專利名稱：：一種全酶法制備磷酸寡糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種低聚糖的制備方法，確切地說是利用馬鈴薯淀粉為原料，采用全酶法制備一種新型的功能性低聚糖-磷酸寡糖的方法。二
背景技術(shù)：
：寡糖(oligosacchride)也叫低聚糖，是指由210個單糖通過糖苷鍵連接而形成的直鏈或支鏈的低度聚合物。根據(jù)寡糖生物學(xué)功能又可將其分為功能性寡糖和普通寡糖兩大類，而功能性寡糖是指具有特殊的生理學(xué)功能，特別是不被人和動物腸道吸收并促進(jìn)雙歧桿菌的增殖，有益于腸健康的一類寡糖，即雙歧因子。磷酸寡糖(Phosphorylatedoligosaccharides)的概念最早是由日本學(xué)者Kamasaka，H.等于1995年提出的，他們在生產(chǎn)淀粉糖的廢液中，發(fā)現(xiàn)了這種新物質(zhì)，通過結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析以后發(fā)現(xiàn)，這是由麥芽低聚糖中的葡萄糖殘基與磷酸根共價連接得到的一類低聚糖，由于其結(jié)合有磷酸根，因此，其整個基團(tuán)帶有負(fù)電荷，Kamasaka，H等人將其命名為Phosphorylatedoligosaccharides(P0s)，艮卩磷酸寡糖。在以后的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，磷酸寡糖具有對人體有益的生理功能，它可以在弱堿性條件下能與鈣離子結(jié)合成可溶性復(fù)合物，抑制不溶性鈣鹽的形成，從而提高小腸中有效鈣離子的濃度，促進(jìn)人體對鈣質(zhì)的吸收，且不被口腔微生物發(fā)酵利用，同時，還具有加強(qiáng)牙齒釉質(zhì)再礦化的作用，達(dá)到防止齒質(zhì)損害的效果。磷酸寡糖主要成分的結(jié)構(gòu)如圖l所示。在制備磷酸寡糖的技術(shù)上，日本學(xué)者采用殼聚糖修飾的層析柱進(jìn)行分離，(《Biosci.Biotech.Biochem.，61(2)，238-244，1997》。從文獻(xiàn)報(bào)道來看，該層析柱的交換容量有限，且其洗脫收集液用70%乙醇進(jìn)行醇沉來脫鹽，脫鹽效率低，僅適用于實(shí)驗(yàn)室的微量制備，無法實(shí)現(xiàn)中試放大和工業(yè)化生產(chǎn)。經(jīng)檢索，只發(fā)現(xiàn)一例生產(chǎn)磷酸糖類的的美國專利(專利號USPatent6268182)，但該專利技術(shù)生產(chǎn)得到的磷酸糖類是對葡聚糖、瓊脂等多糖先進(jìn)行磷酸化，再進(jìn)行水解而得，但是，磷酸化處理屬于化學(xué)法范疇，可能帶能安全性問題，并且，磷酸化后還需進(jìn)行水解步驟，過程繁瑣，能耗較大，所以，經(jīng)濟(jì)利益不大，不利于大型工業(yè)化生產(chǎn)。我國學(xué)者谷利偉在所發(fā)文章中曾經(jīng)提到過磷酸寡糖(《食品與機(jī)械，1999，12:27-28》)，但并未引起我國食品研究學(xué)者的過多關(guān)注。近十年間，國內(nèi)關(guān)于磷酸寡糖的研究和報(bào)道很少，僅有關(guān)于磷酸寡糖前體及檢測方法的簡單報(bào)道，并未對磷酸寡糖的生產(chǎn)做細(xì)致研究。三
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種有益于人體健康的磷酸寡糖，所要解決的技術(shù)問題是以馬鈴薯淀粉為原料用生物酶法工業(yè)化制備磷酸寡糖。本發(fā)明的技術(shù)方案是以馬鈴薯淀粉為原料的全酶促反應(yīng)，包括調(diào)漿、液化、糖化以及分離、純化、濃縮、干燥各單元過程，與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別是所述的液化是在比重812。B6、pH值5.06.0的漿料中加入氯化鈣和耐高溫a-淀粉酶用蒸氣噴射液化器于10012(TC下進(jìn)行液化，控制出口溫度9597t:，并在此溫度下保溫2535min，液化結(jié)束后滅酶、壓濾分離得到淀粉液化料，以干淀粉計(jì)，氯化鈣的加入量為0.60.7kg/噸淀粉，耐高溫a-淀粉酶的加入量為16800002520000u/噸淀粉；所述的糖化是在淀粉液化料中加入真菌酶和普魯蘭酶于溫度5565°C、pH值5.05.5條件下糖化24h，糖化結(jié)束后滅酶、活性炭脫色并壓濾分離得到淀粉糖化液，以干淀粉計(jì)，真菌酶加入量為24000003600000u/噸淀粉，普魯蘭酶加入量為1600024000u/噸淀粉；所述的純化是淀粉糖化液首先用001X7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂吸附除去金屬離子和帶正電荷的雜質(zhì)，然后用陰離子交換樹脂分離磷酸寡糖。收集洗脫液即是主要含磷酸寡糖的糖液，經(jīng)濃縮、干燥得到磷酸寡糖產(chǎn)品。所述的陰離子交換樹脂選自7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂、201X7強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂、D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂或者D315大孔弱堿性丙烯酸系陰離子交換樹脂等。優(yōu)選7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，樹脂活化后，再經(jīng)pH4.5的乙酸鈉_乙酸緩沖溶液平衡24h，使溶出液pH4.5，采用pH4.05.0的乙酸鈉-乙酸緩沖溶液定容配制的0.20.4mol/L氯化鈉溶液為洗脫劑，以0.3BV/h洗脫流速進(jìn)行洗脫，收集洗脫流出液即是主要含磷酸寡糖的糖液，經(jīng)濃縮、干燥得到磷酸寡糖產(chǎn)品。為進(jìn)一步純化可用凝膠層析柱對主要含磷酸寡糖的糖液進(jìn)行脫鹽處理，最后濃縮干燥。本產(chǎn)品紅外光譜圖與紅外光譜圖庫比較分析表明，產(chǎn)品為結(jié)合有磷酸的磷酸寡糖，進(jìn)一步采用高效陰離子交換色譜法(HPAEC-PAD)進(jìn)行分析，結(jié)果表明磷酸寡糖的含量>85%，聚合度27。由于本方法采用新型國產(chǎn)7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂進(jìn)行磷酸寡糖的分離，該樹脂交換容量大，可以運(yùn)用于大型離子交換系統(tǒng)，因此可以進(jìn)行POs的大量制備，且對糖液采用凝膠層析脫鹽，該法脫鹽效果明顯，處理效率高，總之，該法可以適用于磷酸寡糖(POs)的大型工業(yè)化生產(chǎn)。同時，由于該法直接對馬鈴薯原淀粉進(jìn)行液化、糖化等操作來制備POs，無需經(jīng)過磷酸化處理，不會對產(chǎn)品帶來潛在的安全性問題，且步驟較簡單，能耗少，經(jīng)濟(jì)利益較大。四圖1是磷酸寡糖主要成分X衍射圖。圖2是制備樣品HPAEC-PAD譜圖。圖中(a)為麥芽低聚糖標(biāo)準(zhǔn)品譜圖，(b)為樣品譜圖。圖3是樣品薄層析(TLC)譜圖圖4磷酸寡糖樣品紅外光譜圖。圖中(a)為馬鈴薯淀粉磷酸酯譜圖，(b)為樣品譜圖。圖5是本方法工藝路線圖。五具體實(shí)施方式1、具體操作步驟1)調(diào)漿。首先向配料罐里注入水，而后在不斷攪拌下，徐徐投入1噸原料淀粉，用玻美計(jì)進(jìn)行在線檢測，直到漿料濃度為1(TBe，然后加入0.65kgCaCl2做為酶活促進(jìn)劑，用HC1和Na2C03將漿料調(diào)至ra值為5.4。2)液化。用泵將物料泵入噴射液化器后，向其中加入新型耐高溫a-淀粉酶，用量為2100000u/噸淀粉，在噴射器中，粉漿和蒸汽直接充分相遇，噴射溫度ll(TC，并維持48min，控制出料溫度為9597°C，噴射液化后的料液進(jìn)入層流罐，在95。C條件下保溫30min，典試反應(yīng)顯碘本色時，通蒸汽滅酶。液化料DE值為15%17%。3)—次板框壓濾。壓濾時，開始壓力應(yīng)不低于0.6Mpa，待濾餅形成阻力增大時再增加壓力，但以不超過2Mpa為宜，料液應(yīng)保持一定得溫度，以增加其流動性，但不應(yīng)高于IO(TC，pH值為5.25.4時，過濾速度最快。4)糖化。將料液冷卻至6(TC，向糖化罐中加入真菌酶和普魯蘭酶，用量分別為3000000u/噸淀粉和20000u/噸淀粉，調(diào)節(jié)PH值為5.2，反應(yīng)24h，然后通入高壓蒸汽IO(TC條件下滅酶23h。糖化液DE值為34%37%。主要成分為麥芽低聚糖。淀粉轉(zhuǎn)化率^98%。5)脫色、二次壓濾。糖化后糖液隨著管道進(jìn)入脫色罐，罐中含有活性碳，保持罐溫為8(TC左右，糖液通入后，在不斷攪拌的情況下，活性碳吸附糖液所含的色素以及部分無機(jī)鹽，隨后活性碳隨同糖液一并進(jìn)入板框壓濾機(jī)，經(jīng)過壓濾除去活性碳。6)離子交換處理。經(jīng)脫色、壓濾后的糖化液進(jìn)入離子交換處理系統(tǒng)，首先，進(jìn)入陽離子交換柱，樹脂使用001X7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂，用來除去一些金屬離子及帶正電雜質(zhì)。其次，經(jīng)陽離子柱交換后的糖化液進(jìn)入陰離子交換柱進(jìn)行磷酸寡糖和中性糖的分離步驟，樹脂使用7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂(活化后，經(jīng)pH4.5的乙酸鈉_乙酸緩沖溶液平衡24h，使流出液pH值為4.5)，當(dāng)糖化液經(jīng)過陰離子交換柱時，磷酸寡糖被吸附，而中性糖不被吸附，隨著管道進(jìn)入三效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)進(jìn)行濃縮，作為麥芽低聚糖進(jìn)行銷售。而后對被吸附的磷酸寡糖進(jìn)行洗脫，洗脫條件為采用經(jīng)PH4.5的乙酸鈉-乙酸緩沖溶液定容配制的0.3mol/L氯化鈉溶液為洗脫劑，洗脫流速為0.3BV/h。用苯酚-硫酸法(吸取lml糖液+lml去離子水+lml6%的苯酚+5ml濃硫酸，靜置20分鐘，在490nm下檢測吸光度)進(jìn)行糖含量檢測，直到洗脫液里不再含糖，將先前所有洗脫液進(jìn)行收集，內(nèi)含磷酸寡糖粗品，最后，對收集液進(jìn)行凝膠層析脫鹽處理。7)濃縮。將收集的磷酸寡糖粗樣液，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器或者進(jìn)入三效蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)進(jìn)行濃縮處理，為防止焦糖化發(fā)生，一般要求溫度不超過7(TC為宜。8)干燥。使用噴霧干燥法對濃縮液進(jìn)行干燥，即為最終磷酸寡糖成品。其中，噴霧干燥的工藝條件為進(jìn)料濃度35%45%;進(jìn)料溫度6085°C;進(jìn)風(fēng)溫度135160°C;排風(fēng)溫度7590°C;水分含量6%以下。3、產(chǎn)品的定性分析(1)HPAEC-PAD檢測糖組分采用HPAEC-PAD方法測定所制備的樣品糖分組成，以麥芽低聚糖標(biāo)準(zhǔn)品為對照，進(jìn)行分析檢測。1)離子色譜條件色譜柱CarboPacPA1002_mm分析柱和保護(hù)柱；柱溫3(TC;檢測器脈沖安培檢測器PAD;流動相A:100%水；B:100mmol/L氫氧化鈉，200mmol/L乙酸鈉；進(jìn)樣體積25iiL。梯度洗脫條件見表l。表1麥芽低聚糖漿梯度洗脫條件<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2)繪制標(biāo)準(zhǔn)品譜圖稱取葡萄糖和麥芽27糖標(biāo)品(分別用G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7表示)約10mg，用100L的超純水溶解，混和均勻，用0.45m的水系濾膜過濾后進(jìn)樣。得到標(biāo)品譜圖，如圖2(a)所示。3)樣品組分檢測取制備的樣品將其稀釋至0.005%，用0.45m的水系濾膜過濾后進(jìn)樣檢測。得到樣品譜圖，如圖2(b)所示(2)薄層層析(TLC)分析展開劑乙酸乙酯甲醇水氨水=io:is:2:3;顯色劑苯胺-二苯胺_磷酸。取硅膠板在100ll(TC活化3060min。取葡萄糖和麥芽低聚糖(DP27)標(biāo)準(zhǔn)品，分離得到的磷酸寡糖樣品，配成1%(W/V)的濃度，用微量吸管點(diǎn)樣于薄層板上，吹干。再將薄層板放在盛有展開劑的層析缸中展開。當(dāng)溶劑前沿到達(dá)距薄層板末端lcm時，停止展開。取出薄層板，用吹風(fēng)機(jī)吹干，噴顯色劑于薄層板，再在電熱板上加熱10min使其充分顯色。如圖3所示，1、2樣點(diǎn)均為磷酸寡糖樣品，可以看出譜帶顯色良好，展開稍有拖尾，其各個顯色點(diǎn)對應(yīng)于標(biāo)樣均顯滯后，是由于其結(jié)合磷酸根從而使分子量增大的緣故，由此我們可以推斷出磷酸寡糖含有結(jié)合有磷酸根的G2G7這幾種糖組分。(3)磷酸寡糖的紅外光譜分析將經(jīng)干燥后的樣品，通過溴化鉀壓片法進(jìn)行紅外光譜分析。見圖4。對兩者進(jìn)行對照分析，發(fā)現(xiàn)在1080和928cm—1左右，均有磷脂鍵特征峰出現(xiàn)。根據(jù)紅外光譜圖庫對圖2兩組譜圖進(jìn)行分析表明1080cm—1處有P-O-C基團(tuán)的伸縮振動吸收峰，928cm—1處有5價磷的P_0伸展振動。此外，在3000-2800cm—1區(qū)域內(nèi)的吸收峰是糖類的特征峰，2930cm—1是次甲基(_CH2_)中C-H伸縮振動的吸收峰，1420cm—1處事羰基的C=O伸縮振動引起的吸收峰，768cm—1處是D-葡萄吡喃糖環(huán)C_0_C振動吸收峰，由此可以判定該產(chǎn)品即為結(jié)合有磷酸基團(tuán)的磷酸寡糖。權(quán)利要求一種全酶法制備磷酸寡糖的方法，以馬鈴薯淀粉為原料，包括調(diào)漿、液化、糖化、以及分離、純化、濃縮、干燥各單元過程，其特征在于所述的液化是在比重8～12OBé、pH值5.0～6.0的淀粉漿料中加入氯化鈣和耐高溫α-淀粉酶用蒸氣噴射液化器于100～120℃下進(jìn)行液化，噴射器出口溫度95～97℃并在此溫度下保溫25～30min；以干淀粉計(jì)，氯化鈣的加入量為0.6～0.7kg/噸淀粉，耐高溫α-淀粉酶的加入量為1680000～2520000u/噸淀粉；所述的糖化在淀粉液化料中加入真菌酶和普魯蘭酶于溫度55～65℃、pH值5.0～5.5條件下糖化2～4h，以干淀粉計(jì)，真菌酶加入量為2400000～3600000u/噸淀粉，普魯蘭酶加入量為16000～24000u/噸淀粉；所述的純化是淀粉糖化液首先用001×7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂吸附除去金屬離子和帶正電荷的雜質(zhì)，然后使用陰離子交換樹脂收集洗脫液即是含磷酸寡糖的糖液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的陰離子交換樹脂選自7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂、201X7強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂、D201大孔強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂或者D315大孔弱堿性丙烯酸系陰離子交換樹脂。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的的方法，其特征在于所述的陰離子交換樹脂為7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂，樹脂活化后，再經(jīng)pH4.5的乙酸鈉-乙酸緩沖溶液平衡24h，使流出液pH值為4.5，采用經(jīng)pH4.05.0的乙酸鈉-乙酸緩沖溶液定容配制的0.20.4mol/L氯化鈉溶液為洗脫劑，以0.3BV/h洗脫流速進(jìn)行洗脫，收集洗脫液即是含磷酸寡糖的糖液。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用馬鈴薯淀粉為原料，采用全酶法制備功能性低聚糖-磷酸寡糖的方法。采用新型耐高溫α-淀粉酶結(jié)合低壓蒸汽噴射液化技術(shù)對馬鈴薯淀粉進(jìn)行液化，并加入CaCl2做為酶活促進(jìn)劑，待液化完全，液化液經(jīng)板框壓濾后采用真菌酶進(jìn)行糖化，并加入普魯蘭酶協(xié)同作用，使淀粉轉(zhuǎn)化率≥98％，制備出低DE值的麥芽低聚糖漿。使用001×7強(qiáng)酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂處理糖漿，用于除去一些帶正電荷的雜質(zhì)及色素物質(zhì)，而后采用7170強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂進(jìn)行處理，分離除去中性糖，得到帶負(fù)電荷的磷酸寡糖。最終，對分離所得糖液進(jìn)行濃縮干燥，即為目的產(chǎn)品。文檔編號C12P19/00GK101792785SQ200910185880公開日2010年8月4日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者劉霞,杜先鋒,楊文軍申請人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)