CN104762345B - β‑环糊精的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及β－环糊精的制备工艺，包括：淀粉调浆，以耐高温α－淀粉酶液化；加入脱支酶和CGT酶协同作用；加入糖化酶和活性炭，同步进行糖化和脱色；过滤后，一次结晶并淋洗去杂，即得精制β－环糊精。本发明可提高淀粉转化率，同时仅需一次脱色、一次结晶，提高生产效率。

Description

β-环糊精的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种β－环糊精的制备工艺，属于β－环糊精生产技术领域。

背景技术

据申请人所知，β－环糊精为白色的结晶状粉末，由7个葡萄糖单位经α－1.4糖苷键连接成环形而成，是环状糊精葡萄糖基转移酶(简称CGT酶)作用于淀粉的产物。β－环糊精的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，在工业上和医药行业用途很广。

目前，β－环糊精的生产工艺通常采用下述路线：

淀粉调浆，然后加入CGT酶，调整pH在7.8－8.0间，升温约至80℃后液化，再降温至50℃－60℃；补加CGT酶，调节pH值为9.0左右，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，活性炭脱色，然后结晶得到粗β－环糊精，然后第二次活性炭脱色，分离纯化制得β－环糊精。

该工艺主要存在以下缺点：

1)CGT酶价格昂贵，生产中两次加酶，特别是第一次起液化降粘作用的CGT酶，在80℃以上后酶失活，在后续的转化过程中不起作用，这无疑会增加生产成本。

2)采用80℃－85℃低温液化降粘，容易导致液化不均匀，淀粉容易老化，降低淀粉的转化率，淀粉中蛋白絮凝不彻底，影响后续的过滤操作，在高温蒸馏回收有机溶剂中，会加深转化液的颜色。同时，该液化过程需要分批操作，无法实现连续规模化生产。

3)在β－环糊精的转化过程中，对于存在的支链淀粉，无论淀粉酶还是CGT或糖化酶都无法水解α－1、6糖苷键，导致淀粉利用率降低，而且由支链淀粉产生的支链大分子糊精会增加提取的难度。

4)由于加酶量大，会加深转化过程的颜色，需要两次脱色，这无疑也会增加生产成本。

5)淀粉的转化率不高，特别是支链大分子糊精的存在，需要两次结晶操作，方能达到产品纯度，降低了产品的收率。

经检索发现，申请号201210588555.3申请公布号CN103045701A名称《一种高收率联产抗性糊精、β－环糊精及F42果葡糖浆的方法》的中国发明专利申请，可生产出高纯度的抗性糊精，并有效利用剩余的可消化母液生产β－环糊精和F42果葡糖浆，提高了原料的利用率和产率。然而，该技术方案的主要目的是生产高纯度抗性糊精，并非专门针对β－环糊精的生产，无法解决上述现有技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种β－环糊精的制备工艺，提高淀粉转化率，同时仅需一次脱色、一次结晶，提高生产效率。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种β－环糊精的制备工艺，其特征是，包括以下步骤：

第一步、以淀粉和水制备质量浓度为20－30％的淀粉浆；将淀粉浆的pH值调节至5.4－5.8，并向淀粉浆中加入耐高温α－淀粉酶；混匀后，升温至105℃－110℃喷射蒸煮5－8分钟，随后闪蒸至94℃－99℃并层流60－90分钟；将DE值控制在2－4，并灭酶；

第二步、将第一步所得浆液降温至60℃－65℃，并向其中加入脱支酶和CGT酶；之后，使浆液降温至55℃－60℃，加入环己烷，充分反应12－15小时后，升温至95℃－100℃蒸馏回收环己烷；

第三步、将第二步所得浆液降温至65℃－68℃，并向其中加入糖化酶和活性炭；同步进行糖化和脱色3－6小时后，灭酶；

第四步、过滤第三步所得浆液，然后以一次结晶方式进行冷却结晶、并 离心分离固形物，将固形物经纯水淋洗去杂后即得精制β－环糊精。

本发明进一步完善的技术方案如下：

优选地，第一步中，淀粉浆的质量浓度以纯淀粉重量计算；耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4－8单位。

优选地，第二步中，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5－3.0单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5－5单位；环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3－10％。

优选地，第三步中，糖化酶的加入量为每克纯淀粉150－160单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.2－0.25g。

优选地，第四步中，采用板框过滤方式过滤第三步所得浆液。

优选地，第一步中，制备淀粉浆在液化喷射器中进行。

优选地，第一步中，所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉。

优选地，第二步中，所述脱支酶为普鲁兰酶、异淀粉酶。

优选地，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计20％，淀粉浆的pH值调节至5.8，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4单位，于108℃喷射蒸煮，闪蒸至98℃并层流80分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应12小时，升温至98℃蒸馏回收环己烷。

优选地，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计25％，淀粉浆的pH值调节至5.6，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉6单位，于110℃喷射蒸煮，闪蒸至96℃并层流60分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉3单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉4单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应14小时。

本发明的主要发明点及其有益效果如下：

(1)在第一步中，采用耐高温α－淀粉酶、以连续高温喷射和闪蒸层流相结合的方式、同时控制DE值，使淀粉能有效液化，并减少淀粉老化，利于提高转化率；此外，该步可以连续进行，无需分批操作，利于连续规模化生产。

(2)在第二步中，在适当时机加入脱支酶和CGT酶进行协同转化，仅需加一次CGT酶，利于降低成本；同时以脱支酶水解支链淀粉，可有效提高淀粉利用率并降低提取难度。

(3)在第三步中，由于第一、二步的工艺控制，浆液颜色不深，脱色难度较小，可同步进行糖化、脱色，从而减少工艺流程步骤，提高生产效率。

(4)在第四步中，由于之前步骤的工艺控制，浆液中没有支链大分子糊精，仅需一次结晶，并经离心淋洗工序即可达到产品纯度要求，简化工序，提高产品得率。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

本发明具体实施采用的β－环糊精制备工艺包括：

第一步、以淀粉和水在液化喷射器中制备质量浓度为20－30％的淀粉浆，淀粉浆的质量浓度以纯淀粉重量计算，淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉；将淀粉浆的pH值调节至5.4－5.8，并向淀粉浆中加入耐高温α－淀粉酶，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4－8单位；混匀后，升温至105℃－110℃喷射蒸煮5－8分钟，随后闪蒸至94℃－99℃并层流60－90分钟；将DE值控制在2－4，并灭酶(注：此处灭酶是指使耐高温α－淀粉酶失活)；

第二步、将第一步所得浆液降温至60℃－65℃，并向其中加入脱支酶和CGT酶(具体而言，脱支酶为普鲁兰酶、异淀粉酶)，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5－3.0单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5－5单位；之后，使浆液降温至55℃－60℃，加入环己烷，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的 3－10％，充分反应12－15小时后，升温至95℃－100℃蒸馏回收环己烷(注：在蒸馏回收环己烷的温度下，脱支酶和CGT酶均失活)；

第三步、将第二步所得浆液降温至65℃－68℃，并向其中加入糖化酶和活性炭，糖化酶的加入量为每克纯淀粉150－160单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.2－0.25g；同步进行糖化和脱色3－6小时后，灭酶(注：此处灭酶是指使糖化酶失活，例如升温至90℃)；

第四步、采用板框过滤方式过滤第三步所得浆液，然后以一次结晶方式进行冷却结晶、并离心分离固形物，将固形物经纯水淋洗去杂后即得精制β－环糊精。

实施例1

本实施例β－环糊精的制备工艺采用上述具体实施的工艺过程，具体参数如下：

第一步中，采用纯淀粉质量含量为84.3％的玉米淀粉12Kg，在液化喷射器中用温水调制质量浓度为以纯淀粉计20％的淀粉浆，淀粉浆的pH值调节至5.8，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4单位；充分混合后升温至108℃液化喷射蒸煮，再闪蒸至98℃并层流80分钟。

第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，普鲁兰酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应12小时，升温至98℃蒸馏回收环己烷，余下的反应液取样测β－环糊精含量为7.9Kg，转化率为79％(以干物质计)。

接着按上述具体实施的工艺过程进行糖化、脱色、结晶、淋洗，所得精制β－环糊精的收率为68％(以干物质计)，纯度为98％以上。而现有技术的精制β－环糊精的收率仅为50－55％，与此相比本实施例精制β－环糊精收率提高了24－36％，效果显著。

实施例2

本实施例β－环糊精的制备工艺采用上述具体实施的工艺过程，具体参数如下：

第一步中，采用纯淀粉质量含量为85.9％的马铃薯淀粉14.5Kg，在液化喷射器中用温水调制质量浓度为以纯淀粉计25％的淀粉浆，淀粉浆的pH值调节至5.6，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉6单位；充分混合后升温至110℃液化喷射蒸煮，再闪蒸至96℃并层流60分钟。

第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，普鲁兰酶的加入量为每克纯淀粉3单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉4单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应14小时，升温回收环己烷，余下的反应液取样测β－环糊精含量为10.34Kg，转化率为83％(以干物质计)。

接着按上述具体实施的工艺过程进行糖化、脱色、结晶、淋洗，所得精制β－环糊精的收率为69％(以干物质计)，纯度为98％以上。而现有技术的精制β－环糊精的收率仅为50－55％，与此相比本实施例精制β－环糊精收率提高了25－38％，效果显著。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种β-环糊精的制备工艺，其特征是，包括以下步骤：

第一步、以淀粉和水制备质量浓度为20-30％的淀粉浆；将淀粉浆的pH值调节至5.4-5.8，并向淀粉浆中加入耐高温α-淀粉酶；混匀后，升温至105℃-110℃喷射蒸煮5-8分钟，随后闪蒸至94℃-99℃并层流60-90分钟；将DE值控制在2-4，并灭酶；淀粉浆的质量浓度以纯淀粉重量计算；耐高温α-淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4-8单位；所述淀粉为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉；

第二步、将第一步所得浆液降温至60℃-65℃，并向其中加入脱支酶和CGT酶；之后，使浆液降温至55℃-60℃，加入环己烷，充分反应12-15小时后，升温至95℃-100℃蒸馏回收环己烷；所述脱支酶为普鲁兰酶、异淀粉酶；脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5-3.0单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5-5单位；环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3-10％；

第三步、将第二步所得浆液降温至65℃-68℃，并向其中加入糖化酶和活性炭；同步进行糖化和脱色3-6小时后，灭酶；糖化酶的加入量为每克纯淀粉150-160单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.2-0.25g；

第四步、过滤第三步所得浆液，然后以一次结晶方式进行冷却结晶、并离心分离固形物，将固形物经纯水淋洗去杂后即得精制β-环糊精。

2.根据权利要求1所述β-环糊精的制备工艺，其特征是，第四步中，采用板框过滤方式过滤第三步所得浆液。

3.根据权利要求1所述β-环糊精的制备工艺，其特征是，第一步中，制备淀粉浆在液化喷射器中进行。

4.根据权利要求1所述β-环糊精的制备工艺，其特征是，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计20％，淀粉浆的pH值调节至5.8，耐高温α-淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4单位，于108℃喷射蒸煮，闪蒸至98℃并层流80分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应12小时，升温至98℃蒸馏回收环己烷。

5.根据权利要求1所述β－环糊精的制备工艺，其特征是，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计25％，淀粉浆的pH值调节至5.6，耐高温α-淀粉酶的加入量为每克纯淀粉6单位，于110℃喷射蒸煮，闪蒸至96℃并层流60分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉3单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉4单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应14小时。