本發(fā)明涉及酶工程領(lǐng)域，且特別涉及一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法及麥芽寡糖醇。
背景技術(shù)：
：麥芽寡糖醇是麥芽寡糖加氫后形成的糖醇，是繼山梨糖醇、甘露糖醇、赤蘚糖醇、麥芽糖醇、木糖醇、阿拉伯糖醇等之后新近發(fā)展起來的重要新型糖醇，是食品、日化、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域中極重要的原輔料。麥芽寡糖醇的物理化學(xué)性質(zhì)優(yōu)良，其甜度低、耐熱性好、不發(fā)生美拉德反應(yīng)、抗結(jié)晶性強(qiáng)、持水保濕性好、滲透性適宜，與其他甜味劑的調(diào)和性良好，具有吸附和保留易揮發(fā)性香味及風(fēng)味物質(zhì)的功能。此外，麥芽寡糖醇的能量低，不會引起血糖波動，具有非致齲齒性、消化程度降低等生理功效，使其在無糖糖果、低熱量食品和糖尿病專用食品等領(lǐng)域具有舉足輕重的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與人類健康需求的提高，麥芽寡糖醇的市場需求量會越來越大，利用淀粉質(zhì)資源制備麥芽糖醇的研究應(yīng)用變得十分迫切與重要。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，此方法工藝簡單，生產(chǎn)高效，適用于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種麥芽寡糖醇，此麥芽寡糖醇以淀粉原料，通過α-淀粉酶等酶解作用得到品質(zhì)優(yōu)良的麥芽寡糖醇。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。本發(fā)明提出一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：：預(yù)處理：將淀粉分散于體積分?jǐn)?shù)為30～60％的醇溶液中，經(jīng)超微粉碎處理后干燥得到淀粉預(yù)處理物。液化反應(yīng)：將淀粉預(yù)處理物配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55～65％的淀粉乳，加入耐高溫α-淀粉酶，經(jīng)液化反應(yīng)得到液化溶液。糖化反應(yīng)：在液化溶液中加入復(fù)合酶，在20～30W的條件下超聲處理8～10min后，經(jīng)糖化反應(yīng)得到糖化溶液，其中，復(fù)合酶包括中溫α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普魯蘭酶。加氫反應(yīng)：糖化溶液經(jīng)過加氫反應(yīng)得到麥芽寡糖醇。本發(fā)明提出一種麥芽寡糖醇，其根據(jù)上述方法制備得到。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明的利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法簡單，各項參數(shù)容易控制，所制得的麥芽寡糖醇品質(zhì)優(yōu)良。通過濕法超微粉碎得到淀粉預(yù)處理物，極大提高了淀粉的溶解度和酶解活性，能夠利用高濃度淀粉乳進(jìn)行液化，且能夠節(jié)約淀粉酶用量和酶解時間，提高生產(chǎn)效率。淀粉乳經(jīng)耐高溫α-淀粉酶處理后，得到具有一定DE值的液化溶液。液化溶液在中溫α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普魯蘭酶的復(fù)合酶解作用下得到高麥芽寡糖含量的糖化溶液。多種酶的協(xié)同作用，無需使用成本昂貴的麥芽三糖酶等酶制劑。此外，在利用復(fù)合酶進(jìn)行酶解時，預(yù)先利用超聲波處理加入復(fù)合酶的液化溶液。超聲波作用一方面使得液化溶液中的顆粒表現(xiàn)出破裂、凹陷等，提高液化溶液的反應(yīng)活性。另一方面，低功率超聲波處理復(fù)合酶，能夠有效提高復(fù)合酶的酶活力，使得復(fù)合酶的酶解反應(yīng)過程效率更高，有效減少酶用量，提高生產(chǎn)效率。具體實施方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。下面對本發(fā)明實施例的利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法及麥芽寡糖進(jìn)行具體說明。首先，預(yù)處理步驟：將淀粉分散于體積分?jǐn)?shù)為30～60％的醇溶液中，經(jīng)超微粉碎處理后干燥得到淀粉預(yù)處理物。天然淀粉顆粒是一種多晶結(jié)構(gòu)化合物，其內(nèi)部具有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。結(jié)晶區(qū)主要是由支鏈淀粉分子以雙螺旋結(jié)構(gòu)形成，結(jié)構(gòu)較為致密，不易被外力和化學(xué)試劑作用，結(jié)晶區(qū)的存在，一定程度上限制了淀粉的反應(yīng)活性。非結(jié)晶區(qū)主要由直鏈淀粉分子以松散的結(jié)構(gòu)形成，易受外力和化學(xué)試劑作用。可以理解的是，本發(fā)明實施例中的淀粉可以選自玉米淀粉、小麥淀粉、木薯淀粉中的一種或多種，但不局限于此。醇溶液為醇的水溶液，醇溶液可以有效抑制淀粉顆粒的膨脹特性，醇的脫水作用，能夠抑制淀粉顆粒吸收過多的水分而使得淀粉顆粒過度膨脹。將淀粉分散在醇溶液中，優(yōu)選地，分散于乙醇溶液中，然后通過濕法超微粉碎，高速剪切的機(jī)械力使得淀粉顆粒發(fā)生破裂、變性，淀粉的雙折射現(xiàn)象消失，結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞?，F(xiàn)有的糖醇類產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，一般采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～20％左右的淀粉乳進(jìn)行處理，生產(chǎn)效率低。而本發(fā)明實施例中，經(jīng)過預(yù)處理的淀粉，淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到破壞，水更容易滲入淀粉分子內(nèi)部，淀粉的溶解度和膨脹度越來越大，同時，在機(jī)械力的作用下，淀粉的分散性好、吸水性強(qiáng)、比表面積大、化學(xué)和生物反應(yīng)活性高。因此能夠利用高濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55～65％)的淀粉乳進(jìn)行處理，且無需經(jīng)過保溫糊化步驟，生產(chǎn)效率得到極大的提高。更為重要的是，經(jīng)過預(yù)處理的淀粉，淀粉酶很容易進(jìn)入到顆粒內(nèi)部，酶解活性得到極大提高，僅需少量的淀粉酶和較短的酶解時間就能夠達(dá)到很好的液化效果，節(jié)約生物酶用量，降低生產(chǎn)成本。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，超微粉碎處理為先在10～15MPa壓力下均質(zhì)，再在壓力100～130MPa、溫度50～60℃的條件下進(jìn)行微射流均質(zhì)處理，得到平均粒徑為20～80μm的淀粉預(yù)處理物。該均質(zhì)過程能夠使得淀粉顆粒粒徑有效減低，淀粉的結(jié)晶結(jié)構(gòu)受到有效破壞，淀粉的反應(yīng)活性和酶解活性達(dá)到最優(yōu)水平。其次，將淀粉預(yù)處理物配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55～65％的淀粉乳，加入耐高溫α-淀粉酶，經(jīng)液化反應(yīng)得到液化溶液。優(yōu)選地，發(fā)明人采用生物工程方法制備得到耐高溫α-淀粉酶(α-amylase，EC3.2.1.1)，其基因源于地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，淀粉乳中加入耐高溫α-淀粉酶后，在70～80W條件下超聲處理2～3min后再進(jìn)行液化反應(yīng)。上述條件下進(jìn)行超聲處理，可以使得耐高溫α-淀粉酶的酶活性得到有效提高，并使得淀粉乳反應(yīng)活性更高。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，在溫度為95～105℃、pH為6.5～7.5條件下液化反應(yīng)4～6min，耐高溫α-淀粉酶的用量優(yōu)選為30～45U/g淀粉預(yù)處理物。經(jīng)過考察，在上述酶解反應(yīng)條件下，能夠得到DE值在15～25％的液化溶液，該DE值范圍內(nèi)的液化溶液經(jīng)后續(xù)處理得到的糖化溶液中，麥芽寡糖的含量較高。再次，在液化溶液中加入復(fù)合酶，在20～30W的條件下超聲處理8～10min后，經(jīng)糖化反應(yīng)得到糖化溶液，其中，復(fù)合酶包括中溫α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普魯蘭酶。α-淀粉酶能夠從淀粉分子內(nèi)部隨機(jī)地切開α-1,4糖苷鍵；β-淀粉酶能夠從淀粉鏈的非還原端開始，順次切下麥芽糖單位；普魯蘭酶能夠?qū)Ｒ恍郧虚_直鏈淀粉分支中的α-1,6糖苷鍵。通過三種酶的不同酶解作用對液化溶液進(jìn)行糖化，得到含有麥芽寡糖的糖化溶液。糖化前采用較低功率的超聲波處理一段時間。超聲波作用機(jī)理是空穴作用、加熱作用和高頻震蕩作用，在超聲波作用下，一方面是超聲波作用于液化溶液，在液體中產(chǎn)生空化核的生成、生長、崩潰，從而產(chǎn)生局部的高溫、高壓和高頻振動，液化溶液中的顆粒表現(xiàn)出破裂、凹陷等，反應(yīng)活性更高。另一方面，超聲波作用于復(fù)合酶，能夠?qū)γ富钚陨绊?。超聲處理的功率、時間等因素對于酶活性產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用。在上述參數(shù)的超聲條件下，在較低的功率下處理一段時間，能夠?qū)⒛芰總鬟f給酶分子，且不會對酶分子的結(jié)構(gòu)造成破壞，使得酶活性得到有效提高。特別是如果將復(fù)合酶固定化，酶和底物會處于不同相中，超聲在很大程度上可以使物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生改變，增加通透性，加速底物與酶分子的反應(yīng)，從而使得酶活力得到提高。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，中溫α-淀粉酶、β-淀粉酶與普魯蘭酶的用量比為1:5～7:0.5～2。在上述復(fù)合酶配比下，各酶的協(xié)同作用達(dá)到最佳，糖化后得到的產(chǎn)品麥芽寡糖含量最佳。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，在溫度為50～60℃、pH為5～6條件下糖化反應(yīng)5～7h，中溫α-淀粉酶的用量優(yōu)選為10～15U/g淀粉預(yù)處理物。由于不同酶的最佳反應(yīng)條件不同，在復(fù)合使用過程中，綜合考察各種酶的用量比以及各種酶的反應(yīng)條件，優(yōu)選得到上述反應(yīng)條件下，該條件下，復(fù)合酶的整體活性最佳，最大限度利用底物，得到高麥芽寡糖含量的產(chǎn)物。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，為了便于酶制劑的回收，重復(fù)利用，將復(fù)合酶固定在載體上，載體按以下方法制備得到：將硅源和表面活性劑按摩爾比1:0.15～0.3溶解于酸性溶液或堿性溶液中，攪拌反應(yīng)2～3h得到第一溶液。然后將間苯二酚和六次甲基四胺按摩爾比5:1～2溶解于溶劑中，得到第二溶液。接著將第一溶液與第二溶液按質(zhì)量比2～4:1混合，并聚合形成聚合物，將聚合物密封后在120～150℃條件下溶劑熱處理4～8h，干燥后得到前驅(qū)粉體。最后將前驅(qū)粉體在二氧化碳?xì)怏w氛圍中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為600～680℃，反應(yīng)時間為3～6h，得到載體。優(yōu)選地，硅源選用正硅酸四丁酯(TEOS)，表面活性劑選用十六烷基溴化銨(CTAB)。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，復(fù)合酶與載體的固定方法為：將復(fù)合酶分散于水中，加入載體，在20～30℃條件下震蕩反應(yīng)25～35min。通過上述方法制備得到的載體，在二氧化碳?xì)怏w的作用下，實現(xiàn)了聚合物的炭化、活化和介孔二氧化硅的燒成，工藝簡單，且得到的載體為活性炭和二氧化硅的混合材料，比表面積大，無需交聯(lián)劑就可以良好地吸附酶分子，且載體具有極高的介孔率，能有效裝載酶分子。最后，糖化溶液經(jīng)過加氫反應(yīng)得到麥芽寡糖醇。進(jìn)一步地，在本發(fā)明較佳實施例中，在糖化反應(yīng)溶液中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01～0.03％的硼氫化鉀以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2～3％的催化劑，在8～10MPa、120～135℃條件下進(jìn)行加氫反應(yīng)。優(yōu)選地，選用鎳催化劑。在加氫反應(yīng)過程中，硼氫化鉀的加入能夠氫化殘?zhí)侵械娜┗?，縮短氫化反應(yīng)時間，降低能耗，提高氫化產(chǎn)量。需要說明的是，在進(jìn)行加氫反應(yīng)前或加氫反應(yīng)步驟之后，可以反應(yīng)物進(jìn)行過濾、純化、精制等操作，以進(jìn)一步提高麥芽寡糖醇的純度。本發(fā)明實施例還提供一種麥芽寡糖醇的制備方法，其根據(jù)上述方法制備得到。以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實施例1本實施例提供的一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：預(yù)處理：將淀粉溶解在體積分?jǐn)?shù)為50％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉預(yù)處理物。液化：將淀粉預(yù)處理物加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的淀粉乳，加入40U/g的耐高溫α-淀粉酶，在80W條件下超聲2min后，在100℃、pH為7條件下反應(yīng)5min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入10U/g的中溫α-淀粉酶、60U/g的β-淀粉酶以及20U/g的普魯蘭酶，在25W條件下超聲9min后，在55℃、pH為5.5條件下反應(yīng)6h得到糖化溶液。加氫：將糖化溶液置于加氫釜中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02％的硼氫化鉀和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的鎳催化劑，在10MPa、130℃條件下反應(yīng)2.5h得到麥芽寡糖醇。實施例2本實施例提供的一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：預(yù)處理：將淀粉溶解在體積分?jǐn)?shù)為30％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉預(yù)處理物。液化：將淀粉預(yù)處理物加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55％的淀粉乳，加入30U/g的耐高溫α-淀粉酶，在80W條件下超聲2min后，在95℃、pH為6.5條件下反應(yīng)6min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入10U/g的中溫α-淀粉酶、70U/g的β-淀粉酶以及5U/g的普魯蘭酶，在30W條件下超聲8min后，在50℃、pH為6條件下反應(yīng)7h得到糖化溶液。加氫：將糖化溶液置于加氫釜中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03％的硼氫化鉀和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的鎳催化劑，在8MPa、135℃條件下反應(yīng)2h得到麥芽寡糖醇。實施例3本實施例提供的一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：預(yù)處理：將淀粉溶解在體積分?jǐn)?shù)為60％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉預(yù)處理物。液化：將淀粉預(yù)處理物加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65％的淀粉乳，加入45U/g的耐高溫α-淀粉酶，在70W條件下超聲3min后，在105℃、pH為7.5條件下反應(yīng)4min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入15U/g的中溫α-淀粉酶、65U/g的β-淀粉酶以及15U/g的普魯蘭酶，在20W條件下超聲10min后，在60℃、pH為5條件下反應(yīng)5h得到糖化溶液。加氫：將糖化溶液置于加氫釜中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.03％的硼氫化鉀和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的鎳催化劑，在10MPa、120℃條件下反應(yīng)2h得到麥芽寡糖醇。實施例4本實施例提供的一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：預(yù)處理：將淀粉溶解在體積分?jǐn)?shù)為50％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉預(yù)處理物。液化：將淀粉預(yù)處理物加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的淀粉乳，加入40U/g的耐高溫α-淀粉酶，在80W條件下超聲2min后，在100℃、pH為7條件下反應(yīng)5min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入12U/g的中溫α-淀粉酶、60U/g的β-淀粉酶以及18U/g的普魯蘭酶，在25W條件下超聲9min后，在55℃、pH為5.5條件下反應(yīng)6h得到糖化溶液。加氫：將糖化溶液置于加氫釜中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02％的硼氫化鉀和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的鎳催化劑，在10MPa、130℃條件下反應(yīng)2.5h得到麥芽寡糖醇。實施例5本實施例提供的一種利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：預(yù)處理：將淀粉溶解在體積分?jǐn)?shù)為50％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉預(yù)處理物。液化：將淀粉預(yù)處理物加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％的淀粉乳，加入40U/g的耐高溫α-淀粉酶，在80W條件下超聲2min后，在100℃、pH為7條件下反應(yīng)5min得到液化溶液。復(fù)合酶固定：將TEOS和CTAB按摩爾比1:0.2溶解于體積分?jǐn)?shù)為25％的氨水溶液中，攪拌3h得到第一溶液。將間苯二酚和六次甲基四胺按摩爾比5:1.5溶解于乙醇中得到第二溶液。將第一溶液和第二溶液按質(zhì)量比3:1混合后形成聚合物。將聚合物在反應(yīng)釜中，密封，在140℃溶劑熱處理6h，取出后在70℃烘干得到前驅(qū)粉體。將前驅(qū)粉體在流速為100mL/min的CO2氣體氛圍中反應(yīng)5h，反應(yīng)溫度為650℃，得到載體。按1:6:1.5的比例分別取中溫α-淀粉酶、β-淀粉酶和普魯蘭酶，分散于水中，在25℃條件下震蕩30min得到固定化復(fù)合酶。糖化：在液化溶液中加入固定化復(fù)合酶，在25W條件下超聲9min后，在60℃、pH為6條件下反應(yīng)6h得到糖化溶液。加氫：將糖化溶液置于加氫釜中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02％的硼氫化鉀和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％的鎳催化劑，在10MPa、120℃條件下反應(yīng)2h得到麥芽寡糖醇。對比例1本對比例提供的一種制備麥芽寡糖醇的方法，其包括：液化：將淀粉加水配成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的淀粉乳，加入40U/g的耐高溫α-淀粉酶，在100℃、pH為7條件下反應(yīng)5min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入10U/g的中溫α-淀粉酶、60U/g的β-淀粉酶以及20U/g的普魯蘭酶，在55℃、pH為5.5條件下反應(yīng)6h得到糖化溶液。加氫：將糖化溶液置于加氫釜中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2％的鎳催化劑，在10MPa、130℃條件下反應(yīng)2.5h得到麥芽寡糖醇。試驗例1采用高效液相色譜法分析各樣品的糖醇組成，結(jié)果如表1所示。表1糖醇組成統(tǒng)計表項目山梨醇/％麥芽糖醇/％麥芽三糖醇/％麥芽四糖醇/％麥芽五糖醇/％實施例15.335.843.65.14.8實施例25.639.140.24.72.3實施例35.538.041.74.53.0實施例45.436.940.84.92.8實施例55.433.644.26.42.3對比例110.630.25.11.00由表1可見，相比于對比例的方法，本發(fā)明實施例提供的利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，酶活性更高，使用高濃度的淀粉乳，制備得到高品質(zhì)的麥芽寡糖醇產(chǎn)品，特別是產(chǎn)品中麥芽三糖醇的含量較高。綜上所述，本發(fā)明實施例提供的利用α-淀粉酶制備麥芽寡糖醇的方法，方法簡單，各項參數(shù)容易控制，所制得的麥芽寡糖醇品質(zhì)優(yōu)良，麥芽三糖醇的含量較高。該方法能夠利用高濃度淀粉乳進(jìn)行液化，且能夠節(jié)約淀粉酶用量和酶解時間，提高生產(chǎn)效率。淀粉乳經(jīng)耐高溫α-淀粉酶處理后，再在中溫α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普魯蘭酶的復(fù)合酶解作用下，通過多種酶的協(xié)同作用，得到高麥芽寡糖含量的糖化溶液。以上所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發(fā)明的實施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3