一、技術名稱:異麥芽酮糖發酵工藝優化技術
二、技術所屬領域及適用范圍:輕工行業 蔗糖轉化成異麥芽酮糖生產
三、與該技術相關的能耗及碳排放現狀
異麥芽酮糖生產是以蔗糖為原料,經蔗糖異構酶催化蔗糖轉化為異麥芽酮糖而實現的,目前比較常用的蔗糖異構酶生產菌包括P. rubrum, S. plymuthica、Er.carotovora、Er.
Rhapontici等。雖然這些菌所產生的酶都能將蔗糖轉化為異麥芽酮糖,但轉化產物中的異麥芽酮糖產率僅在8%-86%范圍內變化,而且在轉化過程中還產生5-15%的副產物(葡萄糖和果糖),嚴重影響異麥芽酮糖的結晶和產品質量。因此,傳統的異麥芽酮糖生產工藝包括酶制劑制備、蔗糖異構化、蔗糖酶或酵母分解殘留蔗糖、離子交換樹脂分離純化、濃縮結晶等工序,生產工藝十分復雜。在傳統工藝中,主要耗能環節包括轉化時間和攪拌時間長、攪拌功率大、額外的酵母發酵消除蔗糖和樹脂分離純化工序等,單位產品平均能耗約為1.3tce/t。如果使用克雷伯新菌(K.
chinesensis)生產異麥芽酮糖,僅需要蔗糖發酵轉化和濃縮結晶兩步工序,可使生產工藝簡化,大幅度降低成本。目前該技術可實現節能量7萬tce/a,CO2減排約18萬t/a。
四、技術內容
1.技術原理
通過使用蔗糖異構酶產生菌克雷伯新菌(K.
chinesensis),并采用含有蔗糖異構酶的活性細胞碎片催化蔗糖轉化,可使蔗糖轉化率高達99.8%以上,不僅大幅縮短轉化時間,需氧量明顯降低,而且轉化產物中不產生葡萄糖和果糖副產物,可實現無分離純化工序直接濃縮結晶,簡化了異麥芽酮糖的生產工藝。由于該技術減少了發酵和攪拌時間,降低了攪拌功率,因此實現了工序的節能。
2.關鍵技術
(1)研發尋找到優秀的克雷伯新菌(K.
chinesensis),使蔗糖轉化率高達99.8%以上,且產物中不形成葡萄糖和果糖副產物;
(2)將酶制劑生產與蔗糖轉化兩步工序合并,采用同步工藝,將異麥芽酮糖的發酵轉化時間由24h縮短為9h以內;
(3)采用無分離純化直接濃縮結晶工藝,避免了酵母發酵和離子交換層析等異麥芽酮糖分離純化步驟;
(4)在蔗糖轉化過程中,采用前期攪拌通風后期停止攪拌工藝,攪拌時間由傳統轉化工藝的24h以上,減少為少于5h。
3.工藝流程
與傳統工藝流程相比,異麥芽酮糖發酵優化工藝顯著簡化,僅包括蔗糖轉化和濃縮結晶兩步工序,如圖1所示:
圖1 異麥芽酮糖發酵優化工藝與傳統生產工藝的流程對比圖
五、主要技術指標
1.發酵轉化時間縮短62.5%;
2.攪拌時間縮短79.2%;攪拌功率減少40%;
3.分離純化減少100%;
4.每生產1t異麥芽酮糖節能143kgce。
六、技術鑒定、獲獎情況及應用現狀
2006年6月,該技術通過大連市科技局主持的異麥芽酮糖生產菌的科技成果鑒定,并獲得大連市科技進步一等獎。2007年獲得遼寧省科技進步二等獎。本技術已2條異麥芽酮糖生產線上使用,節能效果明顯。
七、典型應用案例
典型用戶:鎮江欣隆生物有限公司、青島瑯琊臺集團公司等
典型案例1
技術提供單位:鎮江欣隆生物有限公司
建設規模:1000t/a的異麥芽酮糖生產線。主要技改內容:新建異麥芽酮糖生產線,主要設備包括轉化罐,結晶罐,分蜜罐和干燥器。節能技改投資額100萬元,建設期1年。每年可節能148tce,年節能經濟效益為47萬元,投資回收期約2年。
典型案例2
技術提供單位:鎮江欣隆生物有限公司
建設規模:5000t/a的異麥芽酮糖生產線。主要技改內容:新建異麥芽酮糖生產線,主要設備包括:轉化罐,結晶罐,分蜜罐和干燥器。節能技改投資額260萬元,建設期1年。每年可節能715 tce,年節能經濟效益120萬元,投資回收期約2年。
八、推廣前景及節能減排潛力
異麥芽酮糖生產只是在蔗糖生產工藝中增加了蔗糖轉化步驟,其它工序可以完全借用蔗糖生產設備。因此,同一套設備既可以用于蔗糖生產,也可以用于異麥芽酮糖生產,可以根據市場需求,隨時轉換產品。預計未來5年,可在行業內推廣約10%,形成的年節能能力約為34萬tce,年減排能力約90萬tCO2。
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