RU2646115C2 - Способ повышения выхода в процессе производства декстрозы с использованием мембранной технологии - Google Patents
Способ повышения выхода в процессе производства декстрозы с использованием мембранной технологии Download PDFInfo
- Publication number
- RU2646115C2 RU2646115C2 RU2015115535A RU2015115535A RU2646115C2 RU 2646115 C2 RU2646115 C2 RU 2646115C2 RU 2015115535 A RU2015115535 A RU 2015115535A RU 2015115535 A RU2015115535 A RU 2015115535A RU 2646115 C2 RU2646115 C2 RU 2646115C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dextrose
- containing solution
- retentate
- weight
- filtration
- Prior art date
Links
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 title claims abstract description 137
- 239000008121 dextrose Substances 0.000 title claims abstract description 131
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 title description 3
- 239000012465 retentate Substances 0.000 claims abstract description 49
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000005374 membrane filtration Methods 0.000 claims abstract description 16
- 108010073178 Glucan 1,4-alpha-Glucosidase Proteins 0.000 claims abstract description 14
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 13
- 108090000637 alpha-Amylases Proteins 0.000 claims abstract description 11
- 102100022624 Glucoamylase Human genes 0.000 claims abstract description 9
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 claims description 36
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 claims description 36
- 239000008107 starch Substances 0.000 claims description 36
- 238000001728 nano-filtration Methods 0.000 claims description 27
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 claims description 22
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 claims description 22
- 235000013336 milk Nutrition 0.000 claims description 22
- 239000008267 milk Substances 0.000 claims description 22
- 210000004080 milk Anatomy 0.000 claims description 22
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 claims description 21
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 claims description 19
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 claims description 18
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 claims description 17
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 claims description 2
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000013375 chromatographic separation Methods 0.000 claims description 2
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 2
- -1 for example Polymers 0.000 claims 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N beta-D-glucose Chemical compound OC[C@H]1O[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-VFUOTHLCSA-N 0.000 description 125
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 45
- 229940088598 enzyme Drugs 0.000 description 19
- 230000002255 enzymatic effect Effects 0.000 description 12
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 6
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000006188 syrup Substances 0.000 description 5
- 235000020357 syrup Nutrition 0.000 description 5
- 150000004043 trisaccharides Chemical class 0.000 description 5
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 3
- 150000002016 disaccharides Chemical class 0.000 description 3
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 3
- 239000011550 stock solution Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 2
- 108010093096 Immobilized Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 102000004139 alpha-Amylases Human genes 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 150000004676 glycans Chemical class 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920001282 polysaccharide Polymers 0.000 description 2
- 239000005017 polysaccharide Substances 0.000 description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 description 2
- 238000000108 ultra-filtration Methods 0.000 description 2
- RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N Fructose Chemical compound OC[C@H]1O[C@](O)(CO)[C@@H](O)[C@@H]1O RFSUNEUAIZKAJO-ARQDHWQXSA-N 0.000 description 1
- 229930091371 Fructose Natural products 0.000 description 1
- 239000005715 Fructose Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012527 feed solution Substances 0.000 description 1
- 238000005984 hydrogenation reaction Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000001471 micro-filtration Methods 0.000 description 1
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 description 1
- 150000004682 monohydrates Chemical class 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 229920001542 oligosaccharide Polymers 0.000 description 1
- 150000002482 oligosaccharides Chemical class 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 229920005862 polyol Polymers 0.000 description 1
- 150000003077 polyols Chemical class 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 235000000346 sugar Nutrition 0.000 description 1
- 150000008163 sugars Chemical class 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/02—Monosaccharides
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
- A23L—FOODS, FOODSTUFFS OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; PREPARATION OR TREATMENT THEREOF
- A23L29/00—Foods or foodstuffs containing additives; Preparation or treatment thereof
- A23L29/30—Foods or foodstuffs containing additives; Preparation or treatment thereof containing carbohydrate syrups; containing sugars; containing sugar alcohols, e.g. xylitol; containing starch hydrolysates, e.g. dextrin
- A23L29/35—Degradation products of starch, e.g. hydrolysates, dextrins; Enzymatically modified starches
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/16—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an alpha-1, 6-glucosidase, e.g. amylose, debranched amylopectin
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C13—SUGAR INDUSTRY
- C13K—SACCHARIDES OBTAINED FROM NATURAL SOURCES OR BY HYDROLYSIS OF NATURALLY OCCURRING DISACCHARIDES, OLIGOSACCHARIDES OR POLYSACCHARIDES
- C13K1/00—Glucose; Glucose-containing syrups
- C13K1/06—Glucose; Glucose-containing syrups obtained by saccharification of starch or raw materials containing starch
- C13K1/08—Purifying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/14—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of a carbohydrase (EC 3.2.x), e.g. by alpha-amylase, e.g. by cellulase, hemicellulase
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/20—Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an exo-1,4 alpha-glucosidase, e.g. dextrose
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Nutrition Science (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к биотехнологии. Предложен способ повышения степени извлечения декстрозы из содержащего декстрозу раствора. Способ включает мембранную фильтрацию содержащего декстрозу раствора с порогом фильтрации по молекулярному весу от 100 до 400 дальтон и обработку получаемого ретентата иммобилизованными на смоле и/или удерживаемыми мембраной ферментами глюкоамилазой и/или пуллуланазой. Способ обеспечивает повышение выхода целевого продукта декстрозы. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.
Description
Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к способу повышения выхода в процессе производства декстрозы из содержащего декстрозу раствора с использованием мембранной технологии. Настоящее изобретение касается совмещения мембранного процесса с ферментативной обработкой.
Предпосылки создания изобретения
В качестве исходного сырья в производстве кристаллической декстрозы в основном используют богатые декстрозой гидролизаты крахмала. Богатые декстрозой гидролизаты крахмала можно получить в процессе кислотной конверсии крахмала, комбинированной кислотно-ферментативной конверсии или конверсии крахмала несколькими ферментами.
Богатые декстрозой гидролизаты крахмала обычно получают из крахмала в процессе ферментативного гидролиза крахмала. Типичный способ включает следующие стадии:
- разжижение: конверсия молекул крахмала в олигомеры декстрозы путем добавления фермента альфа-амилазы к крахмальному молоку; при этом крахмальное молоко превращается в «разжиженное крахмальное молоко»;
- осахаривание: конверсия содержащихся в разжиженном крахмальном молоке олигомеров декстрозы в декстрозу путем добавления фермента амилоглюкозидазы или глюкоамилазы; при этом разжиженное крахмальное молоко превращается в «осахаренное крахмальное молоко».
После осахаривания гидролизат крахмала содержит большие количества декстрозы. Кристаллическую декстрозу, имеющую чистоту выше 90% вес., можно выделить кристаллизацией данного гидролизата. Побочным продуктом такого способа выделения является маточный раствор. Данный маточный раствор обычно продается как продукт низкого качества по пониженным ценам для кормовой промышленности. Однако маточный раствор все еще содержит большие количества декстрозы и олигомеров декстрозы. Такое образование больших количеств побочного продукта отрицательно сказывается на эффективности процессов получения и выделения декстрозы. Степень извлечения декстрозы в стандартных процессах является неудовлетворительной.
В патенте США №5869297 раскрыт мембранный процесс для получения по существу чистой декстрозы, с чистотой значительно выше 99%, путем нанофильтрации глюкозного сиропа, содержащего приблизительно 95% декстрозы и 5% ди- и трисахаридов. Использовали мембраны из поперечно-сшитого ароматического полиамида. В патенте раскрыты глюкозные сиропы, имеющие содержание в твердом веществе приблизительно от 80 до 97% вес. декстрозы и по меньшей мере 2% ди- или трисахаридов.
В патенте США №6126754 описан способ производства гидролизата крахмала с высоким содержанием декстрозы.
В патенте WO 2007/138167 описана технология процессов нанофильтрации для разделения и выделения сахаров с низким молекулярным весом из полисахаридов.
Существует потребность в экономически эффективном способе повышения выхода для используемых сегодня процессов производства декстрозы с дополнительной двойной целью: снижение количества побочных продуктов и повышение их качества для достижения коммерчески востребованной степени чистоты по декстрозе.
Изложение сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к процессу, который включает мембранную фильтрацию содержащего декстрозу раствора и обработку получаемого при фильтрации ретентата одним или более ферментом глюкоамилазы и/или пуллуланазы.
Настоящее изобретение дополнительно относится к использованию мембранной фильтрации и к ферментативной обработке ретентата для повышения степени извлечения декстрозы из содержащего декстрозу раствора.
Описание фигур
Настоящее изобретение дополнительно иллюстрируется сопровождающей фигурой (Фиг. 1), которая представляет технологическую схему процесса для опытной системы настоящего изобретения с целью получения рабочих образцов.
Подробное описание
Настоящее изобретение относится к способу, включающему мембранную фильтрацию содержащего декстрозу раствора и обработку получаемого при фильтрации ретентата одним или более ферментом глюкоамилазы и/или пуллуланазы.
Способ настоящего изобретения может быть реализован, например, в процессе производства декстрозы. Такой процесс обычно состоит в гидролизе крахмала с применением стадий разжижения и осахаривания:
- разжижение: конверсия молекул крахмала в олигомеры декстрозы путем добавления фермента альфа-амилазы к крахмальному молоку. В ходе разжижения крахмальное молоко превращается в «разжиженное крахмальное молоко»;
- осахаривание: конверсия содержащихся в разжиженном крахмальном молоке олигомеров декстрозы в декстрозу путем добавления фермента амилоглюкозидазы или глюкоамилазы («исходный фермент осахаривания»). В ходе осахаривания разжиженное крахмальное молоко превращается в «осахаренное крахмальное молоко».
Содержащий декстрозу раствор
Содержащий декстрозу раствор является питающим материалом для мембранного блока и может представлять собой любой раствор, в котором содержится декстроза. Содержащий декстрозу раствор содержит от 1 до 99% вес. декстрозы, по результатам анализа сухого вещества в растворе (% вес. св.). Содержание декстрозы может находиться в диапазоне от 5 до 90% вес. с. в., от 10 до 85% вес. с. в., от 15 до 80% вес. с. в., от 20 до 70% вес. с. в., от 30 до 60% вес. с. в. или от 50 до 80% вес. с. в. Содержащий декстрозу раствор может иметь содержание сухого вещества до 70% вес. Содержащий декстрозу раствор предпочтительно содержит сухого вещества от 10 до 60% вес., более предпочтительно - от 20 до 50% вес., еще более предпочтительно - от 30 до 40% вес.
Содержащий декстрозу раствор, для целей настоящего изобретения, может представлять собой осахаренное крахмальное молоко, маточный раствор стадии кристаллизации, побочный продукт стадии хроматографического разделения, обработанный ферментом ретентат или смесь двух или более из перечисленных.
Содержащий декстрозу раствор может представлять собой осахаренное крахмальное молоко, такое как выходящее со стадии осахаривания в процессе гидролиза крахмала. Такое осахаренное крахмальное молоко обычно содержит от 90 до 99% вес. с. в. декстрозы.
Декстрозу можно выделить из содержащего декстрозу раствора с использованием любого подходящего способа, известного специалистам. Такие способы выделения декстрозы дают декстрозу и побочный продукт, как правило, в форме раствора. Содержащий декстрозу раствор, для целей настоящего изобретения, может представлять собой подобный побочный продукт стадии выделения декстрозы.
Стадия выделения декстрозы предпочтительно включает кристаллизацию. Кристаллизацию можно проводить с использованием любого подходящего способа кристаллизации, известного специалистам, такого как, например, периодическая или непрерывная кристаллизация. После кристаллизации кристаллы декстрозы отделяют любым подходящим способом, известным специалистам, например центрифугированием, получая кристаллическую декстрозу и побочный продукт, называемый маточным раствором. Данный маточный раствор может, следовательно, представлять собой содержащий декстрозу раствор для целей настоящего изобретения. Обычно маточный раствор имеет содержание сухого вещества от 30 до 60% вес. Обычно маточный раствор все еще содержит от 70 до 85% вес. с. в. декстрозы, предпочтительно от 75 до 83% вес. с. в. декстрозы.
Стадия выделения декстрозы может включать выделение декстрозы из содержащего декстрозу раствора методом хроматографии. Таким образом, содержащий декстрозу раствор альтернативно может представлять собой побочный продукт такого выделения декстрозы методом хроматографии.
Побочный продукт, образованный после кристаллизации или хроматографии, обычно все еще содержит значительные количества декстрозы и продуктов гидролиза крахмала, отличных от декстрозы, таких как дисахариды, трисахариды и олигосахариды. Такой побочный продукт также может содержать ферменты осахаривания, исходно присутствующие в осахаренном крахмальном молоке. В одном варианте осуществления исходно присутствующий в осахаренном крахмальном молоке фермент был дезактивирован в ходе проводимого процесса. В другом варианте осуществления фермент осахаривания не был дезактивирован в ходе проводимого процесса и остается активным в побочном продукте.
Кроме того, содержащий декстрозу раствор может быть очищен перед нанофильтрацией («рафинированный содержащий декстрозу раствор»). Очистка может состоять в удалении солей и/или белков обработкой смолами до приведения электропроводности содержащего декстрозу раствора к величине ниже 50 мкСм/см. Смола может представлять собой, например, катион-анионную систему.
Мембранная фильтрация
Мембраны для фильтрации можно классифицировать по наличию или отсутствию у них пористой структуры. В альтернативном варианте осуществления мембранные процессы можно идентифицировать на основе их главной движущей силы, такой как перепад давлений, перепад концентраций и т.д. Процессами мембранного разделения на основе перепада давлений для жидких смесей являются обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация и микрофильтрация. Эффективность использования мембраны в значительной степени зависит от рабочих условий по давлению, температуре, составу и pH, а на эффективность самого процесса также влияют имеющиеся в модулях гидродинамические условия, конфигурация блока мембранной фильтрации (однопроходный, типа подпитка/дренирование и т.д.); кроме того, важным может оказаться и конфигурация самого модуля. Мембраны для фильтрации можно характеризовать по их величине порога фильтрации. Величину порога фильтрации мембраны можно выразить либо в показателях размера частиц (величина порога фильтрации по размеру частиц), либо в показателях молекулярного веса (величина порога фильтрации по молекулярному весу). Максимальная величина по размеру частиц либо по молекулярному весу, которую может иметь частица для прохождения через мембрану для фильтрации, определяет величину порога фильтрации мембраны для фильтрации. Процессы фильтрации приводят к получению фильтрата и ретентата. Фильтрат содержит материал, который имеет размер частиц либо молекулярный вес равный или меньше величины порога фильтрации мембраны. Ретентат содержит материал, который имеет размер частиц либо молекулярный вес больше величины порога фильтрации мембраны.
Мембранная фильтрация настоящего изобретения предпочтительно включает нанофильтрацию; более предпочтительно мембранная фильтрация настоящего изобретения представляет собой нанофильтрацию.
Нанофильтрация обычно дает характеристики разделения, находящиеся между обратным осмосом и ультрафильтрацией, с небольшим перекрытием на нижнем и верхнем краях диапазона величины порога фильтрации.
В способе настоящего изобретения мембрана для нанофильтрации имеет величину порога фильтрации, которая позволяет молекулам декстрозы проходить в фильтрат, но обеспечивает задержание молекул полимеров глюкозы, таких как дисахариды и трисахариды, в ретентате. Мембрана для нанофильтрации предпочтительно имеет величину порога фильтрации по молекулярному весу в диапазоне от 100 до 400 дальтон, предпочтительно от 200 до 300 дальтон, более предпочтительно от 150 до 200 дальтон. Такие мембраны можно приобрести, например, у компаний Koch Membrane Systems или General Electric-Power & Water; они также известны как мембраны Desal. Таким образом, настоящее изобретение относится к способу, включающему нанофильтрацию содержащего декстрозу раствора и обработку получаемого при фильтрации ретентата одним или более ферментом глюкоамилазы и/или пуллуланазы, причем нанофильтрация позволяет молекулам декстрозы проходить в фильтрат, но обеспечивает задержание молекул полимеров глюкозы, таких как дисахариды и трисахариды, в ретентате.
Подходящие для целей настоящего изобретения модули имеют трубчатую и/или спирально свернутую конфигурацию, чтобы предотвратить явления концентрационной поляризации со стороны питания. Предпочтительны спирально свернутые модули, демонстрирующие разделители питания в диапазоне 762-1778 мкм (30-70 мил), предпочтительно в диапазоне 762-1270 мкм (30-50 мил), более предпочтительно 1270 мкм (50 мил). Примерами подходящих модулей являются, например, модули KOCH-4720SR2-N1, KOCH-MPS34A2Z, GE-DK4040C1027, GE-DL4040C1025, причем еще более подходящим является модуль GE-DL8040C.
Нанофильтрацию предпочтительно проводят при температурах в диапазоне от 30°С до 60°С, предпочтительно при приблизительно 50°С и предпочтительно при давлении в диапазоне от 1,5 до 3,5 МПа (от 15 до 35 бар), более предпочтительно от 2,5 до 3 МПа (от 25 до 30 бар), еще более предпочтительно при приблизительно 3 МПа (30 бар). pH предпочтительно находится в диапазоне от 3,5 до 5, более предпочтительно в диапазоне от 4,2 до 4,5.
Фильтрат имеет степень очистки по декстрозе, которая превышает степень очистки по декстрозе содержащего декстрозу раствора. Фильтрат предпочтительно содержит от 80 до 99% вес. с. в., более предпочтительно от 90 до 99% вес. с. в., еще более предпочтительно от 95 до 99% вес. с. в. декстрозы (степень очистки по декстрозе). В одном варианте осуществления содержание сухого вещества в фильтрате составляет от 10 до 40% вес., предпочтительно от 20 до 35% вес. Фильтрат можно дополнительно обработать для выделения декстрозы, например, методом кристаллизации. Альтернативно, фильтрат можно сконцентрировать и использовать как декстрозный сироп либо как исходный материал для кристаллизации с получением порошка кристаллической декстрозы, либо для получения фруктозы. Альтернативно, фильтрат можно сконцентрировать и направить в процесс гидрирования с получением полиолов.
Степень очистки ретентата по декстрозе может составлять от 1 до 99% вес. с. в., более предпочтительно от 50 до 80% вес. с. в., еще более предпочтительно от 60 до 75% вес. с. в. декстрозы. Содержание сухого вещества в ретентате может составлять от 10 до 50% вес., оно может составлять от 30 до 45% вес., оно может составлять от 35 до 40% вес.
Ферментативная обработка
Настоящее изобретение относится к способу, включающему мембранную фильтрацию содержащего декстрозу раствора и ферментативную обработку при ретентате одним или более ферментом глюкоамилазы и/или пуллуланазы.
Содержание декстрозы в ретентате повышается под действием фермента глюкоамилазы и/или пуллуланазы, который превращает присутствующие в ретентате олигомеры глюкозы в декстрозу.
Ферментативную обработку можно проводить различными способами. Свежий фермент можно добавлять в содержащий декстрозу раствор один или несколько раз в ходе непрерывного процесса. Указанный фермент удерживается мембраной для фильтрации. Таким образом, фермент обеспечивает конверсию оборотного ретентата.
В предпочтительном варианте осуществления фермент иммобилизуют и/или адсорбируют на самой мембране для фильтрации.
В другом предпочтительном варианте осуществления фермент иммобилизуют и/или адсорбируют на системе неподвижной фазы, такой как смола, через которую пропускают ретентат. Подходящими смолами являются, например, анионные, макропористые или фенольные смолы. Подходящей смолой является, например, смола Duolite А 568. Систему неподвижной фазы надлежащим образом размещают последовательно с мембраной для фильтрации.
Температуру выбирают в оптимальном для фермента интервале. В случае глюкоамилазы подходящий интервал температур составляет от 50 до 65°С. рН ретентата зависит от используемого фермента. pH предпочтительно находится в диапазоне от 3,5 до 5, более предпочтительно в диапазоне от 4,2 до 4,5.
В ходе ферментативной конверсии процентное содержание декстрозы в ретентате можно регулировать путем варьирования продолжительности контакта ретентата с ферментом, содержания сухого вещества в ретентате и температуры проведения реакции.
Под действием фермента глюкоамилазы и/или пуллуланазы содержание декстрозы в ретентате повышается. Предпочтительно оно достигает уровня содержания декстрозы как в содержащем декстрозу растворе.
Обработанный ферментом ретентат возвращается в оборот и используется в качестве содержащего декстрозу раствора или части содержащего декстрозу раствора. Таким образом, его пропускают через мембрану для фильтрации, получая ретентат и фильтрат. Данный ретентат можно снова обработать ферментом и вернуть в оборот. Такое возвращение в оборот можно повторять любое требуемое число раз, в конечном итоге извлекая по существу всю декстрозу из содержащего декстрозу раствора. Можно вернуть в оборот по меньшей мере 30% ретентата, предпочтительно по меньшей мере 50%, более предпочтительно по меньшей мере 70%, еще более предпочтительно по меньшей мере 90%, и наиболее предпочтительно 100% ретентата возвращается в оборот. Тем самым образование побочного продукта в процессе производства декстрозы значительно подавляется в количественном измерении и может быть практически полностью устранено. Таким образом, в наиболее предпочтительном варианте осуществления процесс имеет один входящий поток - содержащий декстрозу раствор, и один выходящий поток - фильтрат, а ретентат возвращается в оборот. Настоящее изобретение позволяет достигнуть выхода по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 95%. Следует понимать, что для целей настоящего изобретения выход определяется как отношение количества сухого вещества в фильтрате к количеству сухого вещества в содержащем декстрозу растворе.
Таким образом, в процессе настоящего изобретения содержание сухого вещества в фильтрате составляет по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 95% от содержания сухого вещества в содержащем декстрозу растворе.
Кроме того, после ферментативной обработки ретентат можно деминерализовать на колонках со смолой, например, для удаления ионов и белков. Деминерализованный обработанный ферментом ретентат затем возвращается в оборот для проведения мембранной фильтрации.
Процесс настоящего изобретения может быть периодическим, непрерывным или полунепрерывным.
Настоящее изобретение наиболее предпочтительно относится к способу, содержащему следующие стадии:
- разжижение крахмального молока для получения разжиженного крахмального молока, и
- осахаривание разжиженного крахмального молока под действием одного или более ферментов осахаривания для получения содержащего декстрозу осахаренного крахмального молока, и
- кристаллизацию декстрозы и выделение кристаллической декстрозы с получением в качестве побочного продукта маточного раствора, и
- нанофильтрацию маточного раствора для получения высокого выхода фильтрата, богатого декстрозой, и ограниченного количества или отсутствия ретентата,
причем ретентат проходит ферментативную обработку и возвращается в оборот на блок нанофильтрации. Процесс необязательно содержит кристаллизацию декстрозы из фильтрата.
Настоящее изобретение также позволяет работать с содержащим декстрозу раствором, имеющим высокое содержание сухого вещества. В стандартных процессах нанофильтрации требуется, чтобы питающий содержащий декстрозу раствор имел содержание сухого вещества не выше 10-25% вес. При большем содержании сухого вещества образуется слишком много ретентата, что означает образование большого количества побочного продукта низкого качества, который продается по меньшей цене. В настоящем изобретении, благодаря возвращению ретентата в оборот на блок фильтрования, потери ретентата отсутствуют, а побочный продукт образуется в небольшом количестве или отстутствует. Поэтому можно использовать содержащий декстрозу раствор, имеющий содержание сухого вещества вплоть до 70% вес. Удобно, когда содержащий декстрозу раствор имеет содержание сухого вещества от 20% вес. до 60% вес.
Настоящее изобретение дополнительно относится к использованию мембранной фильтрации и ферментативной обработки ретентата для повышения степени извлечения декстрозы из содержащего декстрозу раствора. Мембранная фильтрация, содержащий декстрозу раствор и ферментативная обработка соответствуют приведенному выше описанию. В стандартных процессах степень извлечения декстрозы составляет приблизительно 50%. В процессе, составляющем предмет настоящего изобретения, степень извлечения декстрозы составляет более 95%.
Для испытания крупномасштабного производства была изготовлена опытная система (Фиг. 1). Содержащий декстрозу раствор (1) поступает по трубе питания и может быть пропущен через смолу (2) для удаления солей и белков, чтобы получить рафинированный содержащий декстрозу раствор (3). Часть рафинированного содержащего декстрозу раствора (4) пускается в обход стадии нанофильтрации и смешивается с фильтратом (Р). Остальная часть рафинированного содержащего декстрозу раствора (5) смешивается с частью обработанного ферментом ретентата (улучшенный ретентат) (11) для получения второго содержащего декстрозу раствора (6), который разбавляется водой (7) в питающем резервуаре. Разбавленный содержащий декстрозу раствор поступает на блок нанофильтрации (8). Фильтрат (Р) смешивается с частью рафинированного содержащего декстрозу раствора (4). Ретентат (R) подается на смолу с иммобилизованным ферментом (Е). Улучшенный ретентат (9) частично сливается (10) и частично возвращается в оборот и поступает на блок нанофильтрации (11). Данная опытная система представляет собой лишь один пример реализации настоящего изобретения и не должна считаться ограничивающей настоящее изобретение.
Примеры
Пример 1. Нанофильтрации мелассы после кристаллизации
В данном примере описан непрерывный процесс нанофильтрации маточного раствора, поступающего после центрифугирования в процессе кристаллизации декстрозы. Данный пример схематически представлен на Фиг. 1.
Нанофильтрацию (8) проводят при температуре 50°С, величине pH 4 и давлении питания 3 МПа (30 бар). Используют спирально свернутые тонкопленочные композитные мембраны Desal GE-DL4040C1025, выпускаемые компанией General Electric; их общие характеристики представлены в приведенной ниже таблице.
Блок нанофильтрации работает с минимальным общим объемным коэффициентом концентрирования 2,2 с поверхностью 0,138 м2/кг (125 м2/т) разбавленного маточного раствора.
354 кг/ч (0,39 т/ч) маточного раствора, поступающего после центрифугирования в процессе кристаллизации декстрозы (1), при содержании сухого вещества (% вес.) 50% вес. и степени чистоты по декстрозе 82% вес., проходит очистку (обеззоливание) в системе двойного пропуска через смолы (катионная-анионная) (2) для удаления солей и белков. Маточный раствор после очистки имеет электропроводность менее 50 мкСм/см (рафинированный маточный раствор (3)).
30 кг/ч (0,033 т/ч) рафинированного маточного раствора (5) смешивают с 508 кг/ч (0,56 т/ч) улучшенного ретентата (11), поступающего со стадии ферментативной обработки, имеющего содержание сухого вещества 39% вес. и степень чистоты по декстрозе 82% вес. Это дает 807 кг/ч (0,89 т/ч) разбавленного маточного раствора (6). Полученные 807 кг/ч (0,89 т/ч) разбавленного маточного раствора дополнительно разбавляют 354 кг/ч (0,39 т/ч) воды (7) в питающем резервуаре, получая 1161 кг/ч (1,28 т/ч) дополнительно разбавленного маточного раствора с содержанием сухого вещества 30% вес. Последний подают на блок нанофильтрации (8). Поток фильтрата (Р) (635 кг/ч (0,7 т/ч)) имеет содержание сухого вещества 23% вес. и степень чистоты по декстрозе 98% вес.; его смешивают с 54 кг/ч (0,06 т/ч) рафинированного маточного раствора (4) и получают сироп, имеющий содержание сухого вещества 24,8% вес. и степень чистоты по декстрозе 97,3% вес. Сироп перекачивается в процесс кристаллизации моногидрата.
Ретентат (R) (526 кг/ч (0,58 т/ч)) имеет содержание сухого вещества 39% вес. и степень чистоты по декстрозе 71,5% вес. Ретентат подают на колонну Duolite568 с иммобилизованным ферментом глюкоамилазы и пуллуланазы для превращения полисахаридов в декстрозу, чтобы повысить степень чистоты по декстрозе до уровня раствора, подаваемого на стадию нанофильтрации, т.е. 82% вес. («улучшенный ретентат» (9)). Конверсия протекает в течение времени удержания 1 час при pH 4-5 и температуре 50°С.
508 кг/ч (0,56 т/ч) улучшенного ретентата (11) возвращают в оборот на блок нанофильтрации, как описано выше, а 20 кг/ч (0,022 т/ч) улучшенного ретентата (10) отправляют в концентратор для последующей утилизации.
Описанный выше пример позволяет получить общий выход по меньшей мере 95% из расчета кг (т) с. в. фильтрата (Р) на кг (т) с. в. маточного раствора, поступающего с процесса кристаллизации (1).
Claims (10)
1. Способ повышения выхода в процессе производства декстрозы из содержащего декстрозу раствора, при этом способ включает:
мембранную фильтрацию содержащего декстрозу раствора; и
обработку получаемого при фильтрации ретентата одним или более ферментом глюкоамилазы и/или пуллуланазы,
причем мембранная фильтрация представляет собой нанофильтрацию.
2. Способ по п. 1, в котором содержащий декстрозу раствор имеет содержание сухого вещества до 70% вес., предпочтительно от 20 до 40% вес., более предпочтительно от 25 до 35% вес.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором содержащий декстрозу раствор представляет собой осахаренное крахмальное молоко, маточный раствор стадии кристаллизации, побочный продукт стадии хроматографического разделения, или смесь двух или более из них, и опционально включает ретентат из указанной стадии фильтрации, предпочтительно ретентат, полученный в указанной стадии обработки ферментом.
4. Способ по п. 1, в котором нанофильтрация имеет величину порога фильтрации по молекулярному весу от 100 до 400 дальтон.
5. Способ по п. 1, в котором вышеуказанный фермент иммобилизован на смоле, которую выбирают из группы, состоящей из анионных макропористых или фенольных смол, например из смолы Duolite А568.
6. Способ по п. 1, в котором вышеуказанный фермент иммобилизован на и/или удерживается мембраной для фильтрации.
7. Способ по п. 1, в котором содержание сухого вещества в фильтрате составляет по меньшей мере 80%, предпочтительно по меньшей мере 90%, более предпочтительно по меньшей мере 95% содержания сухого вещества в содержащем декстрозу растворе.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP12006676.6 | 2012-09-24 | ||
| EP12006676 | 2012-09-24 | ||
| PCT/US2013/060865 WO2014047418A1 (en) | 2012-09-24 | 2013-09-20 | Process for increasing yield of dextrose production process, by membrane technology |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015115535A RU2015115535A (ru) | 2016-11-20 |
| RU2646115C2 true RU2646115C2 (ru) | 2018-03-01 |
Family
ID=47002489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015115535A RU2646115C2 (ru) | 2012-09-24 | 2013-09-20 | Способ повышения выхода в процессе производства декстрозы с использованием мембранной технологии |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20150225757A1 (ru) |
| EP (1) | EP2898084B1 (ru) |
| AU (1) | AU2013317878A1 (ru) |
| RU (1) | RU2646115C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014047418A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017120170A1 (en) | 2016-01-05 | 2017-07-13 | Cargill, Incorporated | Method for fermenting sugars |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3720583A (en) * | 1968-12-20 | 1973-03-13 | Staley Mfg Co A E | Enzyme hydrolysis |
| WO1999027124A1 (en) * | 1997-11-26 | 1999-06-03 | Novo Nordisk A/S | Enzymatic starch saccharification including a membrane separation step |
| RU2315811C2 (ru) * | 2002-02-14 | 2008-01-27 | Новозимс А/С | Способ обработки крахмала |
| DE102009028549A1 (de) * | 2009-08-14 | 2011-02-17 | Acs Agrochemische Systeme Gmbh | Verfahren zur Verflüssigung und Verzuckerung stärkehaltiger Substrate unter Rückführung der eingesetzten Enzyme |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2129806B (en) * | 1982-10-29 | 1986-04-03 | Cpc International Inc | Process for preparing high-dextrose starch hydrolysates with immobilized glucoamylase |
| JPH0269190A (ja) * | 1988-09-01 | 1990-03-08 | Nitto Denko Corp | グルコースの製造方法 |
| FR2791700B1 (fr) * | 1999-04-02 | 2003-07-04 | Roquette Freres | Procede de fabrication d'un hydrolysat d'amidon a haute teneur en dextrose |
| FR2830021B1 (fr) * | 2001-09-26 | 2003-12-05 | Roquette Freres | Procede de fabrication d'un hydrolysat d'amidon a haute teneur en dextrose |
-
2013
- 2013-09-20 WO PCT/US2013/060865 patent/WO2014047418A1/en active Application Filing
- 2013-09-20 AU AU2013317878A patent/AU2013317878A1/en not_active Abandoned
- 2013-09-20 EP EP13770815.2A patent/EP2898084B1/en active Active
- 2013-09-20 US US14/430,711 patent/US20150225757A1/en not_active Abandoned
- 2013-09-20 RU RU2015115535A patent/RU2646115C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3720583A (en) * | 1968-12-20 | 1973-03-13 | Staley Mfg Co A E | Enzyme hydrolysis |
| WO1999027124A1 (en) * | 1997-11-26 | 1999-06-03 | Novo Nordisk A/S | Enzymatic starch saccharification including a membrane separation step |
| RU2315811C2 (ru) * | 2002-02-14 | 2008-01-27 | Новозимс А/С | Способ обработки крахмала |
| DE102009028549A1 (de) * | 2009-08-14 | 2011-02-17 | Acs Agrochemische Systeme Gmbh | Verfahren zur Verflüssigung und Verzuckerung stärkehaltiger Substrate unter Rückführung der eingesetzten Enzyme |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2013317878A1 (en) | 2015-04-09 |
| RU2015115535A (ru) | 2016-11-20 |
| US20150225757A1 (en) | 2015-08-13 |
| EP2898084B1 (en) | 2021-01-06 |
| EP2898084A1 (en) | 2015-07-29 |
| WO2014047418A1 (en) | 2014-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0411780B1 (en) | Continuous process for the recovery of betaine | |
| Abels et al. | Membrane processes in biorefinery applications | |
| US10202328B2 (en) | Optimized process for extraction of ferulic acid with pretreatment | |
| JP5246379B2 (ja) | 糖液の製造方法 | |
| US8859808B2 (en) | Method for obtaining lactic acid with a high degree of purity from fermentative liquor | |
| WO1989005861A1 (en) | Process and apparatus for manufacturing ethanol, glycerol, succinic acid and free flowing distiller's dry grain and solubles | |
| JP5757443B2 (ja) | セルロース含有バイオマスからのアルコールの製造方法 | |
| CN102952831A (zh) | 精制乳酸的制造方法 | |
| CA2798157C (en) | A system and process for separating pure chemicals from biomass extract | |
| EP4186979A1 (en) | System and method for co-producing erythritol and liquid sorbitol by using corn starch | |
| US20130337552A1 (en) | Fermentation apparatus that uses biomass as feedstock | |
| JPWO2019189651A1 (ja) | 精製糖液の製造方法 | |
| RU2646115C2 (ru) | Способ повышения выхода в процессе производства декстрозы с использованием мембранной технологии | |
| CN110573625A (zh) | 二醇的制备方法 | |
| JP6403188B2 (ja) | 糖液の製造方法及び多糖類系バイオマス由来化合物の製造方法 | |
| EP3356563B1 (en) | Methods of enriching arabinose fractions | |
| CN100424088C (zh) | 利用纯度为45%-50%的麦芽糖制取晶体麦芽糖醇的方法 | |
| CN215049775U (zh) | 一种1,3-丙二醇发酵液的提取浓缩装置 | |
| PL224627B1 (pl) | Sposób wydzielania i zatężania 1,3-propanodiolu otrzymywanego przez fermentację glicerolu i układ do wydzielania i zatężania 1,3-propanodiolu otrzymywanego przez fermentację glicerolu | |
| CN118344413A (zh) | 一种提高海藻糖收率的新工艺 | |
| RU2015165C1 (ru) | Способ выделения глицерина и сопутствующих продуктов при производстве этанола | |
| CN110982946A (zh) | 一种以玉米芯为原料制备木糖和阿拉伯糖的方法 | |
| JP2012191878A (ja) | 糖液の製造方法 | |
| CZ283579B6 (cs) | Způsob kontinuálního zpracování výpalků produkovaných při fermentaci a destilaci biologických materiálů | |
| Kamio et al. | [Original Contribution] Applicability of a Forward Osmosis Membrane Process for the Enhancement of Xylose Concentration to Achieve an Effective Biomass Fermentation Process Eiji Kamio |