赤藓糖醇的制备

发布日期:2021/6/16 13:31:18

背景及概述^[1][2]

赤藓糖醇是一种甜度约为蔗糖70%的四碳糖醇，化学名为1,2,3,4-丁四醇，分子式为C4H10O4。赤藓糖醇的生产方法有两种，化学合成法和微生物发酵法。化学合成法是在葡萄糖酸盐溶液中加入过氧化氢，在有镍、钴等金属盐存在的情况下进行反应生成赤藓糖；再通过加氢得到赤藓糖醇。但是，从原理上来讲都需要大量的过氧化氢，大量的过氧化氢原料来源困难。另外，过氧化氢与葡萄糖或者葡萄糖酸的反应是强放热反应，但是，为了保持正常反应减少副反应，反应液温度须保持在35℃以下，需要消耗大量能量，且反应时间很长。再者，从葡萄糖酸到赤藓糖是氧化过程，而加氢则是一个氢化还原过程，前后形成氧化与氢化的重复，造成对能源的浪费。另外还存在环境污染和食品安全系数低等一系列问题。因此造成了化学合成法成本高，转化率低，产物分离纯化困难而无法工业化生产。发酵法产赤藓糖醇，指利用微生物的生命活动，通过发酵产生赤藓糖醇，再经过提纯精制、浓缩、结晶等步骤获得赤藓糖醇。其条件温和易控制，成本较为低廉，食品安全系数较高，因此发酵法是目前工业上生产赤藓糖醇的主要方法。

赤藓糖醇

应用^[3]

赤藓糖醇在自然界中分布广泛，在蘑菇、酒类、酱油、奶酪、人和动物的组织液和体液中等都有存在。由于赤藓糖醇在人身体内具有独特的代谢方式，使得赤藓糖醇拥有很多优良的生理功能，如热量值为零、耐受量高，副作用小、适宜糖尿病人食用、非致龋齿特性、清除自由基功能等。因此其在功能性食品、化妆品、医药化工等领域的应用潜力巨大，目前正越来越受到人们的关注。

制备^[2]

（1）碎米糖液的生产

将籼米副产物碎米淘洗，挑除碎米中的杂质后，加40℃水浸泡2h后用磨浆机磨浆，细度为40目，加水将浓浆调至浓度20°Bé，制得碎米米浆；

在碎米米浆中加入液体的耐高温α-淀粉酶，每吨碎米加耐高温α-淀粉酶160mL。使用高温喷射液化器液化，次喷射温度105℃，带压维持时间15min。第二次喷射温度130℃，带压维持时间2min。降温至100℃后泵入层流罐，再次加入同样的耐高温α-淀粉酶反应，每吨碎米加耐高温α-淀粉酶240mL，反应时间90min，反应温度100℃，当固形物含量为20%时到达反应终点，制得碎米液化液；

待碎米液化液冷却后，用稀盐酸将pH值调节至pH4，加入糖化酶，每吨碎米加糖化酶1000g，糖化时间为60h，糖化温度60℃，制得碎米糖化液；

用压滤机压滤碎米糖化液，压滤温度为60℃，压力0.25MPa。制得碎米糖液，将碎米糖液分别泵入两个储罐，一个储罐作为二级种子培养基底物，另一个储罐作为发酵培养基底物待用。

（2）赤藓糖醇发酵液的制取

选择埃西托丛梗孢酵母（Moniliella acetoabutans ATCC 18455）作为出发菌株；

摇瓶培养基灭菌后接入一环埃西托丛梗孢酵母（Moniliella acetoabutans ATCC 18455）菌种，30℃摇床培养24h。摇瓶培养基配方为：葡萄糖200g/L，玉米浆干粉3g/L，尿素5g/L。经菌种镜检及OD值等各项指标达标后获得一级种子；

将其中一个储罐中的碎米糖液添加磷酸二氢钾10g/L、硫酸镁5g/L后，120℃灭菌15min泵入二级种子罐，降温至30℃后接入一级种子，接种量5%。无菌空气经过滤除菌后通入发酵罐，罐压0.5MPa，通气量为0.5vvm，培养条件为罐温30℃，转速200r/min，培养时间24h。经菌种镜检及OD值等各项指标达标后获得二级种子液；

将另外一个储罐中的碎米糖液添加磷酸二氢钾10g/L、硫酸镁5g/L、硫酸锰5g/L、泡敌0.05%后，120℃灭菌15min泵入发酵罐，降温至30℃后接入二级种子液，接种量10%。发酵条件为罐温28℃。无菌空气经过滤灭菌后通入发酵罐，罐压0.05MPa，通气量为1vvm，转速400r/min，发酵时间100h。葡萄糖浓度下降到0.5%时达到发酵终点，得到含赤藓糖醇的发酵液，其中赤藓糖醇含量为135g/L，赤藓糖醇转化率为43.3%。

（3）赤藓糖醇产品的精制

将发酵液泵入至储料罐后用板框压滤机进行粗滤以除去发酵液中菌体、蛋白质等物质，以减轻超滤压力，压滤温度60℃，压力0.25MPa，制得粗滤液；

将粗滤液进行超滤操作，膜截留分子量1000D，以除去发酵液中的残存的菌体、蛋白、核酸、胶体颗粒等大分子物质，操作温度常温，超滤压力0.2MPa，制得超滤液；

将超滤液进一步纳滤，膜截留分子量200D，以脱除发酵液中的色素、核苷酸、氨基酸、短肽、部分盐离子等，操作温度40℃，纳滤压力2MPa，浓缩倍数为15倍，制得纳滤液；得到的纳滤液通过多效降膜蒸发器浓缩至原体积液的20%后送入结晶罐，结晶罐留种10%。结晶总时间60h，其中养晶12h，冷却结晶48h。常规离心分离，干燥包装后制得产品，制得的赤藓糖醇晶体为白色结晶粉末，有蔗糖甜味，无异味，水分含量0.05%，赤藓糖醇纯度为99%。