L-阿拉伯糖的生產方法

2023-10-09 20:39:39

專利名稱：L-阿拉伯糖的生產方法
技術領域：
本發明涉及L-阿拉伯糖的生產技術，尤其是以半纖維素水解液、木糖母液及含有 五碳糖的生產廢液為原料生產L-阿拉伯糖製品、同時副產乙醇、D-核糖、檸檬酸等葡 萄糖發酵產物的方法。
背景技術：
L-阿拉伯糖屬於五碳醛糖，以阿拉伯聚糖、阿拉伯糖基木聚糖、阿拉伯糖基半乳糖 體及類似於高等植物半纖維的形式存在。L-阿拉伯糖是一種沒有熱量的甜味劑，還可以 用作醫藥中間體、用於生化領域中細菌培養基的製備以及香料合成等。木糖製品如木糖、 木糖醇作為食品甜味劑越來越受到人們的青睞。木糖、木糖醇的很多醫療保健功能已經
被科學研究證實，如降低血糖，防止齲齒等功能。
植物組織大多由纖維素、半纖維素、木質素及類似的物質組成，其中半纖維素主要 是由L-阿拉伯糖和D-木糖構成。不同植物組織的L-阿拉伯糖含量不同。
中國專利200910077943.3公開了一種利用玉米芯生產L-阿拉伯糖的方法，其中實 施例1~3公開的一種生產阿拉伯糖、同時副產木糖醇的工藝，具體包括的步驟有酸 解玉米芯、生物發酵製備木糖醇、發酵液後處理、木糖醇結晶、木糖醇母液色譜分離得 阿拉伯糖。該專利存在的局限和不足是1 )只能用玉米芯生產阿拉伯糖和木糖醇，原 料來源單一。2)發酵之前未對料液的發酵抑制物如苯環類、雜環類等高分子物質及金 屬離子等物質脫除，致使發酵不能順利進行；3)該專利在色譜分離阿拉伯糖和木糖醇
之前沒有除葡萄糖和半乳糖的步驟，致使色譜分離阿拉伯糖和木糖醇後不能提純。4) 對料液發酵採用的是熱帶假絲酵母，在去除木糖和葡萄糖的同時阿拉伯糖生成阿拉伯糖 醇，從而大量消耗阿拉伯糖甚至耗盡而不能得到阿拉伯糖產品。5)該專利技術只能生 產出木糖醇，而不能直接生產木糖，應用範圍受到很大局限。
中國專利CN101100685A公開了一種製備L-阿拉伯糖的方法，其方法是將原料玉 米麩皮先用澱粉酶處理，然後用稀酸水解玉米麩皮，用離子交換樹脂對水解液進行脫鹽 除雜，接種酵母菌進行發酵脫除雜單糖，發酵液結晶得到L-阿拉伯糖產品。該專利中包 括木糖、木聚糖在內的所有雜糖全部用酵母發酵脫除，這樣就帶來幾個問題首先，木
8聚糖無法用酵母進行發酵，必須水解成單糖後才能發酵；另外，水解液中佔主要成分的 是木糖，如果發酵除掉大多數木糖必須用能利用五碳糖的菌種，這樣勢必導致阿拉伯糖 的發酵損失。並且由於木糖含量較多如果作為雜質被除掉， 一方面浪費掉大量木糖，不 夠經濟環保；另一方面木糖發酵後不會全部轉化成二氧化碳和水，而是生成其它代謝中 間產物，如甘油、丙酮酸、甘油醛、木酮糖等。這些雜質通過結晶的辦法不易去除， 從而導致阿拉伯糖產品純度不夠。
綜上所述，現有技術中還沒有一種成本低、效率高、能夠實現大規模工業化生產高 純度L-阿拉伯糖的生產方法。

發明內容
為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的是提供一種從半纖維素水解液、木糖 母液以及含有五碳糖的農林廢棄物及廢液、廢料中生產高純度L一阿拉伯糖同時副產乙 醇、D-核糖、檸檬酸等葡萄糖發酵產物的方法。本發明的方法生產成本低、效率高， 適合於大規模工業化生產。
為了實現上述發明目的，本發明採用了以下技術方案
1、 一種L一阿拉伯糖的生產方法，以農林廢棄物的水解液、木糖母液、和/或含有 五碳糖的生產廢液為原料，至少包括以下步驟
(a) 料液預處理，將所述原料處理為至少包括木糖、木聚糖、L—阿拉伯糖、葡萄 糖、和半乳糖的混合料液；
(b) 色譜分離，將所述混合料液分離成為阿拉伯糖級分料液和木糖級分料液，得 到阿拉伯糖級分料液；
(c) 包括以下步驟(cO和(cl)，該兩步驟或者置於步驟(b)的色譜分離之前 對所述混合料液進行處理、或者置於步驟(b)的色譜分離之後對所述阿拉伯糖級
分料液進行以下兩步驟的處理
(cl)除發酵抑制物，所述發酵抑制物是對發酵有抑制的雜質和雜菌； (c2)發酵除雜糖，所述雜糖至少包括葡萄糖、以及半乳糖；
(d) 最後對所述阿拉伯糖級分料液進行後處理得到L-阿拉伯糖。
2、 上述技術方案其中所述農林廢棄物的水解液的料液預處理包括下列步驟
① 清洗去除所述農林廢棄物表面的泥沙及碎屑；
② 稀酸預處理用稀酸浸泡所述農林廢棄物以去除雜質，所述稀酸濃度在
0.05~0.15%wt，溫度為110~130°C,處理時間為1 3小時；所述稀酸包括硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、硝酸、或者這些酸中的某兩種及兩種以上的酸的混合液； ③水解加入酸濃在0.5~l%wt的酸液，在溫度128 132'C保溫2.5小時；所述酸 液包括硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、硝酸、或者這些酸中的某兩種及兩種以上的酸的 混合液；
中和首先將糖液加熱到80 82°C ，然後加入碳酸鈣粉末，直到pH上升到3.3 3.6， 當無機酸在0.09 0.12%wt時，再加入活性炭；
⑤ 第一次脫色首先將糖液降溫到50 52t:，然後加入活性炭攪拌直到取樣檢測透 光達到60~76%;
⑥ 第一次除鹽釆用離子交換、電滲析、或EDI電除鹽方法將第一次脫色液中含有
的灰分、鹽、有機酸和無機酸予以去除；
⑦ 第一次蒸發採用三效或四效降膜蒸發器將糖液濃度提高到26.0 28.0%;
⑧ 第二次脫色加入活性炭攪拌；
⑨ 第二次除鹽採用離子交換、電滲析、或EDI電除鹽方法將第二次脫色液中含有 的灰分、鹽、有機酸和無機酸予以去除。
上述技術方案其中所述步驟⑥的第一次除鹽採用的離子交換是連續經過陽離子樹 脂交換、陰離子樹脂交換、以及陽離子樹脂交換；所述步驟⑨的第二次除鹽採用的第二 次交換選自以下方法其中之一 一種是先經陰離子交換，再經陽離子交換；另一種是先 經陽離子交換，再經陰離子交換；還有一種是陽柱與陰柱串聯起來使用，同時投入使用， 同時進行再生。
上述技術方案其中所述步驟⑤所述第一次脫色和步驟⑧所述第二次脫色分別採用 逆流式脫色工藝分N次加入活性炭，其中N是大於或等於2的自然數，最後一次即 第N次脫色使用新炭，第N-l次使用第N次脫色後用過的舊碳，第N-2次使用第N-l 次脫色後用過的舊碳，以此類推，每次脫色後均過濾，第一次脫色過濾後的活性炭作為 固廢回收。
上述技術方案其中所述農林廢棄物是含有五碳糖的農林廢棄物，至少包括玉米芯、 麥秸、甜菜渣、蔗渣、農作物秸稈、植物的莖葉根、種皮。
上述技術方案其中所述木糖母液、和/或所述含五碳糖的廢液的預處理包括 ,過濾先採用機械過濾設備、再採用膜過濾設備進行過濾；所述機械過濾設備包 括板框壓濾機、袋式過濾機、水平過濾機、精密過濾機、以及過濾式離心機；所述 膜過濾設備包括陶瓷膜、金屬膜、有機巻式膜、以及管式膜，截留尺寸為100~5000g/mol;
(l除鹽釆用離子交換的方式或者採用電滲析、EDI電除鹽方法。
上述技術方案其中所述膜過濾設備為有機巻式膜，截留尺寸為100~3000g/mol。 上述技術方案其中所述有機巻式膜截留尺寸為200 2500g/mo1。 上述技術方案其中所述含五碳糖的廢液至少包括造紙製漿過程中產生的廢液、含
有五碳糖的亞硫酸鹽製漿廢液、酸性亞硫酸鹽製漿廢液、或用酸將生物質浸煮或水解制
得的溶液。
上述技術方案其中所述步驟(b)的色譜分離之前還包括濃縮步驟，將料液的糖濃度 濃縮至50~60%。
上述技術方案其中在所述色譜分離步驟中，所有進入色譜分離設備的所述混合料液 和工藝水通過孔徑至少20nm的過濾器去除固體微粒；所述混合料液和工藝水保持溫度 不低於6(TC;洗脫劑為55 75"的去離子水。
上述技術方案其中步驟(cl)中的所述發酵抑制物包括雜質以及雜菌，其中的雜質 包括帶苯環的色素物質、大分子的色素、高分子化合物、重金屬離子、氯化物、膠體、 以及聚合物，其中的雜菌包括自然界的空氣中的酵母菌、和細菌；所述步驟(cl)的除
發酵抑制物進一步包括以下步驟
① 對於所述雜質中的帶電離子重金屬離子、氯化物、及膠體，採用電去離子或離子
交換的方法予以去除；
② 對於所述雜質中的色素物質、高分子化合物、聚合物、及雜菌，採用膜過濾、超 濾、或者實消的方法予以去除。
上述技術方案其中所述步驟①和②順序或者任意排列，或者先步驟①、後步驟②。 上述技術方案其中所述步驟①採用電去離子系統，所述電去離子系統包括EDI電除 鹽系統、以及電滲析；
所述歩驟②中的超濾方法選用無機膜或者高分子有機膜採用錯流過濾的方式進 行過濾，所述無機膜截留尺寸在30-500納米；所述高分子有機膜截留尺寸在 1000 10000g/mol;
所述步驟②中的膜過濾採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、有機管式膜、或 平板膜，截留尺寸為500~6000g/mol;
所述步驟②中的實消方法是將所述料液加熱至60 12(TC行滅菌處理。 上述技術方案其中所述步驟②中的超濾方法選用無機膜截留尺寸在50~200納米，
11高分子有機膜截留尺寸在1000 6000g/mol;
所述步驟②中的膜過濾採用有機巻式膜、或管式膜，截留尺寸為500g/mol~2000 g/mol;
所述實消方法將料液加熱至80 115卩進行滅菌處理。
上述技術方案其中所述高分子有機膜包括聚醚碸膜、磺化聚醚碸膜、聚酯膜、聚 碸膜、聚芳醯胺膜、聚乙烯醇膜和聚哌嗪膜及其組合；所述無機膜包括Zr02-和A1203-膜；所述膜的構型包括管式、巻式、及中空纖維。
上述技術方案其中所述步驟(c2)的發酵除雜糖的步驟副產品包括乙醇、D-核糖、 和/或檸檬酸，所述步驟(C2)包括以下方法的其中之一
,使用菌種在厭氧條件下發酵葡萄糖、半乳糖生成乙醇；
翁使用菌種在好氧條件下發酵去除葡萄糖、半乳糖生成乙醇、二氧化碳和水； 翁使用莽草酸缺陷型枯草芽孢桿菌在好氧條件下發酵去除葡萄糖、半乳糖生成D-
核糖；
,使用黑麴黴發酵去除葡萄糖、半乳糖生成檸檬酸；
其中所述方法①和②中的菌種選自以下之一釀酒酵母、麵包酵母、葡萄汁酵母、 薛瓦酵母、異常漢遜酵母、洛格酵母、或卡爾波斯酵母。
上述技術方案其中所述步驟(C2)的四種方法分別進一步包括以下步驟，其中的百 分比數為質量百分比.-方法①
(a) 首先將料液的糖濃度調整到10~40%;
(b) 菌種培養基營養鹽的組成為尿素或硫酸銨0.01~0.5%，磷酸二氫鉀 0.01~0.5%，硫酸鎂0.01~0.4°/o;
(c) 發酵工藝參數為pH: 2.5~5，溫度33 45"，不通空氣或發酵開始時 通入0.1 0.3vvm的空氣，當菌體濃度達到lS個/ml時，停止通空氣，進行厭氧 發酵；發酵時間8 22小時；
(d) 最後得到葡萄糖轉化率97.15 98.5%,乙醇得率98~99%，阿拉伯糖得率 96~100%，半乳糖去除率35 55%;
方法②
(a) 首先將料液的糖濃度調整到8~30%;
(b) 菌種培養基營養鹽的組成為硫酸銨0.1~3.5%，磷酸二氫鉀0.1 5%，
12硫酸鎂0.05~4%，玉米漿折乾物質計0.5~20%;
(c) 發酵工藝參數為溫度25 45。C， pH: 3.5-5.5，通氣量0.2 0.5vvm，發 酵時間10 28小時；
(d) 最後得到葡萄糖去除率為95%~98%，半乳糖去除率為50%~70%，乙醇 得率90~95%，阿拉伯糖得率96 100%;
方法③
(a) 培養基及培養條件
斜面培養基葡萄糖0.5~2%，蛋白腖0.4~2%，酵母膏0.1~1%，氯化鈉0.1~1.2%， 瓊脂0.8~3%， pH6.0~8.0，培養溫度30 4(TC，培養時間12 36小時； 種子培養基葡萄糖1~3%，玉米漿折乾物質計1~3.5%，酵母膏0.1~1%，磷 酸氫二鉀0.1~1%，磷酸二氫鉀0.1~0.8%， pH6.0~8.0，培養溫度30 40'C， 培養時間10 32小時；
發酵培養基葡萄糖5-15%，玉米漿折乾物質計1~5%，硫酸銨0.2 1.5%，硫 酸錳0.001 0.1%，碳酸鈣1~6%，料液的培養體系中終折光濃度5~10%， pH 6.0 8.0，培養溫度30 40。C，培養時間30 90小時；
(b) 工藝參數料液發酵開始時加入或者當發酵進行到葡萄糖的濃度在0.5% 時，採用流加的方式加入；
(c) 最後得到葡萄糖去除率96~98.5%，阿拉伯糖得率94 98%，半乳糖去除 率80~90%; D-核糖得率35 45。/o;
方法 :
(a) 首先將葡萄糖濃度調整到5~10%，料液折光濃度控制在20%~30%;
(b) 培養基硫酸銨0.05~1%，硫酸鎂0.01~0.5%，玉米漿折乾物質計0.01-1;
(c) 發酵工藝參數pH5~8，培養溫度30 42。C，通氣量0.2 0.5vvm，發酵 時間35 52小時,先用葡萄糖將黑麴黴培養至對數末期，然後，向發酵罐內補 加濃度為20 30%的阿拉伯糖級分,產擰檬酸濃度為5~6%，轉化率為92~95%;
(d) 最後得到葡萄糖去除率95.6~98.7%，阿拉伯糖得率94.6~98.3%，檸檬酸 得率為90~95%，半乳糖去除率82~89%。
上述技術方案其中所述步驟(C2)後還包括除菌體通過過濾或篩分方法、或第一 次膜過濾方法、或先採用過濾或篩分再通過第一次膜過濾方法去除發酵液中的菌體；所 述過濾或篩分設備包括板框壓濾機、紙板過濾機、過濾機、水平過濾機、以及振動篩
13所述第一次膜過濾設備包括陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、有機管式膜、以 及平板膜，截留尺寸為2500g/mol~lpm。
上述技術方案其中所述先採用過濾或篩分再通過第一次膜過濾方法還包括第二次 膜過濾步驟，所述第二次膜過濾設備包括有機巻式膜、管式膜。
上述技術方案其中所述第一次膜過濾設備採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、 或平板膜，截留尺寸為50nm l^n;所述第二次膜過濾設備採用有機巻式膜，截留尺寸 為50~2500g/mol。
上述技術方案其中所述第一次膜過濾設備和所述第二次膜過濾設備採用高分子有 機膜、或無機膜；所述高分子有機膜包括聚醚碸膜、磺化聚醚碸膜、聚酯膜、聚碸膜、 聚芳醯胺膜、聚乙烯醇膜和聚哌嗪膜及其組合；所述無機膜包括Zr02-和六1203-膜； 所述膜的構型包括管式、巻式、及中空纖維。
上述技術方案其中所述阿拉伯糖級分料液的後處理步驟、對除菌體後的所述阿拉伯 糖級分料液進行下列步驟
① 脫色採用活性炭，加入量為2; 2。/。wt，攪拌時間為0.5 2小時；
② 除鹽採用離子交換、電滲析、和/或EDI電除鹽方式；
③ 濃縮將所述阿拉伯糖級分料液濃縮至過飽和狀態即50 85%的糖濃度；
④ 結晶包括至少一次結晶；
⑤ 乾燥分別得到L—阿拉伯糖成品。
上述技術方案其中所述步驟①脫色具體採用以下方式之一: 一種是一次性加入足量 的活性炭攪拌脫色、然後過濾；另一種是逆流式脫色工藝分N次加入活性炭，其中 N是大於或等於2的自然數，最後一次即第N次脫色使用新炭，第N-1次使用第N次 脫色後用過的舊碳，第N-2次使用第N-1次脫色後用過的舊碳，每次脫色後均過濾， 以此類推，第一次脫色過濾後的活性炭作為固廢回收。
上述技術方案其中所述步驟②除鹽包括先採用電滲析或EDI電除鹽、然後再離 子交換進行除鹽。
上述技術方案其中所述步驟③濃縮具體包括所述料液的糖濃度在60%以下使用 三效真空降膜蒸發器濃縮；所述料液的糖濃度高於60%則使用真空單效濃縮。
上述技術方案其中所述步驟④結晶包括兩次或兩次以上的結晶，每次結晶要將上一 次結晶的糖膏離心過濾後得到的糖重新溶解，蒸發濃縮後再次結晶；其中每次結晶包括 將濃縮後的料液打入臥式帶有攪拌 置及冷卻降溫裝置的結晶槽，採用降溫結晶的方式，控制降溫速度每小時降溫0.1 3。C;或在溫度55。C以上時每小時降0.5'C，待溫度
降至55'C以下時則每小時降rC;所述結晶槽攪拌轉速控制在0.5 20rpm;晶種加入量 佔糖液質量的0.5~10%)。 本發明的有益效果是-
本發明的方法除了生產L-阿拉伯糖，還能夠副產酒精乙醇、D-核糖、檸檬酸等葡萄 糖的發酵產物。
本發明的方法對料液的發酵抑制物如雜質雜菌等物質預先進行了脫除，使發酵可順 利進行；並且通過發酵方法去除了至少包括葡萄糖、以及半乳糖在內的雜糖，使得本發 明方法在色譜分離阿拉伯糖和木糖醇後可得到高純度的產品，本發明最終得到的L-阿拉 伯糖晶體純度可高達98~99.8%。
本發明的方法原料來源廣泛，可包括任何種類的農林廢棄物、還可以是木糖母液、 和/或含有五碳糖的生產廢液，尤其是含有五碳糖的生產廢液，主要是造紙製漿過程中 產生的廢液，這些廢液排放到環境中將會造成極大汙染，本發明將這些廢液進行了有效 利用，既為社會創造了新的財富又保護了環境。
本發明的方法經過實際生產的檢驗，其生產成本低、效率高，適合於大規模工業化 生產。


圖l是本發明第一技術方案的流程方框示意圖； 圖2是本發明第二技術方案的流程方框示意圖； 圖3是本發明第三技術方案的流程方框示意圖； 圖4是本發明第一技術方案色譜分離前譜圖5是本發明第二技術方案色譜分離前譜圖； 圖6是本發明第三技術方案色譜分離前譜圖。
具體實施例方式
以下通過具體實施例對本發明進行進一步闡述，需要明確的是，這些實施例只是用 於解釋，而不是限制本發明的，只要是符合本發明精神的任何技術方案，都應該在本發 明要求保護的範圍內。
本發明的原料可以是農林廢棄物的半纖維素水解液、木糖母液、及含有五碳糖的廢液，所述的農林廢棄物包括但不限於玉米芯、麥秸、甜菜渣、蔗渣、農作物秸稈、植 物的莖葉根、麩皮、玉米皮、等等，只要是含有五碳糖的農林廢棄物均可作為本發明的 原料。在本發明的技術方案中，首先要對農林廢棄物預處理成半纖維素水解液、和/或 木糖母液後再進行後續步驟。
半纖維素水解液及木糖母液、以及含有五碳糖的廢液中主要含有木糖、木聚糖、 L-阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖，其它的還有諸如甘露糖、鼠李糖等雜糖。本發明的目 的就是要將其中的L一阿拉伯糖提取出來，這就需要將其他成分去除掉。在這些要去除 的成分中，木糖是通過色譜分離的方法分離出去的；葡萄糖、及半乳糖可通過常規的發 酵手段去除，其中葡萄糖最易發酵，可利用普通的麵包酵母或釀酒酵母作為菌種的營養 碳源通過改變條件生成二氧化碳和水或乙醇；半乳糖的發酵相對來說要困難的多，需通 過篩選能夠利用半乳糖的菌種，優化發酵條件來進行發酵。甘露糖、鼠李糖等雜糖含量 較低，在進行葡萄糖、半乳糖的發酵時生成了二氧化碳和水，即使不發酵也不會影響阿 拉伯糖的結晶，所以不需要額外的步驟去除。木聚糖屬於本發明方法中的一種結晶抑制 劑，可在最終產品結晶前通過過濾方法與其他結晶抑制劑一同去除。
下面分別就本發明生產流程的不同所採用三種技術方案進行詳細描述
第一技術方案(工藝流程框圖見圖l):
步驟IIO，料液預處理
本發明的料液有三種來源農林廢棄物的水解液、木糖母液、及含五碳糖的廢液。 料液預處理步驟的目的是將各種適於提取L-阿拉伯糖製品的原料處理成為含有木糖、木 聚糖、L-阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、及其他雜糖的料液，以便於後續步驟處理。
先說農林廢棄物的水解液來源的料液的預處理
將農林廢棄物處理成為半纖維素水解液，僅以玉米芯為例進行說明，其他農林廢棄 物的處理相同；具體包括以下步驟
1、 原料的上料及預處理
將玉米芯送入車間上料皮帶的接料鬥中，後由皮帶送到振動篩分輸送機上篩除一部 分泥沙及碎屑後進入洗滌機。玉米芯洗滌機應定期清除其沉砂鬥中的泥沙。洗滌後玉 米芯通過振動脫水篩脫水後進入鬥式提升機或大傾角帶擋邊皮帶輸送機，然後被提升輸 送到水解鍋頂的水平皮帶輸送機上，再由分配插板控制經溜槽送入需要裝料的水解鍋中。
2、 水解
16水解鍋裝滿料後始進行水解。
水解的第一步是稀酸預處理。進入水解鍋的玉米芯，其蜂窩狀外層仍不可避免附著 有牢固的泥土，而且玉米芯還含有非半纖維素的糖類、色素、果膠、含氮物和脂肪等， 這些物質進入水解液中將大大加重後序精製工序的負擔。所以玉米芯在水解前需要採用 稀酸預處理來提前除去這些雜質，處理條件為0.05 0.15y。wt硫酸110 13(TC處理l 3小 時。這個條件基本不會造成半纖維素水解而損失木糖，但通過稀酸預處理後，雜質被去 掉從而使水解液質量大為提高。
玉米芯經稀酸預處理後，排掉酸液，加入酸濃在0.5 P/。wt的酸液。通蒸汽升溫到規 定溫度128 132'C，並保溫維持規定的時間2.5小時，完成水解。
在其他實施例中，上述預處理步驟和水解步驟的酸液除硫酸外還可採用鹽酸、磷酸、 醋酸、硝酸、或者這些酸中的某兩種及兩種以上的酸的混合液，其酸液濃度根據酸性強 弱略有不同。
水解完成將水解液排出收集，廢渣水洗一下，然後打開排渣閥將殘渣排空。收集的 水解液主要組成如下木糖3~5%wt，阿拉伯糖0.4~0.65%wt，葡萄糖0.4 0.65%wt， 半乳糖0.1~0.2%wt，糖濃度一般在5 8Wwt。
3、 中和
由於水解液中含有0.5 P/。wt的硫酸，如果直接用於下一道工序會嚴重腐蝕設備並且 硫酸不易去除，因此需對硫酸進行中和。用泵將上述水解液送入中和罐，邊攪拌邊逐漸 往中和罐加入輕質碳酸鈣粉末，不斷用精密pH試紙檢測，直到pH上升到3.3 3.6，取樣 化驗，無機酸在0.09 0.12。/。wt時，再加入活性炭，在一個優選實施例中本發明為節約起 見加入的是後序脫色工序使用過的二次舊活性炭，充分攪拌後送去板框壓濾機過濾。
中和溫度對中和效果也有影響，較低溫度下硫酸鈣溶解度較大，會導致中和液中鈣 的殘留量增加。中和前宜將糖液加熱到80 82'C。
本步驟完成時料液被處理成為中和液。
4、 第一次脫色
脫色是將一定量的活性炭與中和液放到容器內進行攪拌，利用活性炭的脫色能力將 顏色脫掉。可採用一次性加入活性炭的方式，但是為了充分利用活性炭的脫色能力節約 活性炭，優選採用逆流式脫色工藝，即分N次加入活性炭，其中N是大於或等於2的自然 數，最後一次即第N次脫色使用新炭，第N-1次使用第N次脫色後用過的舊碳，第N-2次 使用第N-1次脫色後用過的舊碳，以此類推，每次脫色後均過濾，因中和液顏色較深，
17第一次脫色的活性炭消耗量較大，佔到總耗炭量的約四分之三，第一次脫色過濾後的活 性炭作為固廢回收。關於脫色的工藝流程及設備為已知公開技術，在此不再詳細敘述。 脫色罐中新鮮活性炭的加入量根據脫色液的透光率指標來控制，若脫色罐取樣經濾 紙過濾後檢測透光不夠，需補加新鮮活性炭直到取樣檢測透光達到60 76%。
由於木糖液中的許多色素在相對低溫下更容易被活性炭吸附，所以糖液在進入脫色
罐前宜降溫到50 52'C，這個溫度還有一個好處是脫色液進入前陽離子交換時不再需要降溫。
本步驟完成時料液被處理成為第一次脫色液。
5、 第一次除鹽.-
第一次脫色液中含有灰分、鹽、有機酸和無機酸， 一般需要通過離子交換來去除。 第一次離子交換一般連續經過陽離子樹脂交換、陰離子樹脂交換、陽離子樹脂交換。本 發明的離子交換設備使用離子交換柱，離交柱一用一再生，實現離子交換的連續操作。 在一個具體實施例中，本發明採用型號為001x7的陽離子樹脂及型號為D305的陰離子樹脂。
以上鹽及酸的去除除使用離子交換的方法外，還可以使用電滲析、EDI電除鹽等工 藝。電滲析、電除鹽等工藝為傳統的除鹽工藝，在此不再詳細敘述。
6、 第一次蒸發
本步驟的目的是將糖液濃度提高到26.0 28.0%，減少糖液體積，降低後序工序的 精製負擔，同時糖液中雜質的濃度也提高很多，為後序淨化工序提供了方便，也使後序 淨化後糖液質量更有保證。
蒸發一般採用三效或四效降膜蒸發器，從蒸發器出來後送去第二次脫色。糖液流經 各效膜蒸發器時，每效膜蒸發器都蒸發除去一部分水，糖濃度逐效升高。可通過調節進 入一效膜蒸發器的加熱新鮮蒸汽量來控制蒸發出料的糖濃度。
本步驟完成時料液被處理成為糖濃度為26~28%的糖液。
7、 第二次脫色
糖液通過第一次蒸發後，濃度提高，其中含有苯環類等化合物的有色物質濃度也同 時提高，加上一些有機物質在蒸發高溫作用下產生新的有色物質，糖液在第一次蒸發後 透光率下降到20%左右。這樣將使糖液的顏色變深，雜質含量升高，因此，在一個優選 實施例中，本發明還需對糖液進行第二次脫色。
第二次脫色也可以像第一次脫色一樣採用逆流脫色工藝以降低活性炭消耗。第一次蒸發後糖液溫度在60 65'C之間，第二次脫色與第一次脫色不同的是，無需對糖液進行 降溫。第二次脫色應該使得透光達到90 981 8、第二次除鹽
第二次除鹽也是本發明的一個優選實施例，上述第二次脫色後糖液送到第二次離子 交換工序繼續去除雜質離子。第二次交換的負荷比一次交換要小的多，第二次交換有多 種做法 一種是先經陰離子交換，再經陽離子交換；另一種是先經陽離子交換，再經陰 離子交換；還有一種是陽柱與陰柱串聯起來使用，同時投入使用，同時進行再生。第一 種方法酸鹼消耗最低，第二種方法對陰樹脂保護較好，第三種操作最為方便。 一般採用 第一種方法。
第二次雜質離子的去除除使用離子交換的方法外，還可以使用電滲析、EDI電除鹽 等工藝。電滲析、電除鹽等工藝為傳統的除鹽工藝，在此不再詳細敘述。
本發明另外兩種來源的料液——木糖母液、及含五碳糖的廢液的預處理歩驟如下 木糖母液是指傳統木糖生產工藝過程中，木糖結晶後用離心機將固體C木糖晶體) 分離去除後而得到的液體。含有五碳糖的廢液主要為造紙製漿過程中產生的廢液，主要 是含有五碳糖的亞硫酸鹽製漿廢液，尤其是酸性亞硫酸鹽製漿廢液。廢液也可以是用酸 將生物質浸煮或水解製得任何其它溶液。這些廢液排放到環境中將會造成極大汙染，本 發明將這些廢液進行了有效利用，既為社會創造了新的財富又保護了環境。
木糖母液及含有五碳糖的料液相比於農林廢棄物原料已經是含有木糖、阿拉伯糖、 葡萄糖、半乳糖的溶液，其預處理工藝相對簡單。根據雜質情況一般經過過濾、除鹽等 淨化歩驟，具體如下
1、 過濾
糖液先經過由粗到細的過濾方式，先除去大顆粒的機械雜質，然後用精密過濾再除 掉懸浮顆粒及塵土等。最後，使用膜過濾設備去除膠體、蛋白等高分子物質。
過濾採用板框壓濾機、袋式過濾機、水平過濾機、精密過濾機、過濾式離心機等過 濾設備。根據機械雜質的顆粒大小選擇不同過濾孔徑的濾網及濾芯。
膜過濾設備採用陶瓷膜、金屬膜、有機巻式膜、管式膜等，優選採用有機巻式膜，
截留尺寸為100 5000g/mo1，優選100 3000g/mo1，最優選200 2500g/mo1。
2、 除鹽
一般廢液裡都或多或少含有上一工序帶來的離子等雜質，雜質離子的存在一方面會影響下一步的濃縮使糖液顏色變深及破壞糖;另一方面含有雜質離子尤其是重金屬離子 會影響下一工序的發酵。因此需要將廢液中的雜質離子除掉。除鹽一般採用離子交換的 方式或者採用電滲析、EDI電除鹽等工藝。離子交換、電滲析、電除鹽等工藝為傳統的 除鹽工藝，在此不再詳細敘述。經過除鹽後料液的電導率小於1000jiS，優選電導率小於 200us，最優選電導率小於50us。
以上就是本發明對於料液的預處理，預處理完成後，料液成為含有木糖、木聚糖、 L-阿拉伯糖、葡萄糖、半乳糖、及其他雜糖的糖液，這種糖液還混雜有鹽類等雜質，然 後再對料液進行下面的流程
步驟120，濃縮
因為糖濃太低會影響色譜設備的分離效果及工作效率，並且會使分離後的級分糖濃 度過低，降低後續工序設備的利用率。因此，進色譜分離設備之前應將糖液濃縮至 50 60%的糖濃。
如果料液是濃度已經達到50%以上的木糖母液則不用濃縮而直接進下一工序。為避
免糖液蒸發濃縮時高溫破壞以及節省蒸發所消耗的蒸汽，糖液濃縮一般釆用真空蒸發， 尤其是三效或四效真空降膜蒸發。
當然，在本發明的其他一些實施例中，也可以省略本步驟。 步驟130，色譜分離
進行色譜分離，主要保證將糖液中的木糖與阿拉伯糖進行分離，得到木糖級分、及 阿拉伯糖級分，這樣才能將木糖分離出去，包括葡萄糖和半乳糖在內的雜糖等分別進入 木糖級分、阿拉伯糖級分。
當含有鹽、雜糖、木糖和阿拉伯糖的料液被注入色譜分離系統並用水衝洗時，由於 料液中鹽、雜糖、木糖和阿拉伯糖各成分與固定相間的親和力依次增強；各成分在固定 相層中向前移動時的速度也相應依次減慢；產生速度差，使"慢"組分和"快"組分之 間實現分離。
本發明使用的是傳統的模擬移動床色譜分離系統，其組成及結構不再詳細敘述。 分離系統的運行工藝條件
(1)預處理為保護固定相，延長工作壽命，同時保證色譜柱的安全運行，所有
進柱的物料(包括工藝水)不能含有任何固體微粒，都需要通過孔徑至少20|^n的安全 過濾器；為了使高濃度的料液不析出結晶，進料必須保持溫度不低於60"，且溫度基 本維持不變。
20(2) 進系統木糖料液由進料泵送入色譜分離系統，去離子水由洗脫劑泵送入色 譜分離系統，同時開動色譜木糖產品出液、阿拉伯糖產品出液及鹽和葡萄糖的出料泵， 系統在自動化控制下進行連續生產。
洗脫劑為55 75'C去離子水。
(3) 系統通過控制閥和儀表，在可編程邏輯控制器(PLC)的控制下自動運行。 實現每根柱子向下根柱子的自動切換，切換時柱子的所有狀態及進出物料全部進行切 換。從而實現固定相的模擬移動。
(4) 出系統糖濃在50 60%左右，其中木糖純度>50%的木糖待處理液進入色譜 裝置，出色譜分離系統的產品有如下所述(1) + (4)、 (2) + (3)兩種；或者(1)、 (2)、
(3) + (4)三種；或者(1) + (4)、 (2)、 (3)三種；或者U)、 (2) + (3)、 (4)三 種；或者(1)、 (2)、 (3)、 (4)四種
(1) 木糖液級分木糖純度>80%，折光濃度約在15~30%;
(2) 阿拉伯糖液級分阿拉伯糖純度〉50%，折光濃度在5~15%;
(3) 甘油、糖醇類等雜質級分(即在使用鈣型色譜柱或者鉛型色譜柱，進行檢測 的HPLC譜圖上阿拉伯糖峰後面的雜質峰部分)折光濃度在1~8%;
(4) 有機酸、部分葡萄糖等雜質級分(即在使用鈣型色譜柱或者鉛型色譜柱，進 行檢測的HPLC譜圖上木糖峰前面的雜質峰部分)折光濃度在1 8%;
請同時參見圖4，圖4是本發明第一技術方案色譜分離前譜圖，圖中A—有機酸等， B—葡萄糖，C一木糖，D—阿拉伯糖，E—乙醇甘油等，F—雜醇。
這樣，就將糖液中的木糖與阿拉伯糖分離開，得到了木糖級分、及阿拉伯糖級分。 下面就阿拉伯糖級分的進一步處理流程進行說明 步驟13U，脫除發酵抑制物
阿拉伯糖級分中含有抑制菌種發酵的發酵抑制物，必須在糖液發酵前予以去除，這 些發酵抑制物主要包括雜質以及雜菌，其中的雜質包括帶苯環的色素物質、大分子的色 素、高分子化合物、重金屬離子、氯化物、膠體、聚合物等；其中的雜菌主要是自然界 中空氣中的雜菌如酵母菌、細菌等，阿拉伯糖級分中含有葡萄糖等營養物質，糖液只要 接觸空氣，空氣中的雜菌就會在糖液中生長、繁殖。這些發酵抑制物的去除方法包括-
①對於重金屬離子、氯化物、膠體等帶電離子，本發明採用電去離子或離子交換的 方法予以去除。優選的採用電去離子系統。用於本發明的電去離子系統包括但不限於例 如EDI電除鹽系統、電滲析等。②對於色素物質、高分子化合物、聚合物、及雜菌，本發明採用膜過濾、超濾、或 者實消的方法予以去除。
上述步驟①和②順序可以任意排列，其中優選先步驟①、後步驟②。
在本發明的一些實施例中的超濾方法選用無機膜或者高分子有機膜採用錯流過濾 的方式進行過濾。用於本發明的超濾膜中無機膜截留尺寸在30 500納米，高分子有 機膜截留尺寸在1000 10000g/mo1。優選無機膜截留尺寸在50 200納米，高分子有機膜 截留尺寸在1000 6000g/mo1。
在本發明的另一些實施例中，使用膜過濾脫除阿拉伯糖級分中的發酵抑制物，膜可 以採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、有機管式膜、平板膜等，優選採用有機巻式 膜、或管式膜，截留尺寸為500 6000g/mo1，優選500g/mo1 2000 g/mo1。
在本發明的又一些實施例中，不使用膜過濾，而是採用實消的方法脫除雜質以及雜 菌將料液加熱至60 12(TC，優選80 115'C進行滅菌處理。加熱設備均為通用設備， 不再贅述。
通常用於本發明的高分子有機膜包括但不限於例如聚醚碸膜、磺化聚醚碸膜、聚酯 膜、聚碸膜、聚芳醯胺膜、聚乙烯醇膜和聚哌嗪膜及其組合。常用的無機膜包括但不限 於例如Zr02-和Al203-膜。膜的構型選自例如管式、巻式、中空纖維等。
步驟1312，發酵除雜糖
阿拉伯糖級分內含有葡萄糖、半乳糖等雜糖。這些糖會隨著木糖及阿拉伯糖的結晶 而結晶出來，嚴重影響產品純度。由於葡萄糖與半乳糖是可發酵糖，因此，本發明採用 發酵的方式將其轉化成二氧化碳和水而去除;或者發酵轉化成其它沸點低的或在色譜分 離系統中易與阿拉伯糖分離的其他產品，在分離雜糖的同時副產乙醇、D-核糖、檸檬 酸等葡萄糖發酵產物。
對於大部分菌種來說，葡萄糖可作為菌種生長的營養物質或碳源而被利用。半乳糖 相對來說利用較困難，需通過篩選菌種或者改變發酵工藝參數及培養基配方來利用。
在厭氧及好氧狀態下使用以下菌種均能使葡萄糖和半乳糖發酵，其中厭氧發酵大部 分得到乙醇，好氧發酵得到乙醇及二氧化碳和水，這些菌種包括但不限於釀酒酵母、面 包酵母、葡萄汁酵母、薛瓦酵母、異常漢遜酵母、洛格酵母、卡爾波斯酵母等。優選採 用釀酒酵母、麵包酵母、葡萄汁酵母。更優選的採用釀酒酵母、葡萄汁酵母。其中的乙 醇通過蒸餾方式予以去除作為他用，本發明不再贅述。而半乳糖需在好氧狀態下才能被 釀酒酵母利用，並且利用半乳糖時營養物質與葡萄糖也有不同。在含有阿拉伯糖的前提下通過發酵去除葡萄糖、半乳糖生成其它產品的方法很多， 以下舉出了本發明的幾個示例，其中示例1和示例2都是僅以釀酒酵母為例進行說明的， 但是在另一些實施例中可採用上面提到的菌種進行葡萄糖和半乳糖的發酵。但本發明並 不限於以下的實施例，只要在不偏離本發明精神的基礎上所做的修改和改進，均屬於本 發明要求保護的範圍。
示例l、阿拉伯糖級分使用釀酒酵母在厭氧條件下發酵葡萄糖、半乳糖生成乙醇的 具體工藝參數如下其中的百分比數為質量百分比。
(1) 首先將阿拉伯糖液的糖濃度調整到10~40%，優選20~35%;
(2) 菌種培養基營養鹽的組成為尿素或硫酸銨0.01~0.5%，優選0.05-0.2%;
磷酸二氫鉀0.01 0.5%，優選0.01 0.2%;硫酸鎂0.01~0.4%，優選0.01~0.2%;
(3) 發酵工藝參數為pH: 2.5~5，溫度33 45'C，不通空氣或發酵開始時通入 微量空氣(0.1 0.3vvm)，當菌體濃度達到lS個/ml時，停止通空氣，進行厭氧發酵。
(4) 技術指標葡萄糖去除率97.15~98.5%，乙醇得率98~99%，阿拉伯糖得率 96 100%，半乳糖去除率35 55%;發酵時間8 22h。
示例2、阿拉伯糖級分使用釀酒酵母在好氧條件下發酵去除葡萄糖、半乳糖生成乙 醇、二氧化碳和水的具體工藝參數如下其中的百分比數為質量百分比。
(1) 首先將阿拉伯糖液的糖濃度調整到8~30%，優選10~25%;
(2) 菌種培養基營養鹽的組成為硫酸銨0.1~3.5%，優選0.5~2.5%;磷酸二氫
鉀0.1 5%，優選0.5-3%;硫酸鎂0.05~4%，優選0.2-2%;玉米漿(折乾物質計)
0.5~20%，優選1~10%。
(3 )發酵工藝參數為溫度25~45°C ，優選30~40; pH: 3.5-5.5，通空氣量0.2 0.5vvm。 經過10 28h的發酵，葡萄糖去除率為95%~98%，半乳糖去除率為50%~70%，乙 醇得率卯~95%，阿拉伯糖得率96 100%。
MMl^阿拉伯糖級分使用莽草酸缺陷型枯草芽孢桿菌在好氧條件下發酵去除葡萄 糖、半乳糖生成D-核糖的具體工藝參數如下其中的百分比數為質量百分比。
(1)培養基及培養條件 a、斜面培養基葡萄糖0.5~2%，優選0.8-1.6%;蛋白腖0.4~2%，優選0.8~1.5%; 酵母膏0.1 1%，優選0.2-0.6%;氯化鈉0.1~1.2%，優選0.2 0.8%;瓊脂0.8~3%，優 選1.5~2.5%; pH6.0~8.0，優選6.8~7.5;培養溫度30 40。C，優選32 38。C;培養時間 12~36小時，優選18~24h。
23b、 種子培養基葡萄糖1 3%，優選1.5~2.2%;玉米漿(折乾物質計)1 3.5%， 優選1.5~2.5%;酵母膏0.1~1%，優選0.2~0.6%;磷酸氫二鉀0.1~1%，優選0.2~0.7%; 磷酸二氫鉀0.1~0.8%，優選0.1~0.5%; pH6.0~8.0，優選6.8 7.5;培養溫度30 4(TC， 優選32 38t:;培養時間10 32小時，優選12~20h。
c、 發酵培養基葡萄糖5-15%，優選8~12%;玉米漿(折乾物質計)1~5%，優選 2~40/0;硫酸銨0.2~1.5%，優選0.5~1.0%;硫酸錳0.001~0.1%，優選0.002-0.008%;碳 酸鈣1~6%，優選2~4%;阿拉伯糖級分(培養體系中終折光濃度5~10%)， pH 6.0-8.0， 優選6.8 7.5;培養溫度30~40°C，優選32 38°C;培養時間30~90小時，優選40~85 小時。
(2) 工藝參數阿拉伯糖在發酵開始時加入到發酵罐，或者當發酵進行到葡萄糖 的濃度在0.5%時採用流加的方式加入到發酵罐。
(3) 技術指標葡萄糖去除率96~98.5%，阿拉伯糖得率94~98%，半乳糖去除率 80~90%， 0-核糖得率35~45%。
MMi二阿拉伯糖級分使用黑麴黴發酵去除葡萄糖、半乳糖生成檸檬酸的具體工藝 參數如下其中的百分比數為質量百分比。
(1 )首先將葡萄糖的濃度調整到5~10%，阿拉伯糖級分折光濃度控制在20%~30%。
(2) 培養基硫酸銨0.05~1%，優選0.1%-0.3%;硫酸鎂0.01~0.5%,優選0.05~0.08%， 玉米漿折乾物質計0.01~1 ，優選0.05~0.3%。
(3) 發酵工藝參數pH5~8，優選5.5 6.5;培養溫度30 42i:，優選35~38°0， 通氣量0.2 0.5vvm，發酵時間35~52h。
其工藝控制要點是先用葡萄糖將黑麴黴培養至對數末期，然後，向發酵罐內補加濃 度為20~30%的阿拉伯糖級分。
(4) 技術指標葡萄糖去除率95.6~98.7%，阿拉伯糖得率94.6~98.3%，半乳糖去 除率82 89%。檸檬酸得率為90~95%。
本步驟完成後，糖液成為主要成分為阿拉伯糖的發酵液，當然這種發酵液中還含有 菌體、鹽等雜質成分。 步驟1313，除菌體
因為發酵液中還含有菌體等固體雜質成分，而菌體屬於蛋白質，如果不去除的話， 蛋白質將在後續加熱程序中發生反應使得糖液顏色變深，影響產品質量，因此優選去除
這些菌體。在一個實施例中採用過濾或篩分設備，這些設備包括板框壓濾機、紙板過濾機、 過濾機、水平過濾機、振動篩等能將發酵液中的菌體攔截掉的設備；在另一個實施例中 採用膜過濾的方法，膜過濾設備可以採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、有機管式 膜、平板膜等，優選採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、平板膜，截留尺寸為 2500g/mol l[am，優選50nm lnm;在又一個實施例中料液先進入板框壓濾機再經過膜 過濾設備去除菌體和大部分蛋白，先用板框壓濾機過濾可以將發酵液中大部分菌體及機 械雜質去除，這樣再過膜，能夠使膜的通量加大，防止堵塞膜，延長膜的使用壽命。
進一步地，在一個優選實施例中，去除了菌體和大部分蛋白後的發酵液再加一次膜 過濾設備去除蛋白、色素、結晶抑制劑等雜質。所述膜過濾設備採用有機巻式膜、管式 膜等，優選採用有機巻式膜，截留尺寸為50 2500g/mo1，優選50 400g/mo1,最優選 100 300g/mo1。加此套膜的目的主要是為了去除蛋白、色素以及結晶抑制劑。去除蛋白 是為了減輕後續工序因美拉德反應造成糖液顏色變深給後續脫色造成的困難;去除色素 也是為了減輕後續脫色帶來的困難；結晶抑制劑主要是低聚糖、膠體、蛋白等大分子物 質，這裡的低聚糖主要是指木聚糖，這些物質會使糖的後續結晶困難，使晶體長不大， 通過膜過濾能將這些結晶抑制劑去除而更利於糖的結晶。此套膜的使用將提高本發明的 產品質量穩定性、降低原料消耗、改善結晶晶型。
本發明的膜過濾設備可採用高分子有機膜、或無機膜。通常用於本發明的高分子有 機膜包括但不限於例如聚醚碸膜、磺化聚醚碸膜、聚酯膜、聚碸膜、聚芳醯胺膜、聚乙 烯醇膜和聚哌嗪膜及其組合。常用的無機膜包括但不限於例如Zr02-和Al203-膜。膜的 構型選自例如管式、巻式、中空纖維等。
步驟1314, L-阿拉伯糖的後處理
阿拉伯糖有8種立體異構體，常見的為卩-L-阿拉伯糖和P-D-阿拉伯糖。天然的L-阿 拉伯糖很可能是由D-木糖被尿苷二磷酸衍生物經酶促異構化反應的結果。自然界D-阿 拉伯糖很少見，僅在某些細菌多糖中存在。本發明以下步驟中要提取的就是L-阿拉伯糖。
對發酵液的後處理步驟具體包括
①脫色
經過膜過濾後的發酵液進行活性炭脫色。脫色是在帶有攪拌器的脫色罐內進行的， 脫色溫度不需要嚴格控制， 一般按照所來料液的溫度進行。活性炭加入量為2%。~2%^。 攪拌時間為0.5 2小時。脫色工藝方式有兩種 一種是一次性加入足量的炭攪拌脫色、 過濾；另一種是逆流式脫色工藝，是本發明的優選方法，即分N次加入活性炭，其中N是大於或等於2的自然數，最後一次即第N次脫色使用新炭，第N-1次使用第N次脫色後 用過的舊碳，第N-2次使用第N-1次脫色後用過的舊碳，每次脫色後均過濾，以此類推， 第一次脫色過濾後的活性炭作為固廢回收。優選採用第二種工藝，該工藝可以大大減少 成本。本歩驟的脫色應該使得透光達到90 98%。
② 除鹽
除鹽的作用主要是淨化糖液，去除發酵過程中加入的營養鹽以及活性炭帶入的鹽 類。除鹽一般採用離子交換的方式或者採用電滲析、EDI電除鹽等工藝。離子交換、電 滲析、電除鹽等工藝為傳統的除鹽工藝，在此不再詳細敘述。在本發明的另一些實施例 中，在離子交換前可以加電滲析或EDI電除鹽進行除鹽，以減輕離子交換的負荷。
③ 濃縮
除鹽後的糖液進行濃縮，來料液糖濃度一般為10 20%，結晶時需將糖液濃縮至過 飽和狀態即50~85%的糖濃。糖液濃縮時，糖濃度在60%以下使用三效真空降膜蒸發器 濃縮；糖濃度高於60%則使用真空單效濃縮。
結晶
濃縮後的糖液打入結晶槽。結晶槽為臥式帶有攪拌裝置及冷卻降溫裝置的容器，攪 拌一般為雙螺帶式攪拌，結晶槽帶有夾套和盤管，可以通入冷卻介質和加熱介質。阿拉 伯糖的結晶採用降溫結晶的方式。從單效濃縮後糖膏的溫度開始降溫，控制降溫速度每 小時降溫0.1 3'C;優選0.5 2t:;更優選55r以上每小時降0.5。C，降至55°〇以下，每小 時降rC。結晶槽攪拌轉速控制在0.5 20rpm，優選0.5 5rpm。晶種加入量佔糖液質量的 0.5-10。；，優選1~5%。。控制好結晶前糖液的濃度及降溫時間，使得結晶後糖膏中的固 體含量>20%，優選》40%。
由於結晶工藝本身是提純淨化的過程，因此阿拉伯糖的結晶次數至少為一次，優選 為2次。如果需要多次結晶時，要將上一次結晶的糖膏離心過濾後得到的糖重新溶解， 蒸發濃縮後再次結晶。
結晶結束後，得到含晶體的糖膏，然後再使用過濾式離心機將晶體糖與母液進行分 離。本發明得到的阿拉伯糖晶體純度為98~99.8%。
⑤乾燥得到L-阿拉伯糖成品
過濾後的晶體糖經過千燥後水分《0.2%。乾燥採用的是通用設備和通用工藝，不再贅述。
第二技術方案(工藝流程框圖見附圖2):
26通過比對圖1和圖2可明顯看出，圖2的技術方案與圖1的方案很相似，主要的不同處 在於，圖l的技術方案中是先進行色譜分離得到阿拉伯糖級分和木糖級分，再將"除發 酵抑制物"、"發酵除雜糖"、以及"除菌體"這三個步驟置於阿拉伯糖級分的處理流程 中，而圖2的技術方案則先進行"除發酵抑制物"、"發酵除雜糖"、以及"除菌體"這三 個步驟，然後再通過色譜分離得到阿拉伯糖級分並進行後續處理。第二技術方案具體包 括以下步驟
步驟210，料液預處理
與第一技術方案的步驟110相同，半纖維素水解液、木糖母液、及含有五碳糖的農 林廢棄物廢液經淨化過濾後濃縮或者稀釋至總糖糖濃在10~30%左右。 步驟220，脫除發酵抑制物 與步驟1311相同。 步驟230，發酵除雜糖
與歩驟1312相同。經過本步驟處理後料液成為發酵液。 步驟240，除菌體
與步驟1313相同。經過本步驟處理後料液成為總糖濃度在10~20%左右的糖液。 步驟250，濃縮
經過除菌體後的發酵液進行蒸發濃縮至糖濃50~60%。濃縮設備採用與步驟120相同 的設備。在一個優選實施中，該濃縮步驟前可以用離子交換、電滲析、電除鹽等除鹽方 式進行除鹽，以減輕由於離子在加熱時與糖發生美拉德反應從而導致糖液顏色變深。
步驟260，色譜分離
在第二技術方案中，本步驟色譜分離與第一技術方案的步驟130的色譜分離基本相 同。不同的是，因為糖液已經經過了步驟220、 230發酵並脫除了大部分的葡萄糖、半乳 糖，剩餘少量的葡萄糖、半乳糖分到各個級分的含量略有不同。所以步驟260的色譜分 離只需要分離木糖及阿拉伯糖即可，分離工藝相對來說較容易。葡萄糖、半乳糖的發酵 產物根據在色譜中的吸附程度而分到相應的級分中。
具體的經過色譜分離後出系統的料液為.-
總糖濃在50~60%左右，其中木糖純度》60%的木糖待處理液進入色譜裝置，出色 譜分離系統的產品有如下所述(1)、 (2)、 (3)， (1)、 (2)、 (4)三種；或者(1)、 (2)、 (3)、木糖峰前面的雜質級分，(1)、 (2)、 (4)、阿拉伯糖峰後面的雜質級分四種 (1)木糖液級分木糖純度>80%，折光濃度約在15~30%;(2) 阿拉伯糖液級分阿拉伯糖純度>50%，折光濃度在5~15%;
(3) D-核糖級分(即在使用鈣型色譜柱或者鉛型色譜柱，請參見圖5所示，在進 行檢測的HPLC譜圖上阿拉伯糖峰後面的產品峰部分)折光濃度在1~8%;
(4) 檸檬酸級分(即在使用鈣型色譜柱或者鉛型色譜柱，進行檢測的HPLC譜圖 上木糖峰前面的產品峰部分)折光濃度在1~8%;
如圖5本發明第二技術方案色譜分離前譜圖所示，圖中G^檸檬酸，B—葡萄糖， C一木糖，D—阿拉伯糖，H—D-核糖。圖5中只是為了說明以上四種級分分割的位置， 在設備實際分離過程中，不會嚴格按照圖5中分割的位置清晰分離，而是"你中有我， 我中有你"夾雜在裡面，但主要成分是以上四種級分。
下面分別是阿拉伯糖級分的處理流程
步驟261， L-阿拉伯糖的後處理
與步驟1314相同。只是處理的料液是阿拉伯糖級分料液，不再重複說明。 本步驟結束後，得到阿拉伯糖晶體純度為98~99.8%。乾燥後阿拉伯糖晶體水分《 0.2%。
第三技術方案(工藝流程框圖見附圖3):
圖3的技術方案與圖2的相比，第三技術方案是將生物發酵生產木糖醇的步驟提前到 色譜分離之前進行，第三技術方案的發酵除雜糖只脫除葡萄糖，並保持一定的葡萄糖濃 度以利於下一步的生物發酵。脫除葡萄糖並去除菌體後直接接種菌種進行生物發酵生成 木糖醇，最後使用色譜分離分離開木糖醇、阿拉伯糖及其它葡萄糖的發酵產品。
生物發酵生產木糖醇的原理是木糖料液在菌種的作用下可首先生成木糖醇，然後
伴隨著菌種的生長，發生進一步代謝將生成木酮糖等其他代謝產物，因此為了提高木糖 醇的產量，本發明採用了控制給氧量、以及控制菌種的密度，降低木糖到木酮糖的代謝 途徑，其中本發明對於菌種的密度的控制是通過控制木糖料液中的葡萄糖含量來實現的。
第三技術方案具體包括以下步驟
步驟310，料液預處理
與第一技術方案的步驟110相同，半纖維素水解液、木糖母液、及含有五碳糖的農 林廢棄物廢液經淨化過濾後濃縮或者稀釋至糖濃在10~30%左右。 步驟320，脫除發酵抑制物 與步驟1311相同，只是所處理的料液不同。步驟330，發酵脫除葡萄糖
與步驟1312基本相同，只是所處理的料液不同，而且只去除葡萄糖，不需要去除半
乳糖。具體包括
在本技術方案中，脫除了發酵抑制物的料液在發酵前的脫雜糖主要是發酵去葡萄
糖，使葡萄糖濃度控制0.1~5%的範圍，優選0.1~2%之內。控制葡萄糖濃度的手段有很多，包括但不限於通過控制發酵時間和/或改變通氣量等，均是本領域技術人員熟知的，故不再贅述。如果還有半乳糖，則作為碳源進入木糖醇的發酵，發酵過程中半乳糖能夠被熱帶假絲酵母利用，所以該步驟不需要脫除半乳糖。
在一個實施例中，本步驟除葡萄糖的菌種使用釀酒酵母，具體工藝參數如下
(1) 首先將糖濃度調整到8~40%，優選10~35%;
(2) 菌種培養基營養鹽的組成為硫酸銨0.1~3.5%，優選0.5~2.5%;磷酸二氫
鉀0.1~5%，優選0.5-3%;硫酸鎂0.05~4%，優選0.2~2%;玉米漿(折乾物質計)
0.5~20%，優選1~10%。
(3) 發酵工藝參數為溫度25~45°C，優選30~40; pH: 3.5~5.5，通氣量0.2 0.8vvm。經過10 28h的發酵，葡萄糖含量降至0.1 2%。
步驟340，除菌體
與步驟1313相同，只是所處理的料液不同。步驟350,生物發酵生產木糖醇
本發明生物發酵木糖生成木糖醇的菌種包括但不限於例如熱帶假絲酵母、白球似酵母、莫格假絲酵母、季也蒙假絲酵母、異常漢遜酵母、扣囊復膜孢酵母、近平滑假絲酵母和擬熱帶假絲酵母等。優選的採用熱帶假絲酵母、莫格假絲酵母、異常漢遜酵母。更優選的採用熱帶假絲酵母、異常漢遜酵母。以下實施例僅以熱帶假絲酵母菌種為例進行說明。
經過上一步驟去除菌體後的發酵液接入一株熱帶假絲酵母菌種對木糖進行發酵產
生木糖醇，具體工藝條件如下，其中的百分比數為質量百分比
(l)將熱帶假絲酵母菌種按照以下種子培養基的配方及條件在一級種子罐內培養，
將一級種子按照5~20%的接種量接入二級種子罐，按照以下種子培養基配方及培養條件進行培養。將二級種子按照5~20%的接種量接入發酵罐按照以下第一批發酵培養基及工藝控制要求進行發酵。發酵結束後去除菌體，去除的菌體返回至下一批作為菌種進行發酵，回用發酵按照以下回用發酵培養基及工藝控制進行。(2) 培養基及工藝控制
a、 種子培養基及工藝控制-
麥芽浸粉0.5 2%，優選0.8 1.5%;酵母粉0.1~1%，優選0.2~0.6%;蛋白腖0.1 1， 優選0.3~0線葡萄糖0.5 2.5%，優選1 1.5%;木糖0.5~2.5，優選1~1.5%， pH 5.0 7.5， 優選5.5 7.0;溫度30 4(TC，優選33-36。C;培養時間15 20h。
b、 第一批發酵培養基及工藝控制
本實施例中，預處理的糖液中葡萄糖含量為2%以下，優選在0.1 2%，折光濃度 20 30%，磷酸二氫銨0.1~1%，優選0.2~0.6%;磷酸二氫鉀0.05 0.5，優選0.1-0.3%; 硫酸鎂0.005-0.02%，優選0.008-0.01%;玉米漿折乾物質計0.5~2%，優選0.8~1.5%。
工藝控制pH5 6;溫度33 42。C;通氣量0.1 2vvm，優選0.3 lvvm。當葡萄糖 的濃度在0.3%以上時，通過控制通氣量，維持溶解氧在20%以上；當葡萄糖的濃度在 0.3%以下時，通過控制通氣量，維持溶解氧在1%以下。
c、 熱帶假絲酵母回用發酵培養基及工藝控制
菌體是第一批發酵液經膜過濾或離心收集的全部菌體，預處理木糖級分(葡萄糖含 量在0.5%以下，優選0.1~0.5%)折光濃度20~30%，磷酸二氫銨0.05 0.3%，優選 0.08-0.15%;磷酸二氫鉀0.1 0.3%，優選0.12 0.2%;硫酸鎂0~0.1%，優選0 0.01°/。； 玉米漿折乾物質計0.01~0.3%，優選0.02~0.2%;
工藝控制pH 5~6，溫度33 42。C，通氣量0.1 2vvm，優選0.3 0.5vvm;通過控 制通氣量，維持溶解氧在1%以下。
(3) 技術指標菌體回用批數6 12批，糖醇轉化率65~75%，發酵時間22~38h。 步驟360，除熱帶假絲酵母菌體
發酵液除熱帶假絲酵母菌體，在一個實施例中採用過濾或篩分設備，這些設備包括 板框壓濾機、紙板過濾機、過濾機、水平過濾機、振動篩等能將發酵液中的菌體攔截掉 的設備；在另一個實施例中採用膜過濾的方法，膜過濾設備可以採用陶瓷膜、金屬管式 膜、有機巻式膜、有機管式膜、平板膜等，優選採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、 平板膜，截留尺寸為2500g/mol lpm，優選50nm lnm;在又一個實施例中料液先進入 板框壓濾機再經過膜過濾設備去除菌體和大部分蛋白。
進一步地，在一個優選實施例中，去除了菌體和大部分蛋白後的發酵液再用膜過濾 設備去除蛋白、色素、結晶抑制劑等雜質。所述膜過濾設備釆用有機巻式膜、管式膜等， 優選採用有機巻式膜，截留尺寸為50 2500g/mo1，優選50 400g/mo1，最優選
30100 300g/mo1。加此套膜的目的主要是為了去除蛋白、色素以及結晶抑制劑。去除蛋白 是為了減輕後續工序因美拉德反應造成糖液顏色變深給後續脫色造成的困難;去除色素 也是為了減輕後續脫色帶來的困難；結晶抑制劑主要是低聚糖、膠體、蛋白等大分子物 質，這些物質會使糖的後續結晶困難，使晶體長不大，通過膜過濾能將這些結晶抑制劑 去除而更利於糖的結晶。此套膜的使用將提高本發明的產品質量穩定性、降低原料消耗、 改善結晶晶型。
上述膜過濾設備採用高分子有機膜、或無機膜；通常用於本發明的高分子有機膜包 括但不限於例如聚醚碸膜、磺化聚醚碸膜、聚酯膜、聚碸膜、聚芳醯胺膜、聚乙烯醇膜 和聚哌嗪膜及其組合。常用的無機膜包括但不限於例如Zr02-和Al203-膜。膜的構型選 自例如管式、巻式、中空纖維等。
過濾後的菌體可以作為菌種接到下一批配好培養基的木糖糖液中，進行下一批的發 酵。除菌後的木糖醇液接著進行進一步的色譜提純或者直接進行脫色。
步驟370，濃縮
經過膜過濾後的發酵液進行蒸發濃縮至糖濃50~60%。所採用的設備與前述濃縮步 驟的設備相同，不再贅述。在一個優選實施中，該濃縮步驟前可以用離子交換、電滲析、 電除鹽等除鹽方式進行除鹽，以減輕由於離子在加熱時與糖發生美拉德反應從而導致糖 液顏色變深。
步驟380，色譜分離
該歩驟與步驟130基本相同。所不同的是由於色譜分離前去除了大部分的葡萄糖及 半乳糖，剩餘少量的葡萄糖、半乳糖分到各個級分的含量略有不同。並且葡萄糖、半乳 糖的發酵產物根據在色譜中的吸附程度而分到相應的級分中。
具體的經過色譜分離後出系統的料液為
糖濃在50~60%左右，其中木糖醇純度》50%的木糖醇待處理液進入色譜裝置，出 色譜分離系統的產品有如下所述(1)、 (2)、 (3)， (1)、 (2)、 (4)三種；或者(1)、 (2)、 (3)、阿拉伯糖峰前面的雜質級分，(1)、 (2)、 (4)、木糖醇峰後面的雜質級分四種
(1) 木糖醇級分木糖醇純度>90%，折光濃度約在15~30%;
(2) 阿拉伯糖液級分阿拉伯糖純度>50%,折光濃度在5~15%;
(3) D-核糖級分(即在使用鈣型色譜柱或者鉛型色譜柱，進行檢測的HPLC譜圖 上阿拉伯糖峰後面的產品峰部分)折光濃度在1 8%;
(4) 擰檬酸級分(即在使用鈣型色譜柱或者鉛型色譜柱，進行檢測的HPLC譜圖上木糖峰前面的產品峰部分)折光濃度在1~8%;
如圖6色譜圖所示，圖中G-檸檬酸，C-木糖，D-阿拉伯糖，I-木糖醇，H-D-核糖。
圖6中只是為了說明以上四種級分分割的位置，在設備實際分離過程中，不會嚴格按照 圖6中分割的位置清晰分離，但主要成分是以上四種級分。 步驟381， L-阿拉伯糖的後處理
與步驟1314相同。只是處理的料液是阿拉伯糖級分料液，不再重複說明。 本步驟結束後，得到阿拉伯糖晶體純度為98~99.8%。乾燥後阿拉伯糖晶體水分《 0.2%。
在上述本發明的第三技術方案中，對於脫除葡萄糖、半乳糖的發酵產生的副產品如
乙醇、D-核糖、檸檬酸等葡萄糖、半乳糖的發酵產物，本發明通過以下方式進行分離
去除乙醇等易揮發的產物在發酵液淨化完畢後活性碳脫色之前先進入乙醇蒸餾裝置進 行精餾回收。
如果是D-核糖、檸檬酸等不能揮發蒸餾的物質，可通過以下方式進行分離。本方案 由於發酵結束後直接進行色譜分離，因此D-核糖、檸檬酸等物質被分到除木糖醇、阿 拉伯糖級分以外的其它級分中。並且在其它級分中佔主要含量，因此可以通過結晶的方 式作進行提純；或者，用色譜分離的方式進行分離提純。優選用色譜分離的方式進行分
離提純。
以上通過具體實施例對本發明的原理及方法進行了闡述，以上實施例的說明只是用 於幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本發 明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本發明書內容不 應理解為對本發明的限制。
權利要求
1、一種L-阿拉伯糖的生產方法，以農林廢棄物的水解液、木糖母液和/或含有五碳糖的生產廢液為原料，至少包括以下步驟(a)料液預處理，將所述原料處理為至少包括木糖、木聚糖、L-阿拉伯糖、葡萄糖、和半乳糖的混和料液；(b)色譜分離，將所述混合料液分離成為阿拉伯糖級分料液和木糖級分料液，得到阿拉伯糖級分料液；(c)包括以下步驟(c1)和(c2)，該兩步驟或者置於步驟(b)的色譜分離之前對所述混合料液進行處理、或者置於步驟(b)的色譜分離之後對所述阿拉伯糖級分料液進行以下兩步驟的處理(c1)除發酵抑制物，所述發酵抑制物是對發酵有抑制的雜質和雜菌；(c2)發酵除雜糖，所述雜糖至少包括葡萄糖、以及半乳糖；(d)最後對所述阿拉伯糖級分料液進行後處理得到L-阿拉伯糖。
2、 如權利要求1所述的方法，其特徵是所述農林廢棄物的水解液的料液預處理 包括下列步驟① 清洗去除所述農林廢棄物表面的泥沙及碎屑；② 稀酸預處理用稀酸浸泡所述農林廢棄物以去除雜質，所述稀酸濃度在 0.05~0.15%wt，溫度為110~130°C，處理時間為1 3小時；所述稀酸包括硫酸、 鹽酸、磷酸、醋酸、硝酸、或者這些酸中的某兩種及兩種以上的酸的混合液；③ 水解加入酸濃在0.5~l%wt的酸液，在溫度128 132t:保溫2.5小時；所 述酸液包括硫酸、鹽酸、磷酸、醋酸、硝酸、或者這些酸中的某兩種及兩種以 上酸的混合液； 中和首先將糖液加熱到80 82。C,然後加入碳酸鈣粉末，直到pH上升到 3.3~3.6，當無機酸在0.09 0.12。/。wt時，再加入活性炭；⑤ 第一次脫色首先將糖液降溫到50 52'C，然後加入活性炭攪拌直到取樣檢 測透光達到60~76%;⑥ 第一次除鹽採用離子交換、電滲析、或EDI電除鹽方法將第一次脫色液中含有的灰分、鹽、有機酸和無機酸予以去除；⑦ 第一次蒸發採用三效或四效降膜蒸發器將糖液濃度提高到26.0 28.0%;⑧ 第二次脫色加入活性炭攪拌；⑨第二次除鹽採用離子交換、電滲析、或EDI電除鹽方法將第二次脫色液中 含有的灰分、鹽、有機酸和無機酸予以去除。
3、 如權利要求2所述的方法，其特徵是所述步驟⑥的第一次除鹽採用的離子交 換是連續經過陽離子樹脂交換、陰離子樹脂交換、以及陽離子樹脂交換；所述步驟⑨的第二次除鹽採用的第二次交換選自以下方法其中之一 一種是先經陰 離子交換，再經陽離子交換；另一種是先經陽離子交換，再經陰離子交換；還有一種是 陽柱與陰柱串聯起來使用，同時投入使用，同時進行再生。
4、 如權利要求2或3所述的方法，其特徵是所述步驟⑤所述第一次脫色和步驟 ⑧所述第二次脫色分別採用逆流式脫色工藝分N次加入活性炭，其中N是大於或等 於2的自然數，最後一次即第N次脫色使用新炭，第N-1次使用第N次脫色後用過的 舊碳，第N-2次使用第N-1次脫色後用過的舊碳，以此類推，每次脫色後均過濾，第一 次脫色過濾後的活性炭作為固廢回收。
5、 如權利要求1-4任意一項所述的方法，其特徵是所述農林廢棄物是含有五碳 糖的農林廢棄物，至少包括玉米芯、麥秸、甜菜渣、蔗渣、農作物秸稈、植物的莖葉根、 種皮。
6、 如權利要求1所述的方法，其特徵是所述木糖母液、和/或所述含五碳糖的廢 液的預處理包括① 過濾先採用機械過濾設備、再採用膜過濾設備進行過濾；所述機械過濾設備 包括板框壓濾機、袋式過濾機、水平過濾機、精密過濾機、以及過濾式離心機； 所述膜過濾設備包括陶瓷膜、金屬膜、有機巻式膜、以及管式膜，截留尺寸為 100~5000g/mol;② 除鹽採用離子交換的方式或者採用電滲析、EDI電除鹽方法。
7、 如權利要求6所述的方法，其特徵是所述膜過濾設備為有機巻式膜，截留尺寸為100-3 000g/mol。
8、 如權利要求7所述的方法，其特徵是:所述有機巻式膜截留尺寸為200 2500g/mo1。
9、 如權利要求6-8任意一項所述的方法，其特徵是所述含五碳糖的廢液至少包 括造紙製漿過程中產生的廢液、含有五碳糖的亞硫酸鹽製漿廢液、酸性亞硫酸鹽制槳 廢液、或用酸將生物質浸煮或水解製得的溶液。
10、 如權利要求1-9任意一項所述的方法，其特徵是所述步驟(b)的色譜分離之前還包括濃縮步驟，將料液的糖濃度濃縮至50 60%。
11、 如權利要求1-10任意一項所述的方法，其特徵是在所述色譜分離步驟中，所有進入色譜分離設備的所述混合料液和工藝水通過孔徑至少20Pm的過濾器去除固體 微粒；所述混合料液和工藝水保持溫度不低於6(TC;洗脫劑為55 75"C的去離子水。
12、 如權利要求1-11任意一項所述的方法，其特徵是步驟(cl)中的所述發酵抑 制物包括雜質以及雜菌，其中的雜質包括帶苯環的色素物質、大分子的色素、高分子化 合物、重金屬離子、氯化物、膠體、以及聚合物，其中的雜菌包括自然界的空氣中的酵母菌、和細菌；所述步驟(Cl)的除發酵抑制物進一步包括以下步驟① 對於所述雜質中的帶電離子重金屬離子、氯化物、及膠體，採用電去離子或離子 交換的方法予以去除；② 對於所述雜質中的色素物質、高分子化合物、聚合物、及雜菌，採用膜過濾、超 濾、或者實消的方法予以去除。
13、 如權利要求11所述的方法，其特徵是所述步驟①和②順序或者任意排列， 或者先步驟①、後步驟②。
14、 如權利要求12或13所述的方法，其特徵是:所述步驟①採用電去離子系統， 所述電去離子系統包括EDI電除鹽系統、以及電滲析；所述步驟②中的超濾方法選用無機膜或者高分子有機膜採用錯流過濾的方式進行過濾，所述無機膜截留尺寸在30-500納米；所述高分子有機膜截留尺寸在 1000 10000g/mol;所述步驟②中的膜過濾採用陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、有機管式膜、或平 板膜，截留尺寸為500~6000g/mol;所述步驟②中的實消方法是將所述料液加熱至60 12(TC行滅菌處理。
15、 如權利要求14所述的方法，其特徵是所述步驟②中的超濾方法選用無機膜 截留尺寸在50~200納米，高分子有機膜截留尺寸在1000~6000g/mol;所述步驟②中的膜過濾採用有機巻式膜或管式膜，截留尺寸為500g/mol 2000g/mol;所述實消方法將料液加熱至80 115t:進行滅菌處理。
16、 如權利要求14或15所述的方法，其特徵是所述高分子有機膜包括聚醚碸 膜、磺化聚醚碸膜、聚酯膜、聚碸膜、聚芳醯胺膜、聚乙烯醇膜和聚哌嗪膜及其組合； 所述無機膜包括ZrCb-和八1203-膜；所述膜的構型包括管式、巻式、及中空纖維。
17、 如權利要求1-16任意一項所述的方法，其特徵是所述步驟(c2)的發酵除雜 糖的步驟副產品包括乙醇、D-核糖、和/或擰檬酸，所述步驟(c2)包括以下方法的其 中之一① 使用菌種在厭氧條件下發酵葡萄糖、半乳糖生成乙醇；② 使用菌種在好氧條件下發酵去除葡萄糖、半乳糖生成乙醇、二氧化碳和水；③ 使用莽草酸缺陷型枯草芽孢桿菌在好氧條件下發酵去除葡萄糖、半乳糖生成D-核糖；④ 使用黑麴黴發酵去除葡萄糖、半乳糖生成檸檬酸；其中所述方法①和②中的菌種選自以下之一釀酒酵母、麵包酵母、葡萄汁酵母、 薛瓦酵母、異常漢遜酵母、洛格酵母、或卡爾波斯酵母。
18、如權利要求17所述的方法，其特徵是所述步驟(C2)的四種方法分別進一 步包括以下步驟，其中的百分比數為質量百分比 方法①(a) 首先將料液的糖濃度調整到10~40%;(b) 菌種培養基營養鹽的組成為尿素或硫酸銨0.01~0.5%，磷酸二氫鉀-0.01~0.50/0， i5^酸糹美0.01~0.40/0;(c) 發酵工藝參數為pH: 2.5~5，溫度33 45。C，不通空氣或發酵開始時通入 0.1 0.3wm的空氣，當菌體濃度達到lS個/ml時，停止通空氣，進行厭氧發酵； 發酵時間8 22小時；(d) 最後得到葡萄糖轉化率97.15~98.5%，乙醇得率98~99%，阿拉伯糖得率 96~100%，半乳糖去除率35 55%;方法②(a) 首先將料液的糖濃度調整到8~30%;(b) 菌種培養基營養鹽的組成為硫酸銨0.1~3.5%，磷酸二氫鉀0.1~5%，硫 酸鎂0.05~4%，玉米漿折乾物質計0.5~20%;(c) 發酵工藝參數為溫度25 45。C, pH: 3.5-5.5，通氣量0.2 0.5wm，發酵時間 10~28小時；(d) 最後得到葡萄糖去除率為95% 98%，半乳糖去除率為50%~70%，乙醇得率 90~95%，阿拉伯糖得率96~100%;方法③(a)培養基及培養條件斜面培養基葡萄糖0.5~2%，蛋白腖0.4 2%，酵母膏0.1~1%，氯化鈉0.1 1.2%， 瓊脂0.8 3%， pH6.0~8.0，培養溫度30 4(TC，培養時間12 36小時；種子培養基葡萄糖1~3%，玉米漿折乾物質計1~3.5%，酵母膏0.1~1%，磷酸氫二鉀0.1~1%，磷酸二氫鉀0.1 0.8%， pH 6.0-8.0，培養溫度30 4(TC，培養時間 10~32小時；發酵培養基葡萄糖5-15%，玉米漿折乾物質計1~5%，硫酸銨0.2 1.5%，硫酸錳 0.001~0.1%，碳酸#51 6%，料液的培養體系中終折光濃度5 10%， pH6.0 8.0， 培養溫度30 4(TC ，培養時間30 90小時；(b) 工藝參數料液發酵開始時加入或者當發酵進行到葡萄糖的濃度在0.5%時，採用流加的方式 加入；(c) 最後得到葡萄糖去除率96~98.5%,阿拉伯糖得率94 98%，半乳糖去除率 80~卯％; D-核糖得率35 45。/o;方法 :(a) 首先將葡萄糖濃度調整到5 10%，料液折光濃度控制在20%~30%;(b) 培養基硫酸銨0.05~1%，硫酸鎂0.01~0.5%，玉米漿折乾物質計0.01 1;(c) 發酵工藝參數pH5~8，培養溫度30 42t:，通氣量0.2 0.5vvm，發酵時間 35~52小時,先用葡萄糖將黑麴黴培養至對數末期，然後，向發酵罐內補加濃度為 20 30%的阿拉伯糖級分,產檸檬酸濃度為5~6%，轉化率為92~95%;(d) 最後得到葡萄糖去除率95.6~98.7%，阿拉伯糖得率94.6~98.3%，檸檬酸得率 為90~95%，半乳糖去除率82~89%。
19、 如權利要求1-18任意一項所述的方法，其特徵是所述步驟(c2)後還包括除菌體通過過濾或篩分方法、或第一次膜過濾方法、或先採用過濾或篩分再通過第一次 膜過濾方法去除發酵液中的菌體；所述過濾或篩分設備包括板框壓濾機、紙板過濾機、過濾機、水平過濾機、以及振動篩；所述第一次膜過濾設備包括陶瓷膜、金屬管式膜、有機巻式膜、有機管式膜、以 及平板膜，截留尺寸為2500g/mol lnm。
20、 如權利要求19所述的方法，其特徵是所述先採用過濾或篩分再通過第一次膜過濾方法還包括第二次膜過濾步驟，所述第二次膜過濾設備包括有機巻式膜、管式膜。
21、 如權利要求19或20所述的方法，其特徵是所述第一次膜過濾設備採用陶瓷 膜、金屬管式膜、有機巻式膜、或平板膜，截留尺寸為50nm l)um;所述第二次膜過濾 設備採用有機巻式膜，截留尺寸為50~2500g/md。
22、 如權利要求19、 20或21所述的方法，其特徵是所述第一次膜過濾設備和所述第二次膜過濾設備採用高分子有機膜、或無機膜；所述高分子有機膜包括聚醚碸膜、 磺化聚醚碸膜、聚酯膜、聚碸膜、聚芳醯胺膜、聚乙烯醇膜和聚哌嗪膜及其組合；所述 無機膜包括Zr02-和Al20r膜；所述膜的構型包括管式、巻式、及中空纖維。
23、如權利要求l-22任意一項所述的方法，其特徵是所述阿拉伯糖級分料液的 後處理步驟、對除菌體後的所述阿拉伯糖級分料液進行下列步驟① 脫色採用活性炭，加入量為2^。 2。/。wt，攪拌時間為0.5 2小時；② 除鹽採用離子交換、電滲析、和/或EDI電除鹽方式；(D濃縮將所述阿拉伯糖級分料液濃縮至過飽和狀態即50~85%的糖濃度；④ 結晶包括至少一次結晶；⑤ 乾燥分別得到L一阿拉伯糖成品。如權利要求23所述的方法，其特徵是所述步驟①脫色具體採用以下方式之一 一種是一次性加入足量的活性炭攪拌脫色、然後過濾；另一種是逆流式脫色工藝分N次加入活性炭，其中N是大於或等於2的自然數，最後一次即第N次脫色使用新炭， 第N-l次使用第N次脫色後用過的舊碳，第N-2次使用第N-l次脫色後用過的舊碳， 每次脫色後均過濾，以此類推，第一次脫色過濾後的活性炭作為固廢回收。
24、 如權利要求23所述的方法，其特徵是所述步驟②除鹽包括先採用電滲析或EDI電除鹽、然後再離子交換進行除鹽。
25、 如權利要求23所述的方法，其特徵是所述步驟③濃縮具體包括所述料液的糖濃度在60%以下使用三效真空降膜蒸發器濃縮；所述料液的糖濃度高於60%則使用真空單效濃縮。
26、 如權利要求23所述的方法，其特徵是所述步驟④結晶包括兩次或兩次以上的結晶，每次結晶要將上一次結晶的糖膏離心過濾後得到的糖重新溶解，蒸發濃縮後再次結晶；其中每次結晶包括將濃縮後的料液打入臥式帶有攪拌裝置及冷卻降溫裝置的結晶槽，採用降溫結晶的方式，控制降溫速度每小時降溫0.1 3。C;或在溫度55'C以上 時每小時降0.5。C，待溫度降至55卩以下時則每小時降rc;所述結晶槽攪拌轉速控制 在0.5 20rpm;晶種加入量佔糖液質量的0.5~10%0。
全文摘要
一種L-阿拉伯糖的生產方法，同時副產乙醇、D-核糖、檸檬酸。以農林廢棄物的水解液、木糖母液和/或含有五碳糖的生產廢液為原料，包括步驟(a)料液預處理；(b)色譜分離，將料液分離成為阿拉伯糖級分料液和木糖級分料液；(c)去除對發酵有抑制作用的雜質和雜菌和至少包括葡萄糖、半乳糖的雜糖；(d)對所述阿拉伯糖級分料液進行後處理得到L-阿拉伯糖。其中(c1)和(c2)或置於步驟(b)的色譜分離之前、或置於步驟(b)之後。本發明生產成本低、效率高，適合於大規模工業化生產。
文檔編號C07H3/02GK101665524SQ200910018799
公開日2010年3月10日 申請日期2009年9月30日 優先權日2009年9月30日
發明者唐一林, 孟海波, 崔建麗, 江成真, 芹 賀, 高紹豐 申請人:濟南聖泉集團股份有限公司