CN102533606B - 一株产蔗糖果糖转移酶的菌株及用该酶生产菊糖的方法 - Google Patents

一株产蔗糖果糖转移酶的菌株及用该酶生产菊糖的方法 Download PDF

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Abstract

一株产蔗糖果糖转移酶的菌株及用该酶生产菊糖的方法，属于食品生物技术领域。本发明涉及一株从土壤中筛选而来的蜡状芽孢杆菌（Bacilluscereus）SK21.001，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCCNO：M2011462，以此蜡状芽孢杆菌为发酵菌株，以蔗糖为碳源、酵母浸出物和蛋白胨为氮源等组成发酵培养基，发酵生产蔗糖果糖转移酶，发酵后经检测，在发酵液中酶活达到1-25U/mL。将蔗糖果糖转移酶添加到10%-50%蔗糖溶液中催化合成菊糖，转化24-72h，转化率达10%以上。本发明方法生产的菊糖产品安全可靠，是一种很有市场潜力的功能性食品配料。

Description

一株产蔗糖果糖转移酶的菌株及用该酶生产菊糖的方法
技术领域
本发明涉及能够生产蔗糖果糖转移酶的一种新微生物菌株及其培养发酵生产蔗糖果糖转移酶，并将该酶用于生物制备菊糖的方法，属于食品生物技术领域。更具体的说本发明涉及来源于土壤的蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）SK 21.001，保藏编号为CCTCC NO：M 2011462，它能够产生蔗糖果糖转移酶，并利用该酶催化蔗糖合成菊糖（inulin）。
背景技术
近年来，功能食品成为广大消费者关注的热点，更是广大食品从业者研发的焦点。糖尿病、肥胖和心血管疾病人群的逐年增加和低龄化，使得低热量、具有更多功能营养特性的功能食品配料成为关注的热点。
菊糖又称菊粉，是由D-果糖经β(1→2)键连接而成的线性直链多糖，末端常带有一个葡萄糖残基，聚合度(DP)为2～60，平均在10～12，聚合度较低时(DP=2～9)则称为低聚果糖。菊糖具有甜度低，微溶于冷水和乙醇，易溶于热水，对酸、热稳定等理化性质。菊糖还具有促进双歧杆菌增殖，改善肠道微环境，控制血脂，减少心血管疾病的危害等功能。
因此，菊糖作为一种功能性食品添加剂广泛应用于低脂食品、糖果、糕点等食品。
酶法合成是工业化生产菊糖的主要途径。酶法合成菊糖的产率受多种因素影响，酶的来源直接影响酶法合成的菊糖的结构和产率。迄今为止，已发现多种微生物可以产生此酶，其中主要集中在萨氏曲霉（A.sydowi）、变形链球菌（Streptococcus mutans）、乳酸杆菌（Lactobacillus sp.）、柠檬明串珠菌（Leuconostoc citreum）。
本发明人深入调查和研究了现有技术并对各种高收率生产菊糖的方法进行了研究，最终我们筛选到一株能产生蔗糖果糖转移酶的新微生物，证明了通过此酶与高浓度的蔗糖反应能得到高转化率的菊糖，并通过浓缩干燥等手段得到菊糖的糖浆或粉末。基于上述发现提出了本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的微生物，它能够生产高活力的蔗糖果糖转移酶。
本发明的另一个目的是提供一种该蔗糖果糖转移酶与高浓度蔗糖溶液反应的方法，以得到高转化率的菊糖。
本发明的再一个目的是提供一种菊糖提纯与精制的方法，以得到高浓度菊糖糖浆或粉末。
为了实现上述目的，本发明提供一种来源于土壤的蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus ）SK21.001，其为能够产生蔗糖果糖转移酶的菌株，并利用该蔗糖果糖转移酶转化蔗糖生成菊糖。
本发明的技术方案：一株产蔗糖果糖转移酶的菌株，其分类命名为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus ）SK21.001，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011462。
用所述的微生物CCTCC NO：M 2011462发酵生产蔗糖果糖转移酶的方法，步骤为：
（1）种子培养
种子培养基：酵母膏1-10g/L，蛋白胨1-20g/L，葡萄糖1-40g/L，pH6.0-8.0，去离子水配制；
种子培养条件：CCTCC NO：M 2011462菌株于30-37℃、100-250rpm的振荡速度下在种子培养基中培养10-20h活化该菌株；
（2）发酵培养
发酵培养基：酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-20g/L，蔗糖1-30g/L，pH6.0-8.0，去离子水配制；
发酵条件：接种量1%-10%（v/v），30-37℃、搅拌速度100-700rpm、空气流量0.1-1.0vvm的条件下在发酵培养基中发酵10-48h生产蔗糖果糖转移酶；
（3）发酵后处理
发酵液经冷冻离心后收集上清液即为粗酶液，经检测酶活达到1-25U/mL；
所得粗酶液进一步超滤浓缩，或用硫酸铵沉淀蛋白质，离心和冷冻干燥得到蔗糖果糖转移酶的粗酶粉。
用制备的蔗糖果糖转移酶转化蔗糖生产菊糖的方法，向底物蔗糖溶液中添加蔗糖果糖转移酶进行催化转化生产菊糖，转化条件为：蔗糖溶液的蔗糖质量浓度为10%-50%，pH4.0-8.0，转化反应温度为40-60℃，转化反应时间24-72h，转化率可达10%以上，得到含有菊糖的酶反应液，进一步加工处理用来制备菊糖糖浆或菊糖粉末。
菊糖糖浆的制备方法，步骤为：
（1）脱色
在含有菊糖的酶反应液中添加0.2%-2.0%的活性炭，在50-80℃下温育10-60min，然后进行硅藻土过滤，取脱色液；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%，即得菊糖糖浆。
菊糖粉末的制备方法，步骤为：
（1）脱色
同制备菊糖糖浆所述的脱色步骤；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%的浓缩液；
（3）喷雾干燥
控制进风温度150-200℃、出风温度50-100℃，将菊糖浓缩液喷雾干燥，得到菊糖粉末。
本发明的有益效果：本发明涉及一株从土壤中筛选而来的蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）SK 21.001，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011462，以此蜡状芽孢杆菌为发酵菌株，以蔗糖为碳源、酵母浸出物和蛋白胨为氮源等组成发酵培养基，发酵生产蔗糖果糖转移酶，发酵后经检测，在发酵液中酶活达到1-25U/mL。将蔗糖果糖转移酶添加到10%-50%蔗糖溶液中催化合成菊糖，转化24-72h，转化率达10%以上。本发明方法生产的菊糖产品安全可靠，是一种很有市场潜力的功能性食品配料。
生物材料样品保藏：一株产蔗糖果糖转移酶的菌株，其分类命名为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）SK 21.001，已保藏于中国典型培养物保藏中心，简称CCTCC，地址：中国武汉武汉大学，保藏编号为CCTCC NO：M 2011462，保藏日期2011年12月12日。
具体实施方式
以下是蜡状芽孢杆菌SK21.001进行发酵生产蔗糖果糖转移酶及酶法转化生产菊糖的实施实例，但本发明并不限于所列出的几个实例。
实施例1  微生物发酵产酶
用SK 21.001进行培养发酵，按说明书所述的发酵条件，通过对不同发酵时间产酶的检测，发现发酵21h后酶活已经趋于平稳，故确定发酵时间为21h左右。发酵时间对产蔗糖果糖转移酶的影响如表1所示。酶活力定义为每分钟转移1μmol果糖所需的酶量为一个蔗糖果糖转移酶活力单位。
蔗糖果糖转移酶酶活的测定方法：HPLC法测定果聚糖的生成量。
表1 发酵时间对产蔗糖果糖转移酶的影响
时间（h） 6 9 12 15 18 21 24
蔗糖果糖转移酶酶活（U/mL） 0.11 0.86 1.49 2.22 2.60 2.89 2.62
实施例2  酶法转化蔗糖生成菊糖
向质量浓度20%蔗糖溶液中添加蔗糖果糖转移酶催化转化，转化条件为：底物蔗糖质量浓度为20%，pH7.0，蔗糖果糖转移酶添加量0.5-50U/g蔗糖，转化反应温度为50℃，转化反应时间48h。
实施例3  菊糖糖浆的制备
（1）脱色
在含有菊糖的酶反应液中添加0.2%-2.0%的活性炭，在50-80℃下温育10-60min，然后进行硅藻土过滤，取脱色液；
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%，即得菊糖糖浆。
实施例4  菊糖粉末的制备
（1）脱色
同实施例3的脱色条件。
（2）浓缩
将脱色液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%的浓缩液；
（3）喷雾干燥
控制进风温度150-200℃、出风温度50-100℃，将菊糖浓缩液喷雾干燥，得到菊糖粉末。

Claims (2)

1.一株产蔗糖果糖转移酶的菌株，其分类命名为蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）SK21.001，已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏编号为CCTCC NO：M 2011462。
2.用权利要求1所述的CCTCC NO：M 2011462菌株发酵生产蔗糖果糖转移酶的方法，其特征在于步骤为：
（1）种子培养
种子培养基：酵母膏1-10g/L，蛋白胨1-20g/L，葡萄糖1-40g/L，pH6.0-8.0，去离子水配制；
种子培养条件：CCTCC NO：M 2011462菌株于30-37℃、150-250rpm的振荡速度下在种子培养基中培养10-20h活化该菌株；
（2）发酵培养
发酵培养基：酵母膏1-20g/L，蛋白胨1-20g/L，蔗糖1-30g/L，pH6.0-8.0，去离子水配制；
发酵条件：接种量1%-10%，30-37℃、搅拌速度100-700rpm、空气流量0.1-1.0vvm的条件下在发酵培养基中发酵10-48h生产蔗糖果糖转移酶；
（3）发酵后处理
发酵液经冷冻离心后收集上清液即为粗酶液，经检测酶活达到1-25U/mL；
所得粗酶液进一步超滤浓缩，或用硫酸铵沉淀蛋白质，离心和冷冻干燥得到蔗糖果糖转移酶的粗酶粉。
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果糖基转移酶及低聚果糖生产研究进展;王雪;《粮食与油脂》;20091231(第5期);第45-48页 *
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