CN108624637B - 一种利用大米生产海藻糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用大米生产海藻糖的方法，属于制糖工程技术领域。本发明的方法以大米为底物，将大米先后经耐高温淀粉酶、普鲁兰酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶、糖化酶处理，成功制备得到了海藻糖；利用本发明的方法制备海藻糖，产量可达98g/L；利用本发明的方法制备得到的海藻糖纯度可达98.5％。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用大米生产海藻糖的方法，属于制糖工程技术领域。
背景技术
海藻糖是由两个葡萄糖分子通过α，α-1,1键结合而成的非还原性双糖，广泛存在于细菌、真菌、藻类、低等植物及昆虫中。经研究发现，该糖具有独特的生物学功能，有保护生物大分子，保护细胞膜，保护蛋白质免受冷冻、干燥及渗透压变化等造成的破坏的作用，在食品、医药、化妆品、农业等领域均具有广泛应用。
目前，国内外市场对海藻糖的需求不断扩增，其生产技术也在不断追求进步。早期，海藻糖产品主要通过从酵母细胞中提取，产率低，成本高，工艺复杂，限制海藻糖的应用；近年来，在许多微生物中发现能够一步转化麦芽糖生成海藻糖的海藻糖合酶，该途径不消耗高能物质，不依赖磷酸，且底物麦芽糖便于获得，与海藻糖相比有较大的优势。因此，该途径极有工业化前景。
现在，我国新开发的糖品海藻糖都主要是以玉米淀粉为原料生产，形式较为单一，为充实海藻糖的生产原料，避免形成商业、技术上的垄断，我们可尝试以大米为原料生产海藻糖。
但是，由于用大米生产海藻糖通常需先将大米制备成大米淀粉，而大米淀粉的生产成本高、收率低、难以形成大规模生产，使得此想法没有很高的经济价值；若是想直接以大米原粮生产，那么，大米的液化DE值控制、糖化后异麦芽糖的控制、糖化纯度、色谱分离、结晶等关键工艺都存在技术难点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用大米生产海藻糖的方法。此方法以大米为底物，将大米先后经耐高温淀粉酶、普鲁兰酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶、糖化酶处理，成功制备得到了海藻糖；利用此方法制备海藻糖，产量可达98g/L；利用此方法制备得到的海藻糖纯度可达98.5％。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种利用大米生产海藻糖的方法，所述方法为将浸泡好的大米研磨至细度为50～100目，得到大米浆；调节大米浆浓度到15～17Be°并用碱调大米浆pH至5.4～5.8，得到经调配的大米浆；在经调配的大米浆中加入耐高温淀粉酶搅拌25～35分钟后，于105～108℃保温70～90分钟，控制液化DE值小于16％，得到糖料；将糖料进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃～46℃，得到脱渣糖料；在脱渣糖料中先加入普鲁兰酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为5～6反应30-38小时，再加入糖化酶，维持pH为4.2～4.4，于60～62℃糖化20～26小时，得到反应液；将反应液于70～75℃灭酶后，加入占反应液总质量0.5～3％的活性炭进行脱色20～60分钟，过滤，重复两次操作，得到一次滤液；将一次滤液经离子交换树脂过滤，得二次滤液；将二次滤液浓缩至海藻糖浓度为70～75％后降温至46℃-50℃，加入占二次滤液总质量0.1～3％的海藻糖晶种降温至22～26℃进行降温结晶；将得到的结晶进行离心、干燥，得到海藻糖成品。
在本发明的一种实施方式中，所述方法为将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；在经调配的大米浆中加入耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，控制液化DE值小于16％，得到糖料；将糖料进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；在脱渣糖料中先加入普鲁兰酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液；将反应液于75℃灭酶后，加入占反应液总质量1％的活性炭进行脱色45分钟，过滤，重复两次操作，得到一次滤液；将一次滤液经离子交换树脂过滤，得二次滤液；将二次滤液浓缩至海藻糖浓度为73％后降温至46℃，加入占二次滤液总质量2％的海藻糖晶种降温至24℃进行降温结晶；将得到的结晶进行离心、干燥，得到海藻糖成品。
在本发明的一种实施方式中，所述降温结晶为三阶段降温结晶，包含如下阶段：
第一阶段：将海藻糖溶液从46℃自然降温至43℃，时间8小时；
第二阶段：将海藻糖溶液从43℃自然降温至36℃，时间8小时；
第三阶段：将海藻糖溶液从36℃自然降温至24℃，时间8小时。
在本发明的一种实施方式中，所述脱渣过滤是通过板框过滤机进行的。
在本发明的一种实施方式中，所述高温淀粉酶的添加量为13～18U/g；所述1U为在70℃，pH6.0条件下，1min液化可溶性淀粉生成1μmol葡萄糖当量的还原糖所需的酶量。
在本发明的一种实施方式中，所述高温淀粉酶的添加量为14U/g。
在本发明的一种实施方式中，所述普鲁兰酶的添加量为2～5U/g；所述1U为在60℃、pH4.5条件下，1min内转化普鲁兰多糖生成1μmol还原糖的酶量。
在本发明的一种实施方式中，所述普鲁兰酶的添加量为3U/g。
在本发明的一种实施方式中，所述麦芽寡糖基海藻糖合成酶的添加量为4～8U/mL；所述1U为在55℃、pH6.0条件下，1min内能转化麦芽六糖生成1μmol麦芽四糖基海藻糖的酶量。
在本发明的一种实施方式中，所述麦芽寡糖基海藻糖合成酶的添加量为5U/mL。
在本发明的一种实施方式中，所述麦芽寡糖基海藻糖水解酶的添加量为3～7U/mL；所述1U为在60℃、pH6.0条件下，1min内能转化麦芽四糖基海藻糖生成1μmol海藻糖的酶量。
在本发明的一种实施方式中，所述麦芽寡糖基海藻糖水解酶的添加量为5U/mL。
在本发明的一种实施方式中，所述糖化酶的添加量为1～3U/g；所述1U为在40℃、pH4.5条件下，1min内转化可溶性淀粉生成1μmol葡萄糖的酶量。
在本发明的一种实施方式中，所述糖化酶的添加量为2U/g。
在本发明的一种实施方式中，所述离子交换树脂包含阴离子交换树脂和/或阳离子交换树脂。
在本发明的一种实施方式中，所述阳离子交换树脂为强酸性阳离子树脂。
在本发明的一种实施方式中，所述述阳离子交换树脂为001×7阳离子树脂。
在本发明的一种实施方式中，所述阴离子交换树脂为强碱性阴离子树脂。
在本发明的一种实施方式中，所述阴离子交换树脂为如201×7阴离子树脂。
在本发明的一种实施方式中，所述一次滤液流经离子交换树脂的速度为15～20mL/min。
在本发明的一种实施方式中，所述一次滤液流经离子交换树脂的速度为15mL/min。
本发明提供了上述一种利用大米生产海藻糖的方法在制备海藻糖方面的应用。
有益效果：
本发明的方法以大米为底物，将大米先后经耐高温淀粉酶、普鲁兰酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶、糖化酶处理，成功制备得到了海藻糖；利用本发明的方法制备海藻糖，产量可达98g/L；利用本发明的方法制备得到的海藻糖纯度可达98.5％。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行进一步的阐述。
下述实施例中涉及的耐高温淀粉酶、普鲁兰酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶、麦芽寡糖基海藻糖水解酶、糖化酶均购自诺维信公司supre。
下述实施例中涉及的检测方法如下：
产量检测方法：高效液相色谱(HPLC)法
色谱柱：氨基柱(赛默飞APS-2HYPERSIL)
流动相为乙腈：水＝80：20。
标准品：称取海藻糖(纯度＝99.5％)标准品0.5g，精确至0.0001g，用超纯水溶解并定容至50mL，摇匀。用0.2um微孔滤膜过滤，收集滤液供测定用。
样品制备：将糖化结束的催化液于沸水中煮沸10分钟灭酶，用超纯水稀释10倍，12000r/min离心25分钟。用0.2um微孔滤膜过滤，收集滤液供测定用。
试样的测定：首先用流动相以0.8mL/min的流速冲洗管路30分钟，装上色谱柱，正式进样分析前，将所用流动相输入参比池40分钟，走基线，待基线走稳后,将标准溶液和制备好的试样分别进样10uL。根据标准品的保留时间定性样品中的糖组分，根据样品的峰面积，以外标法计算糖组分的浓度。
结果计算：
式中：Cm—海藻糖浓度，单位为(g/L)；
Am—样品峰面积；
As—标准品峰面积；
Cs—标准品质量，g。
海藻糖纯度检测方法：高效液相色谱(HPLC)法。
实施例1
具体步骤如下：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入14U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入3U/g普鲁兰酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入2U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液；
(6)将反应液于75℃灭酶后，加入1％的活性炭进行脱色45分钟，过滤，重复两次操作，得到一次滤液；
(7)将一次滤液以15mL/min的速度分别经001×7阳离子树脂、201×7阴离子交换树脂过滤，得二次滤液；将二次滤液浓缩至海藻糖浓度为73％后降温至46℃，加入2％的海藻糖晶种降温至24℃进行降温结晶；
(8)将得到的结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品；
其中，降温结晶为三阶段降温结晶，包含如下阶段：
第一阶段：将海藻糖溶液从46℃自然降温至43℃，时间8小时；
第二阶段：将海藻糖溶液从43℃自然降温至36℃，时间8小时；
第三阶段：将海藻糖溶液从36℃自然降温至24℃，时间8小时。
检测反应液中海藻糖产量，检测结果为98g/L。
检测海藻糖成品纯度，检测结果为98.5％。
实施例2
具体步骤如下：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入13U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入2U/g普鲁兰酶、4U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、3U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入1U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液；
(6)将反应液于75℃灭酶后，加入1％的活性炭进行脱色45分钟，过滤，重复两次操作，得到一次滤液；
(7)将一次滤液以15mL/min的速度经001×7阳离子树脂过滤，得二次滤液；将二次滤液浓缩至海藻糖浓度为73％后降温至46℃，加入2％的海藻糖晶种降温至24℃进行降温结晶；
(8)将得到的结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品；
其中，降温结晶为三阶段降温结晶，包含如下阶段：
第一阶段：将海藻糖溶液从46℃自然降温至43℃，时间8小时；
第二阶段：将海藻糖溶液从43℃自然降温至36℃，时间8小时；
第三阶段：将海藻糖溶液从36℃自然降温至24℃，时间8小时。
检测反应液中海藻糖，检测结果为87g/L。
检测海藻糖成品纯度，检测结果为98.1％。
实施例3
具体步骤如下：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入18U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入5U/g普鲁兰酶、8U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、7U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入3U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液；
(6)将反应液于75℃灭酶后，加入1％的活性炭进行脱色45分钟，过滤，重复两次操作，得到一次滤液；
(7)将一次滤液以15mL/min的速度经002×7阴离子树脂，得二次滤液；将二次滤液浓缩至海藻糖浓度为73％后降温至46℃，加入2％的海藻糖晶种降温至24℃进行降温结晶；
(8)将得到的结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品；
其中，降温结晶为三阶段降温结晶，包含如下阶段：
第一阶段：将海藻糖溶液从46℃自然降温至43℃，时间8小时；
第二阶段：将海藻糖溶液从43℃自然降温至36℃，时间8小时；
第三阶段：将海藻糖溶液从36℃自然降温至24℃，时间8小时。
检测反应液中海藻糖，检测结果为93g/L。
检测海藻糖成品纯度，检测结果为98.0％。
实施例4
具体步骤如下：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入0、8、10、12、14、18、22U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入3U/g普鲁兰酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入2U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液
检测反应液中海藻糖，检测结果为分别34、62、84、92、97、86、79g/L。
实施例5
具体步骤如下：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入14U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入3U/g普鲁兰酶、0、1、3、5、8、10U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入2U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液
检测反应液中海藻糖，检测结果为分别0、44、85、98、92、84g/L。
实施例6
具体步骤如下：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入14U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入3U/g普鲁兰酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为3、4、5、6、7、8反应35小时，再加入2U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液
检测反应液中海藻糖，检测结果为分别69、81、92、95、83、72g/L。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (2)
1.一种利用大米生产海藻糖的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)将浸泡好的大米研磨至细度为60目，得到大米浆；
(2)调节大米浆浓度到16Be°并用碱调大米浆pH至5.5，得到经调配的大米浆；
(3)在经调配的大米浆中加入14U/g耐高温淀粉酶搅拌25分钟后，于105℃保温85分钟，取样进行碘试反应呈现棕红色，控制液化DE值小于16％，得到糖料；
(4)将糖料通过板框过滤机进行脱渣过滤，过滤掉糖液里的大米蛋白渣，并降温至45℃，得到脱渣糖料；
(5)在脱渣糖料中先加入3U/g普鲁兰酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖合成酶、5U/mL麦芽寡糖基海藻糖水解酶，维持pH为6反应35小时，再加入2U/g糖化酶，维持pH为4.3，于62℃糖化24小时，得到反应液；
(6)将反应液于75℃灭酶后，加入1％的活性炭进行脱色45分钟，过滤，重复两次操作，得到一次滤液；
(7)将一次滤液以15mL/min的速度分别经001×7阳离子树脂、201×7阴离子交换树脂过滤，得二次滤液；将二次滤液浓缩至海藻糖浓度为73％后降温至46℃，加入2％的海藻糖晶种降温至24℃进行降温结晶；
(8)将得到的结晶于转速2800r/min下离心16min、于80℃的烘箱中干燥8h，得到海藻糖成品；
其中，降温结晶为三阶段降温结晶，包含如下阶段：
第一阶段：将海藻糖溶液从46℃自然降温至43℃，时间8小时；
第二阶段：将海藻糖溶液从43℃自然降温至36℃，时间8小时；
第三阶段：将海藻糖溶液从36℃自然降温至24℃，时间8小时。
2.权利要求1所述的一种利用大米生产海藻糖的方法在制备海藻糖方面的应用。
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