CN105969824A - 一种异麦芽酮糖醇的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种异麦芽酮糖醇的制备方法，步骤如下：(1)将大黄欧文氏菌经活化培养、种子培养后，接种于发酵培养基中扩大培养，固液分离，去固体，制得含有蔗糖异构酶酶的菌体；(2)将含有蔗糖异构酶酶活的菌体加入到蔗糖溶液中，酶转化，固液分离，取液体，制得转化液；(3)将转化液催化加氢制得异麦芽酮糖醇粗液，然后经脱色过滤、离子交换、浓缩、结晶、离心分离制得异麦芽糖酮糖醇。本发明通过发酵培养条件和发酵培养基组分优化，将大黄欧文氏菌发酵菌液蔗糖异构酶的酶活大大提高，从而使蔗糖转化成异麦芽酮糖的转化率显著提高，转化率达到98％以上，极大降低异麦芽酮糖醇的生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种异麦芽酮糖醇的制备方法，属于功能性糖醇技术领域。
背景技术
异麦芽酮糖醇是近年来国际上新兴的一种功能性糖醇，是蔗糖、淀粉糖及其它糖醇的优良替代品。甜度是蔗糖的50～60％，为无气味白色、结晶状糖醇、不吸湿、甜味纯正、甜度为蔗糖的50-60％，有遮蔽苦味的作用、低热卡、热值仅为蔗糖的50％，约8.4KJ/g，热稳定性好，对酸、碱稳定，各种微生物很难利用等特点。产品安全性极高，美国FDA给予其GRAS(公认安全)地位，对其每日摄入量不作限制。从营养学的角度来讲异麦芽酮糖醇是一种碳水化合物，而从生理上的角度来讲，它在人体内不易被分解吸收，也不为绝大多数微生物分解利用。产品作为糖的替代品，广泛应用于无糖食品、无糖保健品和无糖药品等产品的生产上。
大规模工业化生产异麦芽酮糖醇主要分两步，第一步是以蔗糖为原料经α-葡基转移酶的作用生成异麦芽酮糖，第二步是异麦芽酮糖在催化剂作用下氢化为异麦芽酮糖醇，在氢化异麦芽酮糖的过程中，产生两个同分异构体，即GPS和GPM。再将GPS和GPM混合物经过浓缩、结晶、干燥即得成品异麦芽酮糖醇。
生产α-葡基转移酶菌株主要有Erwinia rhapontici、protaminovacter rubrum、serratiaplymuthica、esevinia carotovora var atroseptica等。如中国专利文献CN1369554(申请号02115526.7)公开了一种变形链球葡糖基转移酶过度表达株方法及构建方法，采用变形链球菌葡糖基转移酶过度表达株B29-33pZB1，CCTCC NO：M201045，构建携带葡糖基转移酶基因的大肠杆菌-链球菌穿梭质粒；质粒pZB1对变链菌细胞吸附型葡糖基转移酶陷突变株B29的转化；对变链菌葡糖基转移酶过度表达株的筛选。
中国专利文献CN104894191A(申请号201510285267.4)公开了一种异麦芽酮糖醇的制备方法，其工艺过程为：(1)以蔗糖溶液为原料，使蔗糖溶液通过蔗糖异构酶转化而得到异麦芽酮糖和杂糖的转化液；(2)将所制得的转化液脱色、低温结晶以及重结晶，得到高纯度的异麦芽酮糖晶体；(3)采用骨架镍进行催化加氢制成异麦芽酮糖醇。本发明第一步中通过在反应过程中加入葡萄糖来提高异麦芽酮糖的产量，减少了其他杂糖的生成。第二步中根据异麦芽酮糖与杂糖的溶解度差异选择低温结晶以及重结晶法，去除杂糖。
当前麦芽酮糖醇的制备工艺中仍存在麦芽酮糖转化效率低，加氢生产异麦芽酮糖醇收率低等缺点。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种异麦芽酮糖醇的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种异麦芽酮糖醇的制备方法，步骤如下：
(1)将大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)经活化培养、种子培养后，按体积百分比1～10％的比例接种于发酵培养基中，在30～35℃，扩大培养20～35h，固液分离，去固体，制得含有蔗糖异构酶酶活达到5.5～8.0×106U/ml的菌体；
所述发酵培养基，组分如下，均为重量百分比：
麦芽糖10～12％，玉米浆3～5％，硝酸钠0.1～0.2％，磷酸二氢钾0.15～0.5％、七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.05～0.1％，余量水；
(2)将步骤(1)制得的含有蔗糖异构酶酶活的菌体按质量体积百分比1.5～5％比例(w/v，单位g/ml)加入到质量浓度为30～50％蔗糖溶液中，在温度40～55℃，酶转化20～30小时，固液分离，取液体，制得转化液；
(3)将步骤(2)制得的转化液催化加氢制得异麦芽酮糖醇粗液，然后经脱色过滤、离子交换、浓缩、结晶、离心分离制得异麦芽糖酮糖醇。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中，大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)，来源于中国林业微生物保藏管理中心，菌种编号CFCC 10808。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中，活化培养条件为在30～35℃的条件下，培养25～30h。
所述步骤(1)中的活化采用的培养基为本领域常规固体培养基，如PDA培养基等。
根据本发明优选的，所述步骤(1)中，种子培养为在30～35℃的条件下，培养25～35h，种子培养基组分如下，均为重量百分比：
硝酸钠0.2％；磷酸二氢钾0.15％；七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.15％；牛肉膏0.5％；蔗糖6％，余量水，pH为6.0～7.0。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中加氢反应条件为：温度100～130℃，压力为10～15MPa，催化剂用量为麦芽酮糖溶液质量的1～3％，反应时间为60～100分钟。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中加氢反应采用的催化剂为Co-P-B非晶态合金催化剂，催化剂使用量为麦芽酮糖溶液质量的1～3％。该催化剂对异麦芽酮糖具有高度选择性，可大大提高加氢催化效率。该催化剂购自于沈阳展宇科技开发有限公司。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中脱色过滤步骤为：按质量百分比0.1％～0.25％的比例向异麦芽酮糖醇粗液中加入活性碳，在温度为60℃～80℃的条件下，脱色处理30～40min，经板框过滤，过滤压力0.5～1.5兆帕，水流量4.5～5.5t/h。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中离子交换采用阳离子交换柱-阴离子交换柱-混合离子交换柱进行除盐，离交后料液透光率≥98％。处理后的料液清澈透明，无异味。
根据本发明优选的，所述步骤(3)中浓缩为采用八效板式蒸发浓缩系统浓缩至料液体积的35～75％，干物质中异麦芽酮糖醇的质量含量≥90％；
根据本发明优选的，所述步骤(3)中结晶步骤如下：
向浓缩后的料液中加入质量百分比为0.1～1.5％的异麦芽酮糖醇做晶种，冷却至温度为5～15℃，结晶12～36h。
有益效果
1、本发明通过发酵培养条件和发酵培养基组分优化，将大黄欧文氏菌发酵菌液蔗糖异构酶的酶活大大提高，从而使蔗糖转化成异麦芽酮糖的转化率显著提高，转化率达到98％以上，极大降低异麦芽酮糖醇的生产成本；
2、本发明通过采用Co-P-B非晶态合金催化剂进行催化加氢,该催化剂对异麦芽酮糖具有高度选择性，可显著提高加氢催化效率，催化率达99.5％以上。
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。
生物材料来源：
大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)CFCC 10808，来源于中国林业微生物保藏管理中心。
其他材料来源：
Co-P-B非晶态合金催化剂购自于沈阳展宇科技开发有限公司。
蔗糖异构酶酶活测定方法：
用0.1M的磷酸钾缓冲液(pH7.0)配制含40％(w/v)蔗糖和75g/L细胞悬浮液的混合物，取该混合物1ml于30℃的水浴内反应60min后，置于100℃的沸水中10min以终止酶反应，然后用自来水冷却至室温，反应混合物经过离心和过滤后用HPLC法测定异麦芽酮糖生成量；
一个单位的蔗糖异构酶酶活定义为在30℃下，pH为7.0的条件下每分钟生成1μmol的异麦芽酮糖的酶量。
实施例1
一种异麦芽酮糖醇的制备方法，步骤如下：
(1)将大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)CFCC 10808在30℃的条件下，于PDA培养基中活化培养25h，然后转接至种子培养基中，在30℃的条件下，培养25h，然后，按体积百分比1％的比例接种于发酵培养基中，在30℃，扩大培养35h，固液分离，去固体，制得含有蔗糖异构酶的菌体；
种子培养基组分如下，均为重量百分比：
硝酸钠0.2％；磷酸二氢钾0.15％；七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.15％；牛肉膏0.5％；蔗糖6％，余量水，pH为6.0。
所述发酵培养基，组分如下，均为重量百分比：
麦芽糖10％，玉米浆3％，硝酸钠0.2％，磷酸二氢钾0.15％、七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.05％，余量水；
经检测，菌体中蔗糖异构酶的酶活达到6.5×106U/ml；
(2)将步骤(1)制得的含有蔗糖异构酶酶活的菌体按质量体积百分比1.5％比例(w/v，单位g/ml)加入到质量浓度为30％蔗糖溶液中，在温度40℃，酶转化20小时，固液分离，取液体，制得转化液；
(3)将步骤(2)制得的转化液在温度100℃、压力为10MPa、催化剂用量为麦芽酮糖溶液质量的1％的条件下，催化加氢反应60分钟，氢反应采用的催化剂为Co-P-B非晶态合金催化剂，制得异麦芽酮糖醇粗液，
然后按质量百分数0.25％的比例向异麦芽酮糖醇粗液中加入活性碳，在温度为60℃的条件下，脱色处理30min，过滤为采用板框过滤机进行过滤，过滤压力为为0.5兆帕，水流量4.5t/h；
然后用阳离子交换柱-阴离子交换柱-混合离子交换柱进行除盐，离交后料液透光率为98.5％；
然后用八效板式蒸发浓缩系统浓缩至料液体积的35％，干物质中异麦芽酮糖醇的质量含量为93％；向浓缩后的料液中加入质量百分比为0.5％的异麦芽酮糖醇做晶种，冷却至5℃,结晶12h；经离心分离，制得异麦芽糖酮糖醇。
经检测，异麦芽糖酮糖醇的转化率为76.4％。
实施例2
一种异麦芽酮糖醇的制备方法，步骤如下：
(1)将大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)CFCC 10808在35℃的条件下，于PDA培养基中活化培养30h，然后转接至种子培养基中，在35℃的条件下，种子培养35h，然后，按体积百分比10％的比例接种于发酵培养基中，在35℃，扩大培养35h，固液分离，去固体，制得含有蔗糖异构酶的菌体；
种子培养基组分如下，均为重量百分比：
硝酸钠0.2％；磷酸二氢钾0.15％；七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.15％；牛肉膏0.5％；蔗糖6％，余量水，pH为7.0。
所述发酵培养基，组分如下，均为重量百分比：
麦芽糖10％，玉米浆3％，硝酸钠0.2％，磷酸二氢钾0.15％、七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.05％，余量水；
经检测，菌体中蔗糖异构酶的酶活达到8.0×106U/ml；
(2)将步骤(1)制得的含有蔗糖异构酶酶活的菌体按质量体积百分比5％比例(w/v，单位g/ml)加入到质量浓度为50％蔗糖溶液中，在温度55℃，酶转化30小时，固液分离，取液体，制得转化液；
(3)将步骤(2)制得的转化液在温度130℃、压力为15MPa、催化剂用量为麦芽酮糖溶液质量的3％的条件下，催化加氢反应100分钟，氢反应采用的催化剂为Co-P-B非晶态合金催化剂，制得异麦芽酮糖醇粗液，
然后按质量百分数0.25％的比例向异麦芽酮糖醇粗液中加入活性碳，在温度为80℃的条件下，脱色处理40min，过滤为采用板框过滤机进行过滤，过滤压力为为1.5兆帕，水流量5.5t/h；
然后用阳离子交换柱-阴离子交换柱-混合离子交换柱进行除盐，离交后料液透光率为99.2％；
然后用八效板式蒸发浓缩系统浓缩至料液体积的75％，干物质中异麦芽酮糖醇的质量含量为95％；向浓缩后的料液中加入质量百分比为1.5％的异麦芽酮糖醇做晶种，冷却至10℃,结晶24h；经离心分离，制得异麦芽糖酮糖醇。
经检测，异麦芽糖酮糖醇的转化率为75.6％。
对比例1
一种异麦芽酮糖醇的制备方法，步骤如下：
(1)将大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)CFCC 10808在35℃的条件下，于PDA培养基中活化培养30h，然后转接至种子培养基中，在35℃的条件下，种子培养35h，然后，按体积百分比10％的比例接种于发酵培养基中，在35℃，扩大培养35h，固液分离，去固体，制得含有蔗糖异构酶的菌体；
种子培养基组分如下，均为重量百分比：
硝酸钠0.2％；磷酸二氢钾0.15％；七水硫酸镁(MgSO4·7H2O)0.15％；牛肉膏0.5％；蔗糖6％，余量水，pH为7.0。
所述发酵培养基，组分如下，均为重量百分比：
葡萄糖10％，豆粕3％，硝酸钠0.2％，磷酸二氢钾0.15％、六水硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)0.05％，余量水；
经检测，菌体中蔗糖异构酶的酶活达到5.5×105U/ml；
(2)将步骤(1)制得的含有蔗糖异构酶酶活的菌体按质量体积百分比5％比例(w/v，单位g/ml)加入到质量浓度为50％蔗糖溶液中，在温度55℃，酶转化30小时，固液分离，取液体，制得转化液；
(3)将步骤(2)制得的转化液在温度130℃、压力为15MPa、催化剂用量为麦芽酮糖溶液质量的3％的条件下，催化加氢反应100分钟，氢反应采用的催化剂为Co-P-B非晶态合金催化剂，制得异麦芽酮糖醇粗液，
然后按质量百分数0.25％的比例向异麦芽酮糖醇粗液中加入活性碳，在温度为80℃的条件下，脱色处理40min，过滤为采用板框过滤机进行过滤，过滤压力为为1.5兆帕，水流量5.5t/h；
然后用阳离子交换柱-阴离子交换柱-混合离子交换柱进行除盐，离交后料液透光率为99.2％；
然后用八效板式蒸发浓缩系统浓缩至料液体积的75％，干物质中异麦芽酮糖醇的质量含量为95％；向浓缩后的料液中加入质量百分比为1.5％的异麦芽酮糖醇做晶种，冷却至10℃,结晶24h；经离心分离，制得异麦芽糖酮糖醇。
经检测，异麦芽糖酮糖醇的转化率为18.2％。
对比例2
如实施例1所述的异麦芽酮糖醇的制备方法，不同之处在于，催化剂采用雷尼镍AMC-2000催化剂，要达到实施例1同样的效果，则所述步骤(3)中加氢反应条件为：温度150℃，压力为12MPa，催化剂用量为麦芽酮糖溶液质量的2.5％，反应时间为180分钟。该催化剂购自上海迅凯化工科技有限公司。
通过对比例2可知，采用现有惯用的雷尼镍AMC-2000催化剂后，所需反应条件更高，反应时间更长。
Claims (10)
1.一种异麦芽酮糖醇的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)将大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)经活化培养、种子培养后，按体积百分比1～10％的比例接种于发酵培养基中，在30～35℃，扩大培养20～35h，固液分离，去固体，制得含有蔗糖异构酶酶活达到5.5～8.0×106U/ml的菌体；
所述发酵培养基，组分如下，均为重量百分比：
麦芽糖10～12％，玉米浆3～5％，硝酸钠0.1～0.2％，磷酸二氢钾0.15～0.5％、七水硫酸镁0.05～0.1％，余量水；
(2)将步骤(1)制得的含有蔗糖异构酶酶活的菌体按质量体积百分比1.5～5％比例，单位g/ml，加入到质量浓度为30～50％蔗糖溶液中，在温度40～55℃，酶转化20～30小时，固液分离，取液体，制得转化液；
(3)将步骤(2)制得的转化液催化加氢制得异麦芽酮糖醇粗液，然后经脱色过滤、离子交换、浓缩、结晶、离心分离制得异麦芽糖酮糖醇。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，大黄欧文氏菌(Erwinia rhapontici)，来源于中国林业微生物保藏管理中心，菌种编号CFCC 10808。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，活化培养条件为在30～35℃的条件下，培养25～30h。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，种子培养为在30～35℃的条件下，培养25～35h，种子培养基组分如下，均为重量百分比：
硝酸钠0.2％；磷酸二氢钾0.15％；七水硫酸镁0.15％；牛肉膏0.5％；蔗糖6％，余量水，pH为6.0～7.0。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加氢反应条件为：温度100～130℃，压力为10～15MPa，催化剂用量为麦芽酮糖溶液质量的1～3％，反应时间为60～100分钟。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中加氢反应采用的催化剂为Co-P-B非晶态合金催化剂，催化剂使用量为麦芽酮糖溶液质量的1～3％。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中脱色过滤步骤为：按质量百分比0.1％～0.25％的比例向异麦芽酮糖醇粗液中加入活性碳，在温度为60℃～80℃的条件下，脱色处理30～40min，经板框过滤，过滤压力0.5～1.5兆帕，水流量4.5～5.5t/h。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中离子交换采用阳离子交换柱-阴离子交换柱-混合离子交换柱进行除盐，离交后料液透光率≥98％。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中浓缩为采用八效板式蒸发浓缩系统浓缩至料液体积的35～75％，干物质中异麦芽酮糖醇的质量含量≥90％。
10.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中结晶步骤如下：
向浓缩后的料液中加入质量百分比为0.1～1.5％的异麦芽酮糖醇做晶种，冷却至温度为5～15℃，结晶12～36h。
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