制造葡萄糖的納濾方法
權利要求（22）
（1）甲過程用于制備高純度的右旋糖，所述方法包括以下步驟：（a）形成玉米澱粉漿;（b）在α-澱粉酶存在下将所述澱粉漿料烹煮足夠長的時間以産生凝膠化和糊精化;（c）在-60℃下用葡糖澱粉酶處理步驟（c）的糊精産物以産生糖化，并且得到葡萄糖漿; 和（d）對所述葡萄糖漿進行納濾，以産生高純度葡萄糖。
（2）根據權利要求1所述的方法，其中步驟（e）的所述納米過濾包括使所述葡萄糖漿通過具有通過葡萄糖分子的孔徑的膜的步驟，同時排除葡萄糖的二糖和三糖分子。
（3）根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟（e）的所述納米過濾包括将所述葡萄糖漿通過納濾膜的添加步驟，所述納米過濾膜的壓力約為約400-425PSI，約120°F至約145°F
（4）根據權利要求1所述的方法，其中所述步驟（e）的所述納米過濾包括使所述葡萄糖漿通過納濾膜的添加步驟，所述納濾膜将葡萄糖純度的溶液通過基本上在約96-99.7％的範圍内。
（5）根據權利要求1所述的方法，其中步驟（e）的所述納米過濾包括将所述葡萄糖漿通過納濾膜的添加步驟，所述納濾膜通過葡萄糖純度的溶液為至少99％
（6）所述的方法，其中待純化的有機酸溶液的pH為等于或的pK低于所述酸。
（7）所述的方法，根據權利要求6和實施的附加步驟的表示，其pK值低于納米過濾1個pH單位。
（8）所述的方法，根據權利要求6以及調整所述納米過濾材料的pH的附加步驟的為基本上在約2.3至2.4的範圍内。
（9）的過程，如權利要求6和提供超濾的加入步驟的幹酪乳杆菌約10％的乳酸發酵液，和納米過濾的稀釋乳酸根離子。
（10）甲過程用于純化含有右旋糖的葡萄糖漿混合物和二-和三糖的材料，所述方法包括納米過濾的步驟，所述經過的混合物納濾制成的交聯聚酰胺的膜，大約具有以下特征：
（11）甲處理含有葡萄糖的葡萄糖漿混合物淨化材料和二-和三糖，所述方法，所述包括納米過濾的步驟混合物通過納濾具有大約為通過分子中的下列特性制成的交聯聚酰胺的膜，尺寸為：分子 關于NaCl 95％乳糖0-4％MgSO 4 5％氯化鈣70％磷酸鈣20-60％檸檬酸10-95％醋酸10-95％
（12）權利要求10 的方法，其中所述膜排斥約95％的分子量至少為500的分子。
（13）權利要求10 的方法，其中所述膜排斥約5％的分子量不超過200的分子。
（14）一種用于進料進料流的系統，包括流體載體和至少一些在葡萄糖的MW範圍内的固體材料，所述系統包括具有納米過濾膜的容器，所述納米過濾膜将所述容器分成入口側和出口側所述容器内的所述側面之間的通道僅通過所述膜，所述膜具有孔，所述孔通過分子直到并排除大于基本上大小為葡萄糖分子大小的分子，用于以預定的方式将所述進料流輸送通過所述容器的裝置所述入口側和出口側之間的壓差，用于将所述入口側中的一些材料反饋到所述輸送裝置中位于所述容器上遊的點的再循環裝置，以及用于在所述入口側排出一些所述材料的裝置。
（15）根據權利要求14所述的系統，其中所述壓力差為大約20磅/平方英寸。
（16）根據權利要求14所述的系統，其中所述納米過濾膜包括将所述葡萄糖漿通過納濾膜的添加步驟，所述納濾膜将葡萄糖純度的溶液通過基本上在約96-99.7％的範圍内。
（17）根據權利要求14所述的系統，其中所述進料流是葡萄糖漿，并且所述納米過濾膜通過具有至少99％的葡萄糖純度的幹固體。
（18）根據權利要求14所述的系統，其中所述有機酸溶液的pH等于或低于所述有機酸的pK。
（19）如權利要求14所述的系統，其特征在于，所述納米過濾膜由交聯聚酰胺制成，具有以下特征：
（20）根據權利要求14所述的系統，其中所述納米過濾膜由交聯聚酰胺制成，其具有以下特征：以下尺寸的通過分子：分子 關于NaCl 95％乳糖0-4％MgSO 4 5％氯化鈣70％磷酸鈣20-60％檸檬酸10-95％醋酸10-95％
（21）根據權利要求14所述的系統，其中所述納米過濾膜排斥了約95％的分子量至少為500的分子。
（22）根據權利要求14所述的系統，其中所述膜
排斥約5％的分子量不超過200的分子。
描述
[0001]本發明涉及納食品加工的進料流的-尤其是但不排他-用于生産葡萄糖的。
背景技術蒸發，冷凍濃縮或冷凍幹燥是食品，制藥和生物加工業中常用的脫水技術。蒸發需要為每磅蒸發的水（540kcal / kg）輸入大約1000BTU，而對于每一磅冷凍水，冷凍需要約144BTU，僅僅是為了實現水從液體到蒸氣或液體的狀态的變化分别為固體。
[0003]由于膜過濾不需要改變狀态來實現脫水，因此可以節省大量的能源。不太明顯的優點是不需要複雜的傳熱或發熱設備。驅動泵電機隻需要電能。另一個優點是膜過濾可以在環境溫度或較低的溫度下進行（例如，為了防止微生物生長問題或熱敏成分的變性）或在較高的溫度下進行（例如，使微生物生長問題*小化，從而降低滞留物的粘度，降低泵送成本，或改善質量轉移）。由于小分子通常通過過濾膜，它們在膜兩側的濃度在加工過程中約為相同，約等于原始進料溶液。因此，膜過濾與其他脫水工藝相比具有許多優點。
[0004]由Technirics Publishing Co.，Inc。出版的Munir Cheryan的“超濾手冊”851 New Holland Ave.Lancaster，PA 17604 USA描述了膜過濾作為兩種或多種組分與流體流的分離。膜是選擇性屏障，其防止一種或多種物質通過它的質量運動，但允許受限制或調節通過。膜過濾包括使用這種屏障來通過某些組分，同時保留混合物的某些其它組分以便将溶解的溶質分離在液體流中。
[0005]膜可以通過其多孔與無孔結構進行分類。滲透包括溶液從稀溶液側通過半透膜向膜的濃縮溶液側移動，響應于膜兩側的水之間的化學勢差異。
[0006]其他五個主要的膜分離方法是反滲透，或超濾，微濾，透析和電滲析，其涵蓋範圍廣泛的粒徑。反滲透或超濾允許将溶解分子分離到離子範圍。反滲透或超濾涉及脫水，同時超濾同時通過濃縮和分級大分子或細膠體懸浮液進行純化。反滲透或超濾保留除溶劑（水）本身以外的大多數/幾乎所有組分，而超濾僅保留大于約10-200A的大分子或顆粒。超濾僅需要相當低的操作壓力。反滲透，超濾或超濾構成連續的分子分離過程，其不涉及相變或相間傳質，從而使這些過程對于食品，藥物和生物處理是重要的。
[0007]由于這些和其他原因，在生産某些食品如葡萄糖時使用膜過濾是有利的。迄今為止，使用葡萄糖作為化學原料的缺點圍繞着獲得具有足夠高純度的葡萄糖流所遇到的困難，因為葡萄糖分子必須與幾乎具有相同特征的分子或其他材料分離，例如麥芽糖和較高級的寡糖。常規方法用于制造高純度的右旋糖（即大于99％純度）需要非常高度濃縮的糖漿的昂貴且費時的結晶。因此，需要非結晶的替代方法來提供便宜的高純度葡萄糖流。
[0008]迄今為止，膜不能分開密切相似的材料。通過反滲透膜的擴散能夠濃縮含有葡萄糖，麥芽糖和鹽的流，以提供純化的水流，但不通過除去麥芽糖和鹽來淨化右旋糖。雖然傳統的超濾提供了用于純化或分離一些發酵和化學産品的手段，但是對于分離和純化相當類似的化合物，例如麥芽糖和右旋糖，它不能做很多事情。
[0009]因此，本發明的目的是提供新的和新穎的化學原料流處理和淨化方法和方法。這裡，目的是淨化食品加工中使用的進料流。在這方面，目的是提供分離和純化葡萄糖進料流的方法和方法。
[0010]另一個目的是提供更快，更便宜和更節能的手段和生産葡萄糖的方法。這裡，目的是将葡萄糖與其緊密相關的成分在食品加工進料流中分離。
[0011]根據本發明的一個方面，這些和其它目的通過在進料流的輸出端處或附近提供納濾膜來實現。進料流從玉米澱粉的生産開始，通過凝膠化，糊精化和糖化步驟進行，以提供葡萄糖漿的進料流。上述方法可産生純度約95％葡萄糖，5％二糖和三糖的葡萄糖漿。本發明使用納濾 方法以進一步改善糖漿并除去大部分剩餘的5％非葡萄糖材料。在納濾之後，該材料可以顯着超過99％純的右旋糖。
[0012]附圖中：
圖。圖1示出了結合本發明的方法中的步驟;
圖。圖2是其制造商Minnetonka，Minnesota的制造商Osmonics Inc.被指定為“Osmo 19T”的系統的流程圖，該系統用于進行導緻一些工作實例的測試; 和
圖。圖3是在工廠中使用的用于實施本發明以用于産生其他工作實例的試驗系統的流程。
[0013]在附圖中所示的特定進料流中的初始步驟。1來自Novo Handbook of Practical Biotechnology，由Novo Industri A / S Enzyme Division，Baajsuaerd，Denmark出版。進料流從由加工的玉米生産的澱粉漿料20開始。将該漿料在高溫（100℃）下暴露于α-澱粉酶，其凝膠化并液化澱粉，作為液化步驟的一部分。在α-澱粉酶存在下的澱粉在兩個步驟中煮熟，首先産生糊化，然後如22,24所示進行糊精化，以提供暴露于葡糖澱粉酶的糊精糖漿。作為該步驟的一部分并且在該步驟之後，如26所示存在糖化，導緻葡萄糖漿。
[0014]該過程導緻葡萄糖漿27，其為約95％葡萄糖和5％二糖或三糖。迄今為止，還沒有簡單的方法去除剩餘的5％二糖和三糖。制造商或者将葡萄糖漿與其中的糖一起出售，或進行另一種使用另一種酶的處理，這增加了成本。
另外，根據本發明，可以通過納濾 方法消除對另外的酶步驟的需要。更具體地說，葡萄糖漿27通過納濾膜28.該過濾将葡萄糖與二糖和三糖分離，并産生比先前添加的需要進一步酶加工的步驟更快，成本更低的更純的葡萄糖流。
[0016]更詳細地，納濾使用在反滲透和超濾膜之間的壓力驅動膜，其被稱為“納濾膜”。分子量低于150的單價陰離子和非離子有機物的鹽的納濾濾除率較低。分子量約為300的二價和多價陰離子和有機物的鹽的抑制率很高。當使用稀釋的鹽和糖流時，這些納米膜保留糖和二價離子與一價離子。
[0017]令人驚訝的是，我們已經發現，當與高度濃縮的葡萄糖進料流一起使用時，這些納米膜産生初始滲透葡萄糖進料流，其具有比原始進料流高得多的純度。進一步的工作也表明，當在下遊加工步驟中使用時，這些納米膜不僅能去除二糖和更高級的糖，而且在一定程度上除去二價鹽，從而提供高度純化的産物。
[0018]目前，位于明尼蘇達州明尼阿波利斯市7200 Ohms Lane的公司FilmTec有兩個商業納濾膜NF70和NF40（NF代表納濾）。每個膜具有尚未量化的負表面電荷。
[0019]過濾膜NF70是交聯的芳族聚酰胺。濾膜NF40和NF70相似; 然而，膜NF40具有略低的NaCl排斥，這表明其孔稍微大于NF70膜的孔。作為例子，FilmTec描述了它們的納濾膜NF70，如下：
元素規格：規格基于70PSI淨壓力25℃下的1,000mg / l溶質進料溶液。C，10％回收率，pH 5-8。
性能數據：
無機物：以下數據基于70PSI淨壓力25度。X，10％回收率，pH7-8，無機排斥可随濃度而變化。
有機物：以下數據基于70 PSI淨壓25°。C和10％的回收率。
FilmTec納濾膜的一些操作條件和性能如表1所示。[0020]納濾膜的另一個來源是過濾工程公司。4974縣道18号，新希望，明尼蘇達州55428.過濾工程将其FE-700-002膜描述為交聯聚酰胺，具有排斥特性，使其能夠區分低分子量物質。該膜具有在反滲透和超濾中常見的那些之間的排斥特性。膜的孔結構使氯化鈉與硫酸鈣分離。據說通過同時保留濃縮物質的能力進一步提高膜的用途。該膜為用戶提供了相當大的工藝流參數的自由度，如pH，離子強度和溫度的變化。
[0021]制造商描述薄膜FE-700-002膜特性如下：
組成：交聯
聚酰胺滲透性：（标稱）分子重量拒絕：通量速率：20 l /m²/ h标稱設計流量率40°C
膜尺寸：4“x 30”螺旋形，每個元素6m²膜面積運營壓力：
41 Bar（600 PSIG）*大
30-40 Bar（450-600 PSIG）
推薦的。
溫度限制：
57°C。*高10-50°C。
推薦的。
耐pH值
2.3*小
11.0*大短期暴露
推薦2.3到10.0
氧化劑耐受性：
沒有
拒絕率：
> 99％真蛋白（TRP）
通量率：
27 l /m²/ h标稱設計通量（50°C）。
拒絕500以上
95％
拒絕低于200
5％
Na Cl
95％
乳糖
0-4％
硫酸鎂
5％
氯化鈣
70％
磷酸鈣
20-60％（pH依賴）
檸檬酸
10-95％（pH依賴）
醋酸
10-95％（pH依賴）
[0022]一家公司Osmonics Inc.生産一種稱為“Osmo MX-06”的實驗膜，該膜是薄膜，類似于過濾工程膜。然而，制造商尚未在該膜上發表任何規格。
[0023]對于所有納濾膜，硫酸鎂的排斥相當高（90-98％），而氯化鈉的排斥度在50％以下。由于這些膜帶負電荷，所以陰離子排斥主要決定了溶質排斥。例如，氯化鈣的排斥與氯化鈉大緻相同（甚至更低），而硫酸鈉的排斥與硫酸鎂大緻相同。二價和多價陰離子被高度的拒絕。到目前為止，沒有已知的情況已經發展，其中高度帶電的陽離子與納濾膜相互作用以産生正的淨表面電荷。
[0024]通常，根據本發明，将所需低分子量化合物或分子的5.0至50％的溶液在約600PSI下進料至納濾器。低分子量低于500MW。産品通過膜，而不同程度的較大分子不通過并被膜保留。通過膜的任何給定分子的量取決于進料流中分子量，離子電荷和分子濃度。
[0025]在本發明的實驗實踐中，葡萄糖以低濃度被膜保留; 然而，當使用28％葡萄糖時，葡萄糖滲透到一定程度，而實質上保留所有較高級的低聚糖。
[0026]在有機酸鹽的情況下，如乳酸或多或少的酸出現在滲透物流中，這取決于它是以鹽形式存在還是作為遊離酸存在。遊離酸鹽比鹽更快地滲透到膜中。
[0027]圖。圖2顯示了其制造商被稱為“Osmo 19T”的實驗室儀器。該儀器在實驗室中用于進行實驗運行，導緻以下一些實施例。它具有用于保持葡萄糖漿27的開口罐50，罐通過進料泵52和壓力泵54聯接到膜容器56.壓力計58以每分鐘4-5加侖保持約450PSI。合适的閥裝置60通過有限的流動，其産生由箭頭A表示的反饋回路，以将已經經過泵54的湍流的一些進料流混合回到新鮮的進料進料流中。有限的流量還可以存儲一些材料，以将管線壓力調整到450 PSI。
[0028]膜容器56可以被認為是具有沿其内部徑向拉伸的膜的無應變鋼管，以将内部分隔成入口和出口室，它們之間的唯一通道是通過膜。膜可以被認為是不通過大于葡萄糖分子的任何分子的過濾器。實際上，膜是複雜的螺旋形狀; 在任何情況下，材料在膜的入口側進入容器56，通過膜，并從出口側離開，作為滲透物在62處。
[0029]由于較小的分子（如果有的話）在該過程中較早去除，所以62處的滲透物幾乎是純葡萄糖。因此，在膜的入口側，不通過膜的材料積聚并積聚以堵塞膜。為了避免這種堵塞，一些材料（“滞留物”）從入口側通過管64返回到罐中。壓力計66設定在約430PSI，其确定膜的淨差為20PSI。閥68被設定為調節反饋保留物的體積。
[0030]在工廠設立了一個試點系統（圖1），以測試較大規模的生産。在該實施例中，葡萄糖漿27經由進料管70進入，通過泵72和流量計74到達膜容器76，膜容器76被構造成與容器56大緻相同。壓力計78控制輸入對膜的壓力。循環回路（由箭頭B示出）具有由閥80控制的流量。
[0031]純化的葡萄糖産品的流出物出現在82℃。壓力計84以與測量器66保持的相同的方式保持膜上的背壓。壓力控制閥86被調節以将期望的壓力讀數保持在标尺84處。一部分滞留物在88處被再循環到泵72的輸入端。另外一個閥門90被設定成使得滲餘物的百分比被排出。這種滲出材料可以以任何合适的方式使用，如通過返回到圖1 的過程中的一些合适的上遊點。1或通過使用它來生産除基本上純的葡萄糖之外的其他産物。
[0032]使用Osmo 19T試驗系統測試三個膜，用于葡萄糖純化來自糖化玉米澱粉的進料流。
[0033]使用過濾工程UO膜進行更大規模的運行。建立了一個全天候的系統，以确定生産規模的過程。膜有1000平方英尺的過濾面積。結果如下：
産品和飼料特性的日平均結果如下所示。[0034]使用Filmtech NF-40膜，在Osmo 19T試驗系統中處理20加侖的具有不同百分比的幹固體的葡萄糖液。飼料和産物流的工藝條件，通量和純度如下所示。
[0035]五天後與實施例2中使用的相同系統的結果。
一天的平均結果。[0036]将含有約36％乳酸鹽離子的濃縮的500,000MW 超濾乳酪乳杆菌發酵液稀釋至約10％的乳酸鹽，超濾（50,000個插入物，MW）并在pH6.0下進行納濾，并且在用硫酸調節pH後為2.3。本實施例5中使用的發酵肉湯是從每升含有140克葡萄糖，5克/升酵母提取物，30克陡峭水幹固體/升和1.0克（NH 4）的溶液的48小時發酵得到的） 2PO 4 /升。将該糊狀物用幹酪乳杆菌亞種鼠李糖發酵，在pH 6.0和110℃下加入氨進行pH控制。當所有葡萄糖發酵時，将肉湯超濾并濃縮至36％乳酸離子。
[0037]對于這個例子，在Osmo 19T試驗系統上進行了測試，其中Osmo MX06膜的粘度約為400PSI和45℃。超濾材料（A）的樣品在pH6（B）下納米稀釋，并在pH2.3 C）均調節至pH2.4，并濃縮至20-30％乳酸進一步處理。對這些樣品進行HPLC（高壓液相色譜）分析，結果如下所示。
DP 3 +
=三糖和高級聚合物。
DP 2
=二糖
DP1
=單糖
[0038]可以看出，納米過濾器去除了大多數二糖和一些單糖。此外，在乳酸未離子化的pH下，滲透物中的乳酸與無機鹽的比例增加，從而提供更高的淨化因子。
[0039]本領域技術人員将容易地察覺到如何修改本發明。因此，所附權利要求将被解釋為涵蓋落入本發明的真實範圍和精神内的所有等效結構。