CN117821543A - 一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，属于生物化工技术领域。本发明的二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，利用二氧化碳透析制备分子量在2‑5万道尔顿的可溶性海藻酸，可溶性海藻酸和丙二醇以一定比例混合后，在生物酯化酶的催化下，制备藻酸丙二醇酯；生物酯化酶为柑橘接种南极假丝酵母培养发酵制得。本发明利用生物酶法制备的酯化藻酸丙二醇酯不需要高压强的环氧丙烷，因此对设备安全性要求降低，无泄漏等危险，安全性极高，且极大的降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及生物化工技术领域，具体为一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法。
背景技术
藻酸丙二醇酯具有独特的耐酸、稳定、乳化等功能，在酸性饮料、啤酒泡沫稳定、面制品、冰激凌及乳制品中有着广泛的应用。传统藻酸丙二醇酯的生产方法是用海藻酸与环氧丙烷在加热、加压条件下酯化反应后得到的产物，洗涤压榨后，再经干燥和粉碎而得到粉末产品。此方法需用到高压强环氧丙烷，对设备密封性要求高，且得到的藻酸丙二醇酯的酯化度不易控制，分子链上会含有部分羧基，当在酸性条件下或含有钙盐、蛋白质时产品的稳定性变差。
生物酯化法相对于传统化学合成法，具有反应条件温和，催化效率高，专一性强，产品稳定性强的特点。目前所用的酯化酶大都是Novozym435、LipozymeRMIM、LipozymeTLIM、LipaseAP15、LipasePS、LipaseAK、LipaseA6、LipaseF、LipaseAY30、LipaseG80、LipaseM-10，这类酶大豆属于固定化酶，一般在有机溶剂中作用，限制了水溶性酸与醇的反应。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，本发明提供了一种采用游离酯化酶酯化水溶性海藻酸与1,2丙二醇，利用生物法在水相条件下制备的藻酸丙二醇酯纯度高，反应条件温和，分子量稳定，具有高效的耐酸、稳定、乳化性能，在食品、化工、医药等领域有着更加广泛地应用的二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：本发明提供的二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，利用二氧化碳透析制备分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸，可溶性海藻酸和丙二醇以一定比例混合后，在生物酯化酶的催化下，制备藻酸丙二醇酯；生物酯化酶为柑橘接种南极假丝酵母培养发酵制得。
优选的，包括步骤如下：
(1)生物酯化酶的制备：柑橘经洗净后，接种南极假丝酵母恒温恒湿条件下培养5d-7d，处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养；培养液纱布过滤出滤渣，得到生物酯化酶滤液待用；
(2)可溶性海藻酸的制备：海藻酸块投入反应釜中加入少量催化剂，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应一定时间后减压将二氧化碳抽出，反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸；
(3)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：可溶性海藻酸和丙二醇以一定比例混合后，步骤(1)制得的生物酯化酶的催化下，制备低分子藻酸丙二醇酯。
优选的，还包括步骤(4)除杂：加入一定量酒精后，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，即可得到干粉藻酸丙二醇酯。
优选的，步骤(4)中，加入酒精控制溶液酒精度数在30°-45°。
优选的，步骤(1)中，柑橘原料是橘、柑、橙、柚的一种或几种。
优选的，步骤(1)中，处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养方法为：将处理好的柑橘用低速搅碎成酱状，用低速搅碎成酱状，按照重量比例1:20-50倍，投入到培养基培养8d-15d，培养完成后，培养液纱布过滤出滤渣，得生物酯化酶滤液待用；培养基成分为磷酸铵0.03％、硫酸镁0.02％、磷酸二氢钾0.02％和蔗糖2.5％。
优选的，步骤(1)中，恒温恒湿条件为在30℃-40℃，湿度在75％-95％。
优选的，步骤(2)中，制备可溶性海藻酸的具体步骤为：按照重量比，海藻酸块:水＝1:2-5投入反应釜中，加入重量分数比0.010％-0.015％催化剂氢氧化钾，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应2h-3h后减压将二氧化碳抽出；再将反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸。
优选的，步骤(3)中，所用丙醇为1,2丙二醇，可溶性海藻酸和1,2丙二醇以重量分数比为20-50:1混合投入反应釜，加入总重量0.01-0.05％的步骤(1)中制得的生物酯化酶滤液，反应釜温度控制在35℃-55℃，反应时间3h-4h。
本发明提供了一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法。具备以下有益效果：
(1)本发明的二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，采用游离酯化酶酯化水溶性海藻酸与1,2丙二醇，利用生物法在水相条件下制备的藻酸丙二醇酯纯度高，分子量稳定，具有高效的耐酸、稳定、乳化性能，在食品、化工、医药等领域有着更加广泛地应用。
(2)本发明的藻酸丙二醇酯的制备方法为利用二氧化碳透析制备分子量均一性好的可溶性海藻酸，可溶性海藻酸和1,2丙二醇，在生物酶的催化下协同增效，实现在温和条件下制备藻酸丙二醇酯。
本发明利用生物酶法制备的酯化藻酸丙二醇酯不需要高压强的环氧丙烷，因此对设备安全性要求降低，无泄漏等危险，安全性极高，且极大的降低了生产成本。制备的产品符合清洁标签，因用生物酶酯化酯化度高易于控制，制备的产品种乳化性、稳定性等高于传统方法制备的藻酸丙二醇酯，大大扩大了产品利用范围。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中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
二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，包括步骤如下：
(1)生物酯化酶的制备：将洗净后的柑橘，接种南极假丝酵母，在40℃、湿度在75％恒温恒湿条件下培养7d，培养完成后；将处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养：将处理好的柑橘用低速搅碎成酱状，用低速搅碎成酱状，按照重量比例1:20倍，投入到培养基培养10d，培养液纱布过滤出滤渣，得生物酯化酶滤液待用；培养基成分为磷酸铵0.03％、硫酸镁0.02％、磷酸二氢钾0.02％和蔗糖2.5％。
(2)可溶性海藻酸的制备：海藻酸块投入反应釜中加入少量催化剂，按照重量比，海藻酸块:水＝1:3投入反应釜中，加入重量分数比0.010％催化剂氢氧化钾，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应3h后后减压将二氧化碳抽出，反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸。
(3)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：可溶性海藻酸和1,2丙二醇以重量分数比为20:1混合投入反应釜，加入总重量0.02％的步骤(1)中制得的生物酯化酶滤液，生物酯化酶的催化下反应釜温度控制在55℃，酯化反应时间3h，制备低分子藻酸丙二醇酯。
(4)除杂：加入一定量酒精后，加入酒精控制溶液酒精度数在30°，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，得到干粉藻酸丙二醇酯。
经检测，制得的藻酸丙二醇酯产品酯化度为82.1％。
实施例2
二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，包括步骤如下：
(1)生物酯化酶的制备：将洗净后的柑橘，接种南极假丝酵母，在30℃、湿度在95％恒温恒湿条件下培养5d，培养完成后；将处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养：将处理好的柑橘用低速搅碎成酱状，用低速搅碎成酱状，按照重量比例1:50倍，投入到培养基培养15d，培养液纱布过滤出滤渣，得生物酯化酶滤液待用；培养基成分为磷酸铵0.03％、硫酸镁0.02％、磷酸二氢钾0.02％和蔗糖2.5％。
(2)可溶性海藻酸的制备：海藻酸块投入反应釜中加入少量催化剂，按照重量比，海藻酸块:水＝1:5投入反应釜中，加入重量分数比0.015％催化剂氢氧化钾，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应2h后后减压将二氧化碳抽出，反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸。
(3)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：可溶性海藻酸和1,2丙二醇以重量分数比为50:1混合投入反应釜，加入总重量0.05％的步骤(1)中制得的生物酯化酶滤液，生物酯化酶的催化下反应釜温度控制在35℃，酯化反应时间4h，制备低分子藻酸丙二醇酯。
(4)除杂：加入一定量酒精后，加入酒精控制溶液酒精度数在45°，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，得到干粉藻酸丙二醇酯。
经检测，制得的藻酸丙二醇酯产品酯化度为81.5％。
实施例3
二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，包括步骤如下：
(1)生物酯化酶的制备：将洗净后的柑橘，接种南极假丝酵母，在40℃、湿度在90％恒温恒湿条件下培养7d，培养完成后；将处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养：将处理好的柑橘用低速搅碎成酱状，用低速搅碎成酱状，按照重量比例1:30倍，投入到培养基培养15d，培养液纱布过滤出滤渣，得生物酯化酶滤液待用；培养基成分为磷酸铵0.03％、硫酸镁0.02％、磷酸二氢钾0.02％和蔗糖2.5％。
(2)可溶性海藻酸的制备：海藻酸块投入反应釜中加入少量催化剂，按照重量比，海藻酸块:水＝1:5投入反应釜中，加入重量分数比0.015％催化剂氢氧化钾，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应3h后后减压将二氧化碳抽出，反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸。
(3)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：可溶性海藻酸和1,2丙二醇以重量分数比为50:1混合投入反应釜，加入总重量0.03％的步骤(1)中制得的生物酯化酶滤液，生物酯化酶的催化下反应釜温度控制在55℃，酯化反应时间3h，制备低分子藻酸丙二醇酯。
(4)除杂：加入一定量酒精后，加入酒精控制溶液酒精度数在40°，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，得到干粉藻酸丙二醇酯。
经检测，制得的藻酸丙二醇酯产品酯化度为83.8％。
对比例1
制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，包括步骤如下：
(1)可溶性海藻酸的制备：海藻酸块投入反应釜中加入少量催化剂，按照重量比，海藻酸块:水＝1:5投入反应釜中，加入重量分数比0.015％催化剂氢氧化钾，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应3h后后减压将二氧化碳抽出，反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸。
(2)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：可溶性海藻酸和1,2丙二醇以重量分数比为50:1混合投入反应釜，加入总重量0.03％的市场销售的酯化酶，生物酯化酶的催化下反应釜温度控制在55℃，酯化反应时间3h，制备低分子藻酸丙二醇酯。
(3)除杂：加入一定量酒精后，加入酒精控制溶液酒精度数在40°，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，得到干粉藻酸丙二醇酯。
经检测，制得的藻酸丙二醇酯产品酯化度为50.5％。
对比例2
制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，包括步骤如下：
(1)生物酯化酶的制备：将洗净后的柑橘，接种南极假丝酵母，在40℃、湿度在90％恒温恒湿条件下培养7d，培养完成后；将处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养：将处理好的柑橘用低速搅碎成酱状，用低速搅碎成酱状，按照重量比例1:30倍，投入到培养基培养15d，培养液纱布过滤出滤渣，得生物酯化酶滤液待用；培养基成分为磷酸铵0.03％、硫酸镁0.02％、磷酸二氢钾0.02％和蔗糖2.5％。
(2)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：海藻酸块和1,2丙二醇以重量分数比为50:1混合投入反应釜，加入总重量0.03％的步骤(1)中制得的生物酯化酶滤液，生物酯化酶的催化下反应釜温度控制在55℃，酯化反应时间3h，制备低分子藻酸丙二醇酯。
(3)除杂：加入一定量酒精后，加入酒精控制溶液酒精度数在40°，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，得到干粉藻酸丙二醇酯。
经检测，制得的藻酸丙二醇酯产品酯化度为63.2％。
下面对本发明实施例1-实施例3制得的生物酯化藻酸丙二醇酯的性能进行检测分析。
1.首先，从产物酯化度结果分析：
对比例1和对比例2的基本制备方案与实施例3相同，不用之处在于：对比例1未使用生物酯化酶的进行催化酯化反应；对比例2未使用二氧化碳透析法制备的可溶性海藻酸，最终制得的藻酸丙二醇酯其酯化度均显著低于实施例1-实施例3制得的藻酸丙二醇酯的酯化度。充分证明，本发明的二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，采用游离生物酯化酶酯化可以显著促进水溶性海藻酸与1,2丙二醇酯化程度的进行，协同增效，促进其常温酯化的进行，最终利用生物法在水相条件下，制备的藻酸丙二醇酯，具有纯度高，分子量稳定，且酯化度均达到80％以上，满足实际使用需求。
2检测实施例1-实施例3制备的藻酸丙二醇酯的基本理化性能，结果见下表，
耐酸性，检测5g反应物溶于100ml水后的pH值。
稳定性，主要检测其在高钙离子条件下的稳定性，具体将反应物溶于1g物质溶于20g的水后，再与1ml浓度为2％的氯化钙溶液进行反应，根据反应后胶体溶液的浑浊度，判断其与钙离子反应能力。
得到实施例1-实施例3制备的藻酸丙二醇酯，具有高效的耐酸、稳定、乳化性能，且酯化程度满足国家标注要求以上，利用生物酶法制备的酯化藻酸丙二醇酯不需要高压强的环氧丙烷，因此对设备安全性要求降低，无泄漏等危险，安全性极高，且极大的降低了生产成本，在食品、化工、医药等领域有着更加广泛地应用。
以上仅是本发明的实施例而已，例如，柑橘原料是橘、柑、橙、柚的一种或几种，均可以实现本发明的二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，利用二氧化碳透析制备分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸，可溶性海藻酸和丙二醇以一定比例混合后，在生物酯化酶的催化下，制备藻酸丙二醇酯；所述生物酯化酶为柑橘接种南极假丝酵母培养发酵制得。
2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)生物酯化酶的制备：柑橘经洗净后，接种南极假丝酵母恒温恒湿条件下培养5d-7d，将处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养；培养液纱布过滤出滤渣，得到生物酯化酶滤液待用；
(2)可溶性海藻酸的制备：海藻酸块投入反应釜中加入少量催化剂，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应一定时间后减压将二氧化碳抽出，反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸；
(3)生物酶酯化藻酸丙二醇酯：可溶性海藻酸和丙二醇以一定比例混合后，步骤(1)制得的生物酯化酶的催化下，制备低分子藻酸丙二醇酯。
3.根据权利要求2所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，还包括步骤(4)除杂：加入一定量酒精后，多余的可溶性海藻酸重新聚合成不溶性海藻酸苷，离心分离去除，滤液经过超滤膜得到浓缩藻酸丙二醇酯，喷雾干燥，即可得到干粉藻酸丙二醇酯。
4.据权利要求3述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，步骤(4)中，加入酒精控制溶液酒精度数在30°-45°。
5.据权利要求2所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述柑橘原料是橘、柑、橙、柚的一种或几种。
6.根据权利要求5所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述处理好的柑橘搅碎后放入培养液中扩大培养方法为：将处理好的柑橘用低速搅碎成酱状，按照重量比例1:20-50倍，投入到培养基培养8d-15d，培养完成后，培养液纱布过滤出滤渣，得生物酯化酶滤液待用；所述培养基成分为磷酸铵0.03％、硫酸镁0.02％、磷酸二氢钾0.02％和蔗糖2.5％。
7.根据权利要求5所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述恒温恒湿条件为在30℃-40℃，湿度在75％-95％。
8.根据权利要求2所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，步骤(2)中，制备可溶性海藻酸的具体步骤为：按照重量比，海藻酸块:水＝1:2-5投入反应釜中，加入重量分数比0.010％-0.015％催化剂氢氧化钾，往反应釜中通入二氧化碳至压强大于73atm，反应2h-3h后减压将二氧化碳抽出；再将反应釜中液固混合物通过滤膜，截留分子量在2-5万道尔顿的可溶性海藻酸。
9.根据权利要求2所述的一种二氧化碳透析法制备生物酯化藻酸丙二醇酯的方法，其特征在于，步骤(3)中，所用丙醇为1，2丙二醇，可溶性海藻酸和1，2丙二醇以重量分数比为20-50:1混合投入反应釜，加入总重量0.01-0.05％的步骤(1)中制得的生物酯化酶滤液，反应釜温度控制在35℃-55℃，反应时间3h-4h。
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