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专利名称:用淀粉直接制备麦芽糖基-β-环糊精的方法
技术领域:
本发明属于生物化学技术领域,具体涉及麦芽糖基-β-环糊精制备工艺的改进。
背景技术:
β-环糊精因其特殊的分子结构及特性,在食品、医药、化妆品、农药、新材料、电子、环保等领域具有较广的应用前景。由于其自身溶解度相对较低(%)应用范围受到限制。在上世纪90年代国内外就开展了环糊精衍生物的研究。开发溶解度更高、更安全的环糊精衍生物,对于拓展环糊精的应用领域,具有重要的意义。
麦芽糖基-β-环糊精(英文名Maltosylβ-Cyclodextrin)是一种安全、高溶解度的β-环糊精衍生物。是以β-环糊精和麦芽糖为底物,在酶作用下以α-1-6糖苷键相连接的新型分枝化环状糊精。麦芽糖基-β-环糊精在水相中具有很高的溶解度(常温下大于70%)。并在包接反应中可包合的囊心分子浓度也相应增高,从而得到更好的包合效果;更重要的是其安全性更高,使得麦芽糖基-β-环糊精可以广泛应用在食品、医药、化妆品、农药、新材料、电子、环保等领域。
目前在麦芽糖基-β-环糊精的制备方法研究方面,有资料报道陕
西礼泉化工实业有限公司“化学合成法生产麦芽糖基-β-环糊精”获得国家中小企业创新基金,以及江南大学周博等人在《无锡轻工大学学报》2003年第22卷第六期“超高水溶性麦芽糖基-β-环糊精的生物反向合成”。以上两种途径均是以商品β-环糊精和麦芽糖为原料分别采用化学方法或单一酶促手段来完成。由于采用的原料为产成品,使得生产成本大幅提高,加之化学法需使用一些非常规手段(高温、高压等),使得生产过程复杂,生产成本增大,不利于大规模工业生产。因此目前只有试剂级麦芽糖基-β-环糊精产品应市。
发明内容
本发明的目的是提供一种用淀粉直接制备麦芽糖基-β-环糊精的方法。该方法以淀粉为原料直接制备麦芽糖基-β-环糊精,省却了β-环糊精和麦芽糖在生产中的精制过程及费用,且使β-环糊精的转化率达到40%以上,从而大大降低生产成本,有利于大规模生产;并使本发明较化学法具有制备简单、反应条件温和、生产安全性高、成本低廉的优点。
本发明提出的麦芽糖基-β-环糊精的制备方法为将淀粉制成淀粉乳,-,在83±2℃条件下搅拌液化,当葡萄糖值(亦称DE值)2-3时(液化时间1-3小时),将温度降至55±1℃,-,补充加入环糊精葡萄糖基转移酶,同时加入浓度为95%乙醇溶液
(用来保护生成的β-环糊精不再分解)搅拌反应,当β-环糊精生成量按投料干淀粉重量计达10%以上时,停止反应(此过程为5-15小时);升温灭酶后,调整温度至45±1℃,,加入β-淀粉酶搅拌反应4小时,再加入普鲁蓝酶,继续搅拌反应,当麦芽糖的含量按投料干淀粉重量计达到20%以上时,控制β-环糊精和麦芽糖的重量比在1∶1-1∶8之间(此过程为4-12小时),停止反应;回收反应液中乙醇,升温灭酶,得到β-环糊精和麦芽糖的混合液;在59±1℃温度下,±,加入普鲁蓝酶进行麦芽糖基-β-环糊精合成反应35-38小时;反应完成后,经升温灭酶、脱色、去离子、浓缩干燥即得到麦芽糖基-β-环糊精的成品。
本发明所述淀粉乳中淀粉的重量为水重量的5-30%(优选为10-25%)。所述生物酶的合适用量分别为环糊精葡萄糖基转移酶在液化时按每克干淀粉8-12u加入,在生成β-环糊精反应时按每克干淀粉8-12u加入;β-淀粉酶按每克干淀粉18-22u加入;普鲁蓝酶在生成麦芽糖反应时按每克干淀粉4-6u加入,在合成麦芽糖基-β-环糊精反应时按每克β-环糊精250-270u加入。所述95%乙醇溶液按干淀粉重量的5-30%(v/w)加入,优选为8-15%(v/w)。
本发明所述混合液中的β-环糊精和麦芽糖的重量比,是在反应体系中分别生成β-环糊精和麦芽糖时,利用反应时间来调整
β-环糊精和麦芽糖的生成量及其比例,使β-环糊精和麦芽糖的重量比值处在1∶1-1∶8之间,优选的比值范围为1∶2-1∶6。
本发明所用淀粉可以采用玉米淀粉、土豆淀粉、木薯淀粉等。由于各企业生产淀粉的工艺不同,所以本发明在液化前须将淀粉乳的PH值调整至统一标准。再因各种淀粉的分子结构差异,故在本发明制备中各种酶的用量和反应时间应作适当调整,这在后述的实例中有体现。而所用的淀粉均为食品级,所以是安全、无毒的。
本发明的制备原理是,通过酶学方法将淀粉分别制备成麦芽糖和β-环糊精的混合液,再利用普鲁蓝酶将麦芽糖和β-环糊精以α-1-6糖苷键相连,制成麦芽糖-基-β-环糊精。
本发明制得的产品是以可水溶性粉剂形式存在。该产品(精制后)可作为添加剂,适用于食品、医药、化妆品、农药、新材料、环保等领域。本发明制备工艺的主要创新点是采用淀粉为原料,在同一反应体系内,应用β-环糊精和麦芽糖的生产工艺,首先制成β-环糊精和麦芽糖的混合液,并控制两物质的重量比,在此基础利用普鲁蓝酶将麦芽糖和β-环糊精以α-1-6糖苷键相连,制成麦芽糖基-β-环糊精。经高压液相色谱法检测(检测方法出自《粮油食品科技》2004年第12卷第4期“RP-HPLC法测定麦芽糖基-β-环糊精的含量”),本发明中β-环糊精的转化率可达40%,所制得的成品中麦芽糖基
-β-环糊精的含量为10-25%。由此可以明显看出,本发明与化学合成法和单一酶促法相比,具有制备简单、反应温和、生产安全性高、成本低廉、宜于实现规模化生产的优点。为麦芽糖基-β-环糊精的规模化生产提供了一个新的途径。
附图及其说明附
图1为本发明麦芽糖基-β-环糊精制备方法的流程框图。
以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。
具体实施例方式
以下所有实例中的原料和试剂均为食品级,其来源及规格如下组分规格产地玉米淀粉食品级西安国维淀粉厂马铃薯淀粉食品级陕西清涧县淀粉厂木薯淀粉食品级广西红枫牌环糊精葡萄糖基转移酶600u/ml日本天野酶制品株式会社β-淀粉酶1000u/ml无锡杰能科公司普鲁蓝酶1000u/g无锡杰能科公司乙醇食品级95%陕西宝鸡酒精厂在实施例中,葡萄糖值(DE值)的检测方法采用斐林法;β-环糊精含量的检测采用高压液相色谱法(中国药典二部附录VD);麦芽糖的含量的检测采用高压液相色谱法(化学工业出版社《分析化学手册》第六分册171页);麦芽糖基-β-环糊精含量的检测采用高压液相色谱法(检测方法出自《粮油食品科技》2004年第12卷第4期“RP-HPLC法测定麦芽糖基
-β-环糊精的含量”)。
实施例1在搅拌条件下将玉米淀粉50克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,,搅拌升温至83±2℃维持1小时,。降温至55±1℃,,%,在此条件下,搅拌反应,在反应5小时时取样检测,测得反应液内含β-,%,停止反应。在密闭条件下,升温至120℃灭酶30分钟。降温至45±1℃,,按每克干淀粉22u加入β-,搅拌反应4小时,,在反应12小时时取样检测,,%,停止反应。开启酒精蒸馏系统,升温回收乙醇后,继续升温至120℃灭酶15分钟。降温至59±1℃,±,按每克β-,搅拌反应35小时。升温至120℃灭酶15分钟,以投入淀粉重量的3%加入活性炭脱色,再经过滤、离子交换、浓缩干燥,,经检测,内含麦芽糖基-β-%。
实施例2在搅拌条件下将木薯淀粉200克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,按每克干淀粉10u加入环糊精葡萄糖基转移酶
,搅拌升温至83±2℃维持2小时,。降温至55±1℃,,%的乙醇溶液40ml,在此条件下,搅拌反应,在反应9小时时取样检测,测得反应液内含β-环糊精量为41克,%,停止反应。在密闭条件下,升温至120℃灭酶。降温至45±1℃,,按每克干淀粉20u加入β-,搅拌反应4小时,,在反应11小时时取样检测,,%,停止反应,升温回收乙醇后,继续升温至120℃灭酶。±,按每克β-,在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶,再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥,,经检测,内含麦芽糖基-β-%。
实施例3在搅拌条件下将土豆淀粉250克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,,搅拌升温至83±2℃维持2小时,。降温至55±1℃,,%,在此条件下,搅拌反应,在反应11
小时时取样检测,测得反应液内含β-,%,停止反应。在密闭条件下,升温至120℃灭酶。降温至45±1℃,,按每克干淀粉18u加入β-,搅拌反应4小时,,在反应4小时时取样检测,,%,停止反应,升温回收乙醇后,继续升温至120℃灭酶。±,按每克β-,在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶,再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥,,经检测,内含麦芽糖基-β-%。
实施例4在搅拌条件下将玉米淀粉200克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,,搅拌升温至83±2℃维持2小时,。降温至55±1℃,,%的乙醇溶液20ml,在此条件下,搅拌反应,在反应10小时时取样检测,测得反应液内含β-环糊精量为39克,%,停止反应。在密闭条件下,升温至120℃灭酶。降温至45±1℃,,按每克干淀粉20u加入β-,搅拌反应4小时,,在反应9小时时取样检测,测得反应液中麦芽糖的含量为
,%,停止反应,升温回收乙醇后,继续升温至120℃灭酶。±,按每克β-,在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶,再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥,,经检测,内含麦芽糖基-β-%。
实施例5在搅拌条件下将土豆淀粉100克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,,搅拌升温至83±2℃,。降温至55±1℃,,%的乙醇溶液15ml,在此条件下,搅拌反应,在反应5小时30分时取样检测,测得反应液内含β-,%,停止反应。升温至120℃灭酶。降温至45±1℃,,按每克干淀粉22u加入β-,搅拌反应4小时,按6u/,在反应11小时时取样检测,,%,停止反应。升温回收乙醇后,继续升温至120℃灭酶。降温至59±1℃,±,,按每克β-,在59±1℃搅拌反应35小时。升温至120℃灭酶,再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥,得到干粉
,经检测,内含麦芽糖基-β-%。
实施例6在搅拌条件下将玉米淀粉150克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,,搅拌升温至83±2℃,。降温至55±1℃,,%的乙醇溶液30ml,在此条件下,搅拌反应,在反应8小时时取样检测,测得反应液内含β-,相当于干淀粉量的15%,停止反应。升温至120℃灭酶。降温至45±1℃,,按20u/每克干淀粉加入β-,搅拌反应4小时,,在反应9小时时取样检测,,%,停止反应。升温回收乙醇后,继续升温至120℃灭酶。±,按每克β-,在59±1℃搅拌反应36小时。升温至120℃灭酶,再经脱色、过滤、离子交换、浓缩干燥,,经检测,内含麦芽糖基-β-%。
实施例7在搅拌条件下将木薯淀粉300克加入到1000ml水中,制成淀粉乳,,,搅拌升温至83±2℃维持3