CN103981233B - 一种以木薯淀粉为原料制备海藻糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种改良的酶法生产海藻糖的方法，引入纳米二氧化硅作为酶的固定相，能够大大缩短反应时间和减少酶的用量，显著降低生产成本，适合工业化生产。

Description

一种以木薯淀粉为原料制备海藻糖的方法

技术领域

本发明涉及一种以木薯淀粉为原料制备海藻糖的方法，涉及到生物医药领域。

背景技术

海藻糖对生物体具有显著的保护作用，海藻糖在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面能形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，海藻糖成为替代白蛋白作为冻干保护剂的理想选择，在生物技术药物、疫苗和脂质体的冻干制剂中具有广阔的前景。

目前，目前海藻糖的制备方法主要有微生物抽提法、发酵法、基因重组法以及酶转化法。生物抽提法、发酵法和基因重组法涉及复杂的生物学技术，对技术要求高，生产成本高，不适宜大量批量生产。酶转化法是采用葡萄糖、麦芽糖或淀粉等为底物, 通过与海藻糖合成有关的酶的作用转化成海藻糖。根据其作用底物, 主要分为葡萄糖、麦芽糖、淀粉为底物三种生产方法。该种方法成本低，非常适宜批量生产。目前，以淀粉为原料是有两条途径: 第一条途径是利用葡萄糖基转移酶(glycosyl transfer GTase) 和淀粉酶( amylase) 将淀粉转化成海藻糖；第二条途径是利用麦芽糖苷基海藻糖合成酶（MTSase）和麦芽糖苷基海藻糖水解酶（MTHase）的协同作用, 将一定链长的直链淀粉转化为海藻糖。

CN102965412A公开了一种海藻糖的制备方法，它采用大米(1)为基本原料，淀粉酶(2)、海藻酶(3)为辅助材料，通过浸泡(4)、磨浆(5)、调浆(6)、液化(7)、压虑(8)、糖化(9)、脱色(10)、离交(11)、醇化(12)、色谱分离(13)、浓缩(14)、灌装(15)、结晶分离(16)、干燥(17)、包装(18)十五个工艺流程完成。

2000年,南宁中诺生物工程有限责任公司利用此酶系成功开发出酶法转化木薯淀粉生产海藻糖的工艺,使我国成为世界上第2个酶法工业化生产海藻糖的国家。该工艺利用木薯淀粉由α-淀粉酶、普鲁兰酶分解为短链糊精后,经MTSase和MTHase作用转化生产海藻糖,精制后可制成含量为98.0%的食品级结晶海藻糖和含量为99.0%以上的高纯度结晶海藻糖(黄日波,海藻糖—21世纪的新型糖类[M]. 北京:化学工业出版社,2010.)。

但上述现有技术所述制备方法反应时间较长，使用淀粉酶的量较大，使得制备海藻糖的成本增加，不利于海藻糖的工业化生产。

为了克服上述现有技术存在的缺陷，需要提供一种更为有效的酶催化制备海藻糖的生产方法。

发明内容

本发明提供了一种基于MTSase和MTHase的协同作用，引入纳米材料作为酶的固定相生产海藻糖的方法，能够大大缩短反应时间和减少酶的用量。

本发明的目的是提供一种改良的酶法生产海藻糖的方法，为实现本发明的目的，采用以下技术方案：

a、取木薯淀粉10份，加入20-50份水，80-90℃加热使其溶解成糊状物；

b、调节步骤a物料pH为6.0-7.0，保持温度为30-45℃，加入负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅，搅拌2min，80Hz超声30s后保温10-20min得糖化液；

c、将步骤b处理过后的糖化液通过0.25μm的过滤膜过滤，所得糖化液用酸或碱调节pH为6.5-7.0，保持温度为30-40℃，再加入负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅，搅拌1min，80Hz超声30s后保温12h，再超声30s后保温12h；

d、将步骤c所得的物料通过0.25μm的过滤膜过滤，再加入0.1-0.5份的活性炭，搅拌30min，再通过0.25μm的过滤膜过滤，滤液再经装有中空纤维超滤膜的超滤器超滤；

e、将步骤d所得滤液在真空压为-0.085Mpa，温度为35℃的条件下，浓缩至含水量为10％～20％，结晶，离心即得。

本发明技术方案中，步骤a所得淀粉糊状溶液，淀粉的含量为20%-50%，现有技术中，酶法制海藻糖的淀粉溶液质量浓度一般为10%，浓度高高，淀粉的转化率下降。而本发明通过后续的工艺步骤，提高原液淀粉的质量浓度，转化率并没有明显下降，因此在同等生产条件下，单次的生产量提高2-5倍。

本发明技术方案中，步骤b所述的负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅是通过以下步骤制得：取平均粒径为500-600nm的二氧化硅用0.01mol/L的pH 7.4 的 PBS溶液分散，再加入5mg/mL的α-淀粉酶溶液，二氧化硅与α-淀粉酶的质量比为2:1，100Hz的超声30 S分散，于4℃摇床上震荡24h，离心后倾去上清液、底物30℃真空干燥即得。

步骤b所述的负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅的加入量为木薯淀粉质量的0.05-0.1%。

步骤c所述的负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅是通过以下步骤制得：取平均粒径为500-600nm的二氧化硅用0.01mol/L的pH 7.4 的 PBS溶液分散，再加入3mg/mL的麦芽糖苷基海藻糖合成酶和2mg/mL麦芽糖苷基海藻糖水解酶，二氧化硅、麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的质量比为10:3:2，100Hz的超声30 S分散，于4℃摇床上震荡36h，离心后倾去上清液、底物30℃真空干燥即得。

步骤c所述的负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅得加入量为木薯淀粉质量的0.2-0.3%。

步骤d所述的中空纤维超滤膜的分子截留范围为5000?10000。

步骤d所述的溶液在超滤器中的线速度控制在lm/s?3m/s。

本发明提供的一种木薯片发酵制备乙醇的方法，其优点在于：

（1）同等生产条件下，单次生产量提高2-5倍。

（2）固定有酶的纳米二氧化硅体系，使用后用纯化水清洗再真空干燥处理，可多次重复利用，大大减少酶的使用量。此外，引入纳米二氧化硅，使酶在高浓度的淀粉液中悬浮，增加酶与淀粉的可及性。

（3）酶解过程中，使用超声方式，能够增加酶与底物的接触，提高酶的活性，减少反应时间。

（4）本工艺生产的海藻糖符合《欧洲药典》7.0版标准要求。

具体实施方式

以下结合实施例进一步说明本发明以及创新之处。应当理解，所列出的实施例仅用于具体说明本发明而非对本发明的进一步限定，本领域技术人员在充分理解之后可以对实施例进行适当调整，这些仍然在本发明的保护范围之内。

实施例1

负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅：取平均粒径为540nm的二氧化硅用0.01mol/L的pH 7.4 的 PBS溶液分散，再加入5mg/mL的α-淀粉酶溶液，二氧化硅与α-淀粉酶的质量比为2:1，100Hz的超声30 S分散，于4℃摇床上震荡24h，离心后倾去上清液、底物30℃真空干燥即得。

实施例2

负载有MTSave和MTHase的纳米二氧化硅：取平均粒径为540nm的二氧化硅用0.01mol/L的pH 7.4 的 PBS溶液分散，再加入3mg/mL的麦芽糖苷基海藻糖合成酶和2mg/mL麦芽糖苷基海藻糖水解酶，二氧化硅、麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的质量比为10:3:2，100Hz的超声30 S分散，于4℃摇床上震荡36h，离心后倾去上清液、底物30℃真空干燥即得。

实施例3

负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅：取平均粒径为1μm的二氧化硅，其余同实施1。

实施例4

负载有MTSave和MTHase的纳米二氧化硅：取平均粒径为1μm的二氧化硅，其余同实施2。

实施例5

取木薯淀粉100kg，加入280kg水，85℃加热使其溶解成糊状物，加入硫酸调节pH到6.8，保持温度为40℃，加入80g实施例1制得的负载酶的纳米二氧化硅，搅拌2min，80Hz超声30s后保温12min得糖化液，将糖化液通过0.25μm的过滤膜过滤，所得糖化液用硫酸调节pH为6.5，保持温度为38℃，再加入260g实施例2所得的负载酶的纳米二氧化硅，搅拌1min，80Hz超声30s后保温12h，再超声30s后保温12h；所得的物料通过0.25μm的过滤膜过滤，再加入1.2kg的活性炭，搅拌30min，再通过0.25μm的过滤膜过滤，滤液再经装有分子截留范围为5000?10000中空纤维超滤膜的超滤器超滤；滤液在真空压为-0.085Mpa，温度为35℃的条件下，浓缩至含水量为18％，冷却结晶，离心得海藻糖，干燥后得海藻糖46.2kg，含量为99.52%，产率为：（46.2kg×99.52%）÷100kg= 45.98%。产品符合《欧洲药典》7.0版标准要求

实施例6

负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅由实施例3制得。负载有MTSave和MTHase的纳米二氧化硅由实施例4制得。其余条件同实施例5。最终得海藻糖38.1kg，含量为99.27%，产率为：（38.1kg×99.27%）÷100kg= 37.82%。产品符合《欧洲药典》7.0版标准要求

实施例7

超声频率为100Hz，其余同实施例5，最终得海藻糖42.2kg，含量为99.34%，产率为：（42.2kg×99.34%）÷100kg= 41.92%。产品符合《欧洲药典》7.0版标准要求

实施例8

不使用纳米二氧化硅固载酶，直接使用同实施例5等量的α-淀粉酶、MTSave和MTHase，其余条件同实施例5，最终得海藻糖31.5kg，含量为99.28%，产率为：（31.5kg×99.28%）÷100kg= 31.27%。产品符合《欧洲药典》7.0版标准要求。

实施例9

      取实施例1、实施例2得到的负载催化剂，依照实施例5所述的方法生产海藻糖，得海藻糖45.8kg，含量为99.51%，产率为：（45.8kg×99.51%）÷100kg= 45.57%.反应结束后分别回收负载催化剂并使用纯化水清洗、真空干燥，再如实施例5所述的方法反复使用10次，第10次反应得到海藻糖43.9kg，含量为99.48%，产率为：（45.8kg×99.51%）÷100kg= 43.67%。产品符合《欧洲药典》7.0版标准要求。

Claims (8)

1.一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于：

a、取木薯淀粉10重量份，加入20-50重量份水，80-90℃加热使其溶解成糊状物；

b、调节步骤a物料pH为6.0-7.0，保持温度为30-45℃，加入负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅，搅拌2min，80Hz超声30s后保温10-20min得糖化液；

c、将步骤b处理过后的糖化液通过0.25μm的过滤膜过滤，所得糖化液用酸或碱调节pH为6.5-7.0，保持温度为30-40℃，再加入负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅，搅拌1min，80Hz超声30s后保温12h，再超声30s后保温12h；

d、将步骤c所得的物料通过0.25μm的过滤膜过滤，再加入0.1-0.5重量份的活性炭，搅拌30min，再通过0.25μm的过滤膜过滤，滤液再经装有中空纤维超滤膜的超滤器超滤；

e、将步骤d所得滤液在真空压为-0.085Mpa，温度为35℃的条件下，浓缩至含水量为10％～20％，结晶，离心即得。

2.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于步骤b所述的负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅是通过以下步骤制得：取平均粒径为500-600nm的二氧化硅用0.01mol/L的pH 7.4的PBS溶液分散，再加入5mg/mL的α-淀粉酶溶液，二氧化硅与α-淀粉酶的质量比为2:1，100Hz的超声30S分散，于4℃摇床上震荡24h，离心后倾去上清液，将底物30℃真空干燥即得。

3.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于步骤b所述的负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅的加入量为木薯淀粉质量的0.05-0.1％。

4.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于步骤c所述的负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅是通过以下步骤制得：取平均粒径为500-600nm的二氧化硅用0.01mol/L的pH 7.4的PBS溶液分散，再加入3mg/mL的麦芽糖苷基海藻糖合成酶和2mg/mL麦芽糖苷基海藻糖水解酶，二氧化硅、麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的干物质质量比为10:3:2，100Hz的超声30S分散，于4℃摇床上震荡36h，离心后倾去上清液，将底物30℃真空干燥即得。

5.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于步骤c所述的负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅的加入量为木薯淀粉质量的0.2-0.3％。

6.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于，步骤d所述的中空纤维超滤膜的分子截留范围为5000～10000。

7.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于，步骤d所述的溶液在超滤器中的线速度控制在lm/s～3m/s。

8.根据权利要求1所述的一种以木薯淀粉为原料制备药用海藻糖的方法，其特征在于，步骤b所述的负载有α-淀粉酶的纳米二氧化硅，步骤c所述的负载有麦芽糖苷基海藻糖合成酶和麦芽糖苷基海藻糖水解酶的纳米二氧化硅，按照权利要求1所述工艺使用后，用纯化水清洗后30℃真空干燥处理可重复利用。