CN100595213C - 一种β-环糊精的生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种β-环糊精的生产工艺：按照15～30%的质量百分浓度进行淀粉调浆，然后按照每克淀粉300～500单位的浓度加入CGT酶，充分混合后升温至80～85℃液化10～15min，再降温至53～60℃；按照每克淀粉补加500～700单位CGT酶的量加入CGT酶，加入体积为淀粉质量10～13%的有机溶剂后，充分反应8～10小时；回收有机溶剂，然后结晶得到粗β-环糊精，然后分离纯化制得β-环糊精。本发明的工艺流程简洁、便于控制，生产周期短，转化率高、收率高，降低了能耗和生产成本。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种β-环糊精的生产工艺。
(二)背景技术
β-环糊精是环状糊精葡萄糖基转移酶(简称CGT酶)作用于淀粉的产物，是白色的结晶状粉末，是由7个葡萄糖单位经α-1.4糖键连接成环形结构的糊精。分子中间形成一个穴洞，穴洞具有独特的包接功能，能与许多种物质形成包接结合物，在工业上用途很广。
β-环糊精的生产工艺多为下述路线：
淀粉调浆，然后加入CGT酶，调整pH在7.8～8.0间，升温约至100℃后液化，再降温至50～60℃；补加CGT酶，调pH值为9.0左右后反应1～2h，再加入有沉淀作用的有机溶剂，反应14～48小时；加入α-淀粉酶，调整pH值在6.0～6.5，升温至80～85℃保持15～20min(二次液化)，继续升温至100℃回收有机溶剂，然后结晶得到粗β-环糊精，然后分离纯化制得β-环糊精。这种工艺的缺点是对pH非常敏感，需多次调整，且范围控制严格；升降温过程多、反应时间长、原料繁多，整体上成本高、能耗大。
中国发明专利CN1054072，采用的β-环糊精的生产工艺如下：
淀粉调浆，然后加入CGT酶，搅拌升温至70～80℃，液化5～15min，降温至55℃，加CGT酶，在温度52～56℃、pH不低于6.0条件下，搅拌0.5h后进行静置反应，反应6～12h(若过程中pH低于6.0，则需用碱调至6.0以上)，过程中监测环糊精生成量的变化，在生成量的转折点结束反应，调整pH值在6.0～6.5，加入α-淀粉酶，二次液化，脱色提取。此工艺的优点是在淀粉调浆加入CGT酶液化时和补加CGT酶静置反应时都不用调整pH值，减少了pH值的调整次数；同时升降温的幅度也相对较小，能耗较之前者节省不少；但静置反应的淀粉转化率较低，一般只有40％多，且对生成量最大点的控制也难于把握，仍然存在反应后需要进行二次液化的问题，一方面需要加入α-淀粉酶，另外一方面反应时间延长，这些从成本和能耗上都有待改进。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种β-环糊精的生产工艺，工艺流程简洁、便于控制，生产周期短，转化率高、收率高，降低了能耗和生产成本。
本发明采用的技术方案如下：
一种β-环糊精的生产工艺，按照15～30％的质量百分比浓度进行淀粉调浆，然后按照每克淀粉300～500单位的浓度加入CGT酶，充分混合后升温至80～85℃液化10～15min，再降温至53～60℃；按照每克淀粉补加500～700单位CGT酶的浓度加入CGT酶，加入体积为淀粉质量10～13％的有机溶剂后，充分反应8～10小时；回收有机溶剂，然后结晶得到粗β-环糊精，然后分离纯化制得β-环糊精。
这个过程是通过酶促反应生成β-环糊精的过程，同时也是一个可逆反应。CGT酶作用于淀粉，生成环糊精，但环糊精同时也被CGT酶破坏，给环糊精的高效积累造成困难。环糊精有一个疏水的腔，可以与多种有机化合物形成包络复合物，不溶于水的包络复合物则生成沉淀，不再受CGT酶的破坏作用，利于生成CGT酶的单向反应，而此处加入有机溶剂的目的即是与环糊精生成这种不溶于水的包络复合物，比较优选的有机溶剂为三氯乙烯、丙酮、环己烷、甲苯或溴苯；但是从毒性、回收以及溶剂的残留方面考虑，最佳选择是环己烷，毒性小，与环糊精的络合效率高，不易残留在最后的终产品中，不影响β-环糊精的食用和药用。
进一步，较好的工艺条件如下：
淀粉调浆，然后按照每克淀粉400单位的浓度加入CGT酶，升温至80℃液化10min后降温至55℃；按照每克淀粉补加600单位CGT酶的浓度加入CGT酶，加入体积为淀粉质量10％的环己烷充分反应，之后回收环己烷然后结晶得到粗β-环糊精，然后分离纯化制得β-环糊精。
所述的淀粉具体可选择玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉，由于各种淀粉的粘度不同，可选择不同的淀粉调浆浓度。如玉米淀粉粘度较大，调浆浓度以15％为宜，而马铃薯和木薯淀粉的浓度可稍高，在20～30％之间。所谓的调浆即配制淀粉的水溶液，可在调浆池中调好后再打入反应罐，也可在反应罐中直接配制，配制过程最好用蒸馏水。
淀粉调浆后加入CGT酶，升温液化的过程，也是淀粉糊化的过程，淀粉粘度降低。
加入环己烷后，可以利用搅拌等手段来促使反应更加充分的进行，这个过程，淀粉的转化率一般都在70％以上。由于淀粉的高转化率，反应液不再需要加入淀粉酶进行二次液化。
溶剂回收后，由于淀粉投料浓度大，反应液不需要浓缩即可直接送入结晶槽结晶，得到粗β-环糊精，之后可按照以下方法进行分离纯化：将粗β-环糊精用水溶解，离心后再次溶解，加入糖液活性炭脱色，过滤后进行重结晶，重结晶得到的晶体再次用水溶解，并加入中性活性炭吸附脱色后，过滤离心即得精制的β-环糊精。
粗β-环糊精一般可按照湿重15～20％溶于蒸馏水，加热溶晶；加入活性炭的浓度为溶液的1％，吸附时间可按照实际情况确定，一般20～30min即可，趁热过滤。
所述的CGT酶可直接在市场上购得，如日本Amano Enzyme Inc生产的CGTPRA1252353L.
本发明相对于现有技术，有以下优点：
1)本工艺省去了整个过程中多次调节βH值的操作，既使得工艺简洁了不少，易于控制，同时也省去了大量的用于调节pH所用的酸、碱；
2)减少了升降温的次数，而且温度差较小，工业上升降温过程不但难于控制，而且过程中容易影响酶活，本工艺的设计减少了这种几率，同时减少了能耗；
3)本反应只有一次液化过程，省去了加入淀粉酶后再次升温液化的过程，既节省时间和能耗，又节省了原料成本；
4)克服了要时刻监测环糊精生成量，难以确定最佳反应结束点的困难；
5)大浓度淀粉调浆为最后粗β-环糊精的结晶提供了便利，节约了工序；
6)淀粉转化率高，产品的收率高；
7)本反应总的反应周期短，只需要8～10小时，而现有的生产工艺至少需要12～16小时。
总得来讲，本发明的工艺流程简洁、便于控制，生产周期短，转化率高、收率高，降低了能耗和生产成本。
(四)具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
取含量为84.3％的玉米淀粉5000Kg，用蒸馏水按照质量浓度为15％(以纯淀粉计)在反应罐中调浆，再按照400单位/g淀粉的比例加入CGT酶(实际加入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算)，充分混合后升温至85℃，液化反应10min，迅速降温至55℃，再按每克淀粉600单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.13mL的比例加入环己烷，充分反应8h，此时淀粉转化率达到74.0％，升温回收环己烷，余下的反应液直接送入结晶槽结晶，得到粗β-环糊精4186Kg，收率为71.5％(以干物质计)，将粗β-环糊精用水溶解，离心后再次溶解，加入糖液活性炭脱色，过滤后进行重结晶，重结晶得到的晶体再次用水溶解，并加入中性活性炭吸附脱色后，过滤离心即得精制的β-环糊精，最后得到的精制β-环糊精的收率为51.4％(以干物质计)。
实施例2
取含量为85.9％的马铃薯淀粉5000Kg，用蒸馏水按照质量浓度为20％(以纯淀粉计)在反应罐中调浆，再按照300单位/g淀粉的比例加入CGT酶(实际加入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算)，搅拌并升温至80℃，液化反应12min，迅速降温至57℃，再按每克淀粉500单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入环己烷，充分反应8h，此时淀粉转化率达到75.5％，升温回收环己烷，然后结晶得到粗β-环糊精，粗β-环糊精的收率为73％(以干物质计)，将粗β-环糊精用水溶解，离心后再次溶解，加入糖液活性炭脱色，过滤后进行重结晶，重结晶得到的晶体再次用水溶解，并加入中性活性炭吸附脱色后，过滤离心即得精制的β-环糊精，最后得到的精制β-环糊精的收率为52.6％(以干物质计)。
实施例3
取含量为81.5％的木薯淀粉6500Kg，用蒸馏水按照质量浓度为30％(以纯淀粉计)在反应罐中调浆，再按照500单位/g淀粉的比例加入CGT酶(实际加入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算)，搅拌并升温至82℃，液化反应15min，迅速降温至60℃，再按每克淀粉700单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入环己烷，充分反应8h，此时淀粉转化率达到74.7％，升温回收环己烷，然后结晶得到粗β-环糊精，粗β-环糊精的收率为71.2％(以干物质计)，将粗β-环糊精用水溶解，离心后再次溶解，加入糖液活性炭脱色，过滤后进行重结晶，重结晶得到的晶体再次用水溶解，并加入中性活性炭吸附脱色后，过滤离心即得精制的β-环糊精，最后得到的精制β-环糊精的收率为51.3％(以干物质计)。
Claims (6)
1.一种β-环糊精的生产工艺，其特征在于所述的工艺为按照15～30％的质量百分比浓度进行淀粉调浆，然后按照每克淀粉300～500单位的浓度加入CGT酶，充分混合后升温至80～85℃液化10～15min，再降温至53～60℃；按照每克淀粉补加500～700单位CGT酶的量加入CGT酶，加入体积为淀粉质量10～13％的有机溶剂后，充分反应8～10小时；回收有机溶剂，然后结晶得到粗β-环糊精，然后分离纯化制得β-环糊精。
2.如权利要求1所述的β-环糊精的生产工艺，其特征在于所述的有机溶剂为三氯乙烯、丙酮、环己烷、甲苯或溴苯。
3.如权利要求2所述的β-环糊精的生产工艺，其特征在于所述的有机溶剂为环己烷。
4.如权利要求1所述的β-环糊精的生产工艺，其特征在于所述的工艺为淀粉调浆，然后按照每克淀粉400单位的浓度加入CGT酶，升温至80℃液化10min后降温至55℃；按照每克淀粉补加600单位CGT酶的量加入CGT酶，加入体积为淀粉质量10％的环己烷充分反应，之后回收环己烷然后结晶得到粗β-环糊精，然后分离纯化制得β-环糊精。
5.如权利要求1所述的β-环糊精的生产工艺。其特征在于所述的淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。
6.如权利要求1～5之一所述的β-环糊精的生产工艺，其特征在于所述的分离纯化按照以下步骤进行：将粗β-环糊精用水溶解，离心后再次溶解，加入糖液活性炭脱色，过滤后进行重结晶，重结晶得到的晶体再次用水溶解，并加入中性活性炭吸附脱色后，过滤离心即得精制的β-环糊精。
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