CN102127574A - 一种用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品生物技术领域，特别涉及一种用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法。用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，包括果糖基转移酶的制备以及利用该酶制剂进行工业化生产低聚果糖两部分，其特征在于：选育具有含高活性果糖基转移酶的优良菌株，在合适的培养基中培养，然后分离得到大规模培养的含高活性果糖基转移酶的菌丝体，保存待用；以含高活性果糖基转移酶的菌丝体作为生物催化剂用分批法转化蔗糖为低聚果糖。本发明用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，生物转化时间短，低聚果糖转化率高，菌丝体可多次重复使用，用该酶制备低聚果糖，低聚果糖三糖含量达到57％-62％，比黑曲霉制备低聚果糖高3-5个百分点。
Description
(一)技术领域
本发明涉及食品生物技术领域，特别涉及一种用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法。
(二)背景技术
低聚果糖是一种水溶性膳食纤维，长期服用可以降低血清胆固醇，改善脂质代谢，经动物和人体实验证实，低聚果糖具有如下生理功能：为双歧杆菌等有益菌所利用，即只增殖10～100倍时双歧杆菌具有双向调节之功效。人体摄入低聚果糖后，体内有益菌群双歧杆菌数量增多，可抑制外源致病菌和肠内固有腐败细菌如沙门氏菌等生长繁殖，减少肠内腐败物质的生长和积累，促进肠道蠕动，防止便秘和腹泻。低聚果糖是一种优良的水溶性膳食纤维，能有效降低血清胆固醇、甘油三脂、游离脂肪酸的数量，对于因血脂高而引起的高血压、动脉硬化等一系列心血管疾病有较好的改善作用。低聚果糖在大肠内被细菌发酵生成乳酸，可以溶解钙、镁、铁等矿物质，促进人体对矿物质的吸收。
实验证实，低聚果糖促进钙的吸收率达70.8％。因此，低聚果糖可以促进生长发育和防止骨质疏松症。同时还可促进维生素B1、B2、B3、B6、B12及叶酸的自然形成，从而提高人体新陈代谢水平，提高免疫力和抗病力，预防及改善由于体内毒而引起的皮肤性疾病，可防止面疮、黑斑、雀斑，青春痘、老人斑，使皮肤亮丽、减缓老化。双歧杆菌吸收低聚果糖后，迅速增殖，抑制大肠杆菌、沙门氏菌和梭状芽胞杆菌等腐败菌发生作用，减少毒性代谢物(如吲哚、亚硝基氨)的生成，同时迅速将毒性代谢物排出体外，减轻肝脏负担，起到保护肝脏的作用，预防各种慢性病、癌症等作用明显，低聚果糖极少会被消化道中的胃酸和酶分解，极难被人体吸收。据测定，低聚果糖的热值为1.5Kcal/g以下，而蔗糖热值为4.6Kcal/g，因此摄入低聚果糖后，不会引起肥胖，是理想的、低热值的功能性甜味剂.低聚果糖不能被突变链球菌利用生成不溶性葡聚糖而提供口腔微生物沉积\产酸和腐蚀的场所(牙垢)，因此可以防止龋齿。
目前，低聚果糖的生产基本上是以蔗糖为原料，通过果糖基转移酶的作用形成2～5个果糖基为链节，以一个葡萄糖基为链的端基，以果糖基→果糖连接键为主体骨架连结形成的碳水化合物，即1～4个果糖基以β-2，1键连接在蔗糖的D-果糖基上而形成的蔗果三糖(GF2)、蔗果四糖(GF3)、蔗果五糖(GF4)和蔗果六糖(GF5)的混合物。商品低聚果糖一般还含有少量蔗糖、果糖、葡萄糖。
工业生产中使用的产酶菌多为霉菌，如黑曲霉ACTT20611、臭曲霉NRRL4337、日本曲霉TITKJ1等，许多植物、酵母和霉菌都能产生果糖基转移酶，但植物产生的酶的活性低且产量受季节的限制；而酵母转化酶活性较强但不利于低聚果糖的积累。
(三)发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种转化时间短、转化率高的用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，包括果糖基转移酶的制备以及利用该酶制剂进行工业化生产低聚果糖两部分，其特征在于：
(1)选育具有含高活性果糖基转移酶的优良菌株，在合适的培养基中培养，然后分离得到大规模培养的含高活性果糖基转移酶的菌丝体，保存待用；
(2)以含高活性果糖基转移酶的菌丝体作为生物催化剂用分批法转化蔗糖为低聚果糖。
本发明选育具有含高活性果糖基转移酶的优良菌株是点青霉。
本发明所述合适的斜面培养基包括以下物质：5-30％马铃薯，1-5％蔗糖，0.1-0.3％磷酸二氢钾，0.15-0.4％硫酸镁，0.2-0.5％硝酸钠，0.2％琼脂，其培养方法是在25-38℃，通气量100-500ml/min，搅拌速度50-200r/min条件下培养40-60小时。
本发明所述合适的规模制备含高活性果糖基转移酶的菌丝体培养基包括以下物质：2-10％蔗糖、3-8％豆粕、0.3-2％玉米粉，其培养方法是在27-32℃，通气量100-500ml/min，搅拌速度50-200r/min条件下培养10-40小时，离心分离获得大量菌丝体，置于0-4℃下备用。
本发明以糖基转移酶生产低聚果糖所采用的分批法是在盛有30-60％蔗糖溶液的反应罐中，按果糖基转移酶2000-5000u/kg蔗糖的酶量，控制PH在4.9-7.0，温度在27-31℃，30-49r/min的搅拌条件下反应13-40小时，经微滤膜分离菌丝体得到淡黄色至黄色液体，通过大孔树脂脱色，最后浓缩成低聚果糖。微滤膜分离的菌丝体可以多次重复上述反应过程使用。
本发明是一种以蔗糖为原料，工业化生产低聚果糖的方法，本发明能分泌果糖基转移酶的优良菌株是从土壤中筛选的点青霉(Penicillium notatum)。
本发明的菌丝体也可制备成固定化酶使用。
本发明用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，生物转化时间短，低聚果糖转化率高，菌丝体可多次重复使用，具有高果糖基转移酶活性的菌株点青霉，经摇瓶发酵培养10-20小时，产酶量为200-220u/g，用该酶制备低聚果糖，低聚果糖三糖含量达到57％-62％，比黑曲霉制备低聚果糖高3-5个百分点。
(四)附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图为用果糖基转移酶制备低聚果糖的生产工艺流程图。
(五)具体实施方式
实施例1：
将点青霉菌种接入到含有5％蔗糖，3.5％豆粕，0.5％玉米粉培养液50L的发酵罐，培养条件为30℃，PH5.20，通气量200ml/min，搅拌速度150r/min，经过20小时发酵，离心分离获得大量菌丝体，通过HPLC检测酶活，按3500u/kg蔗糖的酶量投入菌丝体到45％的蔗糖溶液的酶反应罐，控制反应温度30℃，PH5.2±0.2，反应24小时，通过HPLC检测低聚果糖含量达到50％以上，反应液过陶瓷微滤膜分离菌丝体，得到透明的淡黄色低聚果糖粗液，通过大孔树脂脱色，浓缩得到色度小于0.05的低聚果糖。
实施例2：
将点青霉菌种接入到含有8％蔗糖，4.0％豆粕，1.5％玉米粉培养液5000L的发酵罐，培养条件为32℃，通气量500ml/min，搅拌速度120r/min，经过24小时发酵，离心分离获得大量菌丝体，通过HPLC检测酶活，按4500u/kg蔗糖的酶量投入菌丝体到50％的蔗糖溶液的酶反应罐，控制反应温度31℃，PH6.0±0.2，反应20小时，通过HPLC检测低聚果糖含量达到50％以上，反应液过陶瓷微滤膜分离菌丝体，得到透明的淡黄色低聚果糖粗液，通过大孔树脂脱色，浓缩得到色度小于0.05的低聚果糖。
实施例3：
将点青霉菌种接入到含有20％马铃薯，3％蔗糖，0.2％磷酸二氢钾，0.3％硫酸镁，0.3％硝酸钠，0.2％琼脂培养液50L的发酵罐，培养条件为27℃，通气量300ml/min，搅拌速度100r/min，经过50小时发酵，离心分离获得大量菌丝体，通过HPLC检测酶活，按3000u/kg蔗糖的酶量投入菌丝体到40％的蔗糖溶液的酶反应罐，控制反应温度27℃，PH6.3±0.2，反应30小时，通过HPLC检测低聚果糖含量达到50％以上，反应液过陶瓷微滤膜分离菌丝体，得到透明的淡黄色低聚果糖粗液，通过大孔树脂脱色，浓缩得到色度小于0.05的低聚果糖。
Claims (5)
1.一种用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，包括果糖基转移酶的制备以及利用该酶制剂进行工业化生产低聚果糖两部分，其特征在于：
(1)选育具有含高活性果糖基转移酶的优良菌株，在合适的培养基中培养，然后分离得到大规模培养的含高活性果糖基转移酶的菌丝体，保存待用；
(2)以含高活性果糖基转移酶的菌丝体作为生物催化剂用分批法转化蔗糖为低聚果糖。
2.根据权利要求1所述的用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，其特征在于：选育具有含高活性果糖基转移酶的优良菌株是点青霉。
3.根据权利要求1所述的用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，其特征在于：所述合适的培养基包括以下物质：5-30％马铃薯，1-5％蔗糖，0.1-0.3％磷酸二氢钾，0.15-0.4％硫酸镁，0.2-0.5％硝酸钠，0.2％琼脂，其培养方法是在25-38℃，通气量100-500ml/min，搅拌速度50-200r/min条件下培养40-60小时。
4.根据权利要求1所述的用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，其特征在于：所述合适的培养基包括以下物质：2-10％蔗糖、3-8％豆粕、0.3-2％玉米粉，其培养方法是在27-32℃，通气量100-500ml/min，搅拌速度50-200r/min条件下培养10-40小时。
5.根据权利要求1所述的用果糖基转移酶生产低聚果糖的方法，其特征在于：以糖基转移酶生产低聚果糖所采用的分批法是在盛有30-60％蔗糖溶液的反应罐中，按果糖基转移酶2000-5000u/kg蔗糖的酶量，控制PH在4.9-7.0，温度在27-31℃，30-49r/min的搅拌条件下反应13-40小时，经微滤膜分离菌丝体得到淡黄色至黄色液体，通过大孔树脂脱色，最后浓缩成低聚果糖。
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