CN108070579A - 一种蔗糖转化酶工业化生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种蔗糖转化酶工业化生产方法，步骤是：一级种子培养液的制备；二级种子培养液的制备；种子罐液培养；发酵罐液培养；发酵培养结束后分离出湿菌体；配制成菌悬液；使用高压均质机循环破碎；破碎液通过中空纤维膜、0.2μm中空纤维微滤膜、30万道尔顿中空纤维膜、3万道尔顿中空纤维膜分级过滤处理，得到纯度高的蔗糖转化酶浓缩液：S9、蔗糖转化酶浓缩液经过0.5μm液体预过滤器，0.22μm液体除菌过滤器进行除菌过滤，得到无菌酶液；S10、无菌酶液经过精密药用低温喷雾干燥得到无菌蔗糖转化酶粉剂。本发明产品收率高，活性高，纯度高，生产成本得到控制并且符合食品酶制剂质量要求。
Description
技术领域
本发明涉及食品深加工技术领域，具体地说涉及一种蔗糖转化酶工业化生产方法。
背景技术
蔗糖是食品加工领域常用的甜味剂，但在使用过程中需要较长的时间溶解，在一定程度上限制了其应用。蔗糖转化酶能水解蔗糖生成果糖和葡萄糖，其混合物称为转化糖浆。转化糖浆具有溶解快速、不易结晶和口感好等优点，因此广泛应用于饮料、烘焙等食品加工行业。
蔗糖是植物中(甘蔗和甜菜)光合作用产生的可再生的碳水化合物，每年全球产量超过一亿吨。蔗糖通过蔗糖转化酶的催化水解得到葡萄糖和果糖，单糖在微生物细胞中进入糖酵解发酵途径分解产生代谢物质。通过这样的代谢途径，酵母利用葡萄糖和果糖来生产燃料乙醇。利用酵母发酵蔗糖生产乙醇是所有的生物质生产中能量投入产出比最高的，这个投入产出比达到了8(Marris E，Sugar cane and ethanol:drink the best anddrive the rest，Nature，2006，444(7120):670-672)。
近年来，随着人们生活水平的提高和对可再生资源的重视，蔗糖转化酶得到越来越多的关注，但其在国内并未得到广泛的应用，这是由于目前商业化的蔗糖转化酶纯度不高，价格昂贵，限制了其在食品加工领域中和可再生资源领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术的缺陷，提供一种蔗糖转化酶工业化生产方法，最终达到产品收率高，活性高，纯度高，生产成本得到控制并且符合食品酶制剂质量要求。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种蔗糖转化酶工业化生产方法，该生产方法的步骤是：
S1、一级种子培养液的制备：将酿酒酵母菌株冻存管接种到一级种子液中进行培养，在26～30℃，200～240rpm摇床条件下培养20～28小时；
S2、二级种子培养液的制备：将一级种子培养液转入二级种子液中进行培养，在26～30℃，200～240rpm摇床条件下培养20～28小时；
S3、种子罐液培养：将二级种子培养液按照约1％接种量接入种子罐培养基中，在26～30℃，240rpm种子罐条件下培养20～28小时；
S4、发酵罐液培养：将种子罐液按约10％接种量接入发酵罐培养基中，在27-29℃，200～240rpm发酵罐条件下培养约48～52小时；
S5、发酵培养结束后，使用8000转/分蝶式离心机分离出湿菌体；
S6、湿菌体使用PH5.6的PBS缓冲液清洗后配制成约250g/L菌体浓度的菌悬液；
S7、使用100～150MPa的高压均质机循环破碎3～5次；
S8、破碎液通过中空纤维膜分级过滤处理，得到纯度高的蔗糖转化酶浓缩液：使用0.2μm中空纤维微滤膜去除大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；使用30万道尔顿中空纤维膜进一步去除较大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；使用3万道尔顿中空纤维膜去除小分子物质，蔗糖转化酶在浓缩液中；
S9、蔗糖转化酶浓缩液经过0.5μm液体预过滤器，0.22μm液体除菌过滤器进行除菌过滤，得到无菌酶液；
S10、无菌酶液经过精密药用低温喷雾干燥得到无菌蔗糖转化酶粉剂。
作为对上述技术方案的改进，喷雾干燥进风温度120～150℃，出风温度70℃。低温喷雾干燥保证酶活性不受热损失；
作为对上述技术方案的改进，喷雾干燥所用到的空气进风系统从外到内设置有粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器、高温高效过滤器。
作为对上述技术方案的改进，所述一级种子液的组成为：酵母浸粉1.0g，蛋白胨2.0g，葡萄糖2.0g，加水定容至100ml。
作为对上述技术方案的改进，所述二级种子液的组成为：酵母浸粉60.0g，蛋白胨120.0g，葡萄糖120.0g，加水定容至6000ml。
作为对上述技术方案的改进，所述种子罐培养基的组成为：葡萄糖18KG，甘油12KG，磷酸二氢钾9KG，磷酸二氢铵3KG，硫酸钾4.5KG，硫酸镁1.8KG，酵母粉3KG，硫酸钙0.3KG，消泡剂180毫升，加水灭菌后体积约600L。
作为对上述技术方案的改进，所述发酵罐培养基的组成为:葡萄糖180KG，甘油120KG，磷酸二氢钾90KG，磷酸二氢铵30KG，硫酸钾45KG，硫酸镁18KG，酵母浸粉30KG，硫酸钙3KG，消泡剂1800毫升，加水灭菌后体积约6000L。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
本发明的蔗糖转化酶工业化生产方法，1、采用聚偏氟乙烯材质中空纤维膜做分级过滤处理酶液，具有分离，浓缩，纯化于一体的效果，并且处理效率高，生产成本低；2、采用液体除菌过滤及精密药用喷雾干燥，保证了产品质量，使得最终得到的蔗糖转化酶粉剂符合食品酶制剂的要求，菌落总数＜10CFU/g；3、本发明中蔗糖转化酶的酶活总收率达到90％以上，蔗糖酶转化酶粉剂酶活大于250000SU/g，实现了蔗糖转化酶工业化的生产。
通过3次中空纤维膜分级过滤，有效去除了与蔗糖转化酶分子量6万道尔顿差异较大的各类杂质，得到了纯度高的蔗糖转化酶浓缩液。膜分离过程是个典型的物理分离过程，不需要用到化学试剂，产品不受污染，有效成分几乎没有损失，可以有效达到工业化要求，并且能耗极低。聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜具有通量高，膜孔对称的优点，适宜用来做分级过滤处理。喷雾干燥所用到的空气进风系统具有4道过滤器：粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器、高温高效过滤器，保证了喷雾干燥卫生达到药用标准。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
实施例1：本实施例的蔗糖转化酶工业化生产方法，步骤是：
1、发酵来源菌株为酿酒酵母；
2、一级种子培养液的制备：将菌株冻存管接种到一级种子液中进行培养，在26℃，240rpm摇床条件下培养28小时；
3、二级种子培养液的制备：将一级种子培养液转入二级种子液中进行培养，在26℃，240rpm摇床条件下培养28小时；
4、种子罐液培养：将二级种子培养液按照约1％接种量接入种子罐培养基中，在26℃，240rpm种子罐条件下培养28小时；
5、发酵罐液培养：将种子罐液按约10％接种量接入发酵罐培养基中，在27℃，240rpm发酵罐条件下培养约48小时；
培养基配方：
一级种子液：酵母浸粉1.0g，蛋白胨2.0g，葡萄糖2.0g，加水定容至100ml；
二级种子液：酵母浸粉60.0g，蛋白胨120.0g，葡萄糖120.0g，加水定容至6000ml；
种子罐培养基：葡萄糖18KG，甘油12KG，磷酸二氢钾9KG，磷酸二氢铵3KG，硫酸钾4.5KG，硫酸镁1.8KG，酵母粉3KG，硫酸钙0.3KG，消泡剂180毫升，加水灭菌后体积约600L；
发酵罐培养基:葡萄糖180KG，甘油120KG，磷酸二氢钾90KG，磷酸二氢铵30KG，硫酸钾45KG，硫酸镁18KG，酵母浸粉30KG，硫酸钙3KG，消泡剂1800毫升，加水灭菌后体积约6000L；
6、发酵培养结束后，使用8000转/分蝶式离心机分离出湿菌体；
7、湿菌体使用PH5.6的PBS缓冲液清洗后配制成约250g/L菌体浓度的菌悬液；
8、使用100MPa的高压均质机循环破碎4次；
破碎液通过中空纤维膜分级过滤处理，得到纯度高的蔗糖转化酶浓缩液：
使用0.2μm中空纤维微滤膜去除大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；
使用30万道尔顿中空纤维膜进一步去除较大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；
使用3万道尔顿中空纤维膜去除小分子物质，蔗糖转化酶在浓缩液中。
通过上述3次中空纤维膜分级过滤，有效去除了与蔗糖转化酶分子量6万道尔顿差异较大的各类杂质，得到了纯度高的蔗糖转化酶浓缩液。
膜分离过程是个典型的物理分离过程，不需要用到化学试剂，产品不受污染，有效成分几乎没有损失，可以有效达到工业化要求，并且能耗极低。
聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜具有通量高，膜孔对称的优点，适宜用来做分级过滤处理。
9、蔗糖转化酶浓缩液经过0.5μm液体预过滤器，0.22μm液体除菌过滤器进行除菌过滤，得到无菌酶液；
10、无菌酶液经过精密药用低温喷雾干燥得到无菌蔗糖转化酶粉剂：
喷雾干燥进风温度120℃，出风温度70℃，低温喷雾干燥保证酶活性不受热损失；空气进风系统具有4道过滤器：粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器、高温高效过滤器，保证了喷雾干燥卫生达到药用标准。
实施例2：本实施例的蔗糖转化酶工业化生产方法，步骤是：
1、发酵来源菌株为酿酒酵母；
2、一级种子培养液的制备：将菌株冻存管接种到一级种子液中进行培养，在30℃，200rpm摇床条件下培养20小时；
3、二级种子培养液的制备：将一级种子培养液转入二级种子液中进行培养，在30℃，240rpm摇床条件下培养28小时；
4、种子罐液培养：将二级种子培养液按照约1％接种量接入种子罐培养基中，在30℃，240rpm种子罐条件下培养28小时；
5、发酵罐液培养：将种子罐液按约10％接种量接入发酵罐培养基中，在27-29℃，200～240rpm发酵罐条件下培养约52小时；
培养基配方：
一级种子液：酵母浸粉1.0g，蛋白胨2.0g，葡萄糖2.0g，加水定容至100ml；
二级种子液：酵母浸粉60.0g，蛋白胨120.0g，葡萄糖120.0g，加水定容至6000ml；
种子罐培养基：葡萄糖18KG，甘油12KG，磷酸二氢钾9KG，磷酸二氢铵3KG，硫酸钾4.5KG，硫酸镁1.8KG，酵母粉3KG，硫酸钙0.3KG，消泡剂180毫升，加水灭菌后体积约600L；
发酵罐培养基:葡萄糖180KG，甘油120KG，磷酸二氢钾90KG，磷酸二氢铵30KG，硫酸钾45KG，硫酸镁18KG，酵母浸粉30KG，硫酸钙3KG，消泡剂1800毫升，加水灭菌后体积约6000L；
6、发酵培养结束后，使用8000转/分蝶式离心机分离出湿菌体；
7、湿菌体使用PH5.6的PBS缓冲液清洗后配制成约250g/L菌体浓度的菌悬液；
8、使用150MPa的高压均质机循环破碎4次；
破碎液通过中空纤维膜分级过滤处理，得到纯度高的蔗糖转化酶浓缩液：
使用0.2μm中空纤维微滤膜去除大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；
使用30万道尔顿中空纤维膜进一步去除较大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；
使用3万道尔顿中空纤维膜去除小分子物质，蔗糖转化酶在浓缩液中。
通过上述3次中空纤维膜分级过滤，有效去除了与蔗糖转化酶分子量6万道尔顿差异较大的各类杂质，得到了纯度高的蔗糖转化酶浓缩液。
膜分离过程是个典型的物理分离过程，不需要用到化学试剂，产品不受污染，有效成分几乎没有损失，可以有效达到工业化要求，并且能耗极低。
聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜具有通量高，膜孔对称的优点，适宜用来做分级过滤处理。
9、蔗糖转化酶浓缩液经过0.5μm液体预过滤器，0.22μm液体除菌过滤器进行除菌过滤，得到无菌酶液；
10、无菌酶液经过精密药用低温喷雾干燥得到无菌蔗糖转化酶粉剂：
喷雾干燥进风温度150℃，出风温度70℃，低温喷雾干燥保证酶活性不受热损失；空气进风系统具有4道过滤器：粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器、高温高效过滤器，保证了喷雾干燥卫生达到药用标准。
Claims (7)
1.一种蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：该生产方法的步骤是：
S1、一级种子培养液的制备：将酿酒酵母菌株冻存管接种到一级种子液中进行培养，在26～30℃，200～240rpm摇床条件下培养20～28小时；
S2、二级种子培养液的制备：将一级种子培养液转入二级种子液中进行培养，在26～30℃，200～240rpm摇床条件下培养20～28小时；
S3、种子罐液培养：将二级种子培养液按照约1％接种量接入种子罐培养基中，在26～30℃，240rpm种子罐条件下培养20～28小时；
S4、发酵罐液培养：将种子罐液按约10％接种量接入发酵罐培养基中，在27-29℃，200～240rpm发酵罐条件下培养约48～52小时；
S5、发酵培养结束后，使用8000转/分蝶式离心机分离出湿菌体；
S6、湿菌体使用PH5.6的PBS缓冲液清洗后配制成约250g/L菌体浓度的菌悬液；
S7、使用100～150MPa的高压均质机循环破碎3～5次；
S8、破碎液通过中空纤维膜分级过滤处理，得到纯度高的蔗糖转化酶浓缩液：使用0.2μm中空纤维微滤膜去除大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；使用30万道尔顿中空纤维膜进一步去除较大分子物质，蔗糖转化酶在透析液中；使用3万道尔顿中空纤维膜去除小分子物质，蔗糖转化酶在浓缩液中；
S9、蔗糖转化酶浓缩液经过0.5μm液体预过滤器，0.22μm液体除菌过滤器进行除菌过滤，得到无菌酶液；
S10、无菌酶液经过精密药用低温喷雾干燥得到无菌蔗糖转化酶粉剂。
2.如权利要求1所述蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：喷雾干燥进风温度120～150℃，出风温度70℃。
3.如权利要求1所述蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：喷雾干燥所用到的空气进风系统从外到内设置有粗效过滤器、中效过滤器、高效过滤器、高温高效过滤器。
4.如权利要求1所述蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：所述一级种子液的组成为：酵母浸粉1.0g，蛋白胨2.0g，葡萄糖2.0g，加水定容至100ml。
5.如权利要求1所述蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：所述二级种子液的组成为：酵母浸粉60.0g，蛋白胨120.0g，葡萄糖120.0g，加水定容至6000ml。
6.如权利要求1所述蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：所述种子罐培养基的组成为：葡萄糖18KG，甘油12KG，磷酸二氢钾9KG，磷酸二氢铵3KG，硫酸钾4.5KG，硫酸镁1.8KG，酵母粉3KG，硫酸钙0.3KG，消泡剂180毫升，加水灭菌后体积约600L。
7.如权利要求1所述蔗糖转化酶工业化生产方法，其特征在于：所述发酵罐培养基的组成为:葡萄糖180KG，甘油120KG，磷酸二氢钾90KG，磷酸二氢铵30KG，硫酸钾45KG，硫酸镁18KG，酵母浸粉30KG，硫酸钙3KG，消泡剂1800毫升，加水灭菌后体积约6000L。
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