CN2362866Y - 透性化细胞乳糖酶中空纤维生化反应器 - Google Patents

Abstract

一种透性化细胞乳糖酶反应器,由搅拌机1、保温缸2、卫生泵3和中空纤维膜酶生化反应柱4构成,搅拌机1位于保温缸2内,卫生泵3通过管道将保温缸2和中空纤维膜酶生化反应柱4相连。该反应器具有生产周期短,操作简单,酶活力回收率高达99.98%,酶的稳定性较高,半衰期为859.2小时;且该反应器可使消耗的酶的成本较添加法生产降低至其1/859.2。

Description

透性化细胞乳糖酶中空纤维生化反应器

本实用新型涉及一种食品加工设备，特别涉及生物酶的固定化反应设备。

用于固定化β-半乳糖苷酶的生产方法主要有吸附法、包埋法、戊二醛交联法等。采用共价交联法的固定化载体常见的如多孔颗粒硅胶、带游离羟基或氨基的纤维素衍生物和环氧乙烷活化的聚丙烯化合物等；而琼脂、海藻酸钠、卡拉胶、聚丙烯酰胺等则是常用的包埋材料；活性炭、大孔吸附树脂等可对酶进行吸附固定化。

Dahlqvist等(1973)对聚丙烯酰胺包埋固定化β-半乳糖苷酶的研究表明，酶的活力回收率为65％。潘道东等研究了以卡拉胶为载体固定化β-半乳糖苷酶的一些生化特性，确定了最佳固定化条件为：卡拉胶1％，酶加入量0.05％，pH6.5，搅拌时间5min。所得固定化酶的最适pH、最适温度和最适水解乳糖浓度与游离酶相比，无显著改变，依次分别为6.5、45℃和15％。Kaul R.等利用2％的戊二醛和蛋清交联固定化β-半乳糖苷酶，交联得到的固定化酶凝胶，经冷冻干燥后可制成干酶粉末。固定化酶和游离酶的最佳pH均为6.8，但固定化酶的米氏常数Km值比游离酶高，酶经固定化后，降低了乳糖对酶的抑制作用。固定化酶对热、脲、γ-辐射和蛋白酶处理的稳定性增强，固定化酶在分批反应器中可重复使用。另外，中空纤维超滤膜用于固定化酶和微生物细胞较其它固定化方法具有许多明显的优点，近几年来得到了广泛的研究。Lee M.Huffman和W.JamesHarper(1982)对中空纤维超滤膜截留固定化β-半乳糖苷酶进行了研究，他们使用的是Romicon聚砜中空纤维膜和PVC-丙烯腈中空纤维膜，结果发现，在不同的中空纤维生化反应器运行方式下，酶的泄露量分别为5～40％。

利用固定化β-半乳糖苷酶分解乳糖，在美国、日本、意大利等国均开展了广泛的研究。如意大利的Morisi等人将由大肠杆菌和酵母菌中提取出的β-半乳糖苷酶固定在三醋酸纤维内，稳定性很高，连续进行酶反应80天以上，酶活力无明显下降，可以用于工业上生产低乳糖牛奶；美国的Shamprogretti公司应用纤维素包埋固定化酵母乳糖酶间歇处理高温消毒牛奶获得成功。我国对利用固定化β-半乳糖苷酶处理牛乳等方面进行的研究较少，至今还未见有成功利用固定化β-半乳糖苷酶进行工业化生产低乳糖乳制品的报道。现国内仅有安徽省淮南乳品厂与复旦大学合作，利用乳酸克鲁维酵母源的乳糖酶提取物，用直接添加酶制剂法生产数量有限的低乳糖奶粉，但其产品因添加的粗酶液易出现沉淀和增加杂质度等缺陷；另外，这种方法乳糖酶无法重复利用，难以实现连续化、自动化生产低乳糖酶制品。随着我国乳品工业的发展，在我国急需开展β-半乳糖苷酶的固定化的研制工作，以满足人们对低乳糖乳制品的需求。

本实用新型的目的是提供一种科学的新型透性化细胞乳糖酶专用生产设备—中空纤维生化反应器，利用该反应器的生产优势，实现连续化、自动化生产低乳糖酶制品。

本实用新型是这样实现的：

一种透性化细胞乳糖酶反应器，其特征在于：该反应器由搅拌机1、保温缸2、卫生泵3和中空纤维膜酶生化反应柱4构成，搅拌机1位于保温缸2内，卫生泵3通过管道将保温缸2和中空纤维膜酶生化反应柱4相连。

中空纤维膜酶生化反应柱4由纤维外室壁5、透性化乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶6、纤维内室7和中空纤维超滤膜8构成。

本实用新型的优点和积极效果为：

利用本实用新型的中空纤维截留法固定化透性化细胞乳糖酶反应器，操作简单，酶活力回收率高达99.98％，基本不存在包埋损失。所设计制造的中空纤维生化反应器连续生产过程中酶的稳定性较高，半衰期为859.2小时。利用该中空纤维生化反应器生产乳糖水解乳，生产周期短(在优化工艺条件下，2小时即可完成对一批产品的水解)，反应结束时底物(牛乳、脱脂乳或乳清)的各项微生物指标(细菌总数、大肠杆菌)不会产生大的变化，使产品质量得以保证，由于这种方法使得透性化乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶的利用率可大大提高，因而用其生产低乳糖乳制品时，可使消耗的酶的成本较添加法生产降低至其1/859.2，从而保证了低乳糖乳制品在参与市场竞争时的价格优势。

图1为透性化细胞乳糖酶中空纤维生化反应器结构示意图

图2为中空纤维膜酶生化反应柱结构示意图

1搅拌机、2保温缸、3卫生泵、4中空纤维膜酶生化反应柱、5纤维外室壁、6透性化乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶、7纤维内室、8中空纤维超滤膜。

下面结合附图叙述本实用新型的实施例：

本实用新型是根据透性化乳酸乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶的特点，结合膜生物技术，设计制造出一种可实现连续化、自动化生产低乳糖乳的中空纤维膜酶生化反应器。

反应器的制造为：

如附图1、2所示，利用水处理用内压式中空纤维超滤柱，适当改装，所用的中空纤维超滤膜的截留分子量为10000，将干酶用10倍无菌水复原后，置于纤维膜的外侧，当底物(牛乳、脱脂乳或乳清等)从中空纤维中流过时，其中小分子的乳糖就扩散到外室中，与外室中的透性化乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶接触，被水解为葡萄糖和半乳糖，而水解过程中外室中的酶始终与奶(除小分子成分外)隔离。

反应器主要构件为：

本实用新型的反应器由搅拌机1、保温缸2、卫生泵3和中空纤维膜酶生化反应柱4构成，搅拌机1位于保温缸2内，卫生泵3通过管道将保温缸2和中空纤维膜酶生化反应柱4相连。

中空纤维膜酶生化反应柱4由纤维外室壁5、透性化乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶6、纤维内室7和中空纤维超滤膜8构成。

搅拌机1和保温缸2(0.5吨)由安达乳机厂生产。卫生泵3(0.5吨/小时)，从食品机械市场均可购买。中空纤维膜酶生化反应柱4由山东膜天集团生产，最大流量0.5吨/小时，内压式。

操作方法为：

将底物(脱脂乳、乳清等)以19.44～25.31L/h的流速通过中空纤维内室，操作温度32.12～34.23℃，酶用量为2.66～3.04‰，时间约2小时。

利用本实用新型生产低乳糖婴儿奶粉为：

原料乳经净乳机离心净乳后，预热到40℃左右用奶油分离机分离稀奶油，脱脂乳巴氏杀菌后冷却至33℃左右流入中空纤维膜酶生化反应器中，降解乳糖；乳清粉经复原、巴氏杀菌、冷却后也流入反应器中降解乳糖，达到所需水解率后将各种原料配合，然后采用20Mpa压力均质，二次杀菌(91℃24秒)，双效浓缩(浓缩温度为一效74℃、二效48℃)，喷雾干燥(进风温度145℃、排风温度80℃)得成品。

利用本发明生产低乳糖消毒奶及其它乳饮料为：

原料乳经净乳机离心净乳后，预热到40℃左右用奶油分离机分离稀奶油，脱脂乳巴氏杀菌后冷却至33℃左右流入中空纤维膜酶生化反应器中，降解乳糖，达到所需水解率后将各种原料配合，然后采用20Mpa压力均质，二次杀菌(91℃24秒)后灌装即得成品。

注：操作要点：

(1)原料乳：遵照GB6914-89鲜乳收购标准执行

(2)其配方按婴儿配方II(S-2)进行，其中主要原料为鲜牛乳1900kg，乳清粉475kg，配合时再加入必要的油脂、维生素及微量元素等。

Claims (2)

1、一种透性化细胞乳糖酶生化反应器，其特征在于：该反应器由搅拌机1、保温缸2、卫生泵3和中空纤维膜酶生化反应柱4构成，搅拌机1位于保温缸2内，卫生泵3通过管道将保温缸2和中空纤维膜酶生化反应柱4相连。

2、根据权利要求1所述的反应器，其特征在于：中空纤维膜酶生化反应柱4由纤维外室壁5、透性化乳酸克鲁维酵母细胞乳糖酶6、纤维内室7和中空纤维超滤膜8构成。

Images