CN105732740A - 一种新型甜味剂的制备方法 - Google Patents

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朱惠霖
丁雪峰
刘怡冰
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Abstract

本发明涉及一种新型甜味剂的制备方法，属于食品化工技术领域。该方法具体涉及一种以甜菊苷衍生物化合物(Ⅲ)为原料，通过碱水解生产全新的甜菊糖衍生物化合物(Ⅴ)的方法。本发明提供的碱水解甜菊苷衍生物化合物(Ⅲ)制备新型甜菊糖化合物(Ⅴ)的方法，操作简便，成本低，过程易控制；提纯容易且纯度高，可用于食品与饮料业，具有较大的潜在应用价值。

Description

一种新型甜味剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型甜味剂的制备方法，属于食品化工技术领域。
背景技术
甜菊糖是从菊科草本植物甜叶菊的叶、茎中提取出的一种新型天然甜味剂，是一种天然、绿色、保健的功能食品，它有着芬芳、清凉的味道，还具有甜度高、热能低的特点，其甜度是蔗糖的200-300倍，而热值仅为蔗糖额1/300，是一种可替代蔗糖非常理想的甜味剂。随着人类对健康、绿色的重视，甜菊糖被食品科学家称为是未来世界最具发展前景的甜味剂。
甜菊糖被国际医学界认为是人类良好的营养补充剂和保健药品。经大量科学实验证明，甜菊糖有利于调节血糖和血压，经常食用可调节血糖水平，预防高血压，改善低血压症状；甜菊糖还具有抑制某些细菌生长和繁殖及阻止其感染的作用，能够治疗感冒和流感及预防龋齿等病症；甜菊糖能够降低人对糖和脂肪的需求，调节其日常饮食，降低人们对烟酒的需求，防止了糖尿病、肥胖症、心脏病等疾病的发生；同时，甜菊糖还具有对皮肤修复和改良作用，它能治疗皮肤疾病，消除皱纹，去除疤痕等。
甜菊糖可广泛应用于食品、饮料、调味料、医药、日用化工、酿酒、化妆品等行业，较使用蔗糖可节省成本约60％，且营养价值高。甜菊糖的稳定性、代谢途径及其安全性已被深入研究，它已经我国卫生部、轻工业部批准使用，且亦被美国食品药品监督管理局认可为“GRAS(一般认为是安全的)”的级别。甜菊糖作为蔗糖的天然替代品，其应用前景广阔。
甜菊糖虽有着众多优势，但是其严重的苦涩后味，却阻碍了其的广泛应用。目前，甜菊糖口感的改善可通过酶法生物转化来实现。已有报道，可以利用环糊精糖基转移酶改性甜菊糖，以改善其口感和味质，但是该酶转移糖基的位置不专一，产物不纯，且其甜度也严重降低。亦有研究者分离出部分糖基转移酶，并成功完成了部分甜菊糖组分的转化，如甜菊醇到甜菊单苷的反应、甜菊双苷向甜菊苷和莱鲍迪苷B的转化以及甜菊苷转化为莱鲍迪苷A和M的反应等。这些研究相对于甜菊糖的众多组分而言，仍微乎其微，而且其改性后的口感和味质也是一项庞大的研究。寻求高效的生物转化酶，转化工艺以及新型甜菊糖衍生物仍是甜菊糖未来的研究趋势。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出一种可以较低的成本和较短的生产周期产出优质的新型甜味剂的制备方法，该方法以化合物(Ⅲ)为原料，通过碱水解生产化合物(Ⅴ)。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：所述的化合物(Ⅴ)的制备方法以化合物(Ⅲ)为原料，通过碱水解生产化合物(Ⅴ)，所述制备方法如下：
优选的，所述化合物(Ⅲ)由如下方法制得，以化合物(Ⅰ)为底物，使所述底物在葡萄糖基供体存在下，在UDP-葡萄糖基转移酶的催化作用下反应生成化合物(Ⅲ)，所述制备方法如下：
优选的，所述的UDP-葡萄糖基转移酶由南京诺云生物科技有限公司发酵生产部提供。
优选的，在微生物宿主中表达UDP-葡萄糖基转移酶，所述微生物宿主选自大肠杆菌、芽胞杆菌、酵母、曲霉菌或毕赤酵母。
优选的，取UDP-葡萄糖基转移酶30mg，用无菌水重悬细胞，并于冰浴中超声波破碎细胞，即为反应所用的粗酶液；精密称取样品，配制成1.85ml体系，其中化合物(Ⅰ)的终浓度2.0g/L、UDP-葡萄糖为2.70g/L，并加入0.286g/L的MgCl2；然后加入粗酶液，并加入Tris-HCl缓冲液pH8.0至体系为1.85ml，起始反应；25℃恒温摇床以150rpm振荡30h，100℃煮沸终止反应，13000g离心10min，取上清作为样品，利用大孔树脂对样品进行初提纯，并使用LC-MS方法检测提纯的化合物的纯度。
优选的，所述的碱性水解条件为添加了氢氧化钾，甲醇和水。
优选的，所述反应中氢氧化钾的浓度为0.1g/L，甲醇的浓度为50％。
有益效果：
本发明以甜菊糖衍生物化合物(Ⅰ)为底物，使所述底物在葡萄糖基供体存在下，在UDP-葡萄糖基转移酶的催化作用下反应生成甜菊糖衍生物化合物(Ⅲ)，再利用甜菊糖衍生物化合物(Ⅲ)为底物，通过一步碱水解获得目的产物新型甜菊糖衍生物化合物(Ⅴ)。生产工艺绿色安全，且生产成本低、周期短，极大的提高产品的竞争力。由于本发明操作简便，转化效率高，提纯容易，所得产品纯度高，可用于食品与饮料业，具有重要的应用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明的作进一步说明。
图1是化合物(Ⅲ)的HPLC谱图
图2是化合物(Ⅲ)的MS谱图
图3是化合物(Ⅴ)的HPLC谱图
图4是化合物(Ⅴ)的MS谱图
具体实施方式
本发明的UDP-葡萄糖基转移酶(即尿苷二磷酸葡萄糖基转移酶)由南京诺云生物科技有限公司发酵生产部提供，以下将UDP-葡萄糖基转移酶简称M303。
实施例1：
重组大肠杆菌的构建及诱导表达
利用分子生物学和基因工程技术等获得含有目的基因的重组大肠杆菌表达菌株，然后将重组大肠杆菌发酵培养，诱导表达制备含有目的蛋白的重组细胞。其具体步骤如下：
1)合成所需的引物片段，通过PCR扩增获得所需的UDP-葡萄糖基转移酶M303编码DNA片段，并通过同源重组技术，整合到pNYK表达载体的表达框中。
2)将重组质粒转化到大肠杆菌中，获得含有目的基因的工程菌J303。
3)将1ml工程菌J303置于TB培养基中，250rpm、37℃振荡培养至OD600＝1.0，加入终浓度为0.1mMIPTG于25℃振荡培养16h。诱导结束后以10000g，5min离心收集细胞，置于-80℃储存备用。得到了含有M303蛋白的菌体。
实施例2：
利用化合物(Ⅰ)为底物制备化合物(Ⅲ)
取湿菌体M30330mg，用无菌水重悬细胞，并于冰浴中超声波破碎细胞，即为反应所用的粗酶液。精密称取样品，配制成1.85ml体系，其中底物化合物(Ⅰ)的终浓度2.0g/L、UDP-葡萄糖为2.70g/L，并加入0.286g/L的MgCl2；然后加入粗酶液，并加入Tris-HCl缓冲液(pH8.0)至体系为1.85ml，起始反应。25℃恒温摇床以150rpm振荡30h，100℃煮沸终止反应。13000g离心10min，取上清作为样品，利用大孔树脂对样品进行初提纯，并使用LC-MS方法检测提纯的化合物(Ⅲ)的纯度。
实施例3：
利用化合物(Ⅲ)为底物制备化合物(Ⅴ)
取20mg的化合物(Ⅲ)，依次加入2ml浓度为0.1g/ml的KOH，2ml甲醇，回流时间为90min，水浴温度为85℃。最后冷却至室温，加浓盐酸调节pH至7.0终止反应。将反应样品进行HPLC进行检测。
实施例4：
化合物(Ⅴ)结构分析
化合物(Ⅰ)的结构已通过进行氢、碳及二维核磁共振谱分析的方法解析。化合物(Ⅰ)分子量(1127)是相当于甜菊醇加五个葡萄糖，根据M303酶的特性即优先加糖位置是β-1,2糖苷键推断出化合物(Ⅲ)的结构，并且用LC测得分子量(1289)加以证实，化合物(Ⅲ)分子量是相当于甜菊醇加6个葡萄糖。化合物(Ⅲ)经氢氧化钾水解反应后得产品化合物(Ⅴ)C44H70O23分子量(965)显示为甜菊醇加四个葡萄糖,表明四葡萄糖是通过醚键连接C13羟基位,不可能在碱性水解条件下被切割,另一方面，葡萄糖单元在碱性水解条件下从C19酯键被切割下来。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及其特点，旨在让本领域的技术人员能够容易理解本发明的内容并据以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围。但凡根据本发明精神实质所做的等效变化或者修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：以化合物(Ⅲ)为原料，通过碱水解生产化合物(Ⅴ)，所述制备方法如下：
。
2.根据权利要求1所述的化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：所述化合物(Ⅲ)由如下方法制得，以化合物(Ⅰ)为底物，使所述底物在葡萄糖基供体存在下，在UDP-葡萄糖基转移酶的催化作用下反应生成化合物(Ⅲ)，所述制备方法如下：
。
3.根据权利要求2所述的化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：所述的UDP-葡萄糖基转移酶由南京诺云生物科技有限公司发酵生产部提供。
4.根据权利要求2所述的化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：在微生物宿主中表达UDP-葡萄糖基转移酶，所述微生物宿主选自大肠杆菌、芽胞杆菌、酵母、曲霉菌或毕赤酵母。
5.根据权利要求2所述的化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：取UDP-葡萄糖基转移酶30mg，用无菌水重悬细胞，并于冰浴中超声波破碎细胞，即为反应所用的粗酶液；精密称取样品，配制成1.85ml体系，其中化合物(Ⅰ)的终浓度2.0g/L、UDP-葡萄糖为2.70g/L，并加入0.286g/L的MgCl2；然后加入粗酶液，并加入Tris-HCl缓冲液pH8.0至体系为1.85ml，起始反应；25℃恒温摇床以150rpm振荡30h，100℃煮沸终止反应，13000g离心10min，取上清作为样品，利用大孔树脂对样品进行初提纯，并使用LC-MS方法检测提纯的化合物的纯度。
6.根据权利要求1所述的化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：所述的碱性水解条件为添加了氢氧化钾，甲醇和水。
7.根据权利要求1所述的化合物(Ⅴ)的制备方法，其特征在于：所述反应中氢氧化钾的浓度为0.1g/L，甲醇的浓度为50％。
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