CN102321701A - 一种d-甘露糖的生物制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种 D- 甘露糖的生物制备方法，其将原料魔芋粉在酸性条件以及温度 80 ℃～ 120 ℃下进行水解获得魔芋粉的水解液；然后调节水解液的 pH 至 5 ～ 7 ，加入重量为魔芋粉重量的 1 ％～ 10 ％的酵母菌，在温度 28 ℃～ 40 ℃下进行发酵，结束后，进行脱色和除去酵母菌，然后采用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂将溶液中的阴离子和阳离子除去；最后对溶液进行浓缩，至糖浆浓度为 70wt ％～ 90wt ％，加入溶剂和 D- 甘露糖的晶种，析晶，离心得到 D- 甘露糖的粗品。本发明创新地使用魔芋粉为原料，采用生物发酵技术制备 D- 甘露糖，不仅所得产品纯度较高，收率高，而且，本发明工艺简单，操作容易，适用于工业化生产。

Description

一种D-甘露糖的生物制备方法
技术领域
本发明涉及D-甘露糖的制备方法，特别涉及一种利用生物技术制备D-甘露糖的方法。
背景技术
 D-甘露糖(比旋度为+13.5°～+14.8°)为白色晶体或结晶性粉末，味甜带苦，易溶于水，微溶于乙醇。作为糖类，甘露糖首要的用途是甜味剂，用于食品饮料的添加剂，也可作为药用。D-甘露糖能有效地黏附在细菌壁表面，使细菌无法附着于膀胱壁，而被尿液冲出体外，大大减少细菌沉积引致发炎的机会。该方法不但对肠道益菌无害，而且不会造就抗药性的细菌，完全符合自然医学无毒、无害、无副作用的准则。甘露糖的应用前景非常广阔。例如中国发明专利公开CN101095688A公开了甘露糖在制备治疗肺部急性肺炎疾病的药物中的应用。中国发明专利公开CN1578666A公开了D-甘露糖作为避孕药的用途。
目前，生产结晶D-甘露糖方法主要有提取法和转化法，其中中国发明专利公开CN101805377A公开了从香蕉根部球茎提取制备D-甘露糖的方法。中国发明专利公开CN101851689A公开了以葡萄糖为原料，在酸性条件下以及钼酸盐催化剂条件下转化为甘露糖，并用模拟移动床分离得到甘露糖的方法。此外，还有利用异构酶进行差向异构，将果糖异构成甘露糖，再纯化得到结晶甘露糖的方法。发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种D-甘露糖的生物制备方法。
为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：
一种D-甘露糖的生物制备方法，该方法以魔芋粉为原料，使其经过生物发酵获得D-甘露糖，所述方法具体包括如下步骤：
（1）、将原料魔芋粉在酸性条件以及温度80℃～120℃下进行水解获得魔芋粉的水解液；
（2）、调节步骤（1）所得水解液的pH至5～7，加入重量为魔芋粉重量的1％～10％的酵母菌，在温度28℃～40℃下进行发酵；
（3）、步骤（2）发酵结束后，对发酵液进行脱色和除去酵母菌，获得含有甘露糖的溶液，然后采用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂将溶液中的阴离子和阳离子除去；
（4）、对经过步骤（3）的溶液进行浓缩，至糖浆浓度为70wt％～90wt％，加入溶剂和D-甘露糖的晶种，析晶，离心得到D-甘露糖的粗品。
根据本发明的进一步实施方案：
步骤（1）具体实施如下：将原料魔芋粉用浓度为0.5wt％～10wt％的稀盐酸或稀硫酸溶解，获得魔芋粉浓度为5wt％~30wt％的溶液，加热溶液至80℃～120℃，水解1～24小时，得到所述的魔芋粉的水解液。
步骤（2）中，可通过加入氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液或者直接加入固体氢氧化钠或氢氧化钾来调节水解液的pH。发酵时间一般为1~24小时。
步骤（3）中，加入重量分别为发酵液重量的0.5％～5％和1％～3％的活性炭和硅藻土，利用活性炭脱色，利用硅藻体吸附除去酵母菌。其中：优选使脱色在温度85℃～105℃下进行0.5～1.5小时。阳离子交换树脂优选采用732型，阴离子交换树脂优选采用D301型。
步骤（4）中，采用无水乙醇为溶剂，D-甘露糖晶种的加入量为糖浆重量的1％～2％，在室温下保持20～40分钟后，再置于5℃以下析晶，结晶48～72小时后，离心得D-甘露糖粗品。优选地，浓缩至糖浆浓度为75wt％～85wt％。
根据本发明，在步骤（4）之后，用无水乙醇对所述D-甘露糖的粗品进行洗涤，干燥后即得可作为最终产品的D-甘露糖。
由于上述技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明创新地使用魔芋粉为原料，采用生物发酵技术除去魔芋粉水解液中的杂糖，所得D-甘露糖纯度较高，每100kg魔芋粉可制备15kg左右的D-甘露糖，此外，本发明工艺简单，操作容易，生产成本低，适用于工业化生产D-甘露糖。
附图说明
图1为魔芋粉水解后的HPLC图谱；
图2为发酵后的HPLC图谱；
图3为最终产品的HPLC图谱。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明不限于以下实施例。
实施例1
按照本实施例的D-甘露糖的生物制备方法，具体如下：
称取魔芋粉25 kg，溶解于250 L 1.5wt％的稀硫酸溶液中，在95℃～100 ℃的条件下水解魔芋粉4小时，用氢氧化钠调节水解液的pH值到5～6，加入250g酵母菌，保持温度30℃～32℃，发酵7小时后，在发酵液中加入250g糖用活性炭和250g硅藻土，加热至95℃，保温45min，过滤后得到淡黄色富含甘露糖的溶液，过滤液冷却至45℃以下时，依次通过732型阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂进行过滤液的脱盐处理，减压浓缩至糖浆浓度为80wt％，加入无水乙醇以及D-甘露糖晶种，开启搅拌，保持温度25℃下 30min，再将温度降至5℃，停止搅拌，48小时后得D-甘露糖晶体，离心后得到D-甘露糖粗品，用无水乙醇洗涤后，得到D-甘露糖成品3.5kg，比旋为+13.9°，HPLC含量为97.5％。
实施例2
按照本实施例的D-甘露糖的生物制备方法，具体如下：
称取魔芋粉50 kg，溶解于500 L 2wt％的稀硫酸溶液中，在85℃～100℃的条件下水解魔芋粉3小时，用氢氧化钠调节水解液的pH值到5～6，加入1.2kg酵母菌，保持温度28℃～30℃，发酵6小时后，在发酵液中加入600g糖用活性炭和1kg硅藻土，加热至95℃～100℃，保温45min，过滤后得到淡黄色富含甘露糖的溶液，过滤液冷却至45℃以下时，依次通过732型阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂进行过滤液的脱盐处理，减压浓缩至糖浆浓度为80％，加入无水乙醇以及D-甘露糖晶种，开启搅拌，保持温度25℃ 30min，再将温度降至5℃，停止搅拌， 60小时后得D-甘露糖晶体，离心后得到D-甘露糖粗品，用无水乙醇洗涤后，得到D-甘露糖成品8.2Kg，比旋为+14.1°，HPLC含量97.0％。
在反应过程中，利用高效液相色谱对中间产物以及最后产品进行了测试，结果参见图1至图3。
图1是魔芋粉水解后的HPLC图谱，其中除了D-甘露糖之外，还有较多的葡萄糖；图2为发酵后的HPLC图谱，从中可见，葡萄糖已完全消耗，甘露糖后面出现的峰可能为酵母代谢后产生的杂质；图3为最终产品的HPLC图谱，从中可见，杂质已基本除去。产品含量达到97.0％及以上。
实施例3
按照本实施例的D-甘露糖的生物制备方法，具体如下：
称取魔芋粉100 kg，溶解于1000 L 3wt％的稀硫酸溶液中，在95℃～100 ℃的条件下水解魔芋粉3小时，用氢氧化钠调节水解液的pH值到5～6，加入2kg酵母菌，保持温度28℃～35℃，发酵5小时后，在发酵液中加入2kg糖用活性炭和1.5kg硅藻土，加热至95℃，保温45min，过滤后得到淡黄色富含甘露糖的溶液，过滤液冷却至45℃以下时，依次通过732型阳离子交换树脂和D301阴离子交换树脂进行过滤液的脱盐处理，减压浓缩至糖浆浓度为80wt％，加入无水乙醇以及D-甘露糖晶种，开启搅拌，保持温度25℃ 30min，再将温度降至5℃，停止搅拌，72小时后得D-甘露糖晶体，离心后得到D-甘露糖粗品，用无水乙醇洗涤后，得到D-甘露糖成品14.8 kg，比旋为+14.3°，HPLC含量97.8％。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：该方法以魔芋粉为原料，使其经过生物发酵获得D-甘露糖，所述方法具体包括如下步骤：
（1）、 将原料魔芋粉在酸性条件以及温度80℃～120℃下进行水解获得魔芋粉的水解液；
（2）、调节步骤（1）所得水解液的pH至5～7，加入重量为所述魔芋粉重量的1％～10％的酵母菌，在温度28℃～40℃下进行发酵；
（3）、步骤（2）发酵结束后，对发酵液进行脱色和除去酵母菌，获得含有甘露糖的溶液，然后采用阴离子交换树脂和阳离子交换树脂将溶液中的阴离子和阳离子除去；
（4）、对经过步骤（3）的溶液进行浓缩，至糖浆浓度为70wt％～90wt％，加入溶剂和D-甘露糖的晶种，析晶，离心得到D-甘露糖的粗品。
2. 根据权利要求1所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（1）具体实施如下：将原料魔芋粉用浓度为0.5wt％～10wt％的稀盐酸或稀硫酸溶解，获得魔芋粉浓度为5wt％~30wt％的溶液，加热溶液至80℃～120℃，水解1～24小时，得到所述的魔芋粉的水解液。
3. 根据权利要求1所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（2）中，通过加入氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液或者直接加入固体氢氧化钠或氢氧化钾来调节水解液的pH。
4. 根据权利要求1或3所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（2）中，发酵时间为1~24小时。
5. 根据权利要求1所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（3）中，加入重量分别为发酵液重量的0.5％～5％和1％～3％的活性炭和硅藻土，利用活性炭脱色，利用硅藻体吸附除去酵母菌。
6. 根据权利要求5所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（3）中，使脱色在温度85℃～105℃下进行0.5～1.5小时。
7. 根据权利要求1或5所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（3）中，采用732型阳离子交换树脂和D301型阴离子交换树脂。
8. 根据权利要求1所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（4）中，采用无水乙醇为溶剂，D-甘露糖晶种的加入量为糖浆重量的1％～2％，在室温下保持20～40分钟后，再置于5℃以下析晶，结晶48～72小时后，离心得D-甘露糖粗品。
9. 根据权利要求1或8所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：步骤（4）中，浓缩至糖浆浓度为75wt％～85wt％。
10. 根据权利要求1所述的D-甘露糖的生物制备方法，其特征在于：在步骤（4）之后，用无水乙醇对所述D-甘露糖的粗品进行洗涤，干燥后即得可作为最终产品的D-甘露糖。
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