食品级葡萄糖酸钠的生产方法

摘要

本发明涉及一种生物化工技术，即一种食品级葡萄糖酸钠生产方法，包括葡萄糖借助黑曲霉菌发酵产生葡萄糖氧化酶，在供氧条件下催化葡萄糖脱氢氧化成葡萄糖内酯，然后使酯分解得到葡萄糖酸，流加氢氧化钠进行中和，得到含葡萄糖酸钠发酵液的过程。其特点是：所述葡萄糖酸钠发酵液经PH值调整、升温、复滤净化后直接浓缩结晶，经分离干燥，得到食品级葡萄糖酸钠。其有益效果是：破除了先粗后精的传统工艺，用工业级产品生产前段工序的高纯物料直接生产食品级产品，简化了生产流程，避开了原工艺后期母液回配增加杂质及耗费材料等多种弊端，节约了大量的珍珠岩及活性炭，避免了环境污染，食品级产品可达到总产量的60％，产品成本低，质量好，为提高产品附加值，满足市场需求提供了条件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物化工技术，即一种食品级葡萄糖酸钠生产方法。

背景技术

葡萄糖酸钠是一种多羟基羧有机酸盐，即五羟基己酸钠。英文名称： Sodium Gluconate，化学名称：五羟基己酸钠，分子式：C₆H₁₁O₇Na，相对分子 质量：218.14。根据产品纯度及所含杂质的不同，葡萄糖酸钠可分为工业级、 食品级和医药级。工业级葡萄糖酸钠主要用于混凝土缓凝剂和减水剂，也可 用作水质稳定剂、钢铁表面清洗剂、玻璃瓶专用清洗剂等。食品级葡萄糖酸 钠产品主要用来生产葡萄糖内酯、葡萄糖酸钙、葡萄糖酸锌、葡萄糖酸铁、 葡萄糖酸等产品。葡萄糖酸钠有优良的呈味阈，无刺激性，无苦涩味，盐味 质接近食盐，阈值远高于其他有机酸盐，是食盐的5倍、苹果酸钠的2.6倍、 乳酸钠的16.3倍，在食品加工中用于调节pH值，改善食品呈味性，代替食 盐加工生产低盐或无盐(无氯化钠)的健康食品。葡萄糖酸钠用于食品行业， 还能有效地防止低钠综合症的发生，对增进人体健康、丰富人们生活起很大 作用。医药方面，葡萄糖酸钠具有调节人体内酸碱平衡，以恢复神经正常作 用。目前，食品级产品应用领域不断扩展，需求量持续上升。可是，现有技术 生产的葡萄糖酸钠食品级产品数量却很少，满足不了市场的需求。

现有的食品级葡萄糖酸钠产品是由工业级产品通过二次结晶精制而成。 工业级产品的生产工艺主要有两种：一种是化学氧化法，另一种是发酵法。 其中，前一种属于淘汰工艺，基本停用。后一种发酵法是由葡萄糖借助于黑 曲霉菌发酵产生的葡萄糖氧化酶，在供氧条件下催化葡萄糖脱氢氧化成葡萄 糖内酯，然后使酯分解，得到葡萄糖酸，其过程中流加氢氧化钠进行中和， 即可得葡萄糖酸钠发酵液。发酵终了不调PH值，不升温直接放入板框过滤， 加珍珠岩预涂，加活性炭脱色，再经板框过滤除炭渣，滤得清液调节PH值， 浓缩结晶分离，得到工业级产品。

在工业级产品的生产过程中，为了避免有效成分的流失和节约用水，在过 滤之前，要把上次分离的母液部分折回使用，其中带有大量杂质。在后处理阶 段，料液在高PH值条件下加热，易发生“美拉德”反应，生成大量的色素，使 料液颜色加深。在发酵终了之后不经升温直接过滤，易造成菌体自溶和杂菌繁 殖，使发酵液变浊。显然，要把工业级产品经溶解、浓缩结晶、干燥得到食品 级成品，就是要清除上述杂质。可是，杂质进入容易清理难，精制成本居高不 下，限制了食品级产品的生产和使用。此外，工业级产品生产的过滤和脱色阶 段，还要采用大量的珍珠岩和活性炭，既加大了成本，又形成了大量的废料污 染源。由于以上原因，目前食品级葡萄糖酸钠的产量很低，不足葡萄糖酸钠总 产量的5％。

发明内容

本发明的目的是提供一种过程简单、成本低、质量好的食品级葡萄糖酸钠生 产方法。

上述目的是由以下技术方案实现的：提供一种食品级葡萄糖酸钠生产方法， 包括葡萄糖借助黑曲霉菌发酵产生葡萄糖氧化酶，在供氧条件下催化葡萄糖脱 氢氧化成葡萄糖内酯，然后使酯分解得到葡萄糖酸，流加氢氧化钠进行中和， 得到含葡萄糖酸钠发酵液的过程。其特点是：所述葡萄糖酸钠发酵液经PH值调 整、升温、复滤净化后直接浓缩结晶，经分离干燥，得到食品级葡萄糖酸钠。

所述PH值调整是把发酵液PH值调整为6.0～6.5。

所述升温是将发酵液加热至55～65℃。

所述升温采用换热面积100m²，流速0.5m/s的板式换热器。

所述复滤净化是把经过加热处理的发酵液用板框过滤机初滤和复滤，截留 黑曲霉菌丝和残存蛋白质，得到透光率80％以上澄清滤液。

所述浓缩结晶是把经过复滤净化的滤液直接进入四效蒸发器真空浓缩，固 液比达到70∶30。

所述分离是采用LWL-520卧式螺旋卸料离心机进行分离。

所述干燥是采用振动流化床对分离的物料进行干燥。

所述葡萄糖借助黑曲霉菌发酵的过程是，以淀粉为原料，用双酶法制糖工 艺制得葡萄糖液，透光率≥90％，以黑曲霉菌为发酵菌株，经扩大培养后接入发 酵罐，其发酵条件是：罐温38±1℃，罐压0.08～0.1MPa，溶解氧饱和度20～ 40％，葡萄糖零小时含量为28～33％，种量8～10％，发酵配方：MgSO₄·7H₂O， 0.02～0.04％；(NH₄)₂HPO₄，0.04～0.05％；KH₂PO₄，0.02～0.04％；K₂HPO₄，0.02～ 0.04％；发酵时间26～30h，发酵过程中，菌丝体干重增殖到0.8～1.2％，发酵 液PH值5.4～5.6。

所述发酵液PH值调整为6.0～6.5，是在PH值5.4～5.6的发酵液间歇加 入氢氧化钠，PH值每提高0.2停止10-15分钟。

所述发酵液加热至55～65℃，是对38±1℃发酵液间歇加热，每提高5℃稳 定5-8分钟。

所述板框过滤机复滤得到的澄清过滤液，通过管式水冷设备或液氮制冷设 备把温度从50～55℃在20-25分钟内降低到10-15℃，维持15-20分钟，再 送入四效真空蒸发器浓缩。

本发明的有益效果是：破除了先粗后精的传统工艺，用工业级产品生产前 段工序的高纯物料直接生产食品级产品，简化了生产流程，避开了原工艺后期 母液回配增加杂质及耗费材料等多种弊端，节约了大量的珍珠岩及活性炭，避 免了环境污染，食品级产品可达到总产量的60％，产品成本低，质量好，为提高 产品附加值，满足市场需求提供了条件。

实施方式

本发明技术构思的形成过程是：在研究食品级葡萄糖酸钠生产方法的同时， 发现双酶法制得的淀粉糖质量非常好，糖液透光率高达90％以上，发酵液过滤清 液透光率也达到80％以上，应能满足食品级葡萄糖酸钠结晶对料液的质量要求。 于是，进行大胆的实验，取得了成功。新工艺颠覆了“先生产工业级产品，再 生产食品级产品”的传统工艺理念，仅截取了传统工艺前部的发酵工序，使发 酵液直接进入食品级产品的结晶过程，避开了传统工艺的多种弊端，相当于用 最好的原料直接进行精制，降低了精制的难度，而精制过程产生的余料再用于 工业级产品的制造，变先粗后精为先精后粗，产生了意想不到的效果。

为了便于理解，下面介绍两种实施例：

第一种实施例：以淀粉为原料，用双酶法制糖工艺制得葡萄糖液，以黑曲 霉菌为发酵菌株，经斜面培养及三角瓶、种子罐扩大培养后，接入发酵罐深层 发酵，在罐温38±1℃，罐压0.08～0.1MPa，溶解氧饱和度20～40％，葡萄糖零 小时含量为28～33％，种量8～10％，发酵配方：MgSO₄·7H₂O，0.02～0.04％； (NH₄)₂HPO₄，0.04～0.05％；KH₂PO₄，0.02～0.04％；K₂HPO₄，0.02～0.04％；的条件 下进行发酵，发酵时间26～30h，发酵过程中，菌丝体干重增殖到0.8～1.2％。

发酵结束后，将发酵液PH值由5.4～5.6调到6.0～6.5，再用换热面积100 m²的板式换热器，在0.5m/s的流速下加热升温至55～65℃，用泵送入板框过滤 机分离菌丝细胞，得到的清液用板框过滤机复滤，收集澄清过滤液送入四效真 空蒸发器浓缩，使浓缩液固液比达到70∶30。经LWL-520卧式螺旋卸料离心机 分离、振动流化床干燥得到食品级的葡萄糖酸钠产品。

据测定，产品中葡萄糖酸钠含量93.0％以上，白度80～82％，其它质量指标 均达到Q/TZS001-2013葡萄糖酸钠标准。以60000吨/年的生产规模计算，每年 可生产食品级葡萄糖酸钠40000吨，减少辅料助滤剂珍珠岩120吨，脱色剂活 性炭120吨，节约成本200万元，创产值约1400余万元。

第二种实施例：大量实验证明，葡萄糖酸钠发酵液PH值调整过程的最佳方 式为间歇式：向PH值5.4～5.6的发酵液间歇加入氢氧化钠，PH值每提高0.2 停止10-15分钟，直到调整到PH＝6.0～6.5，最佳PH＝6.3。与第一种实施例相 比，葡萄糖酸钠含量提高2％，达到95％以上，白度提高2％，达到82-84％。

第三种实施例：大量实验证明，葡萄糖酸钠发酵液加热过程的最佳方式为 间歇式：对38±1℃发酵液间歇加热，每提高5℃稳定5-8分钟，直至加热到 55～65℃。与直接调升相比，葡萄糖酸钠含量提高1％，和第二种实施例并用可 达到96％以上，白度提高2％，和第二种实施例并用可达到到84-85％。

第四种实施例：大量实验证明，在板框过滤机复滤之后，送入四效真空蒸 发器浓缩之前，对澄清过滤液进行快速降温，通过管式水冷设备或液氮制冷设 备在20-25分钟内把滤液的温度由50～55℃，降低到10-15℃，维持15-20 分钟。据测定，此时滤液里面的结晶过程已经进行过半，再送入四效真空蒸发 器浓缩，其浓缩的时间可缩短25-30％，葡萄糖酸钠含量约提高3％，与第二种 第三种实施例并用可达到99％以上，白度提高2-3％，与第二种第三种实施例并 用可达到86-87％。降温用水大幅升温，可用于前期工序或其他多种用热场合。