CN110295209B - 一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，涉及寡糖制备技术领域，包括预处理、浸润、软化、酶解、灭酶和过滤。提取褐藻胶寡糖的工艺方法，采用马尾藻为原料，经过预处理、浸润和软化，然后采用复合酶一次酶解，酶解反应温和、无毒无害，保证了食品安全；且酶解较彻底，处理时间短，简化了工艺，提高了褐藻胶寡糖的收率。

Description

一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法
技术领域
本发明涉及寡糖制备技术领域，具体涉及一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法。
背景技术
褐藻胶寡糖(alginate oligosaccharides)是褐藻胶经水解而得到的聚合度较小且水溶性好的低分子量片段。褐藻胶寡糖相对分子质量低,具有水溶性好、稳定性高、安全无毒的理化特性,有很多报道称低相对分子质量的褐藻胶寡糖具有多种生物活性,如促进植物生长、提高植物抗逆性、抗氧化、抗菌、抗肿瘤等,在农业、功能食品开发、医药等领域具有广阔的开发前景。
传统制备褐藻胶寡糖的方法主要是物理法、化学降解法和酶解法。物理法操作简单，无污染，节约试剂，可以有效的切断大分子链，但是降解所得的极限分子质量较大，不易制备出分子量较小的寡糖。化学降解法生产成本低、技术成熟、反应机理明确，但操作步骤繁琐、需要使用刺激性的化学试剂、反应剧烈、易腐蚀设备、造成环境污染,制备的褐藻胶寡糖产量较低,难以达到工业化生产的要求。与化学降解法和物理降解法相比,酶解法具有反应更加温和、底物专一性强、产量较高、副产物少、环境友好等优势。因此,近年来国内外研究着把注意力放到利用生物酶解方法制备褐藻胶寡糖上。
马尾藻属于褐藻门的主要藻类，在我国有广阔的资源分布，常见的种类有海蒿子、海黍子、鼠尾藻、匍枝马尾藻等。马尾藻结构较复杂，单糖组成分析显示为岩藻糖、鼠李糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖等单糖，此外还含有羧基和重要的活性要素-硫酸基，是提取褐藻胶的主要原料。申请号为201210111057.X的发明专利，公开了一种酶解法从海带中提取褐藻胶寡糖的新工艺，与之前的褐藻胶寡糖提取工艺14-15％的得率相比，本发明的得率为17-18％，提高了3-4％，但是仍然无法满足现在生产的需求，且分次酶解步骤过程复杂，反应时间长。
发明内容
本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，简化了工艺步骤，缩短了生产时间，且提高了得率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，包括以下步骤：
S1.预处理
将马尾藻清洗干净并烘干，然后进行粗碎得粒度为20～40目的粗粉，最后将粗粉进行破壁处理，得到粒度为400～500目、破壁率30％～40％的马尾藻粉。
S2.浸润
向所述马尾藻粉中加入10～12倍重量的水，在50～70℃下浸润1～2h，得到浸润液。
S3.软化
向所述浸润液中加入软化剂，并调节pH为6～7，在50～70℃下软化1～2h，得到马尾藻浆液。
S4.酶解
将所述马尾藻浆液调节pH为6.5～8.5，并加入pH稳定剂；然后加入复合酶，在30～50℃下酶解6～12h。
所述复合酶包括质量比为1～3:1～3:2～5:1～2:1～3:0.2～1:1～2:1～2的蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、中性淀粉酶、褐藻胶裂解酶。
S5.灭酶
将所述酶解后的马尾藻浆液在85～95℃下加热15～25min进行灭酶。
S6.过滤
将所述灭酶后的马尾藻浆液进行过滤、烘干得到褐藻胶寡糖。
进一步改进，步骤S2中，将所述马尾藻粉中加入体积分数70～90％的乙醇后回流提取2～4h，料液体积比为1:5～10，回流结束后除去乙醇，烘干，得到脱脂的马尾藻粉，然后对脱脂的马尾藻粉进行浸润。
优选的，步骤S3中，所述软化剂为按照质量百分比包括以下成分：甘氨酸10～20％、柠檬酸15～25％、海藻酸钠1～5％和亚硫酸钾1～5％，其余为水。
优选的，步骤S4中，所述pH稳定剂为质量比1～3:1的十二烷基硫酸钠和磷酸二氢钠。
优选的，步骤S4中，所述复合酶中，蛋白酶的酶活单位为8～10万/ml，纤维素酶的酶活单位为8～10万/ml，果胶酶的酶活单位为3～5万/ml，木聚糖酶的酶活单位为8～10万/ml，甘露聚糖酶的酶活单位为8～10万/ml，β-葡聚糖酶的酶活单位为8～10万/ml，中性淀粉酶的酶活单位为3～5万/ml，褐藻胶裂解酶的酶活单位为2000～3000万/ml。
优选的，所述蛋白酶为木瓜蛋白酶。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明的提取褐藻胶寡糖的工艺方法，采用马尾藻为原料，经过预处理、浸润和软化，然后采用复合酶一次酶解，酶解反应温和、无毒无害，保证了食品安全；且酶解较彻底，处理时间短，简化了工艺，提高了褐藻胶寡糖的收率。
采用完整的马尾藻为原料，原料丰富、有效成份保有量高、环境友好，可实现更大程度上的可持续发展和资源的最优化利用。
对马尾藻先进行预处理、浸润和软化，可以有效地破坏其细胞壁，有利于胶体的溶出，大大提高了褐藻胶降解为褐藻胶寡糖的速度。将马尾藻先进行粗碎然后破壁至破壁率30％～40％，可以加快后面的酶解过程，破壁率也不易过高，过高会造成寡糖的流失，影响得率。
采用复合酶进行一次酶解，简化了工艺，加快了提取时间，且提高了褐藻胶寡糖的收率。复合酶采用蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、中性淀粉酶、褐藻胶裂解酶协同作用，可以促进和加快褐藻胶的降解，从而提高收率和加快提取效率。加入pH稳定剂，可以提高复合酶的协同作用，避免酶之间的拮抗作用。
2.本发明的提取褐藻胶寡糖的工艺方法，通过脱脂可以针对其中的大多数杂质(淀粉、果胶、蛋白质等)选择性降解，以更利于后续分离纯化的进行，从而达到提高提取率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，包括以下步骤：
S1.预处理
将马尾藻清洗干净并烘干，然后进行粗碎得粒度为30目的粗粉，最后将粗粉进行破壁处理，得到粒度为450目、破壁率30％的马尾藻粉。
S2.浸润
向所述马尾藻粉中加入11倍重量的水，在60℃下浸润1.5h，得到浸润液。
S3.软化
向所述浸润液中加入软化剂，并调节pH为6.5，在60℃下软化1.5h，得到马尾藻浆液。所述软化剂为按照质量百分比包括以下成分：甘氨酸15％、柠檬酸20％、海藻酸钠3％和亚硫酸钾5％，其余为水。
S4.酶解
将所述马尾藻浆液调节pH为7.5，并加入pH稳定剂；然后加入复合酶，在45℃下酶解8h。所述pH稳定剂为质量比2:1的十二烷基硫酸钠和磷酸二氢钠。
所述复合酶包括质量比为2:1:3:2:2:0.5:1:2的蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、中性淀粉酶、褐藻胶裂解酶。
所述复合酶中，使用的酶的活性为：蛋白酶的酶活单位为10万/ml，纤维素酶的酶活单位为8万/ml，果胶酶的酶活单位为4万/ml，木聚糖酶的酶活单位为10万/ml，甘露聚糖酶的酶活单位为8万/ml，β-葡聚糖酶的酶活单位为10万/ml，中性淀粉酶的酶活单位为3万/ml，褐藻胶裂解酶的酶活单位为3000万/ml。
所述蛋白酶为木瓜蛋白酶。
S5.灭酶
将所述酶解后的马尾藻浆液在90℃下加热20min进行灭酶。
S6.过滤
将所述灭酶后的马尾藻浆液进行过滤、烘干得到褐藻胶寡糖。
实施例2
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，步骤S1.预处理中，将粗粉进行破壁处理，得到粒度为450目、破壁率35％的马尾藻粉。其余步骤相同。
实施例3
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，步骤S1.预处理中，将粗粉进行破壁处理，得到粒度为450目、破壁率40％的马尾藻粉。其余步骤相同。
对比例1
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，步骤S1.预处理中，没有破壁步骤，直接将粗粉进行下一步浸润。其余步骤相同。
对比例2
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，步骤S1.预处理中，将粗粉进行破壁处理，得到粒度为450目、破壁率45％的马尾藻粉。其余步骤相同。
分别采用实施例1-3和对比例1-2的方法提取褐藻胶寡糖，并计算得率，结果数据见下表1。
表1实施例1-3和对比例1-2数据对比
提取方法 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
褐藻胶寡糖得率/％ 35 38 40 30 33
从实施例1-3、对比例1-2和表1的数据可以看出，将马尾藻先进行破壁有助于提高提取褐藻胶寡糖的得率，而且破壁率30％～40％效果最佳，过低，效果不明显，过高则会造成寡糖的流失，反而影响得率。
实施例4
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，包括以下步骤：
S1.预处理
将马尾藻清洗干净并烘干，然后进行粗碎得粒度为30目的粗粉，最后将粗粉进行破壁处理，得到粒度为450目、破壁率30％的马尾藻粉。
S2.浸润
将所述马尾藻粉中加入体积分数80％的乙醇后回流提取3h，料液体积比为1:6，回流结束后除去乙醇，烘干，得到脱脂的马尾藻粉，然后对脱脂的马尾藻粉进行浸润。
向所述马尾藻粉中加入11倍重量的水，在60℃下浸润1.5h，得到浸润液。
S3.软化
向所述浸润液中加入软化剂，并调节pH为6.5，在60℃下软化1.5h，得到马尾藻浆液。所述所述软化剂为按照质量百分比包括以下成分：甘氨酸20％、柠檬酸15％、海藻酸钠5％和亚硫酸钾2％，其余为水。
S4.酶解
将所述马尾藻浆液调节pH为7.5，并加入pH稳定剂；然后加入复合酶，在45℃下酶解8h。所述pH稳定剂为质量比3:1的十二烷基硫酸钠和磷酸二氢钠。
所述复合酶包括质量比为2:1:3:2:2:0.5:1:2的蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、中性淀粉酶、褐藻胶裂解酶。
所述复合酶中，蛋白酶的酶活单位为8～10万/ml，纤维素酶的酶活单位为8～10万/ml，果胶酶的酶活单位为3万/ml，木聚糖酶的酶活单位为8万/ml，甘露聚糖酶的酶活单位为8万/ml，β-葡聚糖酶的酶活单位为10万/ml，中性淀粉酶的酶活单位为5万/ml，褐藻胶裂解酶的酶活单位为2000万/ml。
所述蛋白酶为木瓜蛋白酶。
S5.灭酶
将所述酶解后的马尾藻浆液在90℃下加热20min进行灭酶。
S6.过滤
将所述灭酶后的马尾藻浆液进行过滤、烘干得到褐藻胶寡糖。
对比例3
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，没有S3.软化步骤。其余步骤相同。
对比例4
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，S4.酶解过程中不加pH稳定剂。其余步骤相同。
对比例5
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，S4.酶解过程中，复合酶中不包含β-葡聚糖酶。其余步骤相同。
对比例6
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，S4.酶解过程中，复合酶中不包含甘露聚糖酶。其余步骤相同。
对比例7
一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，与实施例1相比，S4.酶解过程中，复合酶中不包含木聚糖酶。其余步骤相同。
分别采用实施例4和对比例3-6的方法提取褐藻胶寡糖，并计算得率，结果数据见下表2。
表2实施例4和对比例3-6数据对比
提取方法 实施例1 实施例4 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6 对比例6
褐藻胶寡糖得率/％ 35 37 33 34 33 34 34
从实施例1、4和表2的数据可以看出，将马尾藻先进行脱脂针对其中的大多数杂质(淀粉、果胶、蛋白质等)选择性降解，以更利于后续分离纯化的进行，从而达到提高提取率。
从实施例1、对比例3-4和表2的数据可以看出，软化过程可以有效地破坏其细胞壁，有利于胶体的溶出，大大提高了褐藻胶降解为褐藻胶寡糖的速度，从而提高得率。加入pH稳定剂，可以提高复合酶的协同作用，避免酶之间的拮抗作用，提高褐藻胶寡糖的得率。
从实施例1、对比例5-7和表2的数据可以看出，采用复合酶协同作用，可以促进和加快褐藻胶的降解，从而提高收率和加快提取效率。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围。凡本发明所提示的技术构思下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (3)

1.一种酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.预处理
将马尾藻清洗干净并烘干，然后进行粗碎得粒度为20～40目的粗粉，最后将粗粉进行破壁处理，得到粒度为400～500目、破壁率30％～40％的马尾藻粉；
S2.浸润
将所述马尾藻粉中加入体积分数70～90％的乙醇后回流提取2～4h，料液体积比为1:5～10，回流结束后除去乙醇，烘干，得到脱脂的马尾藻粉，然后对脱脂的马尾藻粉进行浸润；向所述脱脂的马尾藻粉中加入10～12倍重量的水，在50～70℃下浸润1～2h，得到浸润液；
S3.软化
向所述浸润液中加入软化剂，并调节pH为6～7，在50～70℃下软化1～2h，得到马尾藻浆液；
所述软化剂为按照质量百分比包括以下成分：甘氨酸10～20％、柠檬酸15～25％、海藻酸钠1～5％和亚硫酸钾1～5％，其余为水；
S4.酶解
将所述马尾藻浆液调节pH为6.5～8.5，并加入pH稳定剂；然后加入复合酶，在30～50℃下酶解6～12h；
所述pH稳定剂为质量比1～3:1的十二烷基硫酸钠和磷酸二氢钠；
所述复合酶包括质量比为1～3:1～3:2～5:1～2:1～3:0.2～1:1～2:1～2的蛋白酶、纤维素酶、果胶酶、木聚糖酶、甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶、中性淀粉酶、褐藻胶裂解酶；
S5.灭酶
将所述酶解后的马尾藻浆液在85～95℃下加热15～25min进行灭酶；
S6.过滤
将所述灭酶后的马尾藻浆液进行过滤、烘干得到褐藻胶寡糖。
2.根据权利要求1所述的酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法,其特征在于，步骤S4中，所述复合酶中，蛋白酶的酶活单位为8～10万/ml，纤维素酶的酶活单位为8～10万/ml，果胶酶的酶活单位为3～5万/ml，木聚糖酶的酶活单位为8～10万/ml，甘露聚糖酶的酶活单位为8～10万/ml，β-葡聚糖酶的酶活单位为8～10万/ml，中性淀粉酶的酶活单位为3～5万/ml，褐藻胶裂解酶的酶活单位为2000～3000万/ml。
3.根据权利要求1所述的酶解马尾藻提取褐藻胶寡糖的工艺方法,其特征在于，所述蛋白酶为木瓜蛋白酶。
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