CN1330149A - 一种异麦芽酮糖制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种异麦芽酮糖制备方法,其特点是先发酵制备红色精朊杆菌菌体,然后将菌体加入蔗糖溶液中进行蔗糖的转化,再利用膜技术外循环收集转化液,菌体循环连续使用,再将转化液进行浓缩、结晶、干燥即制得异麦芽酮糖干粉。本发明的方法可提高酶的转化率,降低生产成本,避免微生物细胞进入产品,保证产品质量,而且工艺简单,易于操作。
Description
本发明属于糖类，更具体地说是一种异麦芽酮糖的制备方法。
异麦芽酮糖(Isomaltulose)亦称异蔗糖，是蔗糖的同分异构体，含1摩尔结晶水，分子量为360.32，熔点123-124℃，甜度为蔗糖的42％，具有吸湿性低、耐酸解、对热稳定、具有还原性、不致龋齿等特点，是一种理想的功能性甜味剂。
异麦芽酮糖是以蔗糖为原料，在α-葡糖基转移酶(α-1，6-glucosidase)的作用下，将蔗糖分子中葡萄糖与果糖相连的α-1，2糖苷键变位为α-1，6糖苷键，形成一种与蔗糖物理、化学性质和生理功能完全不同的新糖，即异麦芽酮糖。异麦芽酮糖的批量生产起源于20世纪80年代中后期，已工业化生产国家有德国、美国、日本、英国，中国亦有少量生产，这些国家的生产方法均采用固定化细胞或固定化酶技术。美国专利(USP4390627)公开了一种固定化蔗糖变位酶的方法，使用的菌种是Protamainobacterrubrum CB574.77，固定化过程包括：用单宁吸附细胞，加入聚乙烯亚胺进行絮凝，再加入表卤醇、多胺聚合物和戊二醛于培养液中，得到反应产物，过滤或离心收集湿菌，于55℃下干燥即得固定化细胞酶制剂，将该固定化细胞装入固定床式柱，催化蔗糖转化为异麦芽酮糖；USP4359531公开的也是一种固定化细胞生产异麦芽酮糖的方法，该专利使用的菌种为ErwiniarhaponticiNCPPB1578，培养基：蔗糖4％、蛋白胨1％、牛肉抽提物0.4％，培养时间70小时，在稳定期前收获细胞。固定化过程包括：先用海藻酸钠包埋细胞，再用氯化钙固定，海藻酸钠用量为5％，氯化钙溶液的浓度为0.1M，固定完成后，将固定化细胞装入具有夹层的Φ5×30cm柱中，流速为空柱体积的0.01，使蔗糖转化为异麦芽酮糖；英国专利(BP2082591)提出了一种改进的固定化α-葡糖基转移酶的方法，具体方法为：将具有蔗糖变位酶的微生物细胞包埋于海藻酸钙中后，再用聚乙烯亚胺和戊二醛处理。该专利使用的菌种是Serratiaplymuthica NCIB8285，培养基为：蔗糖5％、玉米浆3％、Na2PHO40.3％，NaCl0.2％，发酵罐装料量50％，通气量1∶0.5(体积比)培养16小时，离心分离收集菌体，用4％海藻酸钙包埋，通过挤压器挤压成1-3mm大小的颗粒；中国发明专利(ZL891006842)公开了一种固定化α-葡糖基转移酶制备异麦芽酮糖的方法，该专利使用的菌种为Serratia plymuthica ATCC15928，发酵培养基为：蔗糖4％、玉米浆3％、KCl0.2％，发酵周期8-16小时，于对数生产期将高岭土或硅藻土作为吸附剂及固定化细胞的支撑剂加入发酵液中，然后离心分离吸附于高岭土或硅藻土上细胞，再用海藻酸钙包埋固定化，最后用戊二醛交联处理并杀死活细胞。固定化细胞装入转化柱内，加蔗糖溶液进行转化，蔗糖浓度为40-55％，流出液经树脂离子交换、真空浓缩、结晶、干燥得产品。
以上专利技术有如下几方面的缺点：(1)固定化过程中酶的损失很大；(2))细胞易脱离固定载体进入转化液，影响产品品质。
本发明的目是克服已有技术的缺点，提供一种利用膜循环系统制备异麦芽酮糖的方法。
本发明的主要技术方案：先发酵制备红色精朊菌种并回收菌种，然后将菌种加入蔗糖溶液中进行蔗糖的转化，利用膜技术外循环收集转化液，菌种循环连续使用，再将转化液浓缩、结晶、干燥即利得异麦芽酮糖干粉。
本发明的具体方法包括以下过程：
1.酶菌体的发酵、培养和收集：将为总量5～20％的菌种红色精朊杆菌YB302变种以及发酵培养基：蔗糖2～8％、玉米浆1～6％、酵母浸膏0.1～2％、氯化钠0.01～0.5％、磷酸氢二钾0.01～0.1％，其余为水，装入发酵罐内，装料量为罐体积的50～80％，控制PH值为6.0～7.5、温度25～33℃，通气量/发酵罐体积＝1∶0.5～1∶1.0，搅拌速度100～250转/分钟，于6～12小时多次补充灭菌的蔗糖溶液，总补糖量为装料量的5～10％，总发酵时间10～30小时，发酵结束后通过常规的超滤、絮凝、离心工序回收得到细胞浓浆，所述超滤是用规格为0.001～0.5μm的超滤膜，使细胞和糖液分离，所述的絮凝是采用1～100ppm的聚丙烯酰胺絮凝剂，离心采用5000～20000转/分钟连续式离心分离，整过回收细胞浓浆的过程控制温度为15～25℃；
2.蔗糖转化：将步骤(1)得到的细胞浓浆和浓度为10～60％的蔗糖溶液以3～10∶100体积比送入转化罐，在25～35℃、PH为5～7条件下，转化3～30小时，此时异麦芽酮糖转化率为80～98％，然后先经超滤，再经活性炭脱色，活性炭量为物料总量的0.1～1.0％、脱色温度50～80℃，最后再依次经阴离子交换树和阴离子树脂交换，交换温度为25～40℃，所述的阴离子交换树脂包括牌号为732树脂，所述的阳离子交换树脂包括牌号为001×7、D201树脂；
3.转化液的浓缩与结晶：由步骤(2)得到的转化液先经真空浓缩，至转化液浓度为60～75％，然后结晶，结晶条件：晶体为异麦芽酮糖晶体，其加入量为浓缩液体积的0.1～1.0％，结晶温度10～40℃、结晶时间10～30小时；
4.干燥：对步骤(3)得到的异麦芽酮糖进行干燥，最好采用气流干燥到含水量7～8％，即得到异麦芽酮糖粉状产品。
本发明所述的红色精朊杆菌PROTAMINOBACTER RUBER为英国菌种保藏中心提供的代号为NCTC2879菌种，所述的红色精朊杆菌YB302变种的制备方法：通过蔗糖训化和诱导使红色精朊杆菌产生高酶活的α-葡萄糖转移酶。
本发明的优点：
1.本发明的整过工艺过程不使用酶的固定化剂，从而保持较高的酶活，提高糖的转化效率50～80％；
2.转化过程在完全封闭系统内进行，利用超滤膜系统实现细胞与糖液的分离，避免游离细胞进入转化糖液中，保证产品质量；
3.可实现酶的多次重复使用和连续生产。
下面通过具体实现进一步说明本发明的特点。
实例1
1.将红色精朊杆菌YB302变种从斜面菌种活化至三级摇瓶种，每次加入量是总量的10％，再转至10升种子罐发酵培养10小时，转至100升发酵罐进行扩大培养12小时，种子罐与发酵罐的参数相同，发酵液组成：蔗糖6％、玉米浆5％、酵母膏0.5％、氯化钠0.1％、磷酸氢二钾0.1％，PH6.8，装料量60％、通气量为1∶0.8，被糖时间为第8小时，补糖量为发酵体积的5％，总发酵时间为12小时；
2.用0.02μm的平板超滤膜过滤回收菌体，加入5PPM的聚丙烯酰胺并用15000转/分离心机离心收集得2升细胞浓浆；
3.用去离子水配制50％浓度的蔗糖溶液，90℃消毒10分钟，冷却至30℃；
4.在30升转化罐中加入糖液25升，并加入浓缩所得的2升细胞浓浆，维持28-30℃，50转/分弱搅拌，转化8小时，转化度超过95％，用0.1μm卷膜式超滤膜将细胞与转化液分离，回收所得细胞继续加入蔗糖溶液进行下一批次的转化；
5.分离所得转化液加温至90℃，加入0.2％活性碳，保温30分钟，冷至50℃以下用三足式离心机去除碳，清液进入阴、阳离子交换柱脱金属离子；
6.用真空浓缩至浓度为70％，冷却至40℃加入0.5％的晶种，结晶12小时；
7.离心分离得湿糖粉；
8.将湿糖粉气流干燥得异麦芽酮糖粉状产品。
实例2
本实例为糖的转化采用连续式。
1.菌体的发酵和回收与实例1相同；
2.糖的转化采用连续式转化，利用0.1μm卷膜式超滤膜和一台小型循环泵将转化液与细胞连续分离，收集转化液，细胞回到转化罐中，连续加入蔗糖溶液，通过控制转化率来调节糖液加入量和转化液的流出量；
3.转化液的浓缩和糖粉的制备与实施例1相同。
Claims (4)
1.本发明是一种异麦芽酮糖制备方法，其特征包括以下步骤：
(1)酶菌体的发酵、培养和收集：将为总量的5～20％的菌种红色精朊杆菌YB302变种和由下列组成的发酵培养基：蔗糖2～8％、玉米浆1～6％、酵母浸膏0.1～2％、氯化钠0.01～0.5％、磷酸氢二钾0.01～0.1％和余量水，装入发酵罐内，装料量为罐体积50～80％，控制PH6.0～7.5、温度25～33℃，通气量/发酵罐体积＝1∶0.5～1∶1.0，搅拌速度100～250转/分钟，于6～12小时多次补充浓度为10～60％的蔗糖溶液，总补糖量为装料量的5～10％，总发酵时间10～30小时，发酵结束后通过超滤、絮凝、离心工序回收得到细胞浓浆；
(2)蔗糖转化：将步骤(1)得到的细胞浓浆和浓度为10～60％的蔗糖溶液以3～10∶100体积比送入转化罐，在25～35℃、PH为5～7条件下，转化3～30小时，然后再经超滤、活性炭脱色、阴离子和阳离子交换得到转化液，所述的活性炭脱色，活性炭量为物料总量的0.1～1.0％、脱色温度50～80℃，所述的阴离子和阳离子交换温度为25～40℃；
(3)转化液的浓缩与结晶：由步骤(2)得到的转化液先经真空浓缩，至转化液浓度为60～75％，然后结晶，结晶条件：晶体为异麦芽酮糖晶体，其加入量为浓缩液体积的0.1～1.0％，结晶温度10～40℃、结晶时间10～30小时；
(4)干燥：对步骤(3)得到的异麦芽酮糖进行干燥到含水量为7～8％，即得到异麦芽酮糖粉状产品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的红色精朊杆菌YB302变种是通过蔗糖训化和诱导使红色精朊杆菌产生高酶活的α-葡萄糖转移酶。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)和步骤(2)所述超滤用的超滤膜规格为0.001～0.5μm。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(1)所述的絮凝使用的絮凝剂为聚丙烯酰胺。
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