專利名稱：一種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法。
背景技術：
低聚半乳糖(Galactooligosaccharides, G0S)是一種具有天然屬性的功能性低聚糖，其分子結構一般是在半乳糖或葡萄糖分子上連接I 7個半乳糖基，即Gal-(Gal)n-Glc/Gal(n為O 6)。在自然界中，動物的乳汁中存在微量的GOS，而人母乳中含量較多， 嬰兒體內(nèi)的雙歧桿菌菌群的建立很大程度上依賴母乳中的GOS成分。低聚半乳糖能夠選擇性地促進人體腸道內(nèi)固有的雙歧桿菌等有益菌的增殖，從而抑制腸道內(nèi)腐敗菌的生長，減少有害代謝產(chǎn)物的形成，因此具有預防腸癌的發(fā)生、防止便秘、降低血清膽固醇含量、增加機體免疫力等功效；其還具有低甜度、低熱能(非消化)、抗齲齒、對酸和熱穩(wěn)定等特性。從公眾日常的膳食習慣上看，每天從天然食物中攝取的低聚半乳糖很難達到日常推薦量標準，因此，有必要額外補充功能性低聚半乳糖，這有助于維持和調(diào)節(jié)人體正常腸道菌群的平衡，從而促進和保持人體健康。在日本和法國，含有低聚半乳糖的食品被批準作為“特殊健康用途食品(The foods for specified health use)”使用，日本每年消費低聚半乳糖為6500 7000t，歐洲市場上的主要功能性低聚糖產(chǎn)品也是低聚半乳糖。我國低聚半乳糖尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，主要依賴進口。以乳糖為底物，利用微生物β -D-半乳糖苷酶催化合成低聚半乳糖是工業(yè)化生產(chǎn)低聚半乳糖的主要途徑。β -D-半乳糖苷酶能夠催化乳糖水解生成葡萄糖和半乳糖，該酶還可以催化半乳糖基轉移反應，生成低聚半乳糖。但是，酶法催化合成低聚半乳糖的產(chǎn)率較低，通常為30%左右，其產(chǎn)率的高低通常受轉苷活力/水解活力的比值、酶反應條件、產(chǎn)物反饋抑制等因素的影響。低聚半乳糖的純化方法，特別是除去單糖的方法，目前一般采用納濾、離子色譜等方法，或者采用葡萄糖氧化酶將葡萄糖氧化為葡萄糖酸，然后再通過離子交換樹脂法去除。無論采用酶法或者納濾分離方法，都需要高成本的投入，從而降低了低聚半乳糖的附加值，限制了工業(yè)化的應用。中國發(fā)明專利CN101215590A中提及了一種利用固定化酵母去除低聚半乳糖中單糖組分的方法，該方法以海藻酸鈣為載體將酵母細胞制成固定化細胞，應用該細胞采用分批發(fā)酵法或柱式連續(xù)發(fā)酵法處理低聚半乳糖溶液，完全去除葡萄糖和降低半乳糖含量。該方法有一定優(yōu)勢，但仍需要有投入固定化酵母成本和設備；然而酵母成本在低聚糖生產(chǎn)過程中所占比例極低，為了進一步提高低聚半乳糖的附加值，可以考慮采用低成本的釀酒酵母發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇，不但可增加一種附加產(chǎn)品，且能夠起到純化低聚糖產(chǎn)品的目的。乙醇除了傳統(tǒng)地用于工業(yè)原料和有機溶劑外，在當前作為安全、清潔的生物質(zhì)能源和汽油添加劑而備受關注(其燃燒值達到26900kJ/kg)。近年來，由于化石燃料的過度消耗，已經(jīng)引起了嚴重的環(huán)境污染。在汽油中添加乙醇，使用乙醇混合燃料，不但可以減少汽油的用量，還可以減少環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術，針對低聚半乳糖生產(chǎn)成本高的問題，本發(fā)明提供了一種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法。本發(fā)明的方法是以低酶負載量進行低聚半乳糖轉化，在轉化過程中添加釀酒酵母，通過預水解同步轉化發(fā)酵法或者分步轉化發(fā)酵法制備高純度低聚半乳糖糖漿或糖粉的同時生產(chǎn)乙醇，可以用于低聚半乳糖生產(chǎn)過程中純化低聚糖，并利用部分乳糖和單糖轉化成乙醇。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的—種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法,步驟如下配置濃度為O. 3g/ml O. 5g/ml的乳糖溶液，加入乳糖質(zhì)量O.1 5%的β -半乳糖苷酶(該酶為同時具有水解乳糖和轉苷作用形成低聚糖的酶)，調(diào)整溫度至40°C 80°C，調(diào)整pH至4. 5 7. 5(可以用純水調(diào)節(jié)，或者用pH在4. 5 7. 5之間的任意一種緩沖液調(diào)節(jié))，反應2 48h (進行預水解同步轉化發(fā)酵);反應完成后，降溫至37°C，加入尿素和磷酸二氫鉀，加入后，尿素的濃度為O.1 Ig/L，磷酸二氫鉀的濃度為O.1 lg/L (加入尿素和磷酸二氫鉀的目的是提供酵母生長必須 的氮源、磷源和無機鹽離子(K+))，接入乳糖質(zhì)量O.1 2%的酵母菌(酵母可以在34 37°C下利用乳糖、葡萄糖和半乳糖進行發(fā)酵生產(chǎn)乙醇)，34 37°C發(fā)酵48 72h，6000rpm離心IOmin收集酵母菌體(可回用5 10次)，上清液減壓蒸餾濃縮收集乙醇，將收集乙醇后的溶液濃縮至相對密度為1. 26g/mL,即為含有乳糖、低聚半乳糖的糖漿；或?qū)⑹占掖己蟮娜芤簼饪s、噴霧干燥后制成糖粉(該糖粉中低聚半乳糖濃度在40%以上)。本發(fā)明采用預水解同步轉化發(fā)酵和分步轉化發(fā)酵法，利用微生物發(fā)酵去除單糖起到純化低聚半乳糖的作用，同時可以利用半乳糖苷酶水解乳糖所產(chǎn)生的葡萄糖和半乳糖聯(lián)合生產(chǎn)乙醇。該方法可以提高低聚半乳糖產(chǎn)品中低聚糖的含量，降低純化成本，提高低聚半乳糖生產(chǎn)過程的附加值，簡化分離成本，具有切實的經(jīng)濟效益。本發(fā)明的明顯效益是(I)采用水解同步轉化發(fā)酵法轉化及發(fā)酵在同一時間進行，單糖被酵母消耗后，會促進乳糖水解，即在低酶負載量即可以達到較好的水解和轉苷作用。(2)將低聚糖純化與乙醇發(fā)酵相關聯(lián)，將低聚糖分離純化成本轉嫁與乙醇生產(chǎn)，具有明顯的經(jīng)濟效益，可提高低聚半乳糖的工業(yè)生產(chǎn)的競爭力。
具體實施例方式下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例1制備低聚半乳糖步驟如下將無水乳糖103°C過夜烘干，準確稱取30±0.1g的無水乳糖，定容至IOOmL,配置成30%(w/v)的乳糖溶液，45°C水浴5min后,加O. 5mL的畢赤酵母表達的β -半乳糖苷酶(酶活力為4000IU/mL)，45°C保溫48h，得混合糖液，經(jīng)HPLC測定，混合糖液中固形物(固形物是指將反應液干燥后所得到的固體)的組成為低聚半乳糖、乳糖、葡萄糖和半乳糖，其中，低聚半乳糖含量為35% (質(zhì)量百分數(shù)，下同)，乳糖含量為38%，葡萄糖含量為24%，半乳糖含量為3%。實施例2制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇
步驟如下將實施例1獲得的混合糖液升溫至80°C保溫15min，使β -半乳糖苷酶失活，然后降溫至37°C ;稱取O. 05g安琪耐高溫釀酒酵母(安琪酵母股份有限公司生產(chǎn))，加2mL 34°C無菌水,90rpm震蕩活化15min,向混合糖衆(zhòng)中添加O. 05g尿素和O. 05g磷酸二氫鉀，以及活化好的酵母，混勻，37°C發(fā)酵48h，6000rpm離心lOmin，取上清，經(jīng)HPLC測定，上清液中固形物的組成為低聚半乳糖，乳糖，其中，低聚半乳糖含量為48%，乳糖含量為52% (葡萄糖和半乳糖含量為O);按照上清液中乙醇的濃度為4° (%，v/v，下同)。上清液減壓蒸發(fā)回收乙醇，回收乙醇后的殘液濃縮10倍，制成糖漿，糖漿經(jīng)過噴霧干燥后制成糖粉。實施例3制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇步驟如下將無水乳糖103°C過夜烘干，準確稱取50±0.1g的無水乳糖，定容至IOOmL,配置成50% (w/v)的乳糖溶液,45°C水浴5min后，加入O. 25mL的畢赤酵母表達的β -半乳糖苷酶(酶活力為4000IU/mL)，45°C保溫48h，升溫至80°C保溫5min，降溫至37°C， 添加O. 02g尿素、O. 02g磷酸二氫鉀和O. 2g安琪耐高溫釀酒酵母(安琪酵母股份有限公司)，37°C發(fā)酵48h，發(fā)酵結束后得發(fā)酵液，6000rpm離心IOmin取上清，并收集酵母菌體，經(jīng)HPLC測定，上清液中固形物的組成為低聚半乳糖，乳糖，葡萄糖，半乳糖，其中，低聚半乳糖含量為51%，乳糖含量為43%，葡萄糖含量為1%，半乳糖含量為5% ;上清液中乙醇的度數(shù)為5.8°。上清液減壓蒸發(fā)回收乙醇，回收乙醇后的殘液濃縮10倍，制成糖漿，糖漿經(jīng)過噴霧干燥后制成糖粉。實施例4制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇步驟如下將無水乳糖103°C過夜烘干，準確稱取50±0.1g的無水乳糖，定容至IOOmL,配置成50%(w/v)的乳糖溶液，45°C水浴5min后,加入5mL的畢赤酵母表達的β -半乳糖苷酶(酶活力為4000IU/mL)，45°C保溫8h，降溫至37°C，加入實施例3中離心收集的安琪耐高溫釀酒酵母，混勻，37°C發(fā)酵48h，離心菌體回用，取上清，經(jīng)HPLC測定，上清液中固形物的組成為低聚半乳糖，乳糖，葡萄糖，半乳糖，其中，低聚半乳糖含量為51%，乳糖含量為38%，葡萄糖和乳糖含量分別為3%和8% ;上清液中乙醇的度數(shù)為6. 2°。上清液減壓蒸發(fā)回收乙醇，回收乙醇后的殘液濃縮10倍，制成糖漿，糖漿經(jīng)過噴霧干燥后制成糖粉。
權利要求
1.一種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于包括以下步驟配置濃度為.O.3g/ml O. 5g/ml的乳糖溶液，加入乳糖質(zhì)量O.1 5%的β -半乳糖苷酶，調(diào)整溫度至.40°C 80°C，調(diào)整pH至4. 5 7. 5，反應2 48h ;反應完成后，降溫至37°C，加入尿素和磷酸二氫鉀，加入后，尿素的濃度為O.1 lg/L，磷酸二氫鉀的濃度為O.1 lg/L，接入乳糖質(zhì)量O.1 2%的酵母菌，34 37°C發(fā)酵48 72h，6000rpm離心lOmin，上清液減壓蒸餾濃縮收集乙醇，將收集乙醇后的溶液濃縮至相對密度為1. 26g/mL,即為含有乳糖、低聚半乳糖的糖漿；或?qū)⑹占掖己蟮娜芤簼饪s、噴霧干燥后制成糖粉。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法，其特征在于調(diào)節(jié)PH時，用純水調(diào)節(jié)，或者用pH在4. 5 7. 5之間的任意一種緩沖液調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備低聚半乳糖并聯(lián)產(chǎn)乙醇的方法，步驟如下配置乳糖溶液，加入β-半乳糖苷酶，反應2～48h；加入尿素和磷酸二氫鉀，接入酵母菌，發(fā)酵，離心，上清液減壓蒸餾濃縮收集乙醇，將收集乙醇后的溶液濃縮，即為含有乳糖、低聚半乳糖的糖漿；或?qū)⑹占掖己蟮娜芤簼饪s、噴霧干燥后制成糖粉。本發(fā)明采用預水解同步轉化發(fā)酵和分步轉化發(fā)酵法，利用微生物發(fā)酵去除單糖起到純化低聚半乳糖的作用，同時利用半乳糖苷酶水解乳糖所產(chǎn)生的葡萄糖和半乳糖聯(lián)合生產(chǎn)乙醇。該方法可以提高低聚半乳糖產(chǎn)品中低聚糖的含量，降低純化成本，提高低聚半乳糖生產(chǎn)過程的附加值，簡化分離成本，具有切實的經(jīng)濟效益。
文檔編號C12P7/06GK102994591SQ20121055602
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權日2012年12月19日
發(fā)明者程少博, 夏蕊蕊, 肖林, 張文磊, 覃樹林, 何鳳云, 楊建 , 李紅震, 王艷君 申請人:山東龍力生物科技股份有限公司