邱全国 武长安 肖松林

1前言

赤藓糖醇具有甜度低、稳定性高、溶解热高、溶解度高、吸湿性低的特点。由于具有这些特点适于需蔗糖口感的食品，如巧克力和餐桌糖等。不被酶所降解，只能透过肾（易被小肠吸收）从血液中排至尿中排出，不参与糖代谢变化，故宜于怕糖人群食用，作为功能糖市场前景广阔。

目前，赤藓糖醇的生产可分为化学合成法和生物发酵法2种。化学合成法可由丁烯二醇与过氧化氢反应，然后将其水溶液与活性镍催化剂混合并加入阻化剂氨水，在0.5MPa左右通氢气，氢化后得赤藓糖醇产品，但化学法的生产效率低，尚未实现工业化生产。发酵法生产赤藓糖醇始于20世纪90年代，国际上均采用微生物发酵法大批量生产赤藓糖醇。由于成本因素，目前主要以小麦或玉米等淀粉质原料，经酶降解生成葡萄糖，由耐高渗透酵母或其它菌株发酵生产。赤藓糖醇发酵法工业化生产流程如下：淀粉—液化—糖化—葡萄糖一生产菌株发酵一过滤一色层分离一净化一浓缩一结晶一分离一干燥，最后得到赤藓糖醇，平均收率约50%。由于传统提取工艺效率低、收率低、水电消耗高、污染大等问题限制了赤藓糖醇行业的发展。

2.目前提取工艺现状

目前赤藓糖醇发酵液经过菌体灭活后，选择陶瓷膜过滤菌体，活性炭脱色，离子交换树脂脱盐，蒸发浓缩，结晶，分离，干燥，最终得到赤藓糖醇成品。由于发酵液中含有大量菌体、色素、蛋白、无机盐、葡萄糖、赤藓糖醇，想得到纯度较高的赤藓糖醇，必须分离菌体、去除色素、蛋白、脱盐、去除残糖（葡萄糖）。传统分离菌体的方法有：板框过滤、陶瓷膜过滤；脱色方法有：活性炭脱色、树脂脱色；脱盐方法有：离子交换树脂，结晶；在膜技术飞速发展的当代，膜技术替代传统分离提取技术越发凸显。膜技术具有能耗低、效率高、设备占地面积小、投资低、操作简单、分离精度高等优点为赤藓糖醇行业的发展带来新的工艺。

连接高抗污染膜组件和连续过滤连续洗滤集成技术较常规膜和传统膜工艺系统对比其优点如下：

表1 ：高抗污染膜组件与传统膜组件的对比

表2 ：连续式膜滤与循环间歇式膜滤对比

连续式膜工艺与循环间歇式膜工艺的膜滤通量对比图1

3.膜技术在赤藓糖醇发酵液提取工艺研究目的

3.1验证目的

研究专利超滤膜分离菌体，膜衰减情况；研究纳滤膜脱色、除蛋白效果，工业化可能存在的问题？反渗透膜浓缩赤藓糖醇极限浓度，工业化的经济效益？研究最佳工艺方案解决收率低、用水量大、蒸发成本高的问题。

3.2项目验证工艺初步路线（流程图如下）

4. 膜技术在赤藓糖醇提取工艺中的研究结果

4.1 发酵液菌体分离的研究结果

采用截留分子量为10万Da的专利高抗污染超滤膜纯化赤藓糖醇发酵液，考察运行时间、运行压力（TMP）、料液折光浓度和操作温度对膜通量的影响，分析各条件下稳定通量的变化规律。研究表明：实验设备运行1h后膜管通量开始稳定，当膜管运行压力在0.4 MPa、料液折光浓度为18%、操作温度为45℃时，稳定通量维持在150L/（㎡.h），制得的赤藓糖醇液的色谱纯度为80%，收率＞99%。

专利超滤膜实验运行通量变化图2

4.2 发酵液纳滤脱色、除蛋白的研究

采用截留分子量为300-500Da的纳滤膜对超滤膜滤液进行除蛋白、脱色的实验研究，考察运行时间、运行压力、料液折光浓度和操作温度对膜通量的影响，分析各条件下稳定通量的变化规律。研究表明：实验设备运行1h后膜管通量开始稳定，当跨膜压差为2.5-3.0MPa、料液折光浓度为15%、操作温度为45℃时，稳定通量维持在10-27L/（㎡.h），制得的赤藓糖醇液的色谱纯度为＞98%，透光率92%，收率＞99%。

纳滤膜实验运行通量变化图3

4.3 赤藓糖醇反渗透膜浓缩的研究

采用截留分子量为＜100Da左右的反渗透膜对纳滤膜滤液进行膜脱水浓缩的实验研究，考察运行时间、跨膜压差（TMP）、料液折光浓度和操作温度对膜通量的影响，分析各条件下稳定通量的变化规律。研究表明：实验设备运行1h后膜管通量开始稳定，原液赤藓糖醇浓度为7-8%、操作温度为45℃时，稳定通量维持在12-30L/（㎡.h），得到膜管浓液赤藓糖醇浓度为24%，透过液赤藓糖醇浓度＜0.05%，收率＞99.8%。

反渗透膜实验运行通量变化图4

5.全新膜技术提取工艺解决方案

5.1 模拟赤藓糖醇发酵液提取生产工艺（折光20%）

5.2 工艺优点

①本工艺选择全自动智能化控制系统，超滤和纳滤系统选择连续过滤连续洗滤系统，可实现自动加水洗涤。

②加水是提高赤藓糖醇收率，但是选择传统蒸发工艺会加大蒸发成本，加水量和效益存在一个平衡点，而超滤和纳滤加水洗涤产水的水可以通过反渗透膜浓缩脱水大大降低传统蒸发成本，可实现系统内加水平衡，解决传统工艺加水多，蒸发成本高，收率的问题。

③纳滤膜脱色除蛋白可有效降低活性炭用量一半以上，减少了固废的产生和目标物的损失。

详见工艺经济性对比数据：