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，化學名為1,2,3,4-丁四醇，分子式為C4H10O4。赤蘚糖醇的生產方法有兩種，化學合成法和微生物發酵法。化學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是強放熱反應，但是，為了保持正常反應減少副反應，反應液溫度須保持在35℃以下，需要消耗大量能量，且反應時間很長。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，造成對能源的浪費。另外還存在環境污染和食品安全系數低等一系列問題。因此造成了化學合成法成本高，轉化率低，產物分離純化困難而無法工業化生產。發酵法產赤蘚糖醇，指利用微生物的生命活動，通過發酵產生赤蘚糖醇，再經過提純精制、濃縮、結晶等步驟獲得赤蘚糖醇。其條件溫和易控制，成本較為低廉，食品安全系數較高，因此發酵法是目前工業上生產赤蘚糖醇的主要方法。

赤蘚糖醇

應用^[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具有獨特的代謝方式，使得赤蘚糖醇擁有很多優良的生理功能，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、醫藥化工等領域的應用潛力巨大，目前正越來越受到人們的關注。

制備^[2]

（1）碎米糖液的生產

將秈米副產物碎米淘洗，挑除碎米中的雜質后，加40℃水浸泡2h后用磨漿機磨漿，細度為40目，加水將濃漿調至濃度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，每噸碎米加耐高溫α-淀粉酶240mL，反應時間90min，反應溫度100℃，當固形物含量為20%時到達反應終點，制得碎米液化液；

待碎米液化液冷卻后，用稀鹽酸將pH值調節至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基底物，另一個儲罐作為發酵培養基底物待用。

（2）赤蘚糖醇發酵液的制取

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

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

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%。無菌空氣經過濾除菌后通入發酵罐，罐壓0.5MPa，通氣量為0.5vvm，培養條件為罐溫30℃，轉速200r/min，培養時間24h。經菌種鏡檢及OD值等各項指標達標后獲得二級種子液；

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泵入發酵罐，降溫至30℃后接入二級種子液，接種量10%。發酵條件為罐溫28℃。無菌空氣經過濾滅菌后通入發酵罐，罐壓0.05MPa，通氣量為1vvm，轉速400r/min，發酵時間100h。葡萄糖濃度下降到0.5%時達到發酵終點，得到含赤蘚糖醇的發酵液，其中赤蘚糖醇含量為135g/L，赤蘚糖醇轉化率為43.3%。

（3）赤蘚糖醇產品的精制

將發酵液泵入至儲料罐后用板框壓濾機進行粗濾以除去發酵液中菌體、蛋白質等物質，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，以除去發酵液中的殘存的菌體、蛋白、核酸、膠體顆粒等大分子物質，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，濃縮倍數為15倍，制得納濾液；得到的納濾液通過多效降膜蒸發器濃縮至原體積液的20%后送入結晶罐，結晶罐留種10%。結晶總時間60h，其中養晶12h，冷卻結晶48h。常規離心分離，干燥包裝后制得產品，制得的赤蘚糖醇晶體為白色結晶粉末，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用. 中國食物與營養, 2008(005), 26-28.

[2] 楊海軍, & 鄭逢戰. (2006). 赤蘚糖醇在無糖糖果中的應用. 農產品加工.

[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狀及應用. 中國釀造(12).