利用柑橘皮制备木糖醇的方法技术

一种利用柑橘皮制备木糖醇的方法，所述方法按如下步骤进行：(1)水解；(2)中和；(3)脱色；(4)离子交换；(5)发酵。以柑橘皮为原料，采用生物转化法生产木糖醇，可省去多次提纯、精制步骤，提高木糖利用率和木糖醇转化率，实现木糖醇低成本的关键技术突破。本发明专利技术提供一种原材料新颖、反应条件温和、成本低、绿色生产、环境友好，易于实现工业化的木糖醇的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
利用柑橘皮制备木糖醇的方法
本专利技术涉及木糖醇的制备方法，利用农业废弃物柑橘皮清洁生产木糖醇的方法。
技术介绍
木糖醇是一种天然甜味剂，化学名为“戊五糖”，是一种五碳糖。外表和味觉都与蔗糖相似，和其他糖醇比较，是多元醇中最甜的甜味剂[1]。已广泛应用于食品、医药、印染、纺织、国防、皮革及化工等领域。20世纪70年代，木糖醇被国际粮农和卫生组织食品添加剂法规专家委员会(JECFA)批准为A类食品添加剂，1999年6月国际食品法典委员会(CAC)批准木糖醇为“在食品中可以按正常生产需要使用的食品添加剂”。近年来随着国内外学者对其生理功能特性的研究，证实木糖醇具有多种生理功能，是一种重要的功能性糖醇。我国木糖醇生产为传统生产方法，主要以玉米芯为原料，利用酸水解预处理，经多次精制木糖，再采用氢化技术生产木糖醇，存在产量低、污染严重、高消耗、生产成本高等缺点。并且镍催化剂会污染环境，严重制约企业发展和国际竞争力。而利用微生物直接发酵半纤维素水解液生产木糖醇，工艺条件温和、能耗低、环境污染小、产品质量安全可靠。柑橘皮渣一般来说没有开发利用，基本上任它随着时间而腐烂，化为尘土肥料。也曾有地方柑橘皮渣提取精油，果胶，色素，黄酮，柠檬苦素和膳食纤维等，但都未形成规模。其实柑橘皮渣富含半纤维素，用其生产木糖乃至木糖醇将是很好的原料，成本低廉，目前国内外未见相关报道。并且柑橘皮渣中的木聚糖结合不如玉米芯牢固，容易水解得到木糖。当前生产木糖醇多采用物理、化学的方法，存在诸多弊端。研究发现，一些细菌、酵母菌以及某些真菌能将木糖转化，生成木糖醇。其中，酵母菌是最有效的木糖醇生产菌。酿酒酵母是公认的安全性微生物，应用于食品发酵已有上千年的历史，发酵工艺成熟，是理想的工业生产菌株，且自身不具有代谢木糖的能力。在酿酒酵母工业菌株中稳定高效表达木糖还原酶基因，是构建酿酒酵母木糖醇生产菌株的基本策略。
技术实现思路
为了得到质量高、成本低廉的木糖醇，本专利技术提供一种原材料新颖、反应条件温和、成本低、绿色生产、环境友好，易于实现工业化的木糖醇的制备方法。选用农林废弃物柑橘皮作原料。本专利技术采用如下技术方案：一种利用柑橘皮制备木糖醇的方法，所述方法按如下步骤进行：(1)水解：将原料柑橘皮洗净，烘干后破碎，置于水解釜中，加入原料柑橘皮质量3～5倍的水，煮沸90～120min，排水后再加入原料柑橘皮质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸，即0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，在115～130℃，0.1～0.15MPa的条件下水解3～5h，得到水解液；(2)中和：将步骤(1)所得水解液升温至75～80℃，边搅拌边加入CaCO3乳液进行中和，中和至pH为3.5～4.0后，保温60～90min，过滤除渣，得到糖液；(3)脱色：将步骤(2)所得糖液减压浓缩至所述糖液体积的1/5～1/8倍，滤除析出的固体，升温至75～80℃，pH调为2.5～3.5，边搅拌边加入活性炭进行脱色，脱色后滤除活性炭，得到脱色后的糖液；(4)离子交换：对步骤(3)所得脱色后的糖液进行离子交换，采用001*7型强酸性阳离子树脂和D296R或者D201型强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，所述交叉处理的方法为：先用所述阳离子树脂对脱色后的糖液进行离子交换，再用所述阴离子树脂进行离子交换，以此为一个周期，重复进行2～3次，得到离子交换后的糖液；(5)发酵：首先配制培养基：将步骤(4)所得离子交换后的糖液、酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨、水混合即得到培养基，接入以热带假丝酵母Candidatripicalis，保藏号：AS2.1776为出发菌株制得的酶源，在200～220r/min，28～32℃的条件下发酵46～52h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000～10000rpm下离心20～25分钟，取上清液，纯化得抽提液冷却后析出晶体，过滤收集晶体并干燥，得到产物木糖醇；所述培养基中，所述糖液中的木糖的终浓度为120～150g/L，所述酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨的终浓度分别为8～12g/L，溶剂为水，初始pH为5.0～6.0。进一步，所述步骤(1)中，推荐将所述柑橘皮烘干后破碎至粒度为2～5mm。再进一步，步骤(2)中，由于所述水解液仍含残余的硫酸，pH值为2.3左右，因此加入CaCO3乳液进行中和，优选所述CaCO3乳液波美度为15～17度。更进一步，所述步骤(3)中，由于浓缩后的糖液颜色较深，因此利用活性炭进行脱色处理，优选所述活性炭的质量用量以所述糖液的体积计为100～160g/L，脱色后所述糖液的透明度(折光度)为30％～40％。所述步骤(4)中，通过离子交换处理进一步净化所述糖液，可使所述糖液的透明度(折光度)达93％～97％，糖液呈无色透明状。所述步骤(5)中，在配制培养基前，可以通过紫外可见分光光度法测得所述糖液中木糖的含量，从而在配制培养基时，可通过调节水量使木糖的终浓度满足本专利技术所述的浓度范围。所述步骤(5)中所述的纯化方法为：所述上清液，加入活性炭，调节pH至4.8～5.2，煮沸，冷却至室温，抽滤，取滤液在50～60℃下减压蒸干得到固体物质，并在50～60℃下用无水乙醇抽提得抽提液；所述活性炭的质量用量以所述上清液的体积计为18～25g/L。所述步骤(5)中，所述的出发菌株热带假丝酵母(Candidatripicalis，菌种保存号：AS2.1776)，购自中国普通微生物菌种保藏中心(北京)。所述步骤(5)中，所述的酶源为所述的热带假丝酵母种子液，推荐所述热带假丝酵母种子液的接种体积量是所述培养基体积的5％～15％，所述的热带假丝酵母种子液按如下方法制得：(5.1)斜面培养：将热带假丝酵母菌Candidatripicalis，保藏号：AS2.1776接种至斜面培养基，30℃培养72～96小时，获得斜面菌体，所述斜面培养基终浓度组成为：酵母膏1.5～5g/L，蛋白胨2～5g/L，琼脂粉18～25g/L，木糖30～50g/L，pH5～6，溶剂为水；优选斜面培养基终浓度组成为：酵母膏2g/L，蛋白胨3g/L，琼脂粉20g/L，木糖40g/L，溶剂为水，pH5.5；(5.2)种子培养：从斜面菌体挑选一环菌体接种至种子培养基中，30℃、200rpm培养24h，获得种子液；所述种子培养基终浓度组成为：葡萄糖5～15g/L，D-木糖5～15g/L，酵母膏1.5～5g/L，蛋白胨2～5g/L，麦芽汁2～5g/L，pH5～6，溶剂为水；优选种子培养基浓度组成为：葡萄糖10g/L,D-木糖10g/L，酵母膏2.0g/L，蛋白胨3.0g/L，麦芽汁3.0g/L，pH5.5，溶剂为水。对步骤(5)中所得发酵液进行成分分析，其中，木糖醇浓度为75g/L～90g/L，残存木糖浓度为5g/L～10g/L，木糖醇转化率为60％～70％。本专利技术拟以柑橘皮为原料，采用生物转化法生产木糖醇，可省去多次提纯、精制步骤，提高木糖利用率和木糖醇转化率，实现木糖醇低成本的关键技术突破，增加农本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用柑橘皮制备木糖醇的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：/n(1)水解：将原料柑橘皮洗净，烘干后破碎，置于水解釜中，加入原料柑橘皮质量3～5倍的水，煮沸90～120min，排水后再加入原料柑橘皮质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸，即0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，在115～130℃，0.1～0.15MPa的条件下水解3～5h，得到水解液；/n(2)中和：将步骤(1)所得水解液升温至75～80℃，边搅拌边加入CaCO

【技术特征摘要】
1.一种利用柑橘皮制备木糖醇的方法，其特征在于，所述方法按如下步骤进行：
(1)水解：将原料柑橘皮洗净，烘干后破碎，置于水解釜中，加入原料柑橘皮质量3～5倍的水，煮沸90～120min，排水后再加入原料柑橘皮质量5～6倍的0.5wt％～1wt％硫酸，即0.5wt％～1wt％硫酸水溶液，在115～130℃，0.1～0.15MPa的条件下水解3～5h，得到水解液；
(2)中和：将步骤(1)所得水解液升温至75～80℃，边搅拌边加入CaCO3乳液进行中和，中和至pH为3.5～4.0后，保温60～90min，过滤除渣，得到糖液；
(3)脱色：将步骤(2)所得糖液减压浓缩至所述糖液体积的1/5～1/8倍，滤除析出的固体，升温至75～80℃，pH调为2.5～3.5，边搅拌边加入活性炭进行脱色，脱色后滤除活性炭，得到脱色后的糖液；
(4)离子交换：对步骤(3)所得脱色后的糖液进行离子交换，采用001*7型强酸性阳离子树脂和D296R或者D201型强碱多孔阴离子树脂进行交叉处理，所述交叉处理的方法为：先用所述阳离子树脂对脱色后的糖液进行离子交换，再用所述阴离子树脂进行离子交换，以此为一个周期，重复进行2～3次，得到离子交换后的糖液；
(5)发酵：首先配制培养基：将步骤(4)所得离子交换后的糖液、酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨、水混合即得到培养基，接入以热带假丝酵母Candidatripicalis，保藏号：AS2.1776为出发菌株制得的酶源，在200～220r/min，28～32℃的条件下发酵46～52h，得到发酵液，然后将所得发酵液在8000～10000rpm下离心20～25分钟，取上清液，纯化得抽提液冷却后析出晶体，过滤收集晶体并干燥，得到产物木糖醇；所述培养基中，所述糖液中的木糖的终浓度为120～150g/L，所述酵母提取物、牛肉膏、蛋白胨的终浓度分别为8～12g/L，溶剂为水，初始pH为5.0～6.0。


2.如权利要求1所述的利用柑橘皮制备木糖醇的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，将所述柑橘皮烘干后破碎至粒度为2～5mm。


3.如权利要求1或2所述的利用柑橘皮制备木糖醇的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，加入CaCO3乳液进行中和，所述CaCO3乳液波美度为15～17度。


4.如权利要求1或2所述的利用柑橘皮制备木糖醇的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述活性炭的质量用量以所述糖液的体积计为100～160g...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜利，王逸峰，张慧，陈雪松，季小康，孔潇慧，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33