CN110144372A - 一种β-环糊精的制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种β‑环糊精的制备工艺，包括以下步骤：1）通过菌种培养、发酵制得CGT酶液，备用；2）淀粉调浆，并加入CGT酶液进行液化反应，液化反应过程中加入乙醇和环己烷的混合物；3）回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β‑环糊精，经分离纯化制得β‑环糊精。本发明通过加入乙醇和环己烷的混合物作为有机溶剂，采用一次液化步骤，可有效地提高β‑环糊精的产率，缩短生产周期，降低了能耗和生产成本。

Description

一种β-环糊精的制备工艺
技术领域
本发明属于β-环糊精生产领域，具体涉及一种β-环糊精的制备工艺。
背景技术
β-环糊精（简称β-CD）是环状糊精葡萄糖基转移酶（简称CGT酶）作用于淀粉的产物，为水溶性、非还原性的白色结晶粉末，是由7个葡萄糖单位经α-1.4糖键连接成环形结构的糊精。分子中间形成一个穴洞，穴洞具有独特的包接功能，能与许多种物质形成包接结合物，在工业上用途很广。
现有的β-环糊精的生产工艺中多采用二次液化制得β-环糊精。例如，专利文献CN1054072公开的β-环糊精的生产工艺如下：淀粉调浆，然后加入CGT酶，搅拌升温至70～80℃，液化5～15min，降温至55℃，加CGT酶，在温度52～56℃、pH不低于6.0条件下，搅拌0.5h后进行静置反应，反应6～12h（若过程中pH低于6.0，则需用碱调至6.0以上），过程中监测环糊精生成量的变化，在生成量的转折点结束反应，调整pH值在 6.0～6.5，加入α-淀粉酶，二次液化，脱色提取。该工艺在淀粉调浆加入CGT酶液化时和补加CGT酶静置反应时都不用调整pH值，减少了pH 值的调整次数；同时升降温的幅度也相对较小，能耗较之前者节省不少；但静置反应的淀粉转化率较低，一般只有40％多，且对生成量最大点的控制也难于把握，仍然存在反应后需要进行二次液化的问题，一方面需要加入α-淀粉酶，另外一方面反应时间延长，这些从成本和能耗上都有待改进。
另外，环糊精葡萄糖基转移酶同时具有催化环化、偶合和水解的作用，环化作用生成环糊精，偶合是环化的副反应，小分子糖是偶合反应的底物，水解作用是指当环化作用不占主导作用时环糊精会被水解，小分子糖的存在抑制环化反应并促进偶合和水解反应，从而影响最终收率。
针对上述情况，亟需提供β-环糊精的制备工艺，可通过一次液化，减少反应时间，降低成本和能耗，同时具有较高的β-环糊精产率。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种β-环糊精的制备工艺。通过添加具有特定比例的乙醇和环己烷，能够实现β-环糊精产率的提高，生产周期短，降低了能耗和生产成本。
一种β-环糊精的制备工艺，包括以下步骤：
1）通过菌种培养、发酵制得CGT酶液，备用；
2）淀粉调浆，并加入CGT酶液进行液化反应，液化反应过程中加入乙醇和环己烷的混合物；
3）回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精，经分离纯化制得β-环糊精。
优选地，步骤1）中，菌种培养选用的培养基由玉米粉、大米或麸皮，与玉米膏、MgSO4·H2O和K2HPO4配制成水溶液，其中，按质量浓度计，玉米粉、大米或麸皮为2-4%，玉米膏为3-15%，MgSO4·H2O为0.01-0.1%，K2HPO4为0.05-0.3%。
本发明中的淀粉可以为玉米淀粉、马铃薯淀粉或木薯淀粉，由于各种淀粉的粘度不同，可选择不同的淀粉调浆浓度。
优选地，步骤2）中，按照15-30%的质量浓度进行淀粉调浆，然后按照每克淀粉300-500单位的浓度加入CGT酶，充分混合后升温至80-90℃液化10-30min，再降温至53-60℃；按照每克淀粉补加500-700单位CGT酶的浓度加入CGT酶，并加入体积占淀粉质量8-15%的乙醇和环己烷的混合物，继续反应8-10小时。
进一步优选地，按照20%的质量浓度进行淀粉调浆，然后按照每克淀粉400单位的浓度加入CGT酶，充分混合后升温至80℃液化20min，再降温至55℃；按照每克淀粉补加600单位CGT酶的浓度加入CGT酶，并加入体积占淀粉质量10%的乙醇和环己烷的混合物，继续反应8小时。
根据本发明，乙醇和环己烷的混合物中，乙醇与环己烷的体积比为0.5-3︰1。
优选地，乙醇和环己烷的混合物中，乙醇与环己烷的体积比为1-2︰1。
更优选地，乙醇和环己烷的混合物中，乙醇与环己烷的体积比为1.5︰1。
本发明中，粗β-环糊精的分离纯化步骤包括：将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精。
优选情况下，粗β-环糊精的分离纯化步骤还包括将离心分离后的二次母液进行浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。
与现有技术相比，本发明具有如下有益点：
采用本发明的制备工艺，可提高β-环糊精的产率，有效地减少工艺步骤，如调节pH和升降温操作，仅包含一次液化过程，节省了时间和能耗。
具体实施方式
下面将结合本发明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。
实施例1
取含量为80％的玉米淀粉5000Kg，用蒸馏水按照质量浓度为15％（以纯淀粉计）在反应罐中调浆，再按照400单位/g淀粉的比例加入CGT酶（实际加入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算），充分混合后升温至80℃，液化反应10min，迅速降温至55℃，再按每克淀粉600单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.13mL的比例加入乙醇和环己烷的混合物（乙醇与环己烷的体积比为0.5︰1），充分反应8h，回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精。将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精；将离心分离后的二次母液进行4倍浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。最后得到的精制β-环糊精的产率为62.4％。
实施例2
取含量为86％的马铃薯淀粉5000Kg，用蒸馏水按照质量浓度为20％（以纯 淀粉计）在反应罐中调浆，再按照300单位/g淀粉的比例加入CGT酶（实际加入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算），搅拌并升温至85℃，液化反应12min，迅速降温至57℃，再按每克淀粉500单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入乙醇和环己烷的混合物（乙醇与环己烷的体积比为1︰1），充分反应8h，回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精。将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精；将离心分离后的二次母液进行4倍浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。最后得到的精制β-环糊精的产率为64.6％。
实施例3
取含量为83％的木薯淀粉6500Kg，用蒸馏水按照质量浓度为30％（以纯淀粉计）在反应罐中调浆，再按照500单位/g淀粉的比例加入CGT酶（实际加 入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算），搅拌并升温至82℃，液化反应15min，迅速降温至60℃，再按每克淀粉700单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入乙醇和环己烷（乙醇与环己烷的体积比为1.5︰1），充分反应8h，回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精。将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精；将离心分离后的二次母液进行4倍浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。最后得到的精制β-环糊精的产率为65.2％。
实施例4
取含量为83％的木薯淀粉6500Kg，用蒸馏水按照质量浓度为30％（以纯淀粉计）在反应罐中调浆，再按照500单位/g淀粉的比例加入CGT酶（实际加 入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算），搅拌并升温至82℃，液化反应15min，迅速降温至60℃，再按每克淀粉700单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入乙醇和环己烷（乙醇与环己烷的体积比为2︰1），充分反应8h，回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精。将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精；将离心分离后的二次母液进行4倍浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。最后得到的精制β-环糊精的产率为64.8％。
对比例1
取含量为83％的木薯淀粉6500Kg，用蒸馏水按照质量浓度为30％（以纯淀粉计）在反应罐中调浆，再按照500单位/g淀粉的比例加入CGT酶（实际加 入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算），搅拌并升温至82℃，液化反应15min，迅速降温至60℃，再按每克淀粉700单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入乙醇，充分反应8h，回收乙醇后，冷却结晶得到粗β-环糊精。将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精；将离心分离后的二次母液进行4倍浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。最后得到的精制β-环糊精的产率为59.3％。
对比例2
取含量为83％的木薯淀粉6500Kg，用蒸馏水按照质量浓度为30％（以纯淀粉计）在反应罐中调浆，再按照500单位/g淀粉的比例加入CGT酶（实际加 入的是CGT酶发酵液，发酵液的量可按照CGT酶的量进行计算），搅拌并升温至82℃，液化反应15min，迅速降温至60℃，再按每克淀粉700单位的比例加入CGT酶，按照每克淀粉0.1mL的比例加入环己烷，充分反应8h，回收环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精。将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精；将离心分离后的二次母液进行4倍浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。最后得到的精制β-环糊精的产率为56.8％。
将实施例与对比例进行比较，采用本发明的工艺方法能够有效提高β-环糊精的产率。
以上已经描述了本发明的实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的实施例。在不偏离所说明实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种β-环糊精的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1）通过菌种培养、发酵制得CGT酶液，备用；
2）淀粉调浆，并加入CGT酶液进行液化反应，液化反应过程中加入乙醇和环己烷的混合物；
3）回收乙醇和环己烷后，冷却结晶得到粗β-环糊精，经分离纯化制得β-环糊精。
2.根据权利要求1所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：步骤1）中，菌种培养选用的培养基由玉米粉、大米或麸皮，与玉米膏、MgSO4·H2O和K2HPO4配制成水溶液，其中，按质量浓度计，玉米粉、大米或麸皮为2-4%，玉米膏为3-15%，MgSO4·H2O为0.01-0.1%，K2HPO4为0.05-0.3%。
3.根据权利要求1所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：淀粉选自玉米淀粉、马铃薯淀粉和木薯淀粉中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：步骤2）中，按照15-30%的质量浓度进行淀粉调浆，然后按照每克淀粉300-500单位的浓度加入CGT酶，充分混合后升温至80-90℃液化10-30min，再降温至53-60℃；按照每克淀粉补加500-700单位CGT酶的浓度加入CGT酶，并加入体积占淀粉质量8-15%的乙醇和环己烷的混合物，继续反应8-10小时。
5.根据权利要求1或4所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：乙醇和环己烷的混合物中，乙醇与环己烷的体积比为0.5-3︰1。
6.根据权利要求5所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：乙醇和环己烷的混合物中，乙醇与环己烷的体积比为1-2︰1。
7.根据权利要求6所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：乙醇和环己烷的混合物中，乙醇与环己烷的体积比为1.5︰1。
8.根据权利要求1所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：粗β-环糊精的分离纯化步骤包括：将粗β-环糊精溶解水洗、二次冷却结晶，离心分离得到二次粗品，将二次粗品溶解，加入活性炭，抽滤后，将滤液进行三次冷却结晶，精制离心后得到湿精品，干燥、粉碎制得β-环糊精。
9.根据权利要求8所述的β-环糊精的制备工艺，其特征在于：还包括将离心分离后的二次母液进行浓缩，结晶离心后进入粗β-环糊精的溶解水洗步骤；精制离心后的三次母液作为粗β-环糊精溶解水洗液或二次粗品溶解液。
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