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CN107400687A - 一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法 - Google Patents

一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法 Download PDF

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CN107400687A CN201710800251.1A CN201710800251A CN107400687A CN 107400687 A CN107400687 A CN 107400687A CN 201710800251 A CN201710800251 A CN 201710800251A CN 107400687 A CN107400687 A CN 107400687A
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禚洪建
邵先豹
李方华
窦光朋
干昭波
杜倩
杨腾腾
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Abstract

本发明涉及一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：(i)制备DE≥98％、干物质质量含量为60～75％的葡萄糖浓缩液；(ii)将葡萄糖浓缩液调pH值至4.0～6.5，温度65～85℃，加入普鲁兰酶1.2～4NPUN/g干基，保温反应1～10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；(iii)将低聚异麦芽糖液经脱色、过滤、离交、真空浓缩精制后，进行色谱分离，最终获得高纯度的低聚异麦芽糖。

Description

一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法
技术领域
本发明涉及一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，属于功能糖制造技术领域。
背景技术
低聚异麦芽糖(Isomaltooligosacharide)又称分枝低聚糖，是指葡萄糖基以α-1,6糖苷键结合而成的单糖数在2～6不等的一类低聚糖，由于分子构象不同，为区别于麦芽糖而称为低聚异麦芽糖。
低聚异麦芽糖具有良好的理化性质和生理功能，如甜度低，为蔗糖的40％～50％，且甜味柔和，口感较爽；难以被胃酶消化，热量低，基本上不增加血糖血脂；促进人体肠道内双歧杆菌的增殖，能抑制肠道内有害菌及腐败物质的形成。另外，低聚异麦糖具有抗龋齿的性能等。鉴于低聚异麦芽糖的特性和保健功能，其应用范围十分广泛，可以应用到食品、医药、饲料、化妆品等行业。
目前国内传统生产工艺所得低聚异麦芽糖中含有较多的大分子分支多糖，有效三糖(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量仅45％，生理功能特性较弱，需要20～30克/天才能显现出明显功效，且渗透压较低，水分活度高，不利于食品的保存储藏。
中国专利文献CN104152512A(申请号201410390546.2)公开了一种低聚异麦芽糖的制备方法，包括如下步骤：(1)向淀粉原料中加入水调浆浓度，调节pH后加入耐高温α-淀粉酶，制得淀粉浆；(2)将淀粉浆经液化后，制得液化液；(3)将液化液中加入麦芽三糖生成酶和普鲁兰酶，保温糖化后，灭酶活，制得糖化液；(4)向糖化液中加入α-葡萄糖苷转移酶，反应制得一次转苷糖液；然后再加次入α-葡萄糖苷转移酶，反应后，灭酶活，制得转苷糖液；(5)将转苷糖液经脱色、过滤、离交、色谱分离、浓缩和干燥后，制得低聚异麦芽糖。
上述技术方案采用麦芽三糖生成酶和普鲁兰酶进行麦芽糖生成，然后采用α-葡萄糖苷转移酶制备低聚异麦芽糖，虽然可以得到高纯度低聚异麦芽糖，但收率不高，制备成本较高。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法。
术语说明
NPUN(New Pullulanase Unit Novo)：是新内切普鲁兰酶活力单位，以诺维信Promozyme D标准酶为基准测定；1NPUN＝0.35PUN；
一个普鲁兰酶活力单位(PUN)：在方法KAL-SM-1013规定的标准条件下每分钟释放处1μmol葡萄糖所需的酶的量。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
(i)制备DE≥98％、干物质质量含量为60～75％的葡萄糖浓缩液；
(ii)将步骤(i)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至4.0～6.5，温度65～85℃，加入普鲁兰酶1.2～4NPUN/g干基，保温反应1～10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为20～35％；
(iii)将步骤(ii)制得的低聚异麦芽糖液经脱色、过滤、离交、真空浓缩精制后，进行色谱分离，最终获得高纯度的低聚异麦芽糖。
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量≥95％。
根据本发明优选的，所述步骤(i)中，葡萄糖浓缩液的制备步骤如下：
(1)向淀粉中加水调浆至浓度为14～20°Be，调pH值至5.5～6.5，制得淀粉浆；
(2)向步骤(1)制得的淀粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，耐高温淀粉酶的加入量为每克淀粉(干重)加入10～15U耐高温淀粉酶，经温度108～110℃的一次喷射液化后，再经温度123～125℃的二次喷射液化，制得液化液；
(3)将步骤(2)制得的液化液降温至50～60℃，调pH值至4.5～5.2，按每克淀粉(干重)100～200U的量加入糖化酶糖化24～48h，灭酶活，制得糖化液；
经检测，所制得的糖化液中葡萄糖含量≥95％；
(4)将步骤(3)制得的糖化液经脱色、过滤、离交、真空浓缩，制得DE≥98％、干物质质量含量为60-75％的葡萄糖浓缩液。
根据本发明进一步优选的，所述步骤(3)中灭酶活的温度为80～90℃。
根据本发明进一步优选的，所述步骤(4)中脱色为按质量百分数1.0％～1.5％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理30～60min。
根据本发明进一步优选的，所述步骤(4)中过滤为采用板框过滤机进行过滤。
根据本发明进一步优选的，所述步骤(4)中离交为采用连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％。处理后的料液清澈透明，无异味。
根据本发明优选的，所述步骤(ii)中普鲁兰酶添加量为2.0～3.5NPUN/g干基。
根据本发明优选的，所述步骤(iii)中脱色为按质量百分数0.5％～1.0％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理10～30min。
根据本发明优选的，所述步骤(iii)中，色谱分离步骤如下：
将离交后料液浓缩至体积为50～60％后，进入色谱分离系统，色谱运行压力0.25～0.35MPa，温度65～75℃，水耗比1:(1.2～1.4)，每小时进料1.5～2.0m3，收集低聚异麦芽糖。
根据本发明优选的，所述步骤(iii)中，过滤为采用板框过滤机进行过滤。
根据本发明优选的，所述步骤(iii)中，离交为采用连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％。处理后的料液清澈透明，无异味。
有益效果
本发明首次在特定条件下利用普鲁兰酶实现对葡萄糖的聚合，生产低聚异麦芽糖，制得的产物中有效三糖(异麦芽糖、潘糖和异麦芽三糖)含量高达98％以上，无大分子分支多糖，生理功能特性很强，仅需5-10克即可，是传统产品的3倍；同时由于因无大分子多糖，渗透压提高，水分活度大幅度降低，极大延长了产品货架期。
附图说明
图1实施例3制得的低聚异麦芽糖液的检测结果峰值图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。
耐高温α-淀粉酶购自杰能科生物工程有限公司，酶活为酶活20000U/ml；
糖化酶为普通市售产品。
普鲁兰酶购自诺维信公司，活力4000NPUN/g。
实施例1
一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
(1)向淀粉中加水调浆至浓度为17°Be，调pH值至6.0，制得淀粉浆；
(2)向步骤(1)制得的淀粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，耐高温淀粉酶的加入量为每克淀粉(干重)加入12U耐高温淀粉酶，经温度109℃的一次喷射液化后，再经温度124℃的二次喷射液化，制得液化液；
(3)将步骤(2)制得的液化液降温至55℃，调pH值至4.8，按每克淀粉(干重)150U的量加入糖化酶糖化36h，85℃灭酶活，制得糖化液；
经检测，所制得的糖化液中葡萄糖含量为95.1％。
(4)项步骤(3)制得的糖化液中按质量百分数1.2％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理45min，然后采用板框过滤机进行过滤，经连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％后，真空浓缩，制得DE≥98％、干物质质量含量为68％的葡萄糖浓缩液；
(5)将步骤(4)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至5.2，温度75℃，加入普鲁兰酶2.6NPUN/g干基，保温反应5.5h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为20％；
(6)向步骤(5)制得的低聚异麦芽糖液中按质量百分数0.7％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理20min，板框过滤机进行过滤，连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％，经真空浓缩精制后，进行色谱分离，最终获得高纯度的低聚异麦芽糖；
色谱分离步骤如下：
将离交后料液浓缩至体积为55％后，进入色谱分离系统，色谱运行压力0.3MPa，温度70℃，水耗比1:1.3，每小时进料1.75m3，收集低聚异麦芽糖。
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为98.3％，得率为93.5％。
实施例2
一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
(1)向淀粉中加水调浆至浓度为14°Be，调pH值至6.5，制得淀粉浆；
(2)向步骤(1)制得的淀粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，耐高温淀粉酶的加入量为每克淀粉(干重)加入10U耐高温淀粉酶，经温度110℃的一次喷射液化后，再经温度123℃的二次喷射液化，制得液化液；
(3)将步骤(2)制得的液化液降温至60℃，调pH值至4.5，按每克淀粉(干重)200U的量加入糖化酶糖化24h，90℃灭酶活，制得糖化液；
经检测，所制得的糖化液中葡萄糖含量为95％.3。
(4)项步骤(3)制得的糖化液中按质量百分数1.0％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理60min，然后采用板框过滤机进行过滤，经连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％后，真空浓缩，制得DE≥98％、干物质质量含量为60％的葡萄糖浓缩液；
(5)将步骤(4)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至6.5，温度65℃，加入普鲁兰酶4NPUN/g干基，保温反应1h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为28％；
(6)向步骤(5)制得的低聚异麦芽糖液中按质量百分数1.0％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理10min，板框过滤机进行过滤，连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％，经真空浓缩精制后，进行色谱分离，最终获得高纯度的低聚异麦芽糖；
色谱分离步骤如下：
将离交后料液浓缩至体积为60％后，进入色谱分离系统，色谱运行压力0.25MPa，温度75℃，水耗比1:1.2，每小时进料2.0m3，收集低聚异麦芽糖。
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为98.5％，得率91.5％。
实施例3
一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，包括如下步骤：
(1)向淀粉中加水调浆至浓度为20°Be，调pH值至5.5，制得淀粉浆；
(2)向步骤(1)制得的淀粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，耐高温淀粉酶的加入量为每克淀粉(干重)加入15U耐高温淀粉酶，经温度108℃的一次喷射液化后，再经温度125℃的二次喷射液化，制得液化液；
(3)将步骤(2)制得的液化液降温至50℃，调pH值至5.2，按每克淀粉(干重)100U的量加入糖化酶糖化48h，80℃灭酶活，制得糖化液；
经检测，所制得的糖化液中葡萄糖含量为95.5％；
(4)项步骤(3)制得的糖化液中按质量百分数1.5％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理30min，然后采用板框过滤机进行过滤，经连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％后，真空浓缩，制得DE≥98％、干物质质量含量为75％的葡萄糖浓缩液；
(5)将步骤(4)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至4.0，温度85℃，加入普鲁兰酶1.2NPUN/g干基，保温反应10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为29％；
(6)向步骤(5)制得的低聚异麦芽糖液中按质量百分数0.5％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理30min，板框过滤机进行过滤，连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％，经真空浓缩精制后，进行色谱分离，最终获得高纯度的低聚异麦芽糖；
色谱分离步骤如下：
将离交后料液浓缩至体积为50％后，进入色谱分离系统，色谱运行压力0.35MPa，温度65℃，水耗比1:1.4，每小时进料1.5m3，收集低聚异麦芽糖。
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为98.6％，如图1所示，得率为92％。
实施例4
如实施例3所述的生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，不同之处在于：
(5)将步骤(4)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至4.0，温度85℃，加入普鲁兰酶2.0NPUN/g干基，保温反应10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为32％；
制得的低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为98.8％，得率为93％。
实施例5
如实施例3所述的生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，不同之处在于：
(5)将步骤(4)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至4.0，温度85℃，加入普鲁兰酶3.5NPUN/g干基，保温反应10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为35％；
制得的低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量≥99％，得率为93.2％。
对比例1
按照中国专利文献CN104152512A(申请号201410390546.2)实施例3的方法制备低聚异麦芽糖。
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖12％、潘糖20％、异麦芽三糖15％)含量为47％，得率为40％。
对比例2
如实施例1所述的方法，不同之处在于，步骤(5)的条件如下：
将步骤(4)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至4.0，温度85℃，加入普鲁兰酶0.3NPUN/g干基，保温反应10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
经检测，所得低聚异麦芽糖液有效三糖含量(异麦芽糖、潘糖、异麦芽三糖)含量为3.5％。
结果分析
通过对比实施例1和对比例2的数据可以看出，普鲁兰酶的添加量是决定产物得率的关键参数。本领域技术人员均知道，现有的普鲁兰酶一般均作为脱支酶使用，但发明人通过研究发现，在特定反应条件下，普鲁兰酶可以实现对葡萄糖聚合的作用进而产生有效三糖。

Claims (10)

1.一种生物酶聚合法生产低聚异麦芽糖的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(i)制备DE≥98％、干物质质量含量为60～75％的葡萄糖浓缩液；
(ii)将步骤(i)制得的葡萄糖浓缩液调pH值至4.0～6.5，温度65～85℃，加入普鲁兰酶1.2～4NPUN/g干基，保温反应1～10h，灭酶，制得低聚异麦芽糖液；
(iii)将步骤(ii)制得的低聚异麦芽糖液经脱色、过滤、离交、真空浓缩精制后，进行色谱分离，最终获得高纯度的低聚异麦芽糖。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(i)中，葡萄糖浓缩液的制备步骤如下：
(1)向淀粉中加水调浆至浓度为14～20°Be，调pH值至5.5～6.5，制得淀粉浆；
(2)向步骤(1)制得的淀粉浆中加入耐高温α-淀粉酶，耐高温淀粉酶的加入量为每克淀粉(干重)加入10～15U耐高温淀粉酶，经温度108～110℃的一次喷射液化后，再经温度123～125℃的二次喷射液化，制得液化液；
(3)将步骤(2)制得的液化液降温至50～60℃，调pH值至4.5～5.2，按每克淀粉(干重)100～200U的量加入糖化酶糖化24～48h，灭酶活，制得糖化液；
(4)将步骤(3)制得的糖化液经脱色、过滤、离交、真空浓缩，制得DE≥98％、干物质质量含量为60-75％的葡萄糖浓缩液。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中灭酶活的温度为80～90℃。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中脱色为按质量百分数1.0％～1.5％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理30～60min。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中过滤为采用板框过滤机进行过滤；优选的，所述步骤(4)中离交为采用连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(ii)中普鲁兰酶添加量为2.0～3.5NPUN/g干基。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(iii)中脱色为按质量百分数0.5％～1.0％的比例加入活性炭，在搅拌条件下，进行脱色处理10～30min。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(iii)中，色谱分离步骤如下：
将离交后料液浓缩至体积为50～60％后，进入色谱分离系统，色谱运行压力0.25～0.35MPa，温度65～75℃，水耗比1:(1.2～1.4)，每小时进料1.5～2.0m3，收集低聚异麦芽糖。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(iii)中，过滤为采用板框过滤机进行过滤。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(iii)中，离交为采用连续离子交换系统处理料液，离交后料液透光率≥98％。
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