CN117720722A - 一种寡聚谷氨酸的制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种寡聚谷氨酸的制备方法与应用，属于生物化工技术领域。该方法包括如下步骤：（1）将发酵完成的聚谷氨酸发酵液加热至115‑125℃，保温处理20‑30min，得溶液1；（2）向溶液1中加入氧化剂，反应3‑12h，得溶液2；（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；（4）将寡聚谷氨酸进行干燥，得寡谷氨酸粉末。本发明制备的寡聚谷氨酸及寡聚谷氨酸粉末聚合度低，分子量小，可以调节植物体的生长发育，具有清除超氧自由基、抗氧化等功能，能够抗衰老、保护神经、促进皮肤抵抗力，均可应用于农作物生产、保健品、药品、饲料、化妆品、功能食品领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种寡聚谷氨酸的制备方法与应用，属于生物化工技术领域。
背景技术
聚谷氨酸（简称PGA）是自然界中微生物发酵产生的水溶性多聚氨基酸，其结构为谷氨酸单元通过α-氨基和γ-羧基形成肽键的高分子聚合物。分子量分布在100kDa到10000kDa之间。PGA具有优良的水溶性、超强的吸附性和生物可降解性，降解产物为无公害的谷氨酸，是一种优良的环保型高分子材料，在化妆品、环境保护、食品、医药等产业均有很大的商业价值和社会价值。但大分子量的聚谷氨酸容易形成凝胶状的物质，不易被吸收利用，而小分子量的聚谷氨酸具有更好的溶解性和可溶性等优点，对于生物体具有至关重要的作用。
寡肽又称寡肽类物质，是由2-20个氨基酸组成的短链小分子肽，与大分子肽和蛋白质相比，寡肽具有更好的生物利用性和生物活性。寡肽是重要的免疫调节因子，它与人体免疫系统密切相关。寡肽能够促进消化吸收，增强胃肠蠕动，调节胃肠功能，具有调节血脂和血压的作用，能够降低血脂和血压水平，减轻胆固醇沉积，预防心脑血管疾病。
目前，在农业及医药等领域，对于分子量小于1000Da的寡聚谷氨酸的研究较少。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种寡聚谷氨酸的制备方法与应用，制备的寡聚谷氨酸及寡聚谷氨酸粉末聚合度低，分子量小，均可应用于农作物生产、保健品、药品、饲料、化妆品、功能食品领域。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将聚谷氨酸发酵液加热至115-125℃，保温处理20-30min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入氧化剂，反应3-12h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）将寡聚谷氨酸进行干燥，得寡谷氨酸粉末。
进一步的，步骤（1）中，所述聚谷氨酸发酵液的浓度为0.5-5%。
进一步的，步骤（1）中，将聚谷氨酸发酵液加热至121℃，保温处理25min，得溶液1。加热保温的目的是将聚谷氨酸发酵液进行灭菌处理。
进一步的，步骤（2）中，所述氧化剂为高锰酸钾、硫酸、双氧水、过氧碳酸钠、过氧乙酸、硼酸钠、臭氧、过硫酸钾中的一种或几种。聚谷氨酸中谷氨酸通过肽键连接，肽键中的C-N键，由于氮原子孤电子对的离域，使得羰基碳、氮及与他们直接相连的原子处于一个平面即酰胺平面中，同时也使碳氮键具有某些双键的性质，氧化剂可以破坏双键，使聚谷氨酸降解。
进一步的，步骤（2）中，所述反应温度为60-90℃。反应温度过低，聚谷氨酸降解的速度较慢，降解不充分，产物聚合度高、分子量大、黏度大、颜色深，不利于吸收；反应温度过高，反应过于剧烈，存在一定的危险性，而且降解产物中谷氨酸单体的比例增加，其功能性降低。
进一步的，步骤（2）中，按质量百分比计，所述氧化剂的加入量为溶液1的1-8%。氧化剂的加入量低于1%时，聚谷氨酸降解不彻底，高于8%时，含量过高，属于危化品，易发生危险。
进一步的，步骤（3）中，所述过滤方式为超滤，操作压力为0.20-0.25Mpa, 超滤膜的膜通量为650L/(m2·h)。选用超滤，只允许水及小分子物质通过，而溶液中体积大于膜表面微孔径的物质则不能通过，形成浓缩液，可以除去盐离子和残留氧化剂等小分子物质。
进一步的，步骤（3）中，所述寡聚谷氨酸的聚合度为2-7，分子量小于1000Da。寡聚谷氨酸的聚合度小，分子量低，可以在植物体内与类受体激酶的相互作用，调节植物体的生长发育，而且具有清除超氧自由基、抗氧化等功能，能够抗衰老、保护神经、促进皮肤抵抗力。
进一步的，步骤（4）中，所述干燥方式为喷雾干燥或鼓风干燥。其中喷雾干燥的具体操作为向寡聚谷氨酸中加入麦芽糊精或环糊精，搅拌30-50min，然后进行喷雾干燥；鼓风干燥的具体操作为将寡聚谷氨酸放于恒温鼓风干燥机中在55-65℃的条件下干燥，然后将干燥的寡聚谷氨酸进行粉碎。
所述过滤选用超滤时，可直接得到寡聚谷氨酸浓度≥20%的浓缩液，将其进行干燥，所得产品纯度高。所述过滤选用普通过滤时，可以将过滤液进行鼓风干燥，浓缩、烘干，直接得到固体，然后粉碎，所得产品纯度高，也可以在过滤液中添加麦芽糊精或环糊精，增加干物质的含量，方便喷雾干燥，所得产品纯度低。
麦芽糊精或环糊精具有增稠、保护、稳定、提高溶解度和稳定性、提高干燥效率等多种作用，能够增加干物质浓度，便于后续进行喷雾干燥，还能有效改善干燥过程中的产品质量，提高生产效率，增加产品稳定性，而且耗时少，成本低。鼓风干燥的耗时长，但所得产品纯度高。本发明所制备的寡聚谷氨酸粉末可以应用于不同领域，纯度低可以应用于农业，纯度高可以应用于化妆品、医药行业。
进一步的，所述喷雾干燥的压力为1.60-1.70MPa。寡聚谷氨酸在压力下雾化形成小液滴，在表面张力和热氮气的双重作用下，液滴收缩成球状，液体介质被蒸发，得到寡聚谷氨酸粉末。寡聚谷氨酸粉末的有效物质含量更高，保质期更长，运输性价比更高。
一种寡聚谷氨酸的应用，寡聚谷氨酸及寡聚谷氨酸粉末，均可应用于农作物生产、保健品、药品、饲料、化妆品、功能食品领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明方法制备的寡聚谷氨酸，聚合度为2-7，分子量小于1000Da，可以在植物体内与类受体激酶的相互作用，调节植物体的生长发育，而且具有清除超氧自由基、抗氧化等功能，还能抗衰老、保护神经、促进皮肤抵抗力。
2、本发明方法选用氧化剂降解聚谷氨酸，降解效果好。聚谷氨酸中谷氨酸通过肽键连接，肽键中的C-N键，由于氮原子孤电子对的离域，使得羰基碳、氮及与他们直接相连的原子处于一个平面即酰胺平面中，同时也使碳氮键具有某些双键的性质，氧化剂可以破坏双键，使聚谷氨酸降解。
3、本发明方法制备的寡聚谷氨酸及寡聚谷氨酸粉末，均可应用于农作物生产、保健品、药品、饲料、化妆品、功能食品等领域。另外，本发明将寡聚谷氨酸进行干燥，得到的寡聚谷氨酸粉末，有效物质的含量更高，保质期更长，运输性价比更高。
4、本发明方法通过添加麦芽糊精或环糊精提高寡聚谷氨酸的浓度，麦芽糊精或环糊精的加入具有增稠、保护、稳定、提高溶解度和稳定性、提高干燥效率等多种作用，能够有效改善干燥过程中的产品质量，提高生产效率。
具体实施方式
实施例1
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为0.5%的聚谷氨酸发酵液加热至115℃，保温处理20min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入高锰酸钾，于90℃反应3h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）寡聚谷氨酸放于恒温鼓风干燥机中在65℃的条件下干燥，然后将干燥的寡聚谷氨酸进行粉碎，得寡谷氨酸粉末。
实施例2
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为5%的聚谷氨酸发酵液加热至121℃，保温处理25min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入双氧水，于60℃反应12h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）将寡聚谷氨酸放于恒温鼓风干燥机中在60℃的条件下干燥，然后将干燥的寡聚谷氨酸进行粉碎，得寡谷氨酸粉末。
实施例3
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为2.5%的聚谷氨酸发酵液加热至125℃，保温处理30min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入过氧碳酸钠，于80℃反应9h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）向寡聚谷氨酸中加入环糊精，搅拌50min，然后进行喷雾干燥，得寡谷氨酸粉末。
实施例4
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为2%的聚谷氨酸发酵液加热至120℃，保温处理20min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入硫酸，于60℃反应12h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）向寡聚谷氨酸中加入环糊精，搅拌30min，然后进行喷雾干燥，得寡谷氨酸粉末。
实施例5
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为1%的聚谷氨酸发酵液加热至115℃，保温处理30min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入硼酸钠，于80℃反应10h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）向寡聚谷氨酸中加入环糊精，搅拌40min，然后进行喷雾干燥，得寡聚谷氨酸粉末。
实施例6
一种寡聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为4%的聚谷氨酸发酵液加热至125℃，保温处理25min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入过硫酸钾，于70℃反应6h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）向寡聚谷氨酸中加入环糊精，搅拌35min，然后进行喷雾干燥，得寡聚谷氨酸粉末。
对比例1
一种聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为0.5%的聚谷氨酸发酵液加热至115℃，保温处理20min，得溶液1；
（2）将溶液1于90℃反应3h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得聚谷氨酸；
（4）向聚谷氨酸中加入环糊精，搅拌35min，然后进行喷雾干燥，得聚谷氨酸粉末。
对比例2
一种聚谷氨酸的制备方法，包括如下步骤：
（1）将浓度为2.5%的聚谷氨酸发酵液加热至125℃，保温处理30min，得溶液1；
（2）将溶液1于80℃反应9h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得聚谷氨酸；
（4）将聚谷氨酸放于恒温鼓风干燥机中在60℃的条件下干燥，然后将干燥的聚谷氨酸进行粉碎，得谷氨酸粉末。
实验例1
对实施例1-5的寡聚谷氨酸和对比例1的聚谷氨酸的特性粘数和分子量进行测试。测试结果列于表1。
表1.特性粘数及分子量
注：特性黏数，溶液黏度的量度，能够用来反映反应产物的分子量。特性黏数越大，代表黏度越大，平均分子量越大。
从表1可知，实施例1-6寡聚谷氨酸的特性粘数分别为0.062dl/g、0.057dl/g、0.059dl/g、0.061dl/g、0.053dl/g、0.055dl/g，分子量分别为750Da、661Da、694Da、683Da、721Da、708Da，对比例1聚谷氨酸的特性粘数为5.37 dl/g，分子量为224319 Da，对比例2聚谷氨酸的特性粘数为5.30 dl/g，分子量为218797 Da，可见实施例1-6寡聚谷氨酸的特性粘数与分子量均比对比例1和对比例2聚谷氨酸的特性粘数与分子量小。说明本发明方法制备的寡聚谷氨酸的分子量小，聚合度低，可应用于农作物生产、保健品、药品、饲料、化妆品、功能食品等领域。
Claims (9)
1.一种寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将聚谷氨酸发酵液加热至115-125℃，保温处理20-30min，得溶液1；
（2）向溶液1中加入氧化剂，反应3-12h，得溶液2；
（3）将溶液2过滤，去除不溶性物质，保留液体，得寡聚谷氨酸；
（4）将寡聚谷氨酸进行干燥，得寡谷氨酸粉末。
2.根据权利要求1所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述聚谷氨酸发酵液的浓度为0.5-5%。
3.根据权利要求1或2所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述氧化剂为高锰酸钾、硫酸、双氧水、过氧碳酸钠、过氧乙酸、硼酸钠、臭氧、过硫酸钾中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述反应温度为60-90℃。
5.根据权利要求3所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，按质量百分比计，所述氧化剂的加入量为溶液1的1-8%。
6.根据权利要求1所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述过滤方式为超滤，操作压力为0.20-0.25Mpa，超滤膜的膜通量为650L/(m2·h)。
7.根据权利要求1所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述寡聚谷氨酸的聚合度为2-7，分子量小于1000Da。
8.根据权利要求1-2或4-7任一所述的寡聚谷氨酸的制备方法，其特征在于：步骤（4）中，所述干燥方式为喷雾干燥或鼓风干燥；其中，喷雾干燥的具体操作为向寡聚谷氨酸中加入麦芽糊精或环糊精，搅拌30-50min，然后进行喷雾干燥；鼓风干燥的具体操作为将寡聚谷氨酸放于恒温鼓风干燥机中在55-65℃的条件下干燥，然后将干燥的寡聚谷氨酸进行粉碎。
9.一种权利要求8所述的寡聚谷氨酸的应用，其特征在于：寡聚谷氨酸及寡聚谷氨酸粉末，均可应用于农作物生产、保健品、药品、饲料、化妆品、功能食品领域。
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