协作单 位共 同开发 纳滤 膜分 离系统 ，申报国家刨新基金项 目，争取实瑰 纳 滤 设备 产 业 化 。 4 2应 用色谱 分 离法 生 产高纯 度 低 聚异 麦 芽糖 -没有异 味和杂质 ，产品纯度达 到 日本 同类产 品 。 异麦芽 9 0 0 的水平 。 是 一种 普遍 常用的高新 分离技术 。 ( 下转 第 1 8页 ) 维普资讯 1 8 淀粉 与淀 粉糖 2 0 0 1年第 1期 裹 2 产 品方隶 和产 品收率表 注 ：饲料 中包 括榨 后胚 芽饼 玉米含 水按 1 4 ， 5 计算 淀 粉 含水 1 3 5 。 饲 料含 水 l O o 蛋 白船 古 水 l O o ， 胚 芽 含水 3 0 玉米 油含 水 0 l ，纤 维含 水 1 0 在这 个 基 本 的 产 品 方 案和 收 率 表 中 ，根 据 市 场 和 企 业 自身条 件 可 做 适 应 性 产 品 分 解 和 调 整 ， 如 ： 玉米 浆 产 品既 可 做 为 产 品 出售 ， 也 可 向 纤 维 中 加 人 5 0 以 上 用 于 提 高 饲 料 的 蛋 白质 含 量 ，同时 还 可 喷 雾 干 燥 为 粉剂 产 品 。 胚 芽 在 使 用 榨 油 机 榨 油 后 一 般 残 油 为 1 0 1 6 ，这 样 高 的 残 油 影 响 玉 米 油 收 率 0 3 0 6 o , 左 右 所 以应 再 使 用 浸 出 法 对 榨 后 胚 芽 饼 进 行 玉 米 油 回 收 ，浸后 胚 芽 饼 残 油 降 至 2 0 以下 这 样 可 使 玉 米 油 的 收 率 达 到 3 ( 干 基 ) 纤 维 一 般 含 蛋 白质 在 6 7 8 9 之 间 ， 这 样 低 蛋 白 质 的产 品 做 为 饲 料 使 用 价值 低 ，所 以需 要 加 人 玉 米 浆 和 浸 后 胚 芽饼 ，用 于 提 高 饲 料 的蛋 白质 到 1 8 ( 干 基) 以上 ，饲料可制成 颗粒状和 粉状 两种 规 格 产 品 。 在 一 些 企业 的 生 产 中 ，将 纤 维筛 分 完 后 再 进 行 一 次 筛 分 得 到 的 筛 下 物 单 独 生 产 饲 料 ，这 种 饲 料 蛋 白质 含 量 在 1 2 1 6 ( 干 基 ) ，淀粉 含 量 在 4 2 5 6 ( 干 基 )，由 于 这 些 物 质 是 来 自纤 维 ，所 以带 走 大 量 的 工 艺 水 ， 同时 也 带 走 了一 定 的 蛋 白质 和 淀 粉 ，使 淀 粉 和 蛋 白粉 的 产量 下 降 ，如 果 将 这