專利名稱：一種異麥芽酮糖制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于糖類，更具體地說是一種異麥芽酮糖的制備方法。
異麥芽酮糖(Isomaltulose)亦稱異蔗糖，是蔗糖的同分異構(gòu)體，含1摩爾結(jié)晶水，分子量為360.32，熔點(diǎn)123-124℃，甜度為蔗糖的42％，具有吸濕性低、耐酸解、對(duì)熱穩(wěn)定、具有還原性、不致齲齒等特點(diǎn)，是一種理想的功能性甜味劑。
異麥芽酮糖是以蔗糖為原料，在α-葡糖基轉(zhuǎn)移酶(α-1，6-glucosidase)的作用下，將蔗糖分子中葡萄糖與果糖相連的α-1，2糖苷鍵變位為α-1，6糖苷鍵，形成一種與蔗糖物理、化學(xué)性質(zhì)和生理功能完全不同的新糖，即異麥芽酮糖。異麥芽酮糖的批量生產(chǎn)起源于20世紀(jì)80年代中后期，已工業(yè)化生產(chǎn)國(guó)家有德國(guó)、美國(guó)、日本、英國(guó)，中國(guó)亦有少量生產(chǎn)，這些國(guó)家的生產(chǎn)方法均采用固定化細(xì)胞或固定化酶技術(shù)。美國(guó)專利(USP4390627)公開了一種固定化蔗糖變位酶的方法，使用的菌種是Protamainobacterrubrum CB574.77，固定化過程包括用單寧吸附細(xì)胞，加入聚乙烯亞胺進(jìn)行絮凝，再加入表鹵醇、多胺聚合物和戊二醛于培養(yǎng)液中，得到反應(yīng)產(chǎn)物，過濾或離心收集濕菌，于55℃下干燥即得固定化細(xì)胞酶制劑，將該固定化細(xì)胞裝入固定床式柱，催化蔗糖轉(zhuǎn)化為異麥芽酮糖；USP4359531公開的也是一種固定化細(xì)胞生產(chǎn)異麥芽酮糖的方法，該專利使用的菌種為ErwiniarhaponticiNCPPB1578，培養(yǎng)基蔗糖4％、蛋白胨1％、牛肉抽提物0.4％，培養(yǎng)時(shí)間70小時(shí)，在穩(wěn)定期前收獲細(xì)胞。固定化過程包括先用海藻酸鈉包埋細(xì)胞，再用氯化鈣固定，海藻酸鈉用量為5％，氯化鈣溶液的濃度為0.1M，固定完成后，將固定化細(xì)胞裝入具有夾層的Φ5×30cm柱中，流速為空柱體積的0.01，使蔗糖轉(zhuǎn)化為異麥芽酮糖；英國(guó)專利(BP2082591)提出了一種改進(jìn)的固定化α-葡糖基轉(zhuǎn)移酶的方法，具體方法為將具有蔗糖變位酶的微生物細(xì)胞包埋于海藻酸鈣中后，再用聚乙烯亞胺和戊二醛處理。該專利使用的菌種是Serratiaplymuthica NCIB8285，培養(yǎng)基為蔗糖5％、玉米漿3％、Na2PHO40.3％，NaCl0.2％，發(fā)酵罐裝料量50％，通氣量1∶0.5(體積比)培養(yǎng)16小時(shí)，離心分離收集菌體，用4％海藻酸鈣包埋，通過擠壓器擠壓成1-3mm大小的顆粒；中國(guó)發(fā)明專利(ZL891006842)公開了一種固定化α-葡糖基轉(zhuǎn)移酶制備異麥芽酮糖的方法，該專利使用的菌種為Serratia plymuthica ATCC15928，發(fā)酵培養(yǎng)基為蔗糖4％、玉米漿3％、KCl0.2％，發(fā)酵周期8-16小時(shí)，于對(duì)數(shù)生產(chǎn)期將高嶺土或硅藻土作為吸附劑及固定化細(xì)胞的支撐劑加入發(fā)酵液中，然后離心分離吸附于高嶺土或硅藻土上細(xì)胞，再用海藻酸鈣包埋固定化，最后用戊二醛交聯(lián)處理并殺死活細(xì)胞。固定化細(xì)胞裝入轉(zhuǎn)化柱內(nèi)，加蔗糖溶液進(jìn)行轉(zhuǎn)化，蔗糖濃度為40-55％，流出液經(jīng)樹脂離子交換、真空濃縮、結(jié)晶、干燥得產(chǎn)品。
以上專利技術(shù)有如下幾方面的缺點(diǎn)(1)固定化過程中酶的損失很大；(2))細(xì)胞易脫離固定載體進(jìn)入轉(zhuǎn)化液，影響產(chǎn)品品質(zhì)。
本發(fā)明的目是克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種利用膜循環(huán)系統(tǒng)制備異麥芽酮糖的方法。
本發(fā)明的主要技術(shù)方案先發(fā)酵制備紅色精朊菌種并回收菌種，然后將菌種加入蔗糖溶液中進(jìn)行蔗糖的轉(zhuǎn)化，利用膜技術(shù)外循環(huán)收集轉(zhuǎn)化液，菌種循環(huán)連續(xù)使用，再將轉(zhuǎn)化液濃縮、結(jié)晶、干燥即利得異麥芽酮糖干粉。
本發(fā)明的具體方法包括以下過程1.酶菌體的發(fā)酵、培養(yǎng)和收集將為總量5～20％的菌種紅色精朊桿菌YB302變種以及發(fā)酵培養(yǎng)基蔗糖2～8％、玉米漿1～6％、酵母浸膏0.1～2％、氯化鈉0.01～0.5％、磷酸氫二鉀0.01～0.1％，其余為水，裝入發(fā)酵罐內(nèi)，裝料量為罐體積的50～80％，控制PH值為6.0～7.5、溫度25～33℃，通氣量/發(fā)酵罐體積＝1∶0.5～1∶1.0，攪拌速度100～250轉(zhuǎn)/分鐘，于6～12小時(shí)多次補(bǔ)充滅菌的蔗糖溶液，總補(bǔ)糖量為裝料量的5～10％，總發(fā)酵時(shí)間10～30小時(shí)，發(fā)酵結(jié)束后通過常規(guī)的超濾、絮凝、離心工序回收得到細(xì)胞濃漿，所述超濾是用規(guī)格為0.001～0.5μm的超濾膜，使細(xì)胞和糖液分離，所述的絮凝是采用1～100ppm的聚丙烯酰胺絮凝劑，離心采用5000～20000轉(zhuǎn)/分鐘連續(xù)式離心分離，整過回收細(xì)胞濃漿的過程控制溫度為15～25℃；2.蔗糖轉(zhuǎn)化將步驟(1)得到的細(xì)胞濃漿和濃度為10～60％的蔗糖溶液以3～10∶100體積比送入轉(zhuǎn)化罐，在25～35℃、PH為5～7條件下，轉(zhuǎn)化3～30小時(shí)，此時(shí)異麥芽酮糖轉(zhuǎn)化率為80～98％，然后先經(jīng)超濾，再經(jīng)活性炭脫色，活性炭量為物料總量的0.1～1.0％、脫色溫度50～80℃，最后再依次經(jīng)陰離子交換樹和陰離子樹脂交換，交換溫度為25～40℃，所述的陰離子交換樹脂包括牌號(hào)為732樹脂，所述的陽離子交換樹脂包括牌號(hào)為001×7、D201樹脂；3.轉(zhuǎn)化液的濃縮與結(jié)晶由步驟(2)得到的轉(zhuǎn)化液先經(jīng)真空濃縮，至轉(zhuǎn)化液濃度為60～75％，然后結(jié)晶，結(jié)晶條件晶體為異麥芽酮糖晶體，其加入量為濃縮液體積的0.1～1.0％，結(jié)晶溫度10～40℃、結(jié)晶時(shí)間10～30小時(shí)；4.干燥對(duì)步驟(3)得到的異麥芽酮糖進(jìn)行干燥，最好采用氣流干燥到含水量7～8％，即得到異麥芽酮糖粉狀產(chǎn)品。
本發(fā)明所述的紅色精朊桿菌PROTAMINOBACTER RUBER為英國(guó)菌種保藏中心提供的代號(hào)為NCTC2879菌種，所述的紅色精朊桿菌YB302變種的制備方法通過蔗糖訓(xùn)化和誘導(dǎo)使紅色精朊桿菌產(chǎn)生高酶活的α-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明的整過工藝過程不使用酶的固定化劑，從而保持較高的酶活，提高糖的轉(zhuǎn)化效率50～80％；2.轉(zhuǎn)化過程在完全封閉系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，利用超濾膜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)細(xì)胞與糖液的分離，避免游離細(xì)胞進(jìn)入轉(zhuǎn)化糖液中，保證產(chǎn)品質(zhì)量；3.可實(shí)現(xiàn)酶的多次重復(fù)使用和連續(xù)生產(chǎn)。
下面通過具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步說明本發(fā)明的特點(diǎn)。
實(shí)例11.將紅色精朊桿菌YB302變種從斜面菌種活化至三級(jí)搖瓶種，每次加入量是總量的10％，再轉(zhuǎn)至10升種子罐發(fā)酵培養(yǎng)10小時(shí)，轉(zhuǎn)至100升發(fā)酵罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)12小時(shí)，種子罐與發(fā)酵罐的參數(shù)相同，發(fā)酵液組成蔗糖6％、玉米漿5％、酵母膏0.5％、氯化鈉0.1％、磷酸氫二鉀0.1％，PH6.8，裝料量60％、通氣量為1∶0.8，被糖時(shí)間為第8小時(shí)，補(bǔ)糖量為發(fā)酵體積的5％，總發(fā)酵時(shí)間為12小時(shí)；2.用0.02μm的平板超濾膜過濾回收菌體，加入5PPM的聚丙烯酰胺并用15000轉(zhuǎn)/分離心機(jī)離心收集得2升細(xì)胞濃漿；3.用去離子水配制50％濃度的蔗糖溶液，90℃消毒10分鐘，冷卻至30℃；4.在30升轉(zhuǎn)化罐中加入糖液25升，并加入濃縮所得的2升細(xì)胞濃漿，維持28-30℃，50轉(zhuǎn)/分弱攪拌，轉(zhuǎn)化8小時(shí)，轉(zhuǎn)化度超過95％，用0.1μm卷膜式超濾膜將細(xì)胞與轉(zhuǎn)化液分離，回收所得細(xì)胞繼續(xù)加入蔗糖溶液進(jìn)行下一批次的轉(zhuǎn)化；5.分離所得轉(zhuǎn)化液加溫至90℃，加入0.2％活性碳，保溫30分鐘，冷至50℃以下用三足式離心機(jī)去除碳，清液進(jìn)入陰、陽離子交換柱脫金屬離子；6.用真空濃縮至濃度為70％，冷卻至40℃加入0.5％的晶種，結(jié)晶12小時(shí)；7.離心分離得濕糖粉；8.將濕糖粉氣流干燥得異麥芽酮糖粉狀產(chǎn)品。
實(shí)例2本實(shí)例為糖的轉(zhuǎn)化采用連續(xù)式。
1.菌體的發(fā)酵和回收與實(shí)例1相同；2.糖的轉(zhuǎn)化采用連續(xù)式轉(zhuǎn)化，利用0.1μm卷膜式超濾膜和一臺(tái)小型循環(huán)泵將轉(zhuǎn)化液與細(xì)胞連續(xù)分離，收集轉(zhuǎn)化液，細(xì)胞回到轉(zhuǎn)化罐中，連續(xù)加入蔗糖溶液，通過控制轉(zhuǎn)化率來調(diào)節(jié)糖液加入量和轉(zhuǎn)化液的流出量；3.轉(zhuǎn)化液的濃縮和糖粉的制備與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明是一種異麥芽酮糖制備方法，其特征包括以下步驟(1)酶菌體的發(fā)酵、培養(yǎng)和收集將為總量的5～20％的菌種紅色精朊桿菌YB302變種和由下列組成的發(fā)酵培養(yǎng)基蔗糖2～8％、玉米漿1～6％、酵母浸膏0.1～2％、氯化鈉0.01～0.5％、磷酸氫二鉀0.01～0.1％和余量水，裝入發(fā)酵罐內(nèi)，裝料量為罐體積50～80％，控制PH6.0～7.5、溫度25～33℃，通氣量/發(fā)酵罐體積＝1∶0.5～1∶1.0，攪拌速度100～250轉(zhuǎn)/分鐘，于6～12小時(shí)多次補(bǔ)充濃度為10～60％的蔗糖溶液，總補(bǔ)糖量為裝料量的5～10％，總發(fā)酵時(shí)間10～30小時(shí)，發(fā)酵結(jié)束后通過超濾、絮凝、離心工序回收得到細(xì)胞濃漿；(2)蔗糖轉(zhuǎn)化將步驟(1)得到的細(xì)胞濃漿和濃度為10～60％的蔗糖溶液以3～10∶100體積比送入轉(zhuǎn)化罐，在25～35℃、PH為5～7條件下，轉(zhuǎn)化3～30小時(shí)，然后再經(jīng)超濾、活性炭脫色、陰離子和陽離子交換得到轉(zhuǎn)化液，所述的活性炭脫色，活性炭量為物料總量的0.1～1.0％、脫色溫度50～80℃，所述的陰離子和陽離子交換溫度為25～40℃；(3)轉(zhuǎn)化液的濃縮與結(jié)晶由步驟(2)得到的轉(zhuǎn)化液先經(jīng)真空濃縮，至轉(zhuǎn)化液濃度為60～75％，然后結(jié)晶，結(jié)晶條件晶體為異麥芽酮糖晶體，其加入量為濃縮液體積的0.1～1.0％，結(jié)晶溫度10～40℃、結(jié)晶時(shí)間10～30小時(shí)；(4)干燥對(duì)步驟(3)得到的異麥芽酮糖進(jìn)行干燥到含水量為7～8％，即得到異麥芽酮糖粉狀產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的紅色精朊桿菌YB302變種是通過蔗糖訓(xùn)化和誘導(dǎo)使紅色精朊桿菌產(chǎn)生高酶活的α-葡萄糖轉(zhuǎn)移酶。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)和步驟(2)所述超濾用的超濾膜規(guī)格為0.001～0.5μm。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的絮凝使用的絮凝劑為聚丙烯酰胺。
全文摘要
本發(fā)明是一種異麥芽酮糖制備方法,其特點(diǎn)是先發(fā)酵制備紅色精朊桿菌菌體,然后將菌體加入蔗糖溶液中進(jìn)行蔗糖的轉(zhuǎn)化,再利用膜技術(shù)外循環(huán)收集轉(zhuǎn)化液,菌體循環(huán)連續(xù)使用,再將轉(zhuǎn)化液進(jìn)行濃縮、結(jié)晶、干燥即制得異麥芽酮糖干粉。本發(fā)明的方法可提高酶的轉(zhuǎn)化率,降低生產(chǎn)成本,避免微生物細(xì)胞進(jìn)入產(chǎn)品,保證產(chǎn)品質(zhì)量,而且工藝簡(jiǎn)單,易于操作。
文檔編號(hào)C12P19/12GK1330149SQ0010967
公開日2002年1月9日 申請(qǐng)日期2000年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月20日
發(fā)明者范志剛 申請(qǐng)人:范志剛