CN104193841A

CN104193841A - 一种低成本低酰基透明型结冷胶提取工艺

Info

Publication number: CN104193841A
Application number: CN201410392071.0A
Authority: CN
Inventors: 肖勇; 李学朋; 沈伟伟; 董爽
Original assignee: XINJIANG FUFENG BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Current assignee: XINJIANG FUFENG BIOTECHNOLOGY CO Ltd
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2034-08-07
Also published as: CN104193841B

Abstract

本发明涉及一种低成本低酰基透明型结冷胶取工艺，具体包括：(1)酶处理；(2)离心除杂；(3)溶解；(4)脱酰基；(5)过滤；(6)螯合；(7)固液分离；(8)干燥粉碎以及(9)废物处理。本发明工艺条件温和，产品处理中pH值波动较小，加工过程不使用多价金属离子，同时加入适当螯合剂以保证产品的良好溶解性能；本工艺过程未采用低级醇洗涤结冷胶纤维，不仅大幅降低了生产成本，而且处理条件温和，提升了产品品质。

Description

一种低成本低酰基透明型结冷胶提取工艺

技术领域

本发明属于微生物多糖结冷胶生产领域，尤其涉及一种成本低廉的低酰基透明型结冷胶提取工艺。

背景技术

结冷胶是由重复的四个糖分子依次以D-葡萄糖、D-葡萄糖醛酸、D-葡萄糖、L-鼠李糖通过糖苷键连接而成的高分子生物多糖物质，可由少动鞘脂单胞菌(Sphingomonaspaucimobilis)为发酵菌经有氧发酵获得。结冷胶具有良好的凝胶性能，也是性能优异的增稠剂和稳定剂。结冷胶易于使用、有良好的风味释放性、较高的热稳定性、在口中易融化、透明度高、凝胶的时间及温度可调控、凝胶不易受pH影响、产品稳定、具有多样的质构特性，是目前性能优越生物胶之一，有着广泛的应用。在医药领域可用于眼药水、眼药膏、缓释材料、包衣剂、人体组织材料等的制备；在食品上可用于果冻、面包、饮料的生产；在化工领域可用于牙膏、发胶、化妆品的生产。

结冷胶凝胶的特性与其多糖分子中的酰基含量有关，按结冷胶多糖分子中酰基的含量通常将结冷胶产品分为高酰基结冷胶和低酰基结冷胶两种。高酰基结冷胶即天然结冷胶，水化后易形成粘弹性凝胶，凝胶强度小且容易变形；低酰基结冷胶凝胶强度大、易脆裂。通常结冷胶在生产应用中，根据要求不同按不同的比例配置并混合高酰基结冷胶和低酰基结冷胶。两者混合时，高酰基结冷胶含量越多，保水性和弹性越好，混合胶的可形变能力越强；低酰基结冷胶含量越多，形成的凝胶强度越大，在外力作用下越不容易变形。

发酵制备的结冷胶发酵液中的结冷胶属于高酰基结冷胶，然后在下游提取阶段进行脱酰基处理获得低酰基结冷胶产品。下游提取阶段是影响结冷胶成本与质量的关键因素，目前结冷胶提纯的普遍方法是首先在发酵液中加入二价金属离子或耗用大量的酒精进行结冷胶的絮凝沉淀，尤其是在进行脱酰基处理制备低酰基结冷胶时，溶液从极酸性调到极碱性，pH变化范围大。这样造成的影响有：一是二价金属离子的引入和体系酸碱值的剧烈变化降低了结冷胶的品质和收率；二是预处理阶段需消耗大量酒精洗涤纤维料，增加了生产成本，也造成了生产过程中的不安全性；三是在加入一价碱金属盐时过滤胶液必须长时间处于高温状态，以避免胶液形成固体凝胶，而长时间高温直接对产品品质造成较大破坏。

发明内容

为了克服传统工艺提取结冷胶方法中成本高、提取过程中酸碱变化过大、凝胶阶段温度较高而对产品质量造成损害等不足，本发明提供了一种新的提取低酰基透明型结冷胶的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种成本低廉的低酰基透明型结冷胶提取工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：(1)酶处理；(2)离心除杂；(3)溶解；(4)脱酰基；(5)过滤；(6)螯合；(7)固液分离；(8)干燥粉碎；(9)废物处理；

具体地，所述工艺包括如下步骤：

(1)酶处理：

依次向发酵液中加入150-200mg/L浓度的溶菌酶、100-120mg/L浓度的酸性蛋白酶，60-65℃下保温5-6h，进行酶解，然后过滤去除发酵液中的菌体及蛋白杂质，收集滤液备用；

(2)离心除杂：

调整滤液至中性，然后1000转/min离心5-6分钟，去除上层可溶性杂质，收集下层纤维状物料；

(3)溶解：

向步骤(2)得到的纤维状物料中加入25-30倍重量的去离子水，并升温至95℃，保温反应3-5分钟；

(4)脱酰基：

往步骤(3)所得液体中加入浓度为10％的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液，调pH至10.5，调整温度为90℃，维持时间12-15分钟；

(5)过滤：

将步骤(4)经过脱酰基的物料中加入硅藻土，搅拌均匀，然后1000转/min离心5-6分钟，过滤收集过滤液；硅藻土与物料的重量比为1∶1000；

(6)螯合：

向步骤(5)所得过滤液中加入螯合剂，控制过滤液中螯合剂的浓度在120mg/L；

(7)固液分离：

向步骤(6)经螯合剂处理后的物料快速降温至45℃，向其中加入0.9％的一价金属盐以形成结冷胶流体弱凝胶，然后经隔膜压榨压滤机进行固液分离；

(8)干燥粉碎：

将步骤(7)中得到的固体物料通过沸腾干燥机或喷雾干燥机进行干燥，控制温度100℃，干燥时间为2.5小时，最后进行粉碎，即得低酰基透明型结冷胶；

(9)废物处理。

所述螯合剂为六偏磷酸钠、磷酸二氢钾或焦磷酸钠。

所述一价金属盐为氯化钾、氯化钠的一种或两种组合。

本发明取得的积极效果主要包括如下几个方面：

本发明的结冷胶提取工艺只在脱酰基处理的步骤中升高pH和加热升温，但pH值的变化范围也只严格控制在4以内。相对于传统工艺中需多次调节pH，且pH值的变化幅度普遍大于10相比而言，本发明工艺环境的变化温和、酸碱度变化幅度小，对产品的破坏降到了最低。另外，相对于传统工艺，本发明工艺过程避免引入二价及多价金属离子，保证了产品的品质，并在工艺过程中添加了适量的螯合剂，降低了溶胶液的凝固温度，避免了高温对产品的破坏，而且还保证了产品优良的溶解性能和高收率水平。最突出的，本发明不按照国内其它专利方法需在脱酰基之前使用低级醇洗涤结冷胶纤维，大幅度降低了生产成本，同时也使成品无有机溶剂残留；在提取结冷胶的过程中，对菌体蛋白、大分子多糖等进行了回收，避免了此类物质的废液对环境造成的污染；同时，获得了营养丰富的菌体蛋白饲料，变废为宝，增加经济效益。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请具体实施例，对本发明进行更加清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1

一种成本低廉的低酰基透明型结冷胶提取工艺，该工艺包括如下步骤：

(1)酶处理：

依次向发酵液中加入150mg/L浓度的溶菌酶(酶活力为20万U/g)、100mg/L浓度的酸性蛋白酶(酶活力为10万U/g)，60℃下保温5h，进行酶解，然后过滤去除发酵液中的菌体及蛋白杂质，收集滤液备用；

(2)离心除杂：

调整滤液至中性，然后1000转/min离心5分钟，去除上层可溶性杂质，收集下层纤维状物料；

(3)溶解：

向步骤(2)得到的纤维状物料中加入25倍重量的去离子水，并升温至95℃，保温反应3分钟；

(4)脱酰基：

往步骤(3)所得液体中加入浓度为10％(质量体积比)的氢氧化钠溶液，调pH至10.5，调整温度为90℃，维持时间12分钟；

(5)过滤：

将步骤(4)经过脱酰基的物料中加入硅藻土，搅拌均匀，然后1000转/min离心5分钟，过滤收集过滤液；硅藻土与物料的重量比为1∶1000；

(6)螯合：

向步骤(5)所得过滤液中加入螯合剂，控制过滤液中螯合剂的浓度在120mg/L；所述螯合剂为六偏磷酸钠；

(7)固液分离：

向步骤(6)经螯合剂处理后的物料快速降温至45℃，向其中加入0.9％(w/w)的氯化钠以形成结冷胶流体弱凝胶，然后经隔膜压榨压滤机进行固液分离；

(8)干燥粉碎：

将步骤(7)中得到的固体物料通过沸腾干燥机进行干燥，控制温度100℃，干燥时间为2.5小时，最后进行粉碎，即得低酰基透明型结冷胶。

实施例2

(1)酶处理：

依次向发酵液中加入200mg/L浓度的溶菌酶(酶活力为20万U/g)、120mg/L浓度的酸性蛋白酶(酶活力为10万U/g)，65℃下保温5h，进行酶解，然后过滤去除发酵液中的菌体及蛋白杂质，收集滤液备用；

(2)离心除杂：

调整滤液至中性，然后1000转/min离心6分钟，去除上层可溶性杂质，收集下层纤维状物料；

(3)溶解：

向步骤(2)得到的纤维状物料中加入25倍重量的去离子水，并升温至95℃，保温反应4分钟；

(4)脱酰基：

往步骤(3)所得液体中加入浓度为12％(质量体积比)的氢氧化钠溶液，调pH至10.5，调整温度为90℃，维持时间15分钟；

(5)过滤：

(6)螯合：

向步骤(5)所得过滤液中加入螯合剂，控制过滤液中螯合剂的浓度在150mg/L；所述螯合剂为六偏磷酸钠；

(7)固液分离：

向步骤(6)经螯合剂处理后的物料快速降温至45℃，向其中加入0.9％(w/w)的氯化钾以形成结冷胶流体弱凝胶，然后经隔膜压榨压滤机进行固液分离；

(8)干燥粉碎：

将步骤(7)中得到的固体物料通过喷雾干燥机进行干燥，控制温度100℃，干燥时间为3.5小时，最后进行粉碎，即得低酰基透明型结冷胶；

(9)废物处理：

收集步骤(1)的菌体及蛋白杂质以及步骤(2)的可溶性杂质，混合均匀得到废弃物料，然后往废弃物料中添加豆粕、麦麸以及水稻秸秆粉，搅拌均匀，静置12小时，然后置于100℃蒸汽条件下蒸馏30分钟，随后将蒸馏物烘干，粉碎，最后添加硫酸锌和复合菌剂，混合均匀，获得动物饲料；其中，豆粕、麦麸、水稻秸秆粉、硫酸锌以及复合菌剂分别占废弃物料质量的12％，9％，5％、0.03％以及0.02％；所述复合菌剂由由乳酸杆菌和酵母菌按照2∶1的质量比混合而成；所述乳酸杆菌或酵母菌的浓度均为1.0×10⁸个/克。

经检测，实施例2制备的动物饲料蛋白含量32.9％，多糖类物质含量19.7％，无机矿物质含量4.2％，其余为淀粉、纤维素及少量微量元素等。

实施例3

实施例1和实施例2制备的低酰基结冷胶的性能参数：

分子量测定(酸碱滴定法测定结冷胶中酰基的含量)：实施例1和实施例2制备的结冷胶的平均分子量大约在74万道尔顿。

凝胶强度的测定：用TA.TX21物性测试仪进行测定透光率的测定；

透光率的测定：称取0.5样品，加蒸馏水100ml，将烧杯置于80摄氏度水浴中，样品溶解后加入2.7％的氯化钙溶液2ml，补充蒸发水量至原体积，趁热将胶溶液倾入比色皿，立即放入20摄氏度的恒温箱中放置15分钟，用分光光度计在497nm处测定透光率，用蒸馏水对照。

组别

胶体纯度％

透光率％

凝胶强度

			g/cm2
				实施例1	92.6	93.4	878
实施例2	92.3	92.9	879

本发明相对于传统的低酰基结冷胶提取工艺相比而言，其优势主要在于：(1)整体工艺过程中避免了引入二价及多价金属离子对产品溶解性造成的影响；(2)工艺过程酸碱度变化幅度小，对结冷胶产品的破坏降到了最低；(3)引入适当的螯合剂，降低了一价金属盐凝胶时温度过低会形成固体凝胶而无法压榨脱水的情况，避免长时间高温对产品的破坏；而且适量螯合剂进一步保证了产品的溶解性能，提升了产品品质；(4)本发明工艺过程不按照国内其它专利方法需在脱酰基之前使用低级醇洗涤结冷胶纤维，大幅度降低了生产成本，且生产的产品无有机溶剂的残留，扩大了低酰基透明型结冷胶产品的应用范围；(5)本发明制备的结冷胶的胶体纯度以及透光率以及凝胶强度较好，完全符合国际相关标准；(6)在提取结冷胶的过程中，对菌体蛋白、大分子多糖等进行了回收，避免了此类物质的废液对环境造成的污染；同时，获得了营养丰富的菌体蛋白饲料，变废为宝，增加经济效益。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一种成本低廉的低酰基透明型结冷胶提取工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：(1)酶处理；(2)离心除杂；(3)溶解；(4)脱酰基；(5)过滤；(6)螯合；(7)固液分离；以及(8)干燥粉碎；9)废物处理。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括如下步骤：

(1)酶处理：

(2)离心除杂：

(3)溶解：

(4)脱酰基：

(5)过滤：

(6)螯合：

(7)固液分离：

向步骤(6)经螯合剂处理后的物料快速降温至45℃，向其中加入0.9％的一价金属盐，然后经隔膜压榨压滤机进行固液分离；

(8)干燥粉碎：

(9)废物处理：

收集步骤(1)的菌体及蛋白杂质、步骤(2)的可溶性杂质，混合均匀得到废弃物料，然后往废弃物料中添加豆粕、麦麸以及水稻秸秆粉，搅拌均匀，静置12小时，然后置于100℃蒸汽条件下蒸馏30分钟，随后将蒸馏物烘干，粉碎，最后添加硫酸锌和复合菌剂，混合均匀，获得动物饲料；其中，豆粕、麦麸、水稻秸秆粉、硫酸锌以及复合菌剂分别占废弃物料质量的12％，9％，5％、0.03％以及0.02％；所述复合菌剂由由乳酸杆菌和酵母菌按照2∶1的质量比混合而成。

3.如权利要求2所述的工艺，其特征在于，所述螯合剂为六偏磷酸钠、磷酸二氢钾或焦磷酸钠。

4.如权利要求2或3所述的工艺，其特征在于，所述一价金属盐为氯化钾或氯化钠。