CN105296570A - 一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：（1）对α-葡萄糖转苷酶进行海藻酸钠包埋和PEG？600造孔，经CaCl2硬化后，制得固定化α-葡萄糖转苷酶；（2）将固定化α-葡萄糖转苷酶与超高麦芽糖浆溶液混合，经转苷、色谱分离等，制得高“三糖”低聚异麦芽糖。本发明制得的固定化α-葡萄糖转苷酶转化率高、酶活稳定性好，可重复利用次数达50次以上，提高了低聚异麦芽糖的生产效率，降低了生产成本；制得的高“三糖”低聚异麦芽糖，产品中三糖（异麦芽糖（IG2）、潘糖（P）、异麦芽三糖（IG3））含量高（含量达干物质的75%以上），相同添加量具有更好的益生效果，可作为高档产品应用在药物辅料、高档保健品、乳制品、饮料等领域，极大的增强了低聚异麦芽糖的市场竞争力。
Description
技术领域
本发明属于轻工技术与工程领域，涉及一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法。具体是利用PEG600造孔和海藻酸钠包埋对α-葡萄糖转苷酶进行固定化，以超高麦芽糖浆为底物，经转苷、色谱分离等，制备高“三糖”低聚异麦芽糖。
背景技术
低聚异麦芽糖（IMO）是以异麦芽糖（IG2）、潘糖（P）、异麦芽三糖（IG3）三种组分（即所谓的“三糖”）为主要功能成分的低聚糖，可有效促进肠道有益菌增殖、调节肠道功能、增强机体免疫力，是目前全球产量最大、应用最广的功能性低聚糖品种，被广泛应用于乳制品、糖果类、焙烤食品、饮品、酒类、婴幼儿食品等领域。
α-葡萄糖转苷酶是低聚异麦芽糖生产中的核心酶制剂，其主要作用是从底物的非还原端切开α-1,4糖苷键，释放出α-D-葡萄糖，或将游离出的葡萄糖残基以α-1,6糖苷键转移到另一个糖类底物上，从而得到低聚异麦芽糖。
目前工业上已有以淀粉或麦芽糖为原料，通过酶法生产低聚异麦芽糖的工艺，但是α-葡萄糖转苷酶转化率和利用率不高；我国低聚异麦芽糖产量虽大，但基本都是低附加值的中低档产品，高“三糖”低聚异麦芽糖较少，此外α-葡萄糖转苷酶的成本较高，使得低聚异麦芽糖的生产成本较高，制约了我国低聚异麦芽糖行业的发展。
本发明利用海藻酸钙作为α-葡萄糖转苷酶的固定化包埋材料，同时添加PEG600作为造孔剂，采用该固定化技术的α-葡萄糖转苷酶，可重复利用50批次以上，实现了α-葡萄糖转苷酶的重复利用，降低了生产成本，提升了国内低聚异麦芽糖的国际竞争力。
CN201210325318.8中介绍了一种高纯度95低聚异麦芽糖的制备方法，该法的创新之处在于，获得50型低聚异麦芽糖粗糖液以后，使用强效液体糖化酶降解其中的非“三糖”组分，再通过色谱分离提纯获得高纯度95低聚异麦芽糖。该法之前的工艺仍为传统工艺，α-葡萄糖转苷酶的成本较高，且所用强效液体糖化酶也会提高产品的成本。而本专利采用固定化酶技术，实现了α-葡萄糖转苷酶的反复利用，可降低生产成本。
CN200610105282.7中介绍了一种利用酒曲生产高纯度低聚异麦芽糖的工艺方法，该法的创新之处在于，利用酒曲中的多种水解酶和酵母等微生物将低纯度低聚异麦芽糖中的大分子糖类水解为单糖并被微生物发酵利用，从而得到高纯度的低聚异麦芽糖，该法本质上仍为发酵法制备高纯度低聚异麦芽糖。发酵法的缺点在于有些小分子发酵产物会残留于产品中，不易去除；微生物代谢单糖，造成干物质损失。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法。
一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
（1）添加海藻酸钠体积份数1/4~1/2的10~30g/L的PEG600作为造孔剂，在海藻酸钠浓度为20~50g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积份数比为2:1~1:2进行包埋，浸泡于20~60g/L的CaCl2溶液中硬化2~4h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶；
（2）将步骤（1）中制得的固定化α-葡萄糖转苷酶装柱，配制一定浓度的麦芽糖溶液，按照一定的流速不间断进行实验，经转化、分离、干燥等，制得低聚异麦芽糖。
根据本发明优选的，所述步骤（1）中，条件如下：
添加海藻酸钠体积份数1/4~1/2的10~30g/L的PEG600作为造孔剂，在海藻酸钠浓度为20~50g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积质量比为2:1~1:2进行包埋，浸泡于20~60g/L的CaCl2溶液中硬化2~4h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶；
根据本发明优选的，所述步骤（2）中，底物麦芽糖浓度为30%~40%，pH为5.0~6.0；流速0.5~2.0倍柱体积/h，反应温度为45~70℃，反应时间30~60h。
附图说明
图1为制备固定化颗粒的简易装置示意图
有益效果
1、成功实现了海藻酸钙包埋固定化α-葡萄糖转苷酶，提高了α-葡萄糖转苷酶的利用率（可以重复利用50次以上），显著降低了生产成本。
2、在固定化颗粒中添加PEG600作为造孔剂，有效克服了底物与产物的传质阻力，提高了酶促反应速率，缩短了反应时间，进而可提高生产效率。
3、由输料泵与一端接有孔盘式液体分布器（内置搅拌器）的管道所构成的简易装置用于制备固定化颗粒，实现了工业化固定化颗粒的快速自动制备。
4、以超高麦芽糖浆为底物，结合本公司的高转苷率的α-葡萄糖转苷酶，采用色谱分离技术，制得高“三糖”低聚异麦芽糖（含量达干物质的75%以上），提高了低聚异麦芽糖的品质，提升了国内低聚异麦芽糖的国际竞争力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但本发明所保护范围不限于此。
实施例中超高麦芽糖浆采用中国专利文献ZL200810139488.0中的方法制备。实施例中利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖组分情况见表1
实施例1
一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
（1）添加海藻酸钠体积份数1/4的10g/L的PEG600作为造孔剂，在海藻酸钠浓度为20g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积质量比为2:1进行包埋，浸泡于20g/L的CaCl2溶液中硬化2h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶;
（2）将步骤（1）中制得的固定化α-葡萄糖转苷酶装柱，配制30%浓度的麦芽糖溶液作为底物，按照0.5倍柱体积/h的流速不间断反应30h，反应温度45℃，反应pH为5.0，经转苷、色谱分离、干燥等，制得低聚异麦芽糖。
实施例2
一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
（1）在海藻酸钠浓度为20~50g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积质量比为1:1进行包埋，浸泡于40g/L的CaCl2溶液中硬化3h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶;
（2）将步骤（1）中制得的固定化α-葡萄糖转苷酶装柱，配制35%浓度的麦芽糖溶液作为底物，按照1.0倍柱体积/h的流速不间断进行反应45h，反应温度60℃，反应pH为5.5，经转化、分离、干燥等，制得高“三糖”低聚异麦芽糖。
实施例3
一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
（1）在海藻酸钠浓度为50g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积质量比为1:2进行包埋，浸泡于60g/L的CaCl2溶液中硬化4h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶;
（2）将步骤（1）中制得的固定化α-葡萄糖转苷酶装柱，配制40%浓度的麦芽糖溶液作为底物，按照2.0倍柱体积/h的流速不间断进行反应60h，反应温度70℃，反应pH为6.0，经转化、分离、干燥等，制得高“三糖”低聚异麦芽糖。
表1实施例1、2、3中利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖组分分析表
| 组分（%） | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 葡萄糖 | 2.14 | 0.92 | 1.03 |
| 麦芽糖 | 3.56 | 2.61 | 3.51 |
| 麦芽三糖 | 1.89 | 1.34 | 1.94 |
| IG2+P+IG3 | 77.21 | 78.94 | 77.83 |
| IMO | 92.41 | 95.13 | 93.52 |
Claims (4)
1.一种利用固定化α-葡萄糖转苷酶生产高“三糖”低聚异麦芽糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）添加海藻酸钠溶液体积份数1/4~1/2的10~30g/L的PEG600作为造孔剂，在海藻酸钠浓度为20~50g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积份数比为2:1~1:2进行包埋，浸泡于20~60g/L的CaCl2溶液中硬化2~4h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶;
（2）将步骤（1）中制得的固定化α-葡萄糖转苷酶装柱，配制一定浓度的麦芽糖溶液，按照一定的流速不间断进行转苷反应30~60h，经转苷、色谱分离、干燥等，制得高“三糖”低聚异麦芽糖。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，条件如下：
添加海藻酸钠体积份数1/4~1/2的10~30g/L的PEG600作为造孔剂，在海藻酸钠浓度为20~50g/L，α-葡萄糖转苷酶液与海藻酸钠的体积质量比为2:1~1:2进行包埋，浸泡于20~60g/L的CaCl2溶液中硬化2~4h，滤出，即得固定化α-葡萄糖转苷酶。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，海藻酸钙固定化酶的制备是由输料泵与一端接有孔盘式液体分布器的管道来完成，该液体分布器内置搅拌器（见图1）。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）中，底物麦芽糖浓度为30%~40%，pH为5.0~6.0；流速0.5~2.0倍柱体积/h，反应温度为45~70℃，反应时间30~60h。
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