本發(fā)明屬于果糖制備工藝，涉及一種分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)及其應(yīng)用，具體涉及一種利用膜技術(shù)且能實現(xiàn)原位分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、果糖是一種酮己糖，與傳統(tǒng)甜味調(diào)味品蔗糖相比，等量情況下果糖是其甜味的1.5-2倍，同時熱量也更低。并且果糖能夠避開葡萄糖代謝途徑，可以有效避免肥胖、動脈硬化等問題，因此自20世紀(jì)80年代以來，果糖就開始被廣泛應(yīng)用于食品、飲料、藥品等商業(yè)品的生產(chǎn)。

2、傳統(tǒng)果糖生產(chǎn)途徑依賴于農(nóng)作物的種植，通過分解農(nóng)作物中的蔗糖、淀粉、菊糖等雙糖或多糖，再將分解產(chǎn)物進(jìn)一步異構(gòu)化和分離，結(jié)晶得到果糖產(chǎn)品。

3、隨著合成生物學(xué)的發(fā)展，目前有望利用酶法實現(xiàn)果糖的生物合成，從而使果糖生產(chǎn)擺脫對農(nóng)作物種植的依賴。其中甲醇酶法通過多酶級聯(lián)催化，以甲醇等簡單化合物為底物合成果糖。例如cn113755543a公開了一種從甲醇等簡單化合物生物合成淀粉的方法，d-果糖-6-磷酸作為該合成路徑中的其中一種中間產(chǎn)物，脫去磷酸基團(tuán)后即可得到果糖。

4、通過酶法得到的果糖料液預(yù)計會含有大量的催化用酶蛋白，另外還含有大量的產(chǎn)物果糖，大量的副產(chǎn)物磷酸鹽，以及緩沖液組分和一些其它離子，如氯離子等，底物因被消耗完全而不會存在于果糖料液中。產(chǎn)物與副產(chǎn)物在反應(yīng)體系中累積，將會抑制多酶級聯(lián)催化反應(yīng)的反應(yīng)速率，因此需要將其進(jìn)行原位脫除，同時需要將酶蛋白保留在反應(yīng)體系中繼續(xù)用于催化。為了得到較高純度的果糖溶液產(chǎn)品，還需要將料液中的緩沖液組分和鹽離子脫除分離，在這之后為了提高產(chǎn)品濃度，還需要對果糖溶液進(jìn)行濃縮。

5、因此，需要開發(fā)一種原位分離純化濃縮酶法果糖料液的方法，從果糖料液中得到較高純度及濃度的果糖溶液產(chǎn)品。這一方法將有助于實現(xiàn)體外多酶催化合成果糖的工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)及其應(yīng)用，具體提供一種利用膜技術(shù)且能實現(xiàn)原位分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)及其應(yīng)用。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)，所述分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)包括依次連接的超濾膜組件、電滲析器、納濾膜組件和濃縮膜組件。

4、本發(fā)明針對酶法獲得果糖料液的分離純化，設(shè)計了一種由超濾膜組件、電滲析器、納濾膜組件和濃縮膜組件組成且按照一定順序排布的系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于膜技術(shù)，具有操作自由度高、空間占用小、操作簡便、無額外廢物產(chǎn)生等優(yōu)點，能夠最終實現(xiàn)果糖料液中酶蛋白的截留及循環(huán)使用、磷酸鹽及氯化鹽及緩沖鹽的脫除、果糖產(chǎn)品的濃縮，最終得到具有較高純度和濃度的果糖溶液產(chǎn)品。該系統(tǒng)能夠連接于酶催化制備果糖的反應(yīng)設(shè)備上，即能實現(xiàn)原位分離純化濃縮果糖料液。

5、優(yōu)選地，所述酶法獲得果糖料液的組分包含：酶蛋白、磷酸鹽、氯化鹽、果糖和可選的非磷酸鹽類緩沖鹽(例如4-羥乙基哌嗪乙磺酸hepes等)。

6、通過酶法得到的果糖料液預(yù)計會含有大量的催化用酶蛋白，另外還含有大量的產(chǎn)物果糖，大量的副產(chǎn)物磷酸鹽，以及緩沖液組分和一些其它離子，如氯離子等，底物因被消耗完全而不會存在于果糖料液中。

7、優(yōu)選地，所述超濾膜組件選自板框式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或中空纖維膜膜組件。

8、優(yōu)選地，所述超濾膜組件的操作模式選自死端過濾或錯流過濾。

9、優(yōu)選地，所述超濾膜組件的膜材質(zhì)包括聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、再生纖維素或醋酸纖維素中的任意一種或至少兩種的組合；更優(yōu)選聚醚砜和/或聚砜。

10、優(yōu)選地，所述超濾膜組件的膜的截留分子量為5000-30000d，例如5000d、10000d、12000d、15000d、18000d、20000d、22000d、25000d、28000d、30000d等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

11、優(yōu)選地，所述超濾膜組件的操作壓差為0.1-1mpa，例如0.1mpa、0.2mpa、0.3mpa、0.4mpa、0.5mpa、0.6mpa、0.7mpa、0.8mpa、0.9mpa、1mpa等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

12、在本發(fā)明中，超濾膜組件的膜材質(zhì)選擇聚醚砜和/或聚砜以及膜的截留分子量選擇為5000-30000d時，非目標(biāo)成分膜蛋白、氯化鹽、磷酸鹽、緩沖鹽的去除效果更優(yōu)異。

13、優(yōu)選地，所述電滲析器選自壓濾式電滲析器或卷式電滲析器。

14、優(yōu)選地，所述電滲析器的組裝形式包括一級一段的并聯(lián)組裝、多級一段的并聯(lián)組裝、一級多段的串聯(lián)組裝、多級多段的串聯(lián)組裝。

15、優(yōu)選地，所述電滲析器的電極材料包括不銹鋼、石墨、釕或其氧化物、鉛或其氧化物、鉑或其氧化物、鈦或其氧化物、銥或其氧化物、鉭或其氧化物、鎢或其氧化物中的任意一種或至少兩種的組合。

16、優(yōu)選地，所述電滲析器的操作模式包括恒流電滲析和/或恒壓電滲析。

17、優(yōu)選地，所述電滲析器的離子交換膜為交替排布的陰離子交換膜與陽離子交換膜。

18、優(yōu)選地，所述陽離子交換膜的活性基團(tuán)包括磺酸基團(tuán)、磷酸基團(tuán)、羧酸基團(tuán)中的任意一種，更優(yōu)選磺酸基團(tuán)。

19、優(yōu)選地，所述陰離子交換膜活性基團(tuán)包括季胺基團(tuán)、叔胺基團(tuán)、仲胺基團(tuán)、伯胺基團(tuán)中的任意一種，更優(yōu)選季胺基團(tuán)。

20、在本發(fā)明中，電滲析器的陽離子交換膜的活性基團(tuán)選擇磺酸基團(tuán)、陰離子交換膜活性基團(tuán)選擇季胺基團(tuán)時，非目標(biāo)成分膜蛋白、氯化鹽、磷酸鹽、緩沖鹽的去除效果更優(yōu)異。

21、優(yōu)選地，所述納濾膜組件的操作模式為錯流過濾。

22、優(yōu)選地，所述納濾膜組件的洗濾方式包括連續(xù)洗濾或不連續(xù)洗濾。

23、優(yōu)選地，所述納濾膜組件包括板框式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或中空纖維膜組件。

24、優(yōu)選地，所述納濾膜組件的膜材質(zhì)包括聚醚砜、聚砜、醋酸纖維素、聚酰胺或聚乙烯醇中的任意一種或至少兩種的組合；更優(yōu)選聚酰胺。

25、優(yōu)選地，所述納濾膜組件的膜的截留分子量為250-400d，例如250d、280d、300d、320d、350d、370d、400d等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

26、優(yōu)選地，所述納濾膜組件的操作壓差為0.6-4mpa，例如0.6mpa、1mpa、1.5mpa、2mpa、2.5mpa、3mpa、3.5mpa、4mpa等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

27、在本發(fā)明中，納濾膜組件的膜材質(zhì)選擇聚酰胺、膜的截留分子量為250-400d時，非目標(biāo)成分膜蛋白、氯化鹽、磷酸鹽、緩沖鹽的去除效果更優(yōu)異。

28、優(yōu)選地，所述濃縮膜組件的操作模式為錯流過濾或死端過濾。

29、優(yōu)選地，所述濃縮膜組件包括板框式膜組件、管式膜組件、卷式膜組件或中空纖維膜組件。

30、優(yōu)選地，所述濃縮膜組件的膜材質(zhì)包括聚醚砜、聚砜、醋酸纖維素、聚酰胺或聚乙烯醇中的任意一種或至少兩種的組合；更優(yōu)選聚酰胺。

31、優(yōu)選地，所述濃縮膜組件的膜的截留分子量小于150d，例如140d、120d、100d、90d、80d、70d、60d、50d、30d等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

32、優(yōu)選地，所述濃縮膜組件的操作壓差為0.6-4mpa，例如0.6mpa、1mpa、1.5mpa、2mpa、2.5mpa、3mpa、3.5mpa、4mpa等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

33、第二方面，本發(fā)明提供一種分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的方法，所述方法為使用第一方面所述的分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)進(jìn)行，具體包括如下步驟：

34、(1)將采用酶法獲得的果糖料液經(jīng)過超濾膜組件進(jìn)行超濾處理，得到超濾透過液；

35、(2)將超濾透過液作為淡室液，經(jīng)過電滲析器進(jìn)行電滲析處理，得到處理后的淡室液；

36、(3)對處理后的淡室液進(jìn)行ph調(diào)節(jié)，之后經(jīng)過納濾膜組件進(jìn)行納濾洗濾處理，得到洗濾透過液；

37、(4)將洗濾透過液經(jīng)過濃縮膜組件進(jìn)行濃縮處理，得到濃縮液。

38、優(yōu)選地，所述采用酶法獲得的果糖料液的組分包含：酶蛋白、磷酸鹽、氯化鹽、果糖和可選的非磷酸鹽類緩沖鹽。

39、優(yōu)選地，步驟(3)所述ph調(diào)節(jié)至8.0-9.0，例如ph＝8.0、ph＝8.2、ph＝8.4、ph＝8.5、ph＝8.6、ph＝8.7、ph＝8.8、ph＝9.0等，該數(shù)值范圍內(nèi)的其他具體點值均可選擇，在此便不再一一贅述。

40、當(dāng)對處理后的淡室液進(jìn)行ph調(diào)節(jié)至8.0-9.0時，非目標(biāo)成分膜蛋白、氯化鹽、磷酸鹽、緩沖鹽的去除效果更優(yōu)異。

41、第三方面，本發(fā)明提供第一方面所述的分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的系統(tǒng)和/或第二方面所述的分離純化濃縮酶法獲得果糖料液的方法在制備果糖產(chǎn)品中的應(yīng)用。

42、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

43、本發(fā)明針對酶法獲得果糖料液的分離純化，設(shè)計了一種由超濾膜組件、電滲析器、納濾膜組件和濃縮膜組件組成且按照一定順序排布的系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于膜技術(shù)，具有操作自由度高、空間占用小、操作簡便、無額外廢物產(chǎn)生等優(yōu)點，能夠最終實現(xiàn)果糖料液中酶蛋白的截留及循環(huán)使用、磷酸鹽及氯化鹽及緩沖鹽的脫除、果糖產(chǎn)品的濃縮，最終得到具有較高純度和濃度的果糖溶液產(chǎn)品。該系統(tǒng)能夠連接于酶催化制備果糖的反應(yīng)設(shè)備上，即能實現(xiàn)原位分離純化濃縮果糖料液。