[发明专利]一种微生物发酵法生产麦芽糖醇的工艺

说明书

本发明涉及一种微生物发酵法生产麦芽糖醇的工艺，其以淀粉或淀粉乳为原料，经液化、糖化等酶处理过程，获得以麦芽糖为主成分，同时含有葡萄糖、麦芽三糖等杂糖的麦芽糖液；麦芽糖液经处理后，接入海水芽孢杆菌菌株，当发酵液麦芽糖消耗完毕之后停止发酵，得到以麦芽糖醇为主成分，同时含有麦芽糖、麦芽三糖等杂糖成分的发酵液；发酵液经处理后分别得到高纯度麦芽糖醇馏分液及同时含有少量麦芽糖醇、麦芽糖和大部分麦芽三糖等成分的杂糖醇馏分液，高纯度的麦芽糖醇液馏分经处理得到晶体麦芽糖醇产品或者麦芽糖醇液产品；杂糖醇馏分液经处理获得复合糖醇液产品。该方法有效解决了化学加氢工艺生产麦芽糖醇存在的问题，且具有良好的转化分离效果。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种麦芽糖醇的生产工艺，具体涉及一种以淀粉(乳)或麦芽糖粉(液)为原料，采用微生物发酵的方法生产麦芽糖醇晶体或麦芽糖醇液，以及海水芽孢杆菌在转化麦芽糖为麦芽糖醇中的应用。

背景技术

麦芽糖醇产品是目前市场上广泛流行的、人们经常食用的糖醇制品和代糖产品之一，因其具有甜味特性接近于蔗糖，无刺激性和返酸的后味，保湿性和吸湿性良好，易溶于水，良好的黏度特性，对热、酸和碱稳定，应用时不发生美拉德反应，不易结晶等特性和非致龋齿性，维持血糖稳定，热量低，能够促进人体对钙的吸收等生理功效，广泛应用于糖果、糕点、饮料、面包、巧克力、冷冻甜食和果酱等食品中，其作用可为填充型甜味剂、保湿剂、粘稠剂、乳化剂、品质改良剂等，该产品迎合了当前消费者对低热量、功能健康食品的需求，具有巨大的市场潜力和发展空间。

麦芽糖醇产品一般包括液体状和固体状(结晶状、粉末状)两种形态，其工业化生产一般可包含两大步：第一步是将淀粉酶解制成麦芽糖浆，第二步是将制得的麦芽糖浆加氢还原制成麦芽糖醇，具体传统的麦芽糖醇生产工艺流程图见图1。

近几年，随着人们对麦芽糖醇生产和应用技术的研究深入，文献也报道了许多关于麦芽糖醇的生产新技术、新工艺，如中国专利CN202011611298.1一种食品用麦芽糖醇的生产工艺，将调好的淀粉乳打入贮罐，加入淀粉酶，液化、灭酶后得到液化液；得到的液化液倒入糖化罐中，稀释后降温，加糖化酶并搅拌均匀，加热后保温进行糖化，得到高纯度麦芽糖浆；将得到的高纯度麦芽糖浆浓缩，调pH，按加入非晶态合金催化剂，在氢气条件下反应，得到麦芽糖醇；将得到的麦芽糖醇用活性炭吸附杂质，除杂后浓缩、冷却，加入晶种，搅拌，收集晶粒并干燥，得到提纯的麦芽糖醇结晶粉末。本发明通过提高氢化后麦芽糖醇的纯度，直接以结晶法提纯麦芽糖醇，不但可以省掉昂贵的色谱分离分离设备，而且减少了树脂再生对环境的污染。中国专利CN200710000320.7 制备高纯度麦芽糖醇晶体粉末的方法，其包括步骤：i)通过使用密集了强酸性阳离子树脂的一系列柱的模拟移动床色谱，由含有70-75％麦芽糖的麦芽糖粗溶液制备出含有大于96％纯麦芽糖的麦芽糖溶液；ii)在钌催化剂存在下，在如120-130℃温度和40-50kg/cm²压力的反应条件下可以由大于99％转化率的氢化反应转化并制备出含有大于95％纯麦芽糖醇的麦芽糖醇溶液；以及iii)浓缩、干燥、研磨和结晶所得到的麦芽糖醇溶液用于制备纯度大于98％的麦芽糖醇晶体粉末。中国专利CN201611143202.7一种麦芽糖醇的制备方法，包括以下步骤：制淀粉液、制淀粉乳、糖化、过滤、脱色、离子交换及分子筛选及氢化等，该麦芽糖醇的制备方法，经过加入淀粉酶，高温处理后的淀粉液化液，在通过多层过滤获得较纯净的糖化液，分散性好，不易发生凝沉，利于糖化操作，且同时通过酶化反应增加反应速度，缩短制备时间，提高麦芽糖醇的制备效率，减少副产物的诞生，提高纯度，值得以后推广。中国专利 CN201380007104.9从淀粉生产固体麦芽糖醇的方法，将淀粉乳液化；将所述液化的淀粉乳在存在α-淀粉酶、β-淀粉酶以及选自支链淀粉酶、异淀粉酶及其混合物的脱支酶的情况下进行糖化，所述脱支酶优选地为支链淀粉酶；并进一步添加麦芽糖α-淀粉酶和/或异淀粉酶，以获得含有麦芽糖的糖浆，所述糖浆包含基于干物质计至少85％的麦芽糖和基于干物质计少于1.5％的葡萄糖，优选地基于干物质计少于1％的葡萄糖；然后对所述含有麦芽糖的糖浆进行分子筛分，以获得级分(A)，所述级分包含基于级分(A)的干物质计至少95％的麦芽糖；以及将级分(A)催化氢化，以获得富含麦芽糖醇的液体产物(B)。最后，使所述液体富集产物固化或结晶，以制备固化或结晶麦芽糖醇。中国专利CN201911065473.9富含麦芽糖醇的产物，在存在α-淀粉酶、β-淀粉酶以及选自支链淀粉酶、异淀粉酶和它们的混合物的脱支酶(优选支链淀粉酶)的情况下进行淀粉乳的液化以及所述液化淀粉乳的糖化，并且再添加麦芽糖α-淀粉酶和/或异淀粉酶以获得含麦芽糖的糖浆，所述含麦芽糖的糖浆包含基于干物质计至少85％的麦芽糖和基于干物质计小于1.5％的葡萄糖，优选地基于干物质计小于1％的葡萄糖，然后对所述含麦芽糖的糖浆进行分子筛分以获得级分(A)，所述级分(A)包含基于级分(A)的干物质计至少95％的麦芽糖，并且还催化氢化级分(A)以获得富含麦芽糖醇的液体产物(B)。刘峰撰写的硕士研究生论文《晶体麦芽糖醇规模化生产中关键工艺优化》(齐鲁工业大学，2021.06)，指出晶体麦芽糖醇作为典型的无糖食品原料和代糖,受到了人们的广泛好评。晶体麦芽糖醇虽已上市二十多年,但因为其生产线长、工序多、关键点多和生产工艺复杂等原因,工厂生产晶体麦芽糖醇的产量和质量受到了严重制约。文章从生产实际情况出发,针对麦芽糖醇生产的各重点工艺参数,进行了深入的研究。1.在制糖过程中的液化工序时优化DE值并且采用135℃高温灭酶。使用喷射水热器对糖化液灭酶,能耗降低26.87％,效率提高74.98％。对液化工序进行优化,麦芽糖含量达到90％以上的生产参数为:液化液135℃灭酶,DE值为4.00-5.00,β-淀粉酶、普鲁兰酶和麦芽三糖酶的添加量分别为698.93g/t、 659.00g/t和818.61g/t。2.优化加氢过程中的加碱工艺,将工艺中的加碱过程改为调节进料糖浆的pH,改进后的新工艺可使氢化液中麦芽糖醇含量达到 88.37％,在冬季,麦芽糖醇含量可提高2.32％,提纯收率可提高5.0％。夏季麦芽糖醇含量可提高3.9％,收率可提高9.4％。对加氢过程中影响麦芽糖醇含量的温度、pH、压力、折光及催化剂添加比例等重要参数进行优化,获得高麦芽糖醇含量的三个主要条件:压力为9.71MPa、pH为7.66、温度为124.5℃。3.对加氢结束后的麦芽糖醇液体的提纯过程进行优化,得到最佳提纯进料含量≥88％, 出料含量≥90％。4.对结晶工艺进行改进和优化,采用更加先进的蒸发-降温结晶工艺,在设备配置优化后,结晶收率达到62.8％,效率最大达到0.785t/h。与单一降温结晶工艺和单一蒸发结晶工艺相比,蒸发-降温结晶工艺单釜收率可分别提高27.13％和27.6％,效率分别提高了0.375t/h和0.345t/h,且产品质量(含量、流动性、水份)全面优于单一降温结晶工艺和单一蒸发结晶工艺。