果糖生產(chǎn)過(guò)程中葡萄糖的異構(gòu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于醫(yī)藥果糖生產(chǎn)技術(shù)及裝備領(lǐng)域，具體設(shè)及一種果糖生產(chǎn)過(guò)程中葡萄糖 的異構(gòu)化方法。
【背景技術(shù)】
[000引果糖又稱(chēng)左旋糖，為一種單糖，全稱(chēng)D-阿拉伯型己酬糖，分子式C5H12O5CO,生化名 稱(chēng)縮寫(xiě)為F，棱柱狀晶體，烙點(diǎn)103-105°C，甜度是薦糖的1. 3-1.8倍(冷藏食用更佳)，是一 種最甜的天然甜味劑，W游離態(tài)大量存在于蜂蜜、水果漿汁中，與葡萄糖結(jié)合構(gòu)成日常食用 的薦糖。純凈的果糖為白色晶體，易吸潮，不易結(jié)晶，通常為黏稠性液體，易溶于水、乙醇， 不溶于乙酸。
[0003] 果糖產(chǎn)品通常分為含果糖^ 99. 0%的無(wú)水結(jié)晶果糖和果糖含量42%-55%、干物質(zhì) 含量^ 77%的果葡糖漿兩大類(lèi)。
[0004] 眾所周知，糖、脂肪還有蛋白質(zhì)是在人體供能的Ξ大部分，糖是人體主要的供能來(lái) 源。淀粉、白砂糖進(jìn)入人體內(nèi)后被各種酶分解成葡萄糖，在小腸被吸收進(jìn)入血液，然后通過(guò) 血液進(jìn)入人體的肝臟形成糖元，儲(chǔ)備能量，在從血液進(jìn)入肝臟中時(shí)需要依靠膜島素穿透細(xì) 胞膜，如果體內(nèi)膜腺不分泌膜島素或膜島素不夠，糖進(jìn)入肝臟的速度就會(huì)變慢甚至不進(jìn)入 肝臟，運(yùn)樣糖就會(huì)長(zhǎng)期停留在血液中引起血糖升高。果糖在進(jìn)入人體后一部分被直接吸收 進(jìn)入肌肉，另一部分和葡萄糖一樣在小腸被吸收進(jìn)入血液，然后進(jìn)入肝臟，雖然果糖是葡萄 糖的同分異構(gòu)體，分子式、分子量都是一樣的，只是空間結(jié)構(gòu)不一樣，均為單糖，但果糖在進(jìn) 入肝臟時(shí)不依靠膜島素就直接進(jìn)入肝臟，為人體提供能量，運(yùn)樣糖就不會(huì)留在血液中，能夠 很好的控制人體血糖，而糖尿病人主要的就是控制血糖，如果控制好血糖，糖尿病人就不會(huì) 有大礙，因此糖尿病人也可食用無(wú)水結(jié)晶果糖，并是預(yù)防糖尿病的甜味品。果糖熱值低，口 服比葡萄糖吸收慢，但吸收后或靜脈給藥后在體內(nèi)代謝卻比葡萄糖快，易被機(jī)體吸收利用， 且不依賴(lài)膜島素，對(duì)血糖影響小，適用于葡萄糖代謝障礙者(糖尿病人）及肝功能不全者補(bǔ) 充能量。在人體內(nèi)能促進(jìn)有益細(xì)菌如雙歧桿菌類(lèi)生長(zhǎng)繁殖，抑制有害菌生長(zhǎng)，改善人腸胃功 能和代謝，降低血脂，不致離齒，是糖尿病人、肥胖病人、兒童食品的理想甜味劑。因此，果糖 的最大用途是作為特殊食品，特別是糖尿病人和肥胖病人的甜味劑。果糖除口服外，現(xiàn)在國(guó) 際上已經(jīng)研發(fā)出了果糖注射液，可W直接注入人體內(nèi)，不用像葡萄糖那樣點(diǎn)滴注射。在手術(shù) 過(guò)程中，果糖可W給人體提供大量的能量，維持人體器官正常的工作，對(duì)于患有某些疾病， 不宜注射葡萄糖的患者具有重大意義。果糖注射液在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家已成為僅次于葡萄糖的 第二大注射液。在歐、美、日等國(guó)家，果糖已經(jīng)列入藥典，作為營(yíng)養(yǎng)劑或注射用。果糖也被我 國(guó)作為藥用輔料列入《中國(guó)藥典》2010年版二部。
[0005] 同時(shí)，由于果糖甜度高，有水果香味，果糖與其他甜味劑如葡萄糖、白砂糖W及阿 斯己甜混合使用具有甜味強(qiáng)化的效果，從而能夠降低甜味的材料成本。試驗(yàn)表明，將果糖與 白砂糖: 1比例混合添加在飲料中，在保持了薦糖風(fēng)味的前提下，可降低近50%的甜味 劑用量，不僅使人體攝入的熱量降低了 50%，同時(shí)人體的血糖升高指數(shù)也僅為薦糖的1/3， 有效控制人體血糖的升高，保持血糖的穩(wěn)定。
[000引2011年9月3日，由中國(guó)食品工業(yè)協(xié)會(huì)主辦的"結(jié)晶果糖健康營(yíng)養(yǎng)作用論證會(huì)"在 北京召開(kāi)。運(yùn)是國(guó)內(nèi)首次果糖健康營(yíng)養(yǎng)作用專(zhuān)家論證會(huì)。最后論證得出，果糖具有不易離 齒、不易發(fā)胖、不經(jīng)膜島素代謝的Ξ大變革性健康功效。
[0007] 結(jié)晶果糖的生產(chǎn)工藝有W下Ξ種： 第一種、主要W菊粉為原料： 通過(guò)控制菊粉多聚果糖任oly化uctan)的水解，其中β-α-2)糖巧鍵斷裂，釋放出 含量豐富的巧喃果糖，巧喃果糖隨后轉(zhuǎn)化成更為穩(wěn)定的異構(gòu)物化喃果糖。此法生產(chǎn)成本高， 是早期小產(chǎn)能加工果糖工藝，不適合果糖的大規(guī)模生產(chǎn)需要。
[0008] 第二種、W薦糖為原料： 20世紀(jì)60年代期間，歐洲開(kāi)始工業(yè)化生產(chǎn)結(jié)晶果糖，所用的方法是通過(guò)薦糖的水解轉(zhuǎn) 化生成果糖和葡萄糖，之后通過(guò)離子排斥工藝來(lái)分離和純化，最后嚴(yán)格控制果糖的結(jié)晶，加 工純結(jié)晶果糖。但是，果糖在水中的溶解度大，達(dá)到結(jié)晶過(guò)飽和度時(shí)的粘度太高，結(jié)晶操作 困難，化學(xué)穩(wěn)定性較低，整個(gè)生產(chǎn)周期超過(guò)一周。
[0009] 第Ξ種、W液體葡萄糖漿或采用淀粉經(jīng)液化、糖化制取葡萄糖漿為原料： 1981年，密西西比河岸邊的美國(guó)伊利諾斯州的湯姆遜城出現(xiàn)了世界上最大的純結(jié)晶果 糖制造廠(chǎng)狂yrofin)。它是W液體葡萄糖漿為原料，經(jīng)純化和異構(gòu)化后，利用傳統(tǒng)的薦糖提 取果糖生產(chǎn)技術(shù)制造出質(zhì)量特別高的結(jié)晶果糖，整個(gè)生產(chǎn)周期縮短至5天。
[0010] W上第Ξ種果糖生產(chǎn)方法中，提到W液體葡萄糖漿為原料時(shí)，需要經(jīng)純化和酶異 構(gòu)化后，才能生產(chǎn)結(jié)晶果糖；但是其采用的異構(gòu)酶和工藝，還未見(jiàn)有公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是在W甘薦為原料生產(chǎn)結(jié)晶果糖的過(guò)程 中，研究出葡萄糖液進(jìn)行異構(gòu)化的工藝，找到優(yōu)化各個(gè)工序的工藝參數(shù)，降低工業(yè)化項(xiàng)目投 資和生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目高質(zhì)量、高穩(wěn)定性、連續(xù)安全運(yùn)行，提升產(chǎn)品綜合競(jìng)爭(zhēng)力，解決技術(shù) 裝備和優(yōu)質(zhì)醫(yī)藥果糖產(chǎn)品嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口的局面，適用于結(jié)晶果糖項(xiàng)目工業(yè)化推廣與應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明所述的W甘薦為原料生產(chǎn)結(jié)晶果糖的工藝過(guò)程中，設(shè)及到薦糖轉(zhuǎn)化得到果 糖和葡萄糖的問(wèn)題，當(dāng)轉(zhuǎn)化W后，體系中同時(shí)存在果糖和葡萄糖，通過(guò)采用色譜分離的方 法，將果糖和葡萄糖分離出來(lái)，果糖分離后生產(chǎn)結(jié)晶果糖，而葡萄糖進(jìn)行富集，異構(gòu)化，濃 縮，得到果葡糖漿，回流到色譜柱重新分離。
[0013]果糖與葡萄糖的分子式分別為：從分子式可看出果糖與葡萄糖分子式是 相同的，但其結(jié)構(gòu)并不相同，葡萄糖是醒幾基醒已糖、果糖是酬幾基酬已糖。故果糖與葡萄 糖為同分異構(gòu)體，薦糖通過(guò)水解可W得到果糖與葡萄糖，化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下： 1、薦糖水解生成果糖與葡萄糖：
[0014] 2、在催化情況下，D-葡萄糖異構(gòu)化可W生成果糖：
3、上述反應(yīng)2,在催化情況下，D-葡萄糖異構(gòu)化成果糖，也可W進(jìn)一步得到D-甘露糖：
上述可看到，葡萄糖在異構(gòu)酶催化作用下的異構(gòu)化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)，反應(yīng) 物果糖的含量可達(dá)到50%，但太高易加速異構(gòu)酶老化而嚴(yán)重縮短其壽命。由于異構(gòu)酶價(jià)格昂 貴，實(shí)際生產(chǎn)中考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效果，本發(fā)明W反應(yīng)產(chǎn)物果糖含量蘭42%作為控制指標(biāo)。
[0015] 果葡糖漿經(jīng)色譜分離后得到的葡萄糖富集液數(shù)量約為果糖富集液的1. 5倍(果糖 含量< 6%、干物質(zhì)濃度18-22%)，數(shù)量較多。本發(fā)明通過(guò)濃縮、離交精制后，利用異構(gòu)酶進(jìn)行 異構(gòu)轉(zhuǎn)化，回收得到約42%的果糖，W提高成品收得率。
[0016] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)W下步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)的： 果糖生產(chǎn)過(guò)程中葡萄糖的異構(gòu)化方法是將果葡糖漿經(jīng)分離過(guò)程得到的葡萄糖富集液 首先進(jìn)行蒸發(fā)濃縮，然后異構(gòu)化，再進(jìn)行葡萄糖液異構(gòu)化的后續(xù)處理，最終回收得到42%的 果糖。
[0017] 濃縮得到果葡糖漿，回流到色譜柱或調(diào)配成高果糖漿產(chǎn)品。
[0018]所述的果葡糖漿分離是采用色譜分離方法分離得到果糖富集液和葡萄糖富集液 的過(guò)程。色譜分離方法采用色譜分析原理分離性質(zhì)近似組分的方法，使溶液分批通過(guò)垂直 的填充吸附劑固定床，將各種組分分離精制。色譜柱內(nèi)的填充吸附劑是多孔的惰性固體，用 非揮發(fā)性的惰性液體涂潰。被分離溶液的溶質(zhì)與惰性液體有大小不同的溶解度。果糖糖漿 采用色譜分離方法目前已有文獻(xiàn)報(bào)道。如《福建糖業(yè)》1997年第二期，從果葡糖漿中分離果 糖的研究，提出了 "研究利用薦糖水解成為果葡糖漿，從果葡糖漿中分離出果糖漿和葡萄糖 漿；果葡糖漿的分離方法采用鋼鹽沉淀葡萄糖或巧鹽沉淀果糖的方法，采用離子樹(shù)脂法也 稱(chēng)色譜分離法"。 本發(fā)明的果葡糖漿分離采用色譜分離方法的過(guò)程中，色譜分離樹(shù)脂的型號(hào)PCR-642;濕基體積交換容量子：1. 5;離子型態(tài)：巧型。
[0019] 上述分離得到的葡萄糖：果糖含量小于6%;干物質(zhì)濃度18-22%;物料澄清、明亮、 無(wú)雜質(zhì)。
[0020] 本發(fā)明葡萄糖富集液的蒸發(fā)濃縮是采用熱力蒸汽再壓縮Ξ級(jí)順流板式蒸發(fā)，板式 蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)料濃度22-45%，進(jìn)料溫度50°C;濃縮到重量濃度40-42%。
[0021] 本發(fā)明葡萄糖的異構(gòu)化是將上述濃縮到濃度40-42%的葡萄糖，作為異構(gòu)酶柱的 進(jìn)料。利用異構(gòu)酶進(jìn)行異構(gòu)轉(zhuǎn)化，所述的異構(gòu)酶是從諾維信公司（總部在丹麥）購(gòu)置的葡萄 糖異構(gòu)酶（Sweetzyme口加強(qiáng)型，酶活力：400IGIU/g)，化t1:p://novozymes.com/)，葡萄 糖異構(gòu)酶是一種新型固定化異構(gòu)酶制劑。采用濕法裝填固定在異構(gòu)酶柱內(nèi)即可投入使用， 最大流速達(dá)10kg糖漿/kg酶·每小時(shí)，轉(zhuǎn)化成果糖的含量高達(dá)50%，使用方便、穩(wěn)定高效，適 應(yīng)大規(guī)模工業(yè)自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)。 所述異構(gòu)化工藝參數(shù)控制： 1) 進(jìn)料（DE值）> 95%或葡萄糖含量> 93% ; 2) 進(jìn)料干物質(zhì)濃度35-45% (優(yōu)選40-42%); 3) 電導(dǎo)率低于50μs/cm; 4) 屯水硫酸儀（Μ拆〇4· 7&0)添加量：1000克/m3; 5) 亞硫酸鋼（NazSOs)添加量：500克/m3; 6) PH值：7. 5-8. 0 (使用純堿調(diào)節(jié)，優(yōu)選7. 6-7.8); 7) 溫度：55-60°C(優(yōu)選 57-58°C); 8) 出料：果糖含量38%-43% (優(yōu)選40-42%)。
[0022] 生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，上述任何一個(gè)指標(biāo)參數(shù)的改變都將導(dǎo)致異構(gòu)酶的活力下降， 同時(shí)，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)始終保持潔凈生產(chǎn)和經(jīng)常性消毒工作。因此，在生產(chǎn)期間保證穩(wěn) 定均衡的工藝參數(shù)和嚴(yán)格的管理至關(guān)重要。運(yùn)樣，酶制劑的生產(chǎn)運(yùn)行周期最長(zhǎng)可達(dá)到300 天W上，大大提高果糖收得率。
[0023] 所述的葡萄糖液異構(gòu)化的后續(xù)處理：葡萄糖液利用異構(gòu)酶進(jìn)行異構(gòu)轉(zhuǎn)化后，然后