CN111004825A - 一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海藻糖领域，公开了一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，以小麦为原料，通过加入淀粉酶可使得小麦中的淀粉水解为麦芽糖，通过酸沉、醇沉除去小麦浆中多糖蛋白之类的大分子杂质，便于提高麦芽糖的纯度，便于获得高纯度的海藻糖；麦芽糖在海藻糖合成酶的作用下转化为海藻糖；再通过酵母菌、大孔吸附脱色树脂、纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂等步骤，获得高纯度的海藻糖。本发明步骤简单，操作方便，过程易于控制，方便规模化工业生产。实验结果表明，海藻糖的收率可达60.13％，纯度在95.89％以上。

Description

一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法
技术领域
本发明涉及海藻糖领域，尤其是一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法。
背景技术
海藻糖又称漏芦糖、蕈糖等。是一种安全、可靠的天然糖类。海藻糖是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的非还原性糖，有3种异构体即海藻糖、异海藻糖和新海藻糖，并对多种生物活性物质具有非特异性保护作用。海藻糖在自然界中许多可食用动植物及微生物体内都广泛存在，如人们日常生活中食用的蘑菇类、海藻类、豆类、虾、面包、啤酒及酵母发酵食品中都有含量较高的海藻糖。
海藻糖可广泛应用在食品加工、医药、生化制品、化妆品产业中。例如海藻糖可应用在化妆品上，作为保养品的保湿剂成分。在食品加工上，因为海藻糖具有甜度适中、水溶性高、低致龋性、低吸湿性及加工储存过程中稳定等特性，因此可应用在需经加热处理的食品和饮料、干燥食品、冷冻食品、蜜饯、糖果、饮料、发酵食品等。
目前，酶转化法使用的酶主要有三种，包括海藻糖磷酸化酶、麦芽寡糖基海藻糖合成酶。其中，海藻糖磷酸化酶需消耗价格昂贵的高能磷酸化合物UDP-葡萄糖和6-磷酸葡萄糖，在生产成本上很难有竞争优势；麦芽寡糖基海藻糖合成酶以淀粉的水解产物麦芽糊精，生产成本虽然低，但海藻糖的纯度也低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，制得的海藻糖具有纯度高的特性，且生产成本低。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中15～24h，研磨至50～100目，得到小麦浆；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在40～50℃下保温10～15h，再在100～120℃下灭酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3～4，过滤，得到过滤液一；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在5～6之间，反应20～30h，再在100～120℃下灭酶；
6)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在30～40℃下12～15h；
7)将混合液通过大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
8)浓缩至质量百分比浓度80～90wt％，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到海藻糖。
优选地，步骤1)小麦与水的质量比为1：(6～8)。
优选地，步骤2)中，淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入40～60U的淀粉酶。
优选地，步骤3)中无机酸为硫酸或盐酸，无机酸的质量浓度为0.3～0.4wt％。
优选地，步骤4)中，乙醇的质量浓度为20～30wt％。
优选地，步骤5)中海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入30～50U的海藻糖合成酶。
优选地，步骤6)中，混合溶液中酵母菌的活菌数量为(1.5～2)×107个/mL。
优选地，大孔吸附脱色树脂为D941大孔脱色树脂柱，阳离子交换树脂为D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂，纳滤膜的截留分子量为500～800D。
优选地，干燥为真空冷冻干燥，干燥温度为-20～-30℃，真空度为3～5KPa。
本发明提供的一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，以小麦为原料，通过加入淀粉酶可使得小麦中的淀粉水解为麦芽糖，通过酸沉、醇沉除去小麦浆中多糖蛋白之类的大分子杂质，便于提高麦芽糖的纯度，便于获得高纯度的海藻糖；麦芽糖在海藻糖合成酶的作用下转化为海藻糖；再通过酵母菌、大孔吸附脱色树脂、纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂等步骤，获得高纯度的海藻糖。本发明步骤简单，操作方便，过程易于控制，方便规模化工业生产。实验结果表明，海藻糖的收率可达60.13％，纯度在95.89％以上。
具体实施方式
本发明提供的一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中15～24h，研磨至50～100目，得到小麦浆；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在40～50℃下保温10～15h，再在100～120℃下灭酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3～4，过滤，得到过滤液一；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在5～6之间，反应20～30h，再在100～120℃下灭酶；
6)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在30～40℃下12～15h；
7)将混合液通过大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
8)浓缩至质量百分比浓度80～90wt％，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到海藻糖。
将小麦清洗干净后浸泡到水中15～24h，研磨至50～100目，得到小麦浆；上述使得小麦中糖类充分浸出，有利于提高海藻糖的提取率。
需要说明的是，小麦与水的质量比为1：(6～8)。
向小麦浆中加入淀粉酶，在40～50℃下保温10～15h，再在100～120℃下灭酶；上述，淀粉酶能够水解小麦浆中的淀粉，将淀粉水解成麦芽糖。
在本发明的实施例中，淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入40～60U的淀粉酶。
冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3～4，过滤，得到过滤液一；在本发明的实施例中，无机酸为硫酸或盐酸，无机酸的质量浓度为0.3～0.4wt％。
将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；上述便于除去小麦浆中多糖蛋白之类的大分子杂质。在本发明的实施例中，乙醇的质量浓度为20～30wt％。
向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在5～6之间，反应20～30h，再在100～120℃下灭酶；上述海藻糖合成酶利于麦芽糖转化为海藻糖。
在本发明的实施例中，海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入30～50U的海藻糖合成酶。
冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在30～40℃下12～15h；上述酵母菌能够分解葡萄糖等物质，提高海藻糖的纯度。
在本发明的实施例中，混合溶液中酵母菌的活菌数量为(1.5～2)×107个/mL。
将混合液通过大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；上述不能够用于提纯海藻糖，提高海藻糖的纯度。其中，大孔吸附脱色树脂为D941大孔脱色树脂柱，阳离子交换树脂为D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂，纳滤膜的截留分子量为500～800D。
浓缩至质量百分比浓度80～90wt％，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到海藻糖。需要说明的是，干燥为真空冷冻干燥，干燥温度为-20～-30℃，真空度为3～5KPa。
本发明以小麦为原料，通过加入淀粉酶可使得小麦中的淀粉水解为麦芽糖，通过酸沉、醇沉除去小麦浆中多糖蛋白之类的大分子杂质，便于提高麦芽糖的纯度，便于获得高纯度的海藻糖；麦芽糖在海藻糖合成酶的作用下转化为海藻糖；再通过酵母菌、大孔吸附脱色树脂、纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂等步骤，获得高纯度的海藻糖。本发明步骤简单，操作方便，过程易于控制，方便规模化工业生产。实验结果表明，海藻糖的收率可达60.13％，纯度在95.89％以上。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中15h，研磨至50目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：6；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在40℃下保温10h，再在100℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每110g小麦中加入40U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3，过滤，得到过滤液一；无机酸为硫酸，硫酸的质量浓度为0.3wt％；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；乙醇的质量浓度为20wt％；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在5之间，反应20h，再在100℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入30U的海藻糖合成酶；
6)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在30℃下15h；混合溶液中酵母菌的活菌数量为1.5×107个/mL；
7)将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为500D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
8)浓缩至质量百分比浓度80wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-20℃，真空度为3KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
实施例2
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中24h，研磨至100目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：8；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在50℃下保温15h，再在120℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入60U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至4，过滤，得到过滤液一；无机酸为硫酸，硫酸的质量浓度为0.4wt％；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；乙醇的质量浓度为30wt％；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在6之间，反应30h，再在120℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入50U的海藻糖合成酶；
6)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在40℃下13h；混合溶液中酵母菌的活菌数量为2×107个/mL；
7)将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为800D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
8)浓缩至质量百分比浓度90wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-30℃，真空度为5KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
实施例3
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中20h，研磨至80目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：7；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在45℃下保温12h，再在100℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入50U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3，过滤，得到过滤液一；无机酸为盐酸，盐酸的质量浓度为0.35wt％；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；乙醇的质量浓度为25wt％；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH为6，反应25h，再在110℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入40U的海藻糖合成酶；
6)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在35℃下12h；混合溶液中酵母菌的活菌数量为1.8×107个/mL；
7)将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为600D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
8)浓缩至质量百分比浓度85wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-25℃，真空度为4KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
对比例1
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中20h，研磨至80目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：7；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在45℃下保温12h，再在100℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入50U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3，过滤，得到过滤液一；无机酸为盐酸，无机酸的质量浓度为0.35wt％；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；乙醇的质量浓度为25wt％；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在6之间，反应25h，再在110℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入40U的海藻糖合成酶；
6)冷却至室温后，将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为600D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
7)浓缩至质量百分比浓度85wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-25℃，真空度为4KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
对比例2
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中20h，研磨至80目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：7；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在45℃下保温12h，再在100℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入50U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在6之间，反应25h，再在110℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入40U的海藻糖合成酶；
4)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在35℃下12h；混合溶液中酵母菌的活菌数量为1.8×107个/mL；
5)将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为600D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
6)浓缩至质量百分比浓度85wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-25℃，真空度为4KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
对比例3
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中20h，研磨至80目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：7；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在45℃下保温12h，再在100℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入50U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3，过滤，得到过滤液一；无机酸为盐酸，盐酸的质量浓度为0.35wt％；
4)向过滤液一中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在6之间，反应25h，再在110℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入40U的海藻糖合成酶；
5)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在35℃下12h；混合溶液中酵母菌的活菌数量为1.8×107个/mL；
6)将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为600D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
7)浓缩至质量百分比浓度85wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-25℃，真空度为4KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
对比例4
以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中20h，研磨至80目，得到小麦浆；小麦与水的质量比为1：7；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在45℃下保温12h，再在100℃下灭酶；淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入50U的淀粉酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；乙醇的质量浓度为25wt％；
4)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在6之间，反应25h，再在110℃下灭酶；海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入40U的海藻糖合成酶；
5)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在35℃下12h；混合溶液中酵母菌的活菌数量为1.8×107个/mL；
6)将混合液通过D941大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用截留分子量为600D的纳滤膜、D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂和D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
7)浓缩至质量百分比浓度85wt％，进行蒸发结晶，结晶后离心分离，并在温度为-25℃，真空度为4KPa下进行真空冷冻干燥，得到海藻糖。
测量实施例1～3和对比例1～4得到的海藻糖的收率和纯度，结果见表1。
表1实施例1～3和对比例1～4的实验结果
收率(％) 纯度(％)
实施例1 58.69 96.26
实施例2 60.13 95.89
实施例3 56.89 98.57
对比例1 54.29 94.23
对比例2 51.58 93.18
对比例3 52.69 94.06
对比例4 53.79 94.16
从表1可以看出，实施例1～3相比于对比例1～4，采用本发明的提供的方法制得的海藻糖具有高的收率和纯度；且对比例1与实施例3相比，省去酵母菌，可显著降低海藻糖的纯度；对比例2～4与实施例3相比，省去无机酸和或乙醇的加入，会影响海藻糖的收率和纯度，使得海藻糖的收率和纯度降低。
上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将小麦清洗干净后浸泡到水中15～24h，研磨至50～100目，得到小麦浆；
2)向小麦浆中加入淀粉酶，在40～50℃下保温10～15h，再在100～120℃下灭酶；
3)冷却至室温后，向浆料中加入无机酸，并将小麦浆的pH值调节至3～4，过滤，得到过滤液一；
4)将过滤液一中加入乙醇进行醇沉，过滤，得到过滤液二；
5)向过滤液二中加入海藻糖合成酶，保持溶液的pH在5～6之间，反应20～30h，再在100～120℃下灭酶；
6)冷却至室温后，向其中加入酵母菌，在30～40℃下12～15h；
7)将混合液通过大孔吸附脱色树脂进行脱色处理，再利用纳滤膜、阳离子交换树脂和阴离子交换树脂进行吸附脱盐脱醇处理；
8)浓缩至质量百分比浓度80～90wt％，进行蒸发结晶或冷却结晶，结晶后离心分离，干燥，得到海藻糖。
2.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，步骤1)中，小麦与水的质量比为1：(6～8)。
3.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，步骤2)中，淀粉酶的加入量为每100g小麦中加入40～60U的淀粉酶。
4.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，步骤3)中无机酸为硫酸或盐酸，无机酸的质量浓度为0.3～0.4wt％。
5.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，步骤4)中，乙醇的质量浓度为20～30wt％。
6.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，步骤5)中海藻糖合成酶的加入量为每100g小麦中加入30～50U的海藻糖合成酶。
7.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，步骤6)中，混合溶液中酵母菌的活菌数量为(1.5～2)×107个/mL。
8.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，大孔吸附脱色树脂为D941大孔脱色树脂柱，阳离子交换树脂为D001FD大孔强酸性苯乙烯阳离子交换树脂，阴离子交换树脂为D750大孔强碱性丙烯酸阴离子交换树脂，纳滤膜的截留分子量为500～800D。
9.如权利要求1所述的以小麦为原料生产海藻糖的制备方法，其特征在于，干燥为真空冷冻干燥，干燥温度为-20～-30℃，真空度为3～5KPa。
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