149-32-6/赤蘚糖醇的制備

背景及概述^[1][2]

赤蘚糖醇是一種甜度約為蔗糖70%的四碳糖醇，化學(xué)名為1,2,3,4-丁四醇，分子式為C4H10O4。赤蘚糖醇的生產(chǎn)方法有兩種，化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法。化學(xué)合成法是在葡萄糖酸鹽溶液中加入過氧化氫，在有鎳、鈷等金屬鹽存在的情況下進行反應(yīng)生成赤蘚糖；再通過加氫得到赤蘚糖醇。但是，從原理上來講都需要大量的過氧化氫，大量的過氧化氫原料來源困難。另外，過氧化氫與葡萄糖或者葡萄糖酸的反應(yīng)是強放熱反應(yīng)，但是，為了保持正常反應(yīng)減少副反應(yīng)，反應(yīng)液溫度須保持在35℃以下，需要消耗大量能量，且反應(yīng)時間很長。再者，從葡萄糖酸到赤蘚糖是氧化過程，而加氫則是一個氫化還原過程，前后形成氧化與氫化的重復(fù)，造成對能源的浪費。另外還存在環(huán)境污染和食品安全系數(shù)低等一系列問題。因此造成了化學(xué)合成法成本高，轉(zhuǎn)化率低，產(chǎn)物分離純化困難而無法工業(yè)化生產(chǎn)。發(fā)酵法產(chǎn)赤蘚糖醇，指利用微生物的生命活動，通過發(fā)酵產(chǎn)生赤蘚糖醇，再經(jīng)過提純精制、濃縮、結(jié)晶等步驟獲得赤蘚糖醇。其條件溫和易控制，成本較為低廉，食品安全系數(shù)較高，因此發(fā)酵法是目前工業(yè)上生產(chǎn)赤蘚糖醇的主要方法。

赤蘚糖醇

應(yīng)用^[3]

赤蘚糖醇在自然界中分布廣泛，在蘑菇、酒類、醬油、奶酪、人和動物的組織液和體液中等都有存在。由于赤蘚糖醇在人身體內(nèi)具有獨特的代謝方式，使得赤蘚糖醇擁有很多優(yōu)良的生理功能，如熱量值為零、耐受量高，副作用小、適宜糖尿病人食用、非致齲齒特性、清除自由基功能等。因此其在功能性食品、化妝品、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大，目前正越來越受到人們的關(guān)注。

制備^[2]

（1）碎米糖液的生產(chǎn)

將秈米副產(chǎn)物碎米淘洗，挑除碎米中的雜質(zhì)后，加40℃水浸泡2h后用磨漿機磨漿，細(xì)度為40目，加水將濃漿調(diào)至濃度20°Bé，制得碎米米漿；

在碎米米漿中加入液體的耐高溫α-淀粉酶，每噸碎米加耐高溫α-淀粉酶160mL。使用高溫噴射液化器液化，第一次噴射溫度105℃，帶壓維持時間15min。第二次噴射溫度130℃，帶壓維持時間2min。降溫至100℃后泵入層流罐，再次加入同樣的耐高溫α-淀粉酶反應(yīng)，每噸碎米加耐高溫α-淀粉酶240mL，反應(yīng)時間90min，反應(yīng)溫度100℃，當(dāng)固形物含量為20%時到達(dá)反應(yīng)終點，制得碎米液化液；

待碎米液化液冷卻后，用稀鹽酸將pH值調(diào)節(jié)至pH4，加入糖化酶，每噸碎米加糖化酶1000g，糖化時間為60h，糖化溫度60℃，制得碎米糖化液；

用壓濾機壓濾碎米糖化液，壓濾溫度為60℃，壓力0.25MPa。制得碎米糖液，將碎米糖液分別泵入兩個儲罐，一個儲罐作為二級種子培養(yǎng)基底物，另一個儲罐作為發(fā)酵培養(yǎng)基底物待用。

（2）赤蘚糖醇發(fā)酵液的制取

選擇埃西托叢梗孢酵母（MoniliellaacetoabutansATCC18455）作為出發(fā)菌株；

搖瓶培養(yǎng)基滅菌后接入一環(huán)埃西托叢梗孢酵母（MoniliellaacetoabutansATCC18455）菌種，30℃搖床培養(yǎng)24h。搖瓶培養(yǎng)基配方為：葡萄糖200g/L，玉米漿干粉3g/L，尿素5g/L。經(jīng)菌種鏡檢及OD值等各項指標(biāo)達(dá)標(biāo)后獲得一級種子；

將其中一個儲罐中的碎米糖液添加磷酸二氫鉀10g/L、硫酸鎂5g/L后，120℃滅菌15min泵入二級種子罐，降溫至30℃后接入一級種子，接種量5%。無菌空氣經(jīng)過濾除菌后通入發(fā)酵罐，罐壓0.5MPa，通氣量為0.5vvm，培養(yǎng)條件為罐溫30℃，轉(zhuǎn)速200r/min，培養(yǎng)時間24h。經(jīng)菌種鏡檢及OD值等各項指標(biāo)達(dá)標(biāo)后獲得二級種子液；

將另外一個儲罐中的碎米糖液添加磷酸二氫鉀10g/L、硫酸鎂5g/L、硫酸錳5g/L、泡敵0.05%后，120℃滅菌15min泵入發(fā)酵罐，降溫至30℃后接入二級種子液，接種量10%。發(fā)酵條件為罐溫28℃。無菌空氣經(jīng)過濾滅菌后通入發(fā)酵罐，罐壓0.05MPa，通氣量為1vvm，轉(zhuǎn)速400r/min，發(fā)酵時間100h。葡萄糖濃度下降到0.5%時達(dá)到發(fā)酵終點，得到含赤蘚糖醇的發(fā)酵液，其中赤蘚糖醇含量為135g/L，赤蘚糖醇轉(zhuǎn)化率為43.3%。

（3）赤蘚糖醇產(chǎn)品的精制

將發(fā)酵液泵入至儲料罐后用板框壓濾機進行粗濾以除去發(fā)酵液中菌體、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，以減輕超濾壓力，壓濾溫度60℃，壓力0.25MPa，制得粗濾液；

將粗濾液進行超濾操作，膜截留分子量1000D，以除去發(fā)酵液中的殘存的菌體、蛋白、核酸、膠體顆粒等大分子物質(zhì)，操作溫度常溫，超濾壓力0.2MPa，制得超濾液；

將超濾液進一步納濾，膜截留分子量200D，以脫除發(fā)酵液中的色素、核苷酸、氨基酸、短肽、部分鹽離子等，操作溫度40℃，納濾壓力2MPa，濃縮倍數(shù)為15倍，制得納濾液；得到的納濾液通過多效降膜蒸發(fā)器濃縮至原體積液的20%后送入結(jié)晶罐，結(jié)晶罐留種10%。結(jié)晶總時間60h，其中養(yǎng)晶12h，冷卻結(jié)晶48h。常規(guī)離心分離，干燥包裝后制得產(chǎn)品，制得的赤蘚糖醇晶體為白色結(jié)晶粉末，有蔗糖甜味，無異味，水分含量0.05%，赤蘚糖醇純度為99%。

主要參考資料

[1]肖素榮, & 李京東. (2008). 赤蘚糖醇的特性及應(yīng)用. 中國食物與營養(yǎng), 2008(005), 26-28.

[2] 楊海軍, & 鄭逢戰(zhàn). (2006). 赤蘚糖醇在無糖糖果中的應(yīng)用. 農(nóng)產(chǎn)品加工.

[3]劉建軍, 趙祥穎, 田延軍, 韓延雷, 張家祥, & 李丕武. (2006). 低熱值甜味劑赤蘚糖醇的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用. 中國釀造(12).