CN103555789A - 用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法 - Google Patents
用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法，该方法包括调浆、液化、糖化转苷、离心分离、树脂分离、纳滤纯化、浓缩、干燥等步骤。本发明以芭蕉芋淀粉为原料生产低聚异麦芽糖和磷酸寡糖，产率分别达34.36％和0.48％。一个流程同时生产两种功能性低聚糖，提高了芭蕉芋淀粉的利用率和经济价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物制品，特别涉及一种用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法。
背景技术
芭蕉芋是一种多年生草本植物，块根淀粉含量丰富，且具有抗逆性强、不与粮食作物争地等多种优点，同时有研究表明芭蕉芋淀粉磷的含量与已知磷含量最高的淀粉类作物马铃薯相当。目前，低聚异麦芽糖的生产原料主要来自于玉米淀粉，此外，也有较多以大米淀粉、小麦淀粉为原料的相关报道。磷酸寡糖的生产，当下仅有采用马铃薯淀粉为原料的少量研究。容易看到，两者的生产原料目前均来自粮食作物，在当今人口增加、粮食紧缺、能源危机凸显的形势下，寻找新的淀粉替代原料显得尤为必要。芭蕉芋在我国西南地区种植逐年增加，探索以芭蕉芋淀粉为原料生产IMO和POs，不仅能在一定程度上减轻粮食危机的压力，也能为增加芭蕉芋的经济效益找到一条新的途径。
低聚异麦芽糖(Isomalto oligosaccharide)又称分枝低聚糖、异麦芽寡糖，是指葡萄糖之间至少有一个以α-1，6糖苷键结合而成的单糖数在2～5不等的一类低聚糖，它主要包括异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖。自然界中低聚异麦芽糖极少以游离状态存在，而是作为支链淀粉或多糖的组成部分，在某些发酵食品如酱油、黄酒或酶法葡萄糖浆中有少量存在。
低聚异麦芽糖具有多种生理活性，它是人体肠道内有益菌双歧杆菌的增殖因子，能促使人体肠道内双歧杆菌增殖，从而抑制多种致病菌生长，减少肠道内腐败物质与毒素的生成；很难被人体内消化酶消化水解，发热量极低，很少能转化为脂肪，不会引起肥胖；该糖属非胰岛素依赖性，基本上不增加血糖血脂，可供糖尿病患者食用；属难发酵性糖，不会被蛀牙菌利用，具有预防龋齿的作用；它属于非消化性低聚糖类，能起到水溶性膳食纤维的作用，有促进食物消化、吸收，维持肠道正常功能，改善胃肠道菌群与润肠通便的功效。
低聚异麦芽糖基于其众多优良特性，在食品工业、饲料工业以及医疗保健品工业中具有广泛应用。可作为甜味剂，部分或全部替代白砂糖、蔗糖等，用于面包、在糖果、焙烤制品及小食品的生产中，也可用于冰淇淋、饮料行业、奶品行业中；此外，低聚异麦芽糖用在饲料行业和医疗保健品行业具有独特优势。
磷酸寡糖是一种新型功能性低聚糖，具有促进钙、铁等矿物质的溶解和吸收、抗龋齿、抗淀粉老化等独特的功能特性。此外，将磷酸寡糖添加到液体或粉末状肥料及药剂中，还可以起到保持植物如水果和切花的保质期的作用。
目前，国内对于采用不同原料生产低聚异麦芽糖已有类似研究。公开号CN101608197的中国发明专利(专利申请号：201010136714.7)公开了以稻米为原料生产低聚异麦芽糖的方法，所得产品纯度较高，但加酶种类多，加酶量大。公开号CN10099976的中国发明专利(专利申请号：200610105282.7)提出用酒曲中的酶制剂发酵提纯生产900型低聚异麦芽糖；公开号CN102559810A(专利申请号：201210016932.6)的中国发明专利提出采用小麦淀粉生产高纯度低聚异麦芽糖，产品转化率达40％以上，提纯后达80％以上。目前国内未见以芭蕉芋淀粉为原料生产低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的研究。
发明内容
本发明的目的，就是针对以芭蕉芋淀粉为原料生产低聚异麦芽糖和磷酸寡糖研究领域的空白，提出了一种以芭蕉芋淀粉为原料，用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法，包括以下步骤：
(1)调浆
以芭蕉芋淀粉为原料，配制成悬浮液；
(2)液化
向步骤(1)制得的悬浮液中加入α【-淀粉酶进行液化，得到液化液；
(3)糖化转苷
向步骤(2)制得的液化液中加入β-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶同时进行糖化转苷反应，得到含有低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的转苷糖液；
(4)离心分离
将步骤(3)所得转苷糖液经离心分离，去除杂质，收集上清液；
(5)树脂分离
将步骤(4)制得的上清液用阴离子交换树脂吸附，然后先用去离子水洗脱，得到含低聚异麦芽糖的收集液，再用NaCl溶液洗脱，得到含磷酸寡糖的收集液；将两种收集液分别用阴离子交换色谱分离，得到低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液；
(6)纳滤纯化
将步骤(5)所得低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液分别进行纳滤纯化；
(7)浓缩
将步骤(6)所得纳滤纯化后的低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液分别浓缩，得到低聚异麦芽糖浓缩液和磷酸寡糖浓缩液；
(8)干燥
将步骤(7)所得低聚异麦芽糖浓缩液和磷酸寡糖浓缩液分别进行干燥，得到低聚异麦芽糖产品和磷酸寡糖产品。
步骤(1)中所述悬浮液浓度为20％-40wt％，并调节pH值为5.0-7.0，加入20-50ppm Ca2+。
步骤(2)中所述α-淀粉酶的添加量为30-50U／10g淀粉，液化时间为0.5-1.5h，液化DE值控制在5-15之间。
步骤(3)中所述β-淀粉酶添加量为20-50U／10g淀粉，α-葡萄糖苷酶添加量为20-40U／10g淀粉，β-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的用量比例控制在1：1.5至1：3之间，pH值控制在4.0-6.5之间，糖化转苷48-96h。
步骤(4)中所述离心分离的转速控制在5000-10000r/min，离心时间控制在10-20min。
步骤(5)中所述阴离子交换树脂为D315阴离子交换树脂，树脂柱大小为Φ1.5cm×50cm，上样量为3-5mL，吸附时间为3-6h；去离子水洗脱速度为0.5-1.5mL／min，洗脱至无糖；NaCl溶液浓度为0.5-1.5M，洗脱速度为0.5-1.5mL／min，洗脱至无糖。
步骤(6)中所述低聚异麦芽糖纳滤纯化采用的纳滤膜孔径为150-450Da，纯化倍数为5-10倍；磷酸寡糖纳滤纯化采用的纳滤膜孔径为300-600Da，纯化倍数为5-10倍。
步骤(7)中所述浓缩采用旋转蒸发，转速为30-50r／min，水浴槽温度为40-60℃。
步骤(8)中所述干燥采用真空冷冻干燥，并控制真空度为5-20Pa，冻干时间为12-18h。
步骤(5)中所述低聚异麦芽糖混合液为异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖的混合液。
本发明用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法的有益效果是：
1、一步法同时生产出低聚异麦芽糖和磷酸寡糖两种功能性低聚糖，既利用了芭蕉芋磷含量高的优势生产出新型功能性低聚糖磷酸寡糖，也进一步提高了芭蕉芋淀粉的利用率。
2、采用芭蕉芋淀粉为原料生产低聚异麦芽糖和磷酸寡糖，一方面减轻了粮食资源不足的压力，另一方面也为芭蕉芋资源的利用、提高其经济效益开辟了新的途径。
3、采用全酶法生产低聚异麦芽糖和磷酸寡糖，条件温和，利于生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例中的原料及设备说明如下：
α-淀粉酶购自阿拉丁公司，β-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶购自sigma公司。
D315阴离子交换树脂购自上海华震科技有限公司
恒流泵购自上海青浦沪西仪器厂，膜分离设备购自上海摩速科学仪器有限公司，高速台式冷冻离心机购自上海卢湘仪离心机仪器有限公司。
实施例1
(1)称取25g芭蕉芋淀粉，加100mL去离子水，配制成25wt％的芭蕉芋淀粉悬浮液，以配制好的pH2.0的磷酸盐缓冲液调节pH值至6.0，加入配制好的0.1M的CaCl2溶液，控制反应液中Ca2+的浓度为40ppm，以增加耐高温α【-淀粉酶稳定性；
(2)向步骤(1)制得的悬浮液中按30U／10g淀粉的标准加入耐高温α-淀粉酶，以电动搅拌器不断搅拌，控制转速在100r／min，恒温水浴60℃下液化1h，得DE值在10-15之间的液化液；
(3)向步骤(2)制得的液化液中按25U／10g淀粉加入β-淀粉酶、按35U／10g淀粉加入α-葡萄糖苷酶，电动搅拌器100r／min不断搅拌，恒温水浴60℃下同时进行糖化转苷反应72h，制得含有低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的转苷糖液。
(4)将步骤(3)所得转苷糖液经8000r／min离心15min，去除杂质，收集上清液；
(5)将步骤(4)制得的上清液，取3mL，经D315弱碱性阴离子交换树脂吸附6h，然后用1.0mL／min去离子水洗脱至无糖，得低聚异麦芽糖混合液，再用0.5M NaCl溶液1.3mL／min洗脱至无糖，得磷酸寡糖溶液。将两种收集液分别经过高效阴离子交换色谱分离，计算得低聚异麦芽糖混合液中异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖含量之和大于34.36wt％(以总糖计)，磷酸寡糖收集液中磷酸寡糖含量为0.48％(以总糖计)。
(6)将步骤(5)所得低聚异麦芽糖混合液经150-300Da纳滤膜以10倍纯化倍数纳滤纯化，去除离子等杂质和部分含量较高的葡萄糖；将磷酸寡糖溶液经300-500Da纳滤膜以10倍纯化倍数纳滤分离，去除离子等杂质。
(7)分别将步骤(6)所得纳滤纯化后的低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液经旋转蒸发浓缩；
(8)将步骤(7)所得浓缩液经冷冻干燥，真空度为5-10Pa，冻干时间为16h，得产品低聚异麦芽糖和磷酸寡糖。
实施例2
(1)称取20g芭蕉芋淀粉，加100mL去离子水，配制成20wt％的芭蕉芋淀粉悬浮液，以配制好的pH2.0的磷酸盐缓冲液调节pH值至5.0，加入配制好的0.1M的CaCl2溶液，控制反应液中Ca2+的浓度为20ppm，以增加耐高温α-淀粉酶稳定性；
(2)向步骤(1)制得的悬浮液中按40U／10g淀粉的标准加入耐高温α-淀粉酶，以电动搅拌器不断搅拌，控制转速在100r／min，恒温水浴60℃下液化0.5h，得DE值在10-15之间的液化液；
(3)向步骤(2)制得的液化液中按20U／10g淀粉加入β-淀粉酶、按40U／10g淀粉加入α-葡萄糖苷酶，电动搅拌器100r／min不断搅拌，恒温水浴60℃下同时进行糖化转苷反应50h，制得含有低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的转苷糖液。
(4)将步骤(3)所得转苷糖液经5000r／min离心20min，去除杂质，收集上清液；
(5)将步骤(4)制得的上清液，取4mL，经D315弱碱性阴离子交换树脂吸附4h，然后用0.5mL／min去离子水洗脱至无糖，得低聚异麦芽糖混合液，再用1.0M NaCl溶液1mL／min洗脱至无糖，得磷酸寡糖溶液。将两种收集液分别经过高效阴离子交换色谱分离，计算得低聚异麦芽糖混合液中异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖含量之和大于34.36wt％(以总糖计)，磷酸寡糖收集液中磷酸寡糖含量为0.48％(以总糖计)。
(6)将步骤(5)所得低聚异麦芽糖混合液经250-450Da纳滤膜以5倍纯化倍数纳滤纯化，去除离子等杂质和部分含量较高的葡萄糖；将磷酸寡糖溶液经400-600Da纳滤膜以5倍纯化倍数纳滤分离，去除离子等杂质。
(7)分别将步骤(6)所得纳滤纯化后的低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液经旋转蒸发浓缩；
(8)将步骤(7)所得浓缩液经冷冻干燥，真空度为10-15Pa，冻干时间为12h，得产品低聚异麦芽糖和磷酸寡糖。
实施例3
(1)称取40g芭蕉芋淀粉，加100mL去离子水，配制成40wt％的芭蕉芋淀粉悬浮液，以配制好的pH2.0的磷酸盐缓冲液调节pH值至7.0，加入配制好的0.1M的CaCl2溶液，控制反应液中Ca2+的浓度为50ppm，以增加耐高温α-淀粉酶稳定性；
(2)向步骤(1)制得的悬浮液中按50U／10g淀粉的标准加入耐高温α-淀粉酶，以电动搅拌器不断搅拌，控制转速在100r／min，恒温水浴60℃下液化1.5h，得DE值在5-10之间的液化液；
(3)向步骤(2)制得的液化液中按50U／10g淀粉加入β-淀粉酶、按20U／10g淀粉加入α-葡萄糖苷酶，电动搅拌器100r／min不断搅拌，恒温水浴60℃下同时进行糖化转苷反应90h，制得含有低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的转苷糖液。
(4)将步骤(3)所得转苷糖液经10000r／min离心10min，去除杂质，收集上清液；
(5)将步骤(4)制得的上清液，取5mL，经D315弱碱性阴离子交换树脂吸附5h，然后用1.5mL／min去离子水洗脱至无糖，得低聚异麦芽糖混合液，再用1.5M NaCl溶液1.5mL／min洗脱至无糖，得磷酸寡糖溶液。将两种收集液分别经过高效阴离子交换色谱分离，计算得低聚异麦芽糖混合液中异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖含量之和大于34.36wt％(以总糖计)，磷酸寡糖收集液中磷酸寡糖含量为0.48％(以总糖计)。
(6)将步骤(5)所得低聚异麦芽糖混合液经300-450Da纳滤膜以8倍纯化倍数纳滤纯化，去除离子等杂质和部分含量较高的葡萄糖；将磷酸寡糖溶液经500-600Da纳滤膜以8倍纯化倍数纳滤分离，去除离子等杂质。
(7)分别将步骤(6)所得纳滤纯化后的低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液经旋转蒸发浓缩；
(8)将步骤(7)所得浓缩液经冷冻干燥，真空度为15-20Pa，冻干时间为18h，得产品低聚异麦芽糖和磷酸寡糖。
Claims (10)
1.一种用芭蕉芋淀粉同时制备低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)调浆
以芭蕉芋淀粉为原料，配制成悬浮液；
(2)液化
向步骤(1)制得的悬浮液中加入α-淀粉酶进行液化，得到液化液；
(3)糖化转苷
向步骤(2)制得的液化液中加入β-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶同时进行糖化转苷反应，得到含有低聚异麦芽糖和磷酸寡糖的转苷糖液；
(4)离心分离
将步骤(3)所得转苷糖液经离心分离，去除杂质，收集上清液；
(5)树脂分离
将步骤(4)制得的上清液用阴离子交换树脂吸附，然后先用去离子水洗脱，得到含低聚异麦芽糖的收集液，再用NaCl溶液洗脱，得到含磷酸寡糖的收集液；将两种收集液分别用阴离子交换色谱分离，得到低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液；
(6)纳滤纯化
将步骤(5)所得低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液分别进行纳滤纯化；
(7)浓缩
将步骤(6)所得纳滤纯化后的低聚异麦芽糖混合液和磷酸寡糖溶液分别浓缩，得到低聚异麦芽糖浓缩液和磷酸寡糖浓缩液；
(8)干燥
将步骤(7)所得低聚异麦芽糖浓缩液和磷酸寡糖浓缩液分别进行干燥，得到低聚异麦芽糖产品和磷酸寡糖产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述悬浮液浓度为20％-40wt％，并调节pH值为5.0-7.0，加入20-50ppm Ca2+。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述α-淀粉酶的添加量为30-50U／10g淀粉，液化时间为0.5-1.5h，液化DE值控制在5-15之间。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中所述β-淀粉酶添加量为20-50U／10g淀粉，0【-葡萄糖苷酶添加量为20-40U／10g淀粉，β-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶的用量比例控制在1：1.5至1：3之间，pH值控制在4.0-6.5之间，糖化转苷48-96h。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述离心分离的转速控制在5000-10000r／min，离心时间控制在10-20min。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述阴离子交换树脂为D315阴离子交换树脂，树脂柱大小为Φ1.5cm×50cm，上样量为3-5mL，吸附时间为3-6h；去离子水洗脱速度为0.5-1.5mL／min，洗脱至无糖；NaCl溶液浓度为0.5-1.5M，洗脱速度为0.5-1.5mL／min，洗脱至无糖。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(6)中所述低聚异麦芽糖纳滤纯化采用的纳滤膜孔径为150-450Da，纯化倍数为5-10倍；磷酸寡糖纳滤纯化采用的纳滤膜孔径为300-600Da，纯化倍数为5-10倍。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(7)中所述浓缩采用旋转蒸发，转速为30-50r／min，水浴槽温度为40-60℃。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(8)中所述干燥采用真空冷冻干燥，并控制真空度为5-20Pa，冻干时间为12-18h。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述低聚异麦芽糖混合液为异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖的混合液。
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