CN111205990B - 一种酿酒酵母及异构化乳糖粉的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种酿酒酵母及异构化乳糖粉的制备方法，包括如下步骤：向乳糖异构化溶液中加入酿酒酵母LJSM‑01，进行发酵，将溶液中的半乳糖去除；将去除半乳糖的发酵液经除菌、脱色、离子交换和蒸发浓缩后进行模拟移动床色谱提纯，得到的异构化乳糖溶液经浓缩、结晶，制得异构化乳糖粉。该酿酒酵母可以使其中的半乳糖全部发酵，而不会对异构化乳糖进行发酵，采用发酵法与模拟移动床色谱分离法两步提纯方法，制得的异构化乳糖液具有高纯度、高收率的优点，满足工业化生产要求。

Description

一种酿酒酵母及异构化乳糖粉的制备方法
技术领域
本发明异构化乳糖粉的制备技术领域，具体涉及一种酿酒酵母及异构化乳糖粉的制备方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
异构化乳糖是由半乳糖和果糖以β-(1→4)糖苷键连接的双糖，也被称为乳果糖，它是由乳糖在碱性条件下经过热处理发生异构化反应而制得。异构化乳糖是一种安全性极高且使用方便的功能性双糖益生元，目前主要以两种物理状态存在，即异构化乳糖液和异构化乳糖粉。异构化乳糖液是一种无色至深黄色的液体；异构化乳糖粉是一种白色或近白色的结晶性粉末。两种物理状态的稳定性都很高，甜度低，热量低，且易溶于水。异构化乳糖是一种双歧因子，它能显著促进人体内双歧杆菌的增殖，抑制腐败菌生长，从而调节肠道菌群平衡；同时，它能被肠道微生物代谢，产生的短链脂肪酸能降低肠道pH值，增加肠内渗透压，促进肠道蠕动，缩短肠道运转时间，达到预防、缓解和治疗便秘的效果。异构化乳糖是目前为止唯一的可药食两用的益生元，在医药行业中多被称为乳果糖，用于治疗便秘和肝性脑病。食品领域主要应用于婴幼儿配方奶粉、中老年奶粉、饼干、饮料及膳食补充剂，随着人们对其了解的不断深入，异构化乳糖会越来越广泛的应用于食品领域。
目前，市场上的异构化乳糖产品主要以液体为主，无论是硼酸法制备异构化乳糖还是其它化学试剂制备异构化乳糖，均会有副产物半乳糖以及未转化的乳糖，由于异构化乳糖易溶于水，不容易结晶析出，要想制得异构化乳糖粉需要将半乳糖和乳糖进行去除，现有技术主要是通过模拟移动床色谱提纯或是纳滤膜法进行半乳糖或是乳糖的去除，例如CN201110046277.4、CN201710656155.4和CN201611103063.5，由于存在两种主要杂糖，并且吸附剂对异构化乳糖和两种杂糖的分离度较小，而且一种杂糖的保留时间在异构化乳糖之前，另一种杂糖的保留时间在异构化乳糖之后，这使得采用模拟移动床色谱提纯法纯化异构化乳糖非常困难，即使是先进的三组分顺序式模拟移动床色谱提纯法也难以将异构化乳糖提高至理想的纯度，并同时实现较高的收率；纳滤膜法无法去除其中的乳糖，并且对半乳糖的去除率很低，而且糖液损失率高。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种酿酒酵母及异构化乳糖粉的制备方法。该酿酒酵母可以使其中的半乳糖全部发酵，而不会对异构化乳糖进行发酵，采用发酵法与模拟移动床色谱分离法两步提纯方法，制得的异构化乳糖液具有高纯度、高收率的优点，满足工业化生产要求。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一个方面，提供一种酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)LJSM-01，该菌株已于2019年11月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)，其生物保藏编号为CGMCCNo.19055。
本发明的第二个方面，提供一种异构化乳糖粉的制备方法，包括如下步骤：
向乳糖异构化溶液中加入酿酒酵母LJSM-01，进行发酵，将溶液中的半乳糖去除；
将去除半乳糖的发酵液经除菌、脱色、离子交换和蒸发浓缩后进行模拟移动床色谱提纯，得到的异构化乳糖溶液经浓缩、结晶，制得异构化乳糖粉。
在一些实施例中，乳糖异构化溶液的制备方法为，向乳糖溶液中加入碱性异构剂，进行异构化反应，将反应后溶液离心去除未反应的乳糖，调节浓度后，即得乳糖异构化溶液。
进一步的，乳糖溶液的质量浓度为40-60％，选择此浓度范围，不仅异构化乳糖转化率高，副产物少，也是工艺需要。
进一步的，碱性异构剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。
进一步的，碱性异构剂的质量为乳糖质量的0.5-8％，加入量过多，副产物量快速升高，加入量过低，异构化乳糖转化率太低。
进一步的，异构化反应的温度为100-120℃，反应时间为0.5-3h。
在一些实施例中，乳糖异构化溶液的质量浓度为20-30％。
进一步的，酿酒酵母的添加质量为乳糖异构化溶液的0.5-2％。
进一步的，发酵条件为：发酵温度28-35℃，pH值3.5-6.5，发酵时间20-33h，转速为100-600r/min。
在一些实施例中，模拟移动床色谱提纯的温度为50-60℃，进料浓度为40-60％，吸附剂为钙型强酸性阳离子交换树脂或钾型强酸性阳离子交换树脂，洗脱剂为去离子水。
该条件下的模拟移动床色谱提纯得到的富含异构化乳糖的物料中异构化乳糖的纯度达到95％以上，并且提纯收率达到86％以上，富含乳糖的物料中乳糖纯度为70％以上。
在一些实施例中，结晶的方法为补料结晶法，首先将富含异构化乳糖的物料蒸发浓缩至浓度76-78％，然后加入晶种，在68-70℃温度下继续进行真空蒸发，使异构化乳糖不断结晶析出，期间补加3-4次新鲜浓缩液，提高结晶效率，然后再通过降温冷却的方法进一步结晶，再经离心、烘干得到异构化乳糖粉。得到的异构化乳糖粉的纯度可以达98％以上。
本发明的有益效果为：
本发明的酿酒酵母，能使异构液中的半乳糖全部发酵掉，而不会对其中的异构化乳糖产生影响，并且发酵半乳糖的产物为水和二氧化碳，不会引入新的杂质，再采用模拟移动床色谱提纯法将其中的乳糖进行去除，可以得到高纯度的异构化乳糖液。此外，该种方法制备异构化乳糖时，可以取得较高的收率，符合工业化生产要求。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例1
配制浓度为50％的乳糖溶液，加入乳糖质量5％的异构剂碳酸钠，110℃反应2h，然后冷却使乳糖结晶，离心得到离心母液，组成为乳糖纯度25.57％、异构化乳糖纯度为58.45％、半乳糖纯度为14.18％，将其经过离子交换，浓度为28％。
向其中加入质量为离心母液体积1％的酿酒酵母LJSM-01(该菌种于2019年11月29日保存于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，保藏编号CGMCC No.19055，地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)，该酿酒酵母LJSM-01是从富含半乳糖环境中采集，并通过诱变筛选得到的一株能够将半乳糖全部代谢为二氧化碳和水，但不能代谢乳果糖的菌种。
发酵条件为：初始pH5.68，温度30℃，转速300r/min，发酵至28h时半乳糖被完全代谢掉，发酵液组成为：乳糖纯度29.69％，异构化乳糖纯度67.97％，半乳糖纯度为0，发酵液经除菌、脱色、离子交换以及蒸发浓缩至浓度52％，然后进行模拟移动床色谱提纯，提纯温度为56℃，提纯后，得到富含异构化乳糖物料的浓度为28％，异构化乳糖纯度为96.31％，提纯收率为87％，富含乳糖物料浓度为4％，乳糖纯度为72％，富含异构化乳糖的物料经蒸发浓缩至浓度为76％，加入晶种，继续蒸发结晶并补料，然后再进行降温结晶，经离心、烘干后得到异构化乳糖粉，纯度为98.9％。
实施例2
配制浓度为60％的乳糖溶液，加入乳糖质量0.5％的异构剂氢氧化钠，100℃反应0.5h，然后冷却使乳糖结晶，离心得到离心母液，组成为乳糖纯度29.86％、异构化乳糖纯度为55.32％、半乳糖纯度为12.31％，将其经过离子交换，浓度为30％，向其中加入质量为离心母液体积0.5％的酿酒酵母LJSM-01(同实施例1)，发酵条件为：初始pH值6.47，温度28℃，转速600r/min，发酵至20h时半乳糖被完全代谢掉，发酵液组成为乳糖纯度34.22％，异构化乳糖纯度63.93％，半乳糖纯度为0，发酵液经除菌、脱色、离子交换以及蒸发浓缩至浓度40％，然后进行模拟移动床色谱提纯，提纯温度为60℃，提纯后，得到富含异构化乳糖物料的浓度为25％，异构化乳糖纯度为95.61％，提纯收率为86.2％，富含乳糖物料浓度为5％，乳糖纯度为79％，富含异构化乳糖的物料经蒸发浓缩至浓度为78％，加入晶种，继续蒸发结晶并补料，然后再进行降温结晶，经离心、烘干得到异构化乳糖粉，纯度为98.3％。
实施例3
配制浓度为40％的乳糖溶液，加入乳糖质量8％的异构剂磷酸二氢钠，120℃反应3h，然后冷却使乳糖结晶，离心得到离心母液，组成为乳糖纯度21.35％、异构化乳糖纯度为60.43％、半乳糖纯度为16.56％，将其经过离子交换，浓度为20％，向其中加入质量为离心母液体积2％的酿酒酵母LJSM-01(同实施例1)，发酵条件为：初始pH值3.68，温度35℃，转速100r/min，发酵至33h时半乳糖被完全代谢掉，发酵液组成为乳糖纯度25.66％，异构化乳糖纯度72.31％，半乳糖纯度为0，发酵液经除菌、脱色、离子交换以及蒸发浓缩至浓度60％，然后进行模拟移动床色谱提纯，提纯温度为50℃，提纯后，得到富含异构化乳糖物料的浓度为27％，异构化乳糖纯度为97.18％，提纯收率为89.1％，富含乳糖物料浓度为4.5％，乳糖纯度为76％，富含异构化乳糖的物料经蒸发浓缩至浓度为77％，加入晶种，继续蒸发结晶并补料，然后再进行降温结晶，经离心、烘干得到异构化乳糖粉，纯度为99.0％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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。

Claims (12)

1.一种酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)LJSM-01，该菌株已于2019年11月29日保藏于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，其生物保藏编号为CGMCCNo.19055。
2.一种异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
向乳糖异构化溶液中加入权利要求1所述的酿酒酵母LJSM-01，进行发酵，将溶液中的半乳糖去除；
将去除半乳糖的发酵液经除菌、脱色、离子交换和蒸发浓缩后进行模拟移动床色谱提纯，得到的异构化乳糖溶液经浓缩、结晶，制得异构化乳糖粉。
3.根据权利要求2所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：乳糖异构化溶液的制备方法为，向乳糖溶液中加入碱性异构剂，进行异构化反应，将反应后溶液离心去除未反应的乳糖，调节浓度后，即得乳糖异构化溶液。
4.根据权利要求3所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：乳糖溶液的质量浓度为40-60％。
5.根据权利要求3所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：碱性异构剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、磷酸钠、磷酸氢二钠或磷酸二氢钠。
6.根据权利要求3所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：碱性异构剂的质量为乳糖质量的0.5-8％。
7.根据权利要求3所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：异构化反应的温度为100-120℃，反应时间为0.5-3h。
8.根据权利要求2所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：乳糖异构化溶液的质量浓度为20-30％。
9.根据权利要求2所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：酿酒酵母的添加质量为乳糖异构化溶液的0.5-2％。
10.根据权利要求2所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：发酵条件为：发酵温度28-35℃，pH值3.5-6.5，发酵时间20-33h，转速为100-600r/min。
11.根据权利要求2所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：模拟移动床色谱提纯的温度为50-60℃，进料浓度为40-60％，吸附剂为钙型强酸性阳离子交换树脂或钾型强酸性阳离子交换树脂，洗脱剂为去离子水。
12.根据权利要求2所述的异构化乳糖粉的制备方法，其特征在于：结晶的方法为补料结晶法，首先将富含异构化乳糖的物料蒸发浓缩至浓度76-78％，然后加入晶种，在68-70℃温度下继续进行真空蒸发，使异构化乳糖不断结晶析出，期间补加3-4次新鲜浓缩液，提高结晶效率，然后再通过降温冷却的方法进一步结晶，再经离心、烘干得到异构化乳糖粉。
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