CN1850867A - 用淀粉直接制备麦芽糖基－β－环糊精的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用淀粉直接制备麦芽糖基－β－环糊精的方法，本发明的特点是在同一反应器中利用不同生物酶的不同特性，将淀粉转化为β－环糊精和麦芽糖，并使其具适当的配比，再利用普鲁蓝酶将麦芽糖和β－环糊精以α－1－6糖苷键相连，得到麦芽糖基－β－环糊精。本发明具有制备简单、生产安全性高、成本低廉、宜于实现规模化生产的优点。其所获产品具有溶解度高、安全性高的特点，适用于食品、医药、化妆品、农药、新材料、电子、环保等领域。为麦芽糖基－β－环糊精的制备提供了新的途径。
Description
技术领域
本发明属于生物化学技术领域，具体涉及麦芽糖基-β-环糊精制备工艺的改进。
背景技术
β-环糊精因其特殊的分子结构及特性，在食品、医药、化妆品、农药、新材料、电子、环保等领域具有较广的应用前景。由于其自身溶解度相对较低(常温下为1.8％)应用范围受到限制。在上世纪90年代国内外就开展了环糊精衍生物的研究。开发溶解度更高、更安全的环糊精衍生物，对于拓展环糊精的应用领域，具有重要的意义。
麦芽糖基-β-环糊精(英文名Maltosylβ-Cyclodextrin)是一种安全、高溶解度的β-环糊精衍生物。是以β-环糊精和麦芽糖为底物，在酶作用下以α-1-6糖苷键相连接的新型分枝化环状糊精。麦芽糖基-β-环糊精在水相中具有很高的溶解度(常温下大于70％)。并在包接反应中可包合的囊心分子浓度也相应增高，从而得到更好的包合效果；更重要的是其安全性更高，使得麦芽糖基-β-环糊精可以广泛应用在食品、医药、化妆品、农药、新材料、电子、环保等领域。
目前在麦芽糖基-β-环糊精的制备方法研究方面，有资料报道陕西礼泉化工实业有限公司“化学合成法生产麦芽糖基-β-环糊精”获得国家中小企业创新基金，以及江南大学周博等人在《无锡轻工大学学报》2003年第22卷第六期“超高水溶性麦芽糖基-β-环糊精的生物反向合成”。以上两种途径均是以商品β-环糊精和麦芽糖为原料分别采用化学方法或单一酶促手段来完成。由于采用的原料为产成品，使得生产成本大幅提高，加之化学法需使用一些非常规手段(高温、高压等)，使得生产过程复杂，生产成本增大，不利于大规模工业生产。因此目前只有试剂级麦芽糖基-β-环糊精产品应市。
发明内容
本发明的目的是提供一种用淀粉直接制备麦芽糖基-β-环糊精的方法。该方法以淀粉为原料直接制备麦芽糖基-β-环糊精，省却了β-环糊精和麦芽糖在生产中的精制过程及费用，且使β-环糊精的转化率达到40％以上，从而大大降低生产成本，有利于大规模生产；并使本发明较化学法具有制备简单、反应条件温和、生产安全性高、成本低廉的优点。
本发明提出的麦芽糖基-β-环糊精的制备方法为：将淀粉制成淀粉乳，在pH值6.0-6.5时加入环糊精葡萄糖基转移酶，在83±2℃条件下搅拌液化，当葡萄糖值(亦称DE值)2-3时(液化时间1-3小时)，将温度降至55±1℃，调整pH值为5.0-5.5，补充加入环糊精葡萄糖基转移酶，同时加入浓度为95％乙醇溶液(用来保护生成的β-环糊精不再分解)搅拌反应，当β-环糊精生成量按投料干淀粉重量计达10％以上时，停止反应(此过程为5-15小时)；升温灭酶后，调整温度至45±1℃，调整pH值为6.0，加入β-淀粉酶搅拌反应4小时，再加入普鲁蓝酶，继续搅拌反应，当麦芽糖的含量按投料干淀粉重量计达到20％以上时，控制β-环糊精和麦芽糖的重量比在1∶1-1∶8之间(此过程为4-12小时)，停止反应；回收反应液中乙醇，升温灭酶，得到β-环糊精和麦芽糖的混合液；在59±1℃温度下，调整混合液的pH值至4.1±0.1，加入普鲁蓝酶进行麦芽糖基-β-环糊精合成反应35-38小时；反应完成后，经升温灭酶、脱色、去离子、浓缩干燥即得到麦芽糖基-β-环糊精的成品。
本发明所述淀粉乳中淀粉的重量为水重量的5-30％(优选为10-25％)。所述生物酶的合适用量分别为：环糊精葡萄糖基转移酶在液化时按每克干淀粉8-12u加入，在生成β-环糊精反应时按每克干淀粉8-12u加入；β-淀粉酶按每克干淀粉18-22u加入；普鲁蓝酶在生成麦芽糖反应时按每克干淀粉4-6u加入，在合成麦芽糖基-β-环糊精反应时按每克β-环糊精250-270u加入。所述95％乙醇溶液按干淀粉重量的5-30％(v/w)加入，优选为8-15％(v/w)。
本发明所述混合液中的β-环糊精和麦芽糖的重量比，是在反应体系中分别生成β-环糊精和麦芽糖时，利用反应时间来调整β-环糊精和麦芽糖的生成量及其比例，使β-环糊精和麦芽糖的重量比值处在1∶1-1∶8之间，优选的比值范围为1∶2-1∶6。
本发明所用淀粉可以采用玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉等。由于各企业生产淀粉的工艺不同，所以本发明在液化前须将淀粉乳的PH值调整至统一标准。再因各种淀粉的分子结构差异，故在本发明制备中各种酶的用量和反应时间应作适当调整，这在后述的实例中有体现。而所用的淀粉均为食品级，所以是安全、无毒的。
本发明的制备原理是，通过酶学方法将淀粉分别制备成麦芽糖和β-环糊精的混合液，再利用普鲁蓝酶将麦芽糖和β-环糊精以α-1-6糖苷键相连，制成麦芽糖-基-β-环糊精。
本发明制得的产品是以可水溶性粉剂形式存在。该产品(精制后)可作为添加剂，适用于食品、医药、化妆品、农药、新材料、环保等领域。本发明制备工艺的主要创新点是采用淀粉为原料，在同一反应体系内，应用β-环糊精和麦芽糖的生产工艺，首先制成β-环糊精和麦芽糖的混合液，并控制两物质的重量比，在此基础利用普鲁蓝酶将麦芽糖和β-环糊精以α-1-6糖苷键相连，制成麦芽糖基-β-环糊精。经高压液相色谱法检测(检测方法出自《粮油食品科技》2004年第12卷第4期“RP-HPLC法测定麦芽糖基-β-环糊精的含量”)，本发明中β-环糊精的转化率可达40％，所制得的成品中麦芽糖基-β-环糊精的含量为10-25％。由此可以明显看出，本发明与化学合成法和单一酶促法相比，具有制备简单、反应温和、生产安全性高、成本低廉、宜于实现规模化生产的优点。为麦芽糖基-β-环糊精的规模化生产提供了一个新的途径。
附图及其说明
附图1为本发明麦芽糖基-β-环糊精制备方法的流程框图。
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
具体实施方式
以下所有实例中的原料和试剂均为食品级，其来源及规格如下：
组分 规格 产地
玉米淀粉 食品级 西安国维淀粉厂
马铃薯淀粉 食品级 陕西清涧县淀粉厂
木薯淀粉 食品级 广西红枫牌
环糊精葡萄糖基转移酶 600u/ml 日本天野酶制品株式会社
β-淀粉酶 1000u/ml 无锡杰能科公司
普鲁蓝酶 1000u/g 无锡杰能科公司
乙醇 食品级95％ 陕西宝鸡酒精厂
在实施例中，葡萄糖值(DE值)的检测方法采用斐林法；β-环糊精含量的检测采用高压液相色谱法(中国药典二部附录VD)；麦芽糖的含量的检测采用高压液相色谱法(化学工业出版社《分析化学手册》第六分册171页)；麦芽糖基-β-环糊精含量的检测采用高压液相色谱法(检测方法出自《粮油食品科技》2004年第12卷第4期“RP-HPLC法测定麦芽糖基-β-环糊精的含量”)。
实施例1
在搅拌条件下将玉米淀粉50克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.0，按每克干淀粉8u加入环糊精葡萄糖基转移酶0.67ml，搅拌升温至83±2℃维持1小时，测得DE值为2.1。降温至55±1℃，调整pH值到5.0，按每克干淀粉8u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶0.67ml和95％的乙醇溶液2.5ml，在此条件下，搅拌反应，在反应5小时时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为5.1克，相当于干淀粉量的10.2％，停止反应。在密闭条件下，升温至120℃灭酶30分钟。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按每克干淀粉22u加入β-淀粉酶1.1ml，搅拌反应4小时，按每克干淀粉6u加入普鲁蓝酶0.3g搅拌反应，在反应12小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为40.8克，相当于干淀粉量的81.6％，停止反应。开启酒精蒸馏系统，升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶15分钟。降温至59±1℃，调整pH值至4.1±0.1，按每克β-环糊精250u加入普鲁蓝酶1.25g，搅拌反应35小时。升温至120℃灭酶15分钟，以投入淀粉重量的3％加入活性炭脱色，再经过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉46.5g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为16.9％。
实施例2
在搅拌条件下将木薯淀粉200克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.4，按每克干淀粉10u加入环糊精葡萄糖基转移酶3.33ml，搅拌升温至83±2℃维持2小时，测得DE值为2.3。降温至55±1℃，调整pH值到5.5，按每克干淀粉10u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶3.33ml和95％的乙醇溶液40ml，在此条件下，搅拌反应，在反应9小时时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为41克，相当于干淀粉量的20.5％，停止反应。在密闭条件下，升温至120℃灭酶。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按每克干淀粉20u加入β-淀粉酶4.0ml，搅拌反应4小时，按每克干淀粉6u加入普鲁蓝酶1.2g搅拌反应，在反应11小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为83.1克，相当于干淀粉量的41.55％，停止反应，升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶。调整pH值至4.1±0.1，按每克β-环糊精260u加入普鲁蓝酶10.4g，在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶，再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉175.2g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为25.0％。
实施例3
在搅拌条件下将土豆淀粉250克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.0，按每克干淀粉12u加入环糊精葡萄糖基转移酶5.0ml，搅拌升温至83±2℃维持2小时，测得DE值为2.8。降温至55±1℃，调整pH值到5.5，按每克干淀粉12u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶5.0ml和95％的乙醇溶液62.5ml，在此条件下，搅拌反应，在反应11小时时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为44.5克，相当于干淀粉量的17.8％，停止反应。在密闭条件下，升温至120℃灭酶。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按每克干淀粉18u加入β-淀粉酶4.5ml，搅拌反应4小时，按每克干淀粉4u加入普鲁蓝酶1.0g搅拌反应，在反应4小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为45.25克，相当于干淀粉量的18.1％，停止反应，升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶。调整pH值至4.1±0.1，按每克β-环糊精270u加入普鲁蓝酶12.02g，在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶，再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉220.9g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为14.6％。
实施例4
在搅拌条件下将玉米淀粉200克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.5，按每克干淀粉10u加入环糊精葡萄糖基转移酶3.33ml，搅拌升温至83±2℃维持2小时，测得DE值为2.5。降温至55±1℃，调整pH值到5.5，按每克干淀粉10u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶3.33ml和95％的乙醇溶液20ml，在此条件下，搅拌反应，在反应10小时时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为39克，相当于干淀粉量的19.5％，停止反应。在密闭条件下，升温至120℃灭酶。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按每克干淀粉20u加入β-淀粉酶4.0ml，搅拌反应4小时，按每克干淀粉5u加入普鲁蓝酶1.0g搅拌反应，在反应9小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为80.1克，相当于干淀粉量的40.05％，停止反应，升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶。调整pH值至4.1±0.1，按每克β-环糊精260u加入普鲁蓝酶10.14g，在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶，再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉179.4g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为24.8％。
实施例5
在搅拌条件下将土豆淀粉100克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.3，按每克干淀粉9u加入环糊精葡萄糖基转移酶1.5ml，搅拌升温至83±2℃维持1.5小时，测得DE值为2.4。降温至55±1℃，调整pH值到5.0，按每克干淀粉8u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶1.33ml和95％的乙醇溶液15ml，在此条件下，搅拌反应，在反应5小时30分时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为10.2克，相当于干淀粉量的10.2％，停止反应。升温至120℃灭酶。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按每克干淀粉22u加入β-淀粉酶2.2ml，搅拌反应4小时，按6u/每克干淀粉加入普鲁蓝酶0.6g搅拌反应，在反应11小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为61.3克，相当于干淀粉量的61.3％，停止反应。升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶。降温至59±1℃，调整pH值至4.1±0.1，，按每克β-环糊精270u加入普鲁蓝酶3.24g，在59±1℃搅拌反应35小时。升温至120℃灭酶，再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉89.3g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为19.2％。
实施例6
在搅拌条件下将玉米淀粉150克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.2，按每克干淀粉9u加入环糊精葡萄糖基转移酶2.25ml，搅拌升温至83±2℃维持1.5小时，测得DE值为2.2。降温至55±1℃，调整pH值到5.0，按每克干淀粉8u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶2.0ml和95％的乙醇溶液30ml，在此条件下，搅拌反应，在反应8小时时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为22.5克，相当于干淀粉量的15％，停止反应。升温至120℃灭酶。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按20u/每克干淀粉加入β-淀粉酶3.0ml，搅拌反应4小时，按每克干淀粉6u加入普鲁蓝酶0.9g搅拌反应，在反应9小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为68.5克，相当于干淀粉量的45.7％，停止反应。升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶。调整pH值至4.1±0.1，按每克β-环糊精260u加入普鲁蓝酶5.85g，在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶，再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉130.2g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为23.4％。
实施例7
在搅拌条件下将木薯淀粉300克加入到1000ml水中，制成淀粉乳，调整pH值至6.2，按每克干淀粉12u加入环糊精葡萄糖基转移酶6.0ml，搅拌升温至83±2℃维持3小时，测得DE值为3.0。降温至55±1℃，调整pH值到5.5，按每克干淀粉12u补充加入环糊精葡萄糖基转移酶6.0ml和95％的乙醇溶液90ml，在此条件下，搅拌反应，在反应15小时时取样检测，测得反应液内含β-环糊精量为83.1克，相当于干淀粉量的27.7％，停止反应。升温至120℃灭酶。降温至45±1℃，调整pH值到6.0，按每克干淀粉20u加入β-淀粉酶6.0ml，搅拌反应4小时，按每克干淀粉4u加入普鲁蓝酶1.2g搅拌反应，在反应5小时时取样检测，测得反应液中麦芽糖的含量为83.0克，相当于干淀粉计量的27.67％，停止反应，升温回收乙醇后，继续升温至120℃灭酶。调整pH值至4.1±0.1，按每克β-环糊精270u加入普鲁蓝酶22.44g，在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶，再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥，得到干粉266.9g，经检测，内含麦芽糖基-β-环糊精为10.0％。
Claims (5)
1.一种用淀粉直接制备麦芽糖基-β-环糊精的方法，包括有β-环糊精和麦芽糖的酶法制备，其特征在于，将淀粉制成淀粉乳，在pH值6.0-6.5时加入环糊精葡萄糖基转移酶，在83±2℃条件下搅拌液化，当葡萄糖值2-3时，降温至55±1℃，调整pH为5.0-5.5，补充加入环糊精葡萄糖基转移酶，同时加入浓度为95％乙醇溶液搅拌反应，当β-环糊精生成量按投料干淀粉重量计达10％以上时，升温灭酶，调整温度至45±1℃，pH值为6.0，加入β-淀粉酶搅拌反应4小时，再加入普鲁蓝酶，继续搅拌反应，当麦芽糖的含量按投料干淀粉重量计达到20％以上时，控制β-环糊精和麦芽糖的重量比在1∶1-1∶8之间，停止反应；回收反应液中乙醇，升温灭酶，得到β-环糊精和麦芽糖的混合液；在59±1℃温度下，调整混合液的pH值至4.1±0.1，加入普鲁蓝酶进行麦芽糖基-β-环糊精合成反应35-38小时；反应完成后，经升温灭酶、脱色、去离子、浓缩干燥即得到麦芽糖基-β-环糊精的成品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述淀粉乳中淀粉的重量为水重量的5-30％；所述环糊精葡萄糖基转移酶在液化时按每克干淀粉8-12u加入，在生成β-环糊精反应时按每克干淀粉8-12u加入；所述β-淀粉酶按每克干淀粉18-22u加入；所述普鲁蓝酶在生成麦芽糖反应时按每克干淀粉4-6u加入，在合成麦芽糖基-β-环糊精反应时按每克β-环糊精250-270u加入；所述95％乙醇溶液按干淀粉重量的5-30％加入。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述淀粉乳中淀粉的重量为水重量的10-15％。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述95％乙醇溶液按干淀粉重量的8-15％加入。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述反应液中β-环糊精和麦芽糖的重量比为1∶2-1∶6。
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