食品級葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種生物化工技術(shù)，即一種食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，包括葡萄糖借助黑曲霉菌發(fā)酵產(chǎn)生葡萄糖氧化酶，在供氧條件下催化葡萄糖脫氫氧化成葡萄糖內(nèi)酯，然后使酯分解得到葡萄糖酸，流加氫氧化鈉進(jìn)行中和，得到含葡萄糖酸鈉發(fā)酵液的過程。其特點(diǎn)是：所述葡萄糖酸鈉發(fā)酵液經(jīng)PH值調(diào)整、升溫、復(fù)濾凈化后直接濃縮結(jié)晶，經(jīng)分離干燥，得到食品級葡萄糖酸鈉。其有益效果是：破除了先粗后精的傳統(tǒng)工藝，用工業(yè)級產(chǎn)品生產(chǎn)前段工序的高純物料直接生產(chǎn)食品級產(chǎn)品，簡化了生產(chǎn)流程，避開了原工藝后期母液回配增加雜質(zhì)及耗費(fèi)材料等多種弊端，節(jié)約了大量的珍珠巖及活性炭，避免了環(huán)境污染，食品級產(chǎn)品可達(dá)到總產(chǎn)量的60％，產(chǎn)品成本低，質(zhì)量好，為提高產(chǎn)品附加值，滿足市場需求提供了條件。
【專利說明】食品級葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種生物化工技術(shù)，即一種食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]葡萄糖酸鈉是一種多羥基羧有機(jī)酸鹽，即五羥基己酸鈉。英文名稱:SodiumGluconate，化學(xué)名稱:五羥基己酸鈉，分子式=C6H11O7Na,相對分子質(zhì)量:218.14。根據(jù)產(chǎn)品純度及所含雜質(zhì)的不同，葡萄糖酸鈉可分為工業(yè)級、食品級和醫(yī)藥級。工業(yè)級葡萄糖酸鈉主要用于混凝土緩凝劑和減水劑，也可用作水質(zhì)穩(wěn)定劑、鋼鐵表面清洗劑、玻璃瓶專用清洗劑等。食品級葡萄糖酸鈉產(chǎn)品主要用來生產(chǎn)葡萄糖內(nèi)酯、葡萄糖酸鈣、葡萄糖酸鋅、葡萄糖酸鐵、葡萄糖酸等產(chǎn)品。葡萄糖酸鈉有優(yōu)良的呈味閾，無刺激性，無苦澀味，鹽味質(zhì)接近食鹽，閾值遠(yuǎn)高于其他有機(jī)酸鹽，是食鹽的5倍、蘋果酸鈉的2.6倍、乳酸鈉的16.3倍，在食品加工中用于調(diào)節(jié)PH值，改善食品呈味性，代替食鹽加工生產(chǎn)低鹽或無鹽(無氯化鈉)的健康食品。葡萄糖酸鈉用于食品行業(yè)，還能有效地防止低鈉綜合癥的發(fā)生，對增進(jìn)人體健康、豐富人們生活起很大作用。醫(yī)藥方面，葡萄糖酸鈉具有調(diào)節(jié)人體內(nèi)酸堿平衡，以恢復(fù)神經(jīng)正常作用。目前，食品級產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，需求量持續(xù)上升?？墒?，現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)的葡萄糖酸鈉食品級產(chǎn)品數(shù)量卻很少，滿足不了市場的需求。
[0003]現(xiàn)有的食品級葡萄糖酸鈉產(chǎn)品是由工業(yè)級產(chǎn)品通過二次結(jié)晶精制而成。工業(yè)級產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝主要有兩種:一種是化學(xué)氧化法，另一種是發(fā)酵法。其中，前一種屬于淘汰工藝，基本停用。后一種發(fā)酵法是由葡萄糖借助于黑曲霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的葡萄糖氧化酶，在供氧條件下催化葡萄糖脫氫氧化成葡萄糖內(nèi)酯，然后使酯分解，得到葡萄糖酸，其過程中流加氫氧化鈉進(jìn)行中和，即可得葡萄糖酸鈉發(fā)酵液。發(fā)酵終了不調(diào)PH值，不升溫直接放入板框過濾，加珍珠巖預(yù)涂，加活性炭脫色，再經(jīng)板框過濾除炭渣，濾得清液調(diào)節(jié)PH值，濃縮結(jié)晶分離，得到工業(yè)級產(chǎn)品。
[0004]在工業(yè)級產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，為了避免有效成分的流失和節(jié)約用水，在過濾之前，要把上次分離的母液部分折回使用，其中帶有大量雜質(zhì)。在后處理階段，料液在高PH值條件下加熱，易發(fā)生“美拉德”反應(yīng)，生成大量的色素，使料液顏色加深。在發(fā)酵終了之后不經(jīng)升溫直接過濾，易造成菌體自溶和雜菌繁殖，使發(fā)酵液變濁。顯然，要把工業(yè)級產(chǎn)品經(jīng)溶解、濃縮結(jié)晶、干燥得到食品級成品，就是要清除上述雜質(zhì)。可是，雜質(zhì)進(jìn)入容易清理難，精制成本居高不下，限制了食品級產(chǎn)品的生產(chǎn)和使用。此外，工業(yè)級產(chǎn)品生產(chǎn)的過濾和脫色階段，還要采用大量的珍珠巖和活性炭，既加大了成本，又形成了大量的廢料污染源。由于以上原因，目前食品級葡萄糖酸鈉的產(chǎn)量很低，不足葡萄糖酸鈉總產(chǎn)量的5%。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是 提供一種過程簡單、成本低、質(zhì)量好的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法。
[0006]上述目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:提供一種食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，包括葡萄糖借助黑曲霉菌發(fā)酵產(chǎn)生葡萄糖氧化酶，在供氧條件下催化葡萄糖脫氫氧化成葡萄糖內(nèi)酯，然后使酯分解得到葡萄糖酸，流加氫氧化鈉進(jìn)行中和，得到含葡萄糖酸鈉發(fā)酵液的過程。其特點(diǎn)是:所述葡萄糖酸鈉發(fā)酵液經(jīng)PH值調(diào)整、升溫、復(fù)濾凈化后直接濃縮結(jié)晶，經(jīng)分離干燥，得到食品級葡萄糖酸鈉。
[0007]所述PH值調(diào)整是把發(fā)酵液PH值調(diào)整為6.0~6.5。
[0008]所述升溫是將發(fā)酵液加熱至55~65°C。
[0009]所述升溫采用換熱面積100m2，流速0.5m/s的板式換熱器。
[0010]所述復(fù)濾凈化是把經(jīng)過加熱處理的發(fā)酵液用板框過濾機(jī)初濾和復(fù)濾，截留黑曲霉菌絲和殘存蛋白質(zhì)，得到透光率80%以上澄清濾液。
[0011]所述濃縮結(jié)晶是把經(jīng)過復(fù)濾凈化的濾液直接進(jìn)入四效蒸發(fā)器真空濃縮，固液比達(dá)到 70: 30。
[0012]所述分離是采用LWL-520臥式螺旋卸料離心機(jī)進(jìn)行分離。
[0013]所述干燥是采用振動流化床對分離的物料進(jìn)行干燥。
[0014]所述葡萄糖借助黑曲霉菌發(fā)酵的過程是，以淀粉為原料，用雙酶法制糖工藝制得葡萄糖液，透光率> 90%,以黑曲霉菌為發(fā)酵菌株，經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后接入發(fā)酵罐，其發(fā)酵條件是:罐溫38±1°C，罐壓0.08~0.1MPa，溶解氧飽和度20~40%，葡萄糖零小時含量為 28 ~33%，種量 8 ~10%，發(fā)酵配方=MgSO4.7Η20，0.02 ~ 0.04% ； (NH4)2ΗΡ04,0.04 ~
0.05% ；KH2PO4,0.02 ~0.04% ;Κ2ΗΡ04，0.02 ~0.04% ;發(fā)酵時間 26 ~30h，發(fā)酵過程中，菌絲體干重增殖到0.8~1.2 %，發(fā)酵液PH值5.4~5.6。
[0015]所述發(fā)酵液PH值調(diào)整為6.0~6.5，是在PH值5.4~5.6的發(fā)酵液間歇加入氫氧化鈉，PH值每提高0.2停止10-15分鐘。
[0016]所述發(fā)酵液加熱至55~65°C，是對38± 1°C發(fā)酵液間歇加熱，每提高5°C穩(wěn)定5_8分鐘。
[0017]所述板框過濾機(jī)復(fù)濾得到的澄清過濾液，通過管式水冷設(shè)備或液氮制冷設(shè)備把溫度從50~55°C在20-25分鐘內(nèi)降低到10_15°C，維持15-20分鐘，再送入四效真空蒸發(fā)器濃縮。
[0018]本發(fā)明的有益效果是:破除了先粗后精的傳統(tǒng)工藝，用工業(yè)級產(chǎn)品生產(chǎn)前段工序的高純物料直接生產(chǎn)食品級產(chǎn)品，簡化了生產(chǎn)流程，避開了原工藝后期母液回配增加雜質(zhì)及耗費(fèi)材料等多種弊端，節(jié)約了大量的珍珠巖及活性炭，避免了環(huán)境污染，食品級產(chǎn)品可達(dá)到總產(chǎn)量的60%，產(chǎn)品成本低，質(zhì)量好，為提高產(chǎn)品附加值，滿足市場需求提供了條件。
[0019]實(shí)施方式
[0020]本發(fā)明技術(shù)構(gòu)思的形成過程是:在研究食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法的同時，發(fā)現(xiàn)雙酶法制得的淀粉糖質(zhì)量非常好，糖液透光率高達(dá)90%以上，發(fā)酵液過濾清液透光率也達(dá)到80%以上，應(yīng)能滿足食品級葡萄糖酸鈉結(jié)晶對料液的質(zhì)量要求。于是，進(jìn)行大膽的實(shí)驗(yàn)，取得了成功。新工藝顛覆了 “先生產(chǎn)工業(yè)級產(chǎn)品，再生產(chǎn)食品級產(chǎn)品”的傳統(tǒng)工藝?yán)砟?，僅截取了傳統(tǒng)工藝前部的發(fā)酵工序，使發(fā)酵液直接進(jìn)入食品級產(chǎn)品的結(jié)晶過程，避開了傳統(tǒng)工藝的多種弊端，相當(dāng)于用最好的原料直接進(jìn)行精制，降低了精制的難度，而精制過程產(chǎn)生的余料再用于工業(yè)級產(chǎn)品的制造，變先粗后精為先精后粗，產(chǎn)生了意想不到的效果。
[0021]為了便于理解，下面介紹兩種實(shí)施例:[0022]第一種實(shí)施例:以淀粉為原料，用雙酶法制糖工藝制得葡萄糖液，以黑曲霉菌為發(fā)酵菌株，經(jīng)斜面培養(yǎng)及三角瓶、種子罐擴(kuò)大培養(yǎng)后，接入發(fā)酵罐深層發(fā)酵，在罐溫38土 1°C，罐壓0.08~0.1MPa，溶解氧飽和度20~40%，葡萄糖零小時含量為28~33%，種量8~10%，發(fā)酵配方=MgSO4.7Η20，0.02 ~ 0.04 % ； (NH4) 2ΗΡ04,0.04 ~ 0.05 % ；KH2PO4,0.02 ~0.04% ；Κ2ΗΡ04,0.02~0.04% ;的條件下進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時間26~30h，發(fā)酵過程中，菌絲體干重增殖到0.8~1.2%。
[0023]發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液PH值由5.4~5.6調(diào)到6.0~6.5，再用換熱面積IOOm2的板式換熱器，在0.5m/s的流速下加熱升溫至55~65°C，用泵送入板框過濾機(jī)分離菌絲細(xì)胞，得到的清液用板框過濾機(jī)復(fù)濾，收集澄清過濾液送入四效真空蒸發(fā)器濃縮，使?jié)饪s液固液比達(dá)到70: 30。經(jīng)LWL-520臥式螺旋卸料離心機(jī)分離、振動流化床干燥得到食品級的葡
萄糖酸鈉產(chǎn)品。
[0024]據(jù)測定，產(chǎn)品中葡萄糖酸鈉含量93.0%以上，白度80~82%，其它質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到Q/TZS001-2013葡萄糖酸鈉標(biāo)準(zhǔn)。以60000噸/年的生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，每年可生產(chǎn)食品級葡萄糖酸鈉40000噸，減少輔料助濾劑珍珠巖120噸，脫色劑活性炭120噸，節(jié)約成本200萬元，創(chuàng)產(chǎn)值約1400余萬 元。
[0025]第二種實(shí)施例:大量實(shí)驗(yàn)證明，葡萄糖酸鈉發(fā)酵液PH值調(diào)整過程的最佳方式為間歇式:向PH值5.4~5.6的發(fā)酵液間歇加入氫氧化鈉，PH值每提高0.2停止10-15分鐘，直到調(diào)整到PH = 6.0~6.5，最佳PH = 6.3。與第一種實(shí)施例相比，葡萄糖酸鈉含量提高2%，達(dá)到95%以上，白度提高2%，達(dá)到82-84%。
[0026]第三種實(shí)施例:大量實(shí)驗(yàn)證明，葡萄糖酸鈉發(fā)酵液加熱過程的最佳方式為間歇式:對38± 1°C發(fā)酵液間歇加熱，每提高5°C穩(wěn)定5-8分鐘，直至加熱到55~65°C。與直接調(diào)升相比，葡萄糖酸鈉含量提高I %，和第二種實(shí)施例并用可達(dá)到96%以上，白度提高2%，和第二種實(shí)施例并用可達(dá)到到84-85%。
[0027]第四種實(shí)施例:大量實(shí)驗(yàn)證明，在板框過濾機(jī)復(fù)濾之后，送入四效真空蒸發(fā)器濃縮之前，對澄清過濾液進(jìn)行快速降溫，通過管式水冷設(shè)備或液氮制冷設(shè)備在20-25分鐘內(nèi)把濾液的溫度由50~55°C，降低到10-15°C，維持15-20分鐘。據(jù)測定，此時濾液里面的結(jié)晶過程已經(jīng)進(jìn)行過半，再送入四效真空蒸發(fā)器濃縮，其濃縮的時間可縮短25-30 %，葡萄糖酸鈉含量約提高3%，與第二種第三種實(shí)施例并用可達(dá)到99%以上，白度提高2-3%，與第二種第三種實(shí)施例并用可達(dá)到86-87%。降溫用水大幅升溫，可用于前期工序或其他多種用熱場合。
【權(quán)利要求】
1.一種食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，包括葡萄糖借助黑曲霉菌發(fā)酵產(chǎn)生葡萄糖氧化酶，在供氧條件下催化葡萄糖脫氫氧化成葡萄糖內(nèi)酯，然后使酯分解得到葡萄糖酸，流加氫氧化鈉進(jìn)行中和，得到含葡萄糖酸鈉發(fā)酵液的過程，其特征在于:所述葡萄糖酸鈉發(fā)酵液經(jīng)PH值調(diào)整、升溫、復(fù)濾凈化后直接濃縮結(jié)晶，經(jīng)分離干燥，得到食品級葡萄糖酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述PH值調(diào)整是把發(fā)酵液PH值調(diào)整為6.0~6.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述升溫是將發(fā)酵液加熱至55~65°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述升溫采用換熱面積IOOm2,流速0.5m/s的板式換熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述復(fù)濾凈化是把經(jīng)過加熱處理的發(fā)酵液用板框過濾機(jī)初濾和復(fù)濾，截留黑曲霉菌絲和殘存蛋白質(zhì)，得到透光率80%以上澄清濾液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述濃縮結(jié)晶是把經(jīng)過復(fù)濾凈化的濾液直接進(jìn)入四效蒸發(fā)器真空濃縮，固液比達(dá)到70: 30。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述分離是采用LWL-520臥式螺旋卸料離心機(jī)進(jìn)行分離。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述干燥是采用振動流化床對分離的物料進(jìn)行干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述葡萄糖借助黑曲霉菌發(fā)酵的過程是，以淀粉為原料，用雙酶法制糖工藝制得葡萄糖液，透光率> 90%,以黑曲霉菌為發(fā)酵菌株，經(jīng)擴(kuò)大培養(yǎng)后接入發(fā)酵罐，其發(fā)酵條件是:罐溫38±1°C，罐壓0.08~0.1MPa,溶解氧飽和度20~40 %，葡萄糖零小時含量為28~33 %，種量8~10 %，發(fā)酵配方:MgS04.7Η20，0.02 ~0.04% ; (NH4)2ΗΡ04，0.04 ~ 0.05% ；KH2PO4,0.02 ~0.04% ;K2HPO4,0.02~0.04% ;發(fā)酵時間26~30h，發(fā)酵過程中，菌絲體干重增殖到0.8~1.2%，發(fā)酵液PH值5.4~5.6。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述發(fā)酵液PH值調(diào)整為6.0~6.5，是在PH值5.4~5.6的發(fā)酵液間歇加入氫氧化鈉，PH值每提高0.2停止10-15分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求3所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述發(fā)酵液加熱至55~65°C，是對38 ± I °C發(fā)酵液間歇加熱，每提高5°C穩(wěn)定5_8分鐘。
12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品級葡萄糖酸鈉生產(chǎn)方法，其特征在于:所述板框過濾機(jī)復(fù)濾得到的澄清過濾液，通過管式水冷設(shè)備或液氮制冷設(shè)備把溫度從50~55°C在20-25分鐘內(nèi)降低到10-15°C，維持15-20分鐘，再送入四效真空蒸發(fā)器濃縮。
【文檔編號】C12P7/58GK103981227SQ201410189476
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】楊猛, 莊海, 熊萬剛, 孫培華, 張剛銳 申請人:內(nèi)蒙古玉王生物科技開發(fā)有限公司