專利名稱：一種以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鼠李糖的生產(chǎn)工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法。
背景技術(shù)：
鼠李糖是甘露糖6位的一個(gè)羥基被氫取代的衍生物， 自然界天然存在的為L(zhǎng)型，即6-脫氧-L-甘露糖，又稱甲基戊糖。鼠李糖的甜度為蔗糖的33%，熔點(diǎn)為93-95°C。純品鼠李糖為無(wú)色結(jié)晶性粉末，能溶于水和甲醇，微溶于乙醇，其結(jié)晶呈兩種形式，a型和3型。a型含有一分子結(jié)晶水，加熱后失去結(jié)晶水，轉(zhuǎn)變?yōu)镻型，P型在空氣中吸潮轉(zhuǎn)變?yōu)閍型，故常見(jiàn)鼠李糖為a-L-鼠李糖。鼠李糖作為一種還原糖，可廣泛用于香料、食品和醫(yī)藥行業(yè)。在香料領(lǐng)域，鼠李糖可用于制備水果芳香劑，其粉末可用于制備黃酮類化合物呋喃酮，它是食品和香料工業(yè)中芳香劑的基體，帶有一種強(qiáng)烈的乳香味，改變其分子半徑、濃度或其他組成可以得到草莓、菠蘿、柚子、熟牛肉等各種氣味。在食品領(lǐng)域，鼠李糖可作為食品添加劑添加于高檔咖啡、飲料、肉類中。在醫(yī)藥領(lǐng)域，鼠李糖可合成強(qiáng)心藥物及其他許多藥物的前體物，也可作為腸道滲透測(cè)試劑。鼠李糖脂是鼠李糖的重要衍生物之一。鼠李糖脂是陰離子生物表面活性劑，不僅溶于甲醇、氯仿和乙醚，在堿性水溶液中也表現(xiàn)出良好的溶解特性，可以在溫度、PH值及鹽度處于極端狀況下使用，并且無(wú)毒，可以生物降解。另外，鼠李糖脂兼具良好的化學(xué)和生物特性，具有油、水兩親性，可以降低水表面張力，可以作為潤(rùn)濕劑、乳化劑和發(fā)泡劑使用。因此，鼠李糖脂在石油工業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境方面，以及在食品行業(yè)、化妝品、醫(yī)療方面均有較大的應(yīng)用潛力。目前，鼠李糖脂主要是由微生物分泌產(chǎn)生，而利用鼠李糖直接化學(xué)合成鼠李糖脂是目前研究的熱點(diǎn)，有望成為將來(lái)實(shí)現(xiàn)鼠李糖脂工業(yè)化生產(chǎn)的重要途徑之一。目前，鼠李糖主要是通過(guò)從天然植物中提取含有L-鼠李糖基的化合物，將該L-鼠李糖基的化合物水解而獲得。例如，市售鼠李糖主要是從阿拉伯膠或柚皮苷的水解物中提取(CN102093323A、CN101891774A和CN102093435A)。但是，該方法所使用的原料受季節(jié)和產(chǎn)地的限制，價(jià)格昂貴，并且該方法的工藝勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量芳香族污染物。因此，該方法成本高、產(chǎn)量低，導(dǎo)致鼠李糖價(jià)格昂貴，限制了其大規(guī)模的工業(yè)化使用。另外，工業(yè)化生產(chǎn)鼠李糖的主要方法是利用微生物工程菌株發(fā)酵生產(chǎn)鼠李糖，但是該方法一方面受微生物工程菌株效率的影響，另一方面受到從發(fā)酵液中提取多糖的技術(shù)難度限制，例如多糖本身的性質(zhì)對(duì)于發(fā)酵過(guò)程的影響、由于發(fā)酵液粘度高而使生物反應(yīng)器的攪拌需要消耗過(guò)多能量，以及工藝條件難以控制等等，致使目前鼠李糖的價(jià)格仍舊居高不下。因此，低成本、高產(chǎn)量的鼠李糖生產(chǎn)工藝是目前亟需探索研究的重要課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)目的是針對(duì)上述鼠李糖生產(chǎn)工藝的不足，提供一種生產(chǎn)鼠李糖的新方法，該方法能夠降低鼠李糖的生產(chǎn)成本、提高鼠李糖的產(chǎn)量。針對(duì)海藻生物質(zhì)鼠李糖高含量的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)適合螺旋藻或者綠藻的海藻多糖降解方法，保證最大限度的獲得鼠李糖。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的所采用的技術(shù)方案是一種生產(chǎn)鼠李糖的方法，該方法以海藻生物質(zhì)為原料，該海藻生物質(zhì)為綠藻(Chlorophyta)或螺旋藻(Spirulina)生物質(zhì)，制備步驟如下步驟I、將海藻生物質(zhì)清洗、干燥后粉碎為海藻生物質(zhì)顆粒，然后將海藻生物質(zhì)顆粒配制為海藻生物質(zhì)水溶液；步驟2、在該海藻生物質(zhì)水溶液中加入降解催化劑以降解海藻生物質(zhì)；步驟3、將降解產(chǎn)物過(guò)濾，去除不溶性殘?jiān)?，獲得可溶性的單糖和多糖上清溶液； 步驟4、將單糖和多糖溶液進(jìn)行低、中或高壓層析分離，使鼠李糖、單糖和多糖分離，獲得鼠李糖粗提溶液；步驟5、將鼠李糖粗提溶液進(jìn)行脫色處理，再進(jìn)行高壓液相分離，得到的上清液進(jìn)行濃縮處理，然后將濃縮產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)晶、重結(jié)晶，得到鼠李糖晶體。所述的綠藻包括但不限于石藥屬(Ulva)、礁膜屬(Monostroma)和將苔屬(Enteromorpha)0所述的步驟I中，海藻生物質(zhì)顆粒粒徑優(yōu)選在50 以內(nèi)。所述的步驟I中，海藻生物質(zhì)水溶液的濃度優(yōu)選高于200g/L。所述的步驟2中，在海藻生物質(zhì)水溶液中還加入降解酶，所述的降解酶主要包括但不限于鼠李糖苷酶、液化酶和糖化酶中的一種或幾種。所述的步驟2中，降解催化劑包括酸性降解催化劑與堿性降解催化劑，酸性降解催化劑包括但不限于H2S04、HC1、H3PO4, HNO3> HBr, CH3COOH, HC00H、HClO4、三氟乙酸以及固體酸中的一種或幾種的混合物；堿性降解催化劑包括但不限于NaOH、KOH、K2CO3、磷酸鈉和Na2CO3中的一種或幾種的混合物。所述的步驟2中，海藻生物質(zhì)水溶液中加入降解催化劑的質(zhì)量體積濃度(w/v)優(yōu)選為I 30%。所述的步驟2中，降解溫度優(yōu)選控制在80°C 300°C，降解時(shí)間優(yōu)選控制為IOmin 24h。所述的步驟4中，作為優(yōu)選，包括過(guò)程A:將分離后的多糖進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其中含有鼠李糖后，加入降解催化劑以降解該多糖，然后重復(fù)步驟4，獲得鼠李糖粗提溶液；接著重復(fù)該過(guò)程A數(shù)次。所述的步驟5中，脫色處理方法包括但不限于吸附脫色，所述的吸附脫色包括但不限于使用活性炭進(jìn)行吸附脫色。所述的活性炭加入的質(zhì)量濃度優(yōu)選為0. I 10%。所述的步驟5中，重結(jié)晶的方法優(yōu)選為將結(jié)晶產(chǎn)物與2 10倍的醇類溶液混合，過(guò)濾除去不溶物，將上清液濃縮進(jìn)行結(jié)晶、干燥，即得到鼠李糖晶體。其中，所述的醇類溶液包括但不限于甲醇，所述的醇類溶液的濃度優(yōu)選大于90%。綜上所述，本發(fā)明提供了一種全新的直接從植物中提取鼠李糖的方法，該方法以海洋生物綠藻生物質(zhì)或螺旋藻生物質(zhì)為原料，通過(guò)降解、分離、提純工藝得到鼠李糖。大量生化研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海藻中的綠藻和螺旋藻中鼠李糖含量較高，約占整個(gè)生物質(zhì)的0. 5 10%，這為直接提取鼠李糖提供了可行性。據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2008年，全球人工收獲的海藻約為1578萬(wàn)噸。中國(guó)是世界上海藻養(yǎng)殖面積最大，養(yǎng)殖技術(shù)最成熟的國(guó)家之一，2008年海藻產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量63%，約993萬(wàn)噸，這為大規(guī)模生產(chǎn)鼠李糖提供了豐富的原材料。因此，本發(fā)明提供的鼠李糖的制備方法原材料充足，能夠大幅度降低生產(chǎn)成本，為大規(guī)模生產(chǎn)鼠李糖奠定了基礎(chǔ)，也為我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了一個(gè)切入點(diǎn)，有利于我國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。


圖I是本發(fā)明以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖工藝流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例I中以鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)為原料生產(chǎn)鼠李糖的提取率和得率圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例2中以將苔(Enteromorpha prolifera)為原料生產(chǎn)鼠李糖的提取率和得率圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，需要指出的是，以下所述實(shí)施例旨在便于對(duì)本發(fā)明的理解，而對(duì)其不起任何限定作用。實(shí)施例I :本實(shí)施中，以鈍頂螺旋藻(Spirulina platensis)為原料生產(chǎn)鼠李糖,該生產(chǎn)工藝如圖I所示，以下是具體的生產(chǎn)步驟。步驟I :采集、清洗和干燥鈍頂螺旋藻生物質(zhì)。步驟2 :利用粉碎機(jī)將鈍頂螺旋藻生物質(zhì)粉碎，粉碎后鈍頂螺旋生物質(zhì)顆粒粒徑小于50 u m，取粉碎后的鈍頂螺旋生物質(zhì)顆粒20g配成IOOml鈍頂螺旋生物質(zhì)水溶液。步驟3 :在鈍頂螺旋生物質(zhì)水溶液中加入IOgNaOH在130°C下降解處理90min。步驟4 :將降解后的鈍頂螺旋藻生物質(zhì)水溶液過(guò)濾，去除不溶性殘?jiān)?，得到的上清液進(jìn)行低壓層析粗分離。其中，低壓分離使用層析介質(zhì)為葡聚糖凝膠Sephadex-25，緩沖液為50mM Tris鹽酸溶液(pH=7. 0)，流速為lml/min。利用示差檢測(cè)器檢測(cè)糖類物質(zhì)組分分離情況，分別收集不同組分，使用分析性高壓液相和凝膠色譜儀分別檢測(cè)含有收集組分中的單糖和多糖，收集合并含鼠李糖組分和多糖組分。將多糖組分再重復(fù)步驟3與4，直至鼠李糖在多糖組分中的質(zhì)量含量低于0.5% (w/w)0合并多次收集的含鼠李糖組分，約為10ml。步驟5 :在鼠李糖粗提溶液中加入0. 02g活性炭對(duì)鼠李糖進(jìn)行脫色，過(guò)濾后取上清液。步驟6 :使用制備型高壓液相色譜將粗分離的含鼠李糖組分分離，獲得鼠李糖粗提溶液3ml。步驟7 :將上清液濃縮粗結(jié)晶，得到粗結(jié)晶產(chǎn)物0. 9g，將該粗結(jié)晶產(chǎn)物再使用5倍體積95% (v/v)甲醇進(jìn)行重結(jié)晶，得到鼠李糖晶體0.75g，其純度大于等于99%。如圖2所示，上述以鈍頂螺旋藻為原料生產(chǎn)得到的鼠李糖的提取率為4. 5%，得率為 3. 75%。實(shí)施例2
本實(shí)施中，以綠藻將苔(Enteromorpha prolifera)為原料生產(chǎn)鼠李糖,該生產(chǎn)工藝如圖I所示，以下是具體的生產(chǎn)步驟。步驟I :采集、清洗和干燥青島沿海采集的滸苔生物質(zhì)。步驟2 :利用粉碎機(jī)將滸苔生物質(zhì)粉碎，粉碎后滸苔生物質(zhì)顆粒粒徑小于50 U m,取粉碎后的滸苔生物質(zhì)顆粒20g配成IOOml滸苔生物質(zhì)水溶液。步驟3 :在滸苔生物質(zhì)水溶液中加入0. Ig糖化酶和0. 2g鼠李糖苷酶處理4h，再加A IOml H2SO4 在 150°C下降解處理 lOOmin。步驟4 :將降解后的滸苔生物質(zhì)水溶液過(guò)濾，得到的上清液進(jìn)行低壓層析粗分離。其中，低壓分離使用層析介質(zhì)為葡聚糖凝膠Sephadex-25,緩沖液為50mM Tris鹽酸溶液(pH=7.0)，流速為1.5ml/min。利用示差檢測(cè)器檢測(cè)糖類物質(zhì)組分分離情況，分別收集不同 組分，使用分析性高壓液相和凝膠色譜儀分別檢測(cè)含有收集組分中的單糖和多糖，收集合并含鼠李糖組分和多糖組分。將多糖組分再重復(fù)步驟3與4，直至鼠李糖在多糖組分中含量低于0.5% (w/w)0合并多次收集的含鼠李糖組分，約為20ml。步驟5 :在鼠李糖粗提溶液中加入0. Ig活性炭對(duì)鼠李糖進(jìn)行脫色，過(guò)濾后取上清液。步驟6 :使用制備型高壓液相色譜將粗分離的含鼠李糖組分分離，獲得鼠李糖粗提溶液10ml。步驟7 :將上清液濃縮粗結(jié)晶，得到粗結(jié)晶產(chǎn)物I. 86g，將該粗結(jié)晶產(chǎn)物再使用5倍體積95% (v/v)的甲醇進(jìn)行重結(jié)晶，得到鼠李糖晶體I. 59g，其純度大于等于99%。如圖2所示，上述以綠藻滸苔為原料生產(chǎn)得到的鼠李糖的提取率為9. 3%，得率為
7.95%。實(shí)施例3 本實(shí)施中，以綠藻礁膜為原料生產(chǎn)鼠李糖，該生產(chǎn)工藝如圖I所示，以下是具體的生產(chǎn)步驟。步驟I :采集、清洗和干燥礁膜生物質(zhì)。步驟2 :利用粉碎機(jī)將礁膜生物質(zhì)粉碎，粉碎后礁膜生物質(zhì)顆粒粒徑小于50 U m,取粉碎后的礁膜生物質(zhì)顆粒20g配成IOml礁膜生物質(zhì)水溶液。步驟3 :在礁膜生物質(zhì)水溶液中加入0. 15g糖化酶和0. 3g鼠李糖苷酶處理4h，再加入15g NaOH在120°C下降解處理150min。步驟4 :將降解后的礁膜生物質(zhì)水溶液過(guò)濾，得到的上清液進(jìn)行低高壓層析粗分離。其中，低壓分離使用層析介質(zhì)為葡聚糖凝膠Sephadex-25,緩沖液為50mM Tris鹽酸溶液(pH=7.0)，流速為1.5ml/min。利用示差檢測(cè)器檢測(cè)糖類物質(zhì)組分分離情況，分別收集不同組分，使用分析性高壓液相和凝膠色譜儀分別檢測(cè)含有收集組分中的單糖和多糖，收集合并含鼠李糖組分和多糖組分。將多糖組分再重復(fù)步驟3與4，直至鼠李糖在多糖組分中含量低于0.5% (w/w)0合并多次收集的含鼠李糖組分，約為20ml。步驟5 :在鼠李糖粗提溶液中加入0. 3g活性炭對(duì)鼠李糖進(jìn)行脫色，過(guò)濾后取上清液。步驟6 :使用制備型高壓液相色譜將粗分離的含鼠李糖組分分離，獲得鼠李糖粗提溶液15ml。
步驟7 :將上清液濃縮結(jié)晶，得到粗結(jié)晶產(chǎn)物I. 4g，將該粗結(jié)晶產(chǎn)物再使用5倍95% (v/v)的甲醇進(jìn)行重結(jié)晶，得到鼠李糖晶體I. lg，其純度大于等于99. 5%。上述以綠藻礁膜為原料生產(chǎn)得到的鼠李糖的提取率為7. 0%，得率為5. 5%。以上所述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是 以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補(bǔ)充或等同替換等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是以海藻生物質(zhì)為原料，該海藻生物質(zhì)為綠藻(Chlorophyta)或螺旋藻(Spirulina)生物質(zhì),制備步驟如下 步驟I、將海藻生物質(zhì)清洗、干燥后粉碎為海藻生物質(zhì)顆粒，然后將海藻生物質(zhì)顆粒配制為海藻生物質(zhì)水溶液； 步驟2、在該海藻生物質(zhì)水溶液中加入降解催化劑以降解海藻生物質(zhì)； 步驟3、將降解產(chǎn)物過(guò)濾，去除不溶性殘?jiān)?，獲得含有單糖和多糖的上清溶液； 步驟4、將單糖和多糖溶液進(jìn)行低、中或高壓層析分離，使鼠李糖與非鼠李糖單糖和多糖分離，獲得鼠李糖粗提溶液； 步驟5、將鼠李糖粗提溶液進(jìn)行脫色處理，再進(jìn)行高壓液相分離，得到的上清液進(jìn)行濃縮處理，然后將濃縮產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)晶、重結(jié)晶，得到鼠李糖晶體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的綠藻包 括石藥屬(Ulva)、礁膜屬(Monostroma)和將苔屬(Enteromorpha)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟I中，海藻生物質(zhì)顆粒粒徑在50 ii m以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟I中，海藻生物質(zhì)水溶液的濃度高于200g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟2中，在海藻生物質(zhì)水溶液中還加入降解酶，所述的降解酶包括鼠李糖苷酶、液化酶和糖化酶中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟2中，降解催化劑包括酸性降解催化劑與堿性降解催化劑，酸性降解催化劑是H2S04、HC1、H3PO4, HNO3> HBr, CH3COOH, HCOOH、HClO4、三氟乙酸以及固體酸中的一種或幾種的混合物；堿性降解催化劑是NaOH、KOH、K2CO3、磷酸鈉和Na2CO3中的一種或幾種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟2中，海藻生物質(zhì)水溶液中加入降解催化劑的質(zhì)量體積濃度為I 30%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟2中，降解溫度為80°C 300°C，降解時(shí)間為IOmin 24h。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一權(quán)利要求所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟4中，包括如下過(guò)程A 將分離后的多糖進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)其中含有鼠李糖后，加入降解催化劑以降解該多糖，然后重復(fù)步驟4，獲得鼠李糖粗提溶液；接著重復(fù)所述的過(guò)程A數(shù)次。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟5中，脫色處理方法為使用活性炭進(jìn)行吸附脫色。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以海藻為原料生產(chǎn)鼠李糖的方法，其特征是所述的步驟5中，重結(jié)晶的方法為將結(jié)晶產(chǎn)物與2 10倍的醇類溶液混合，過(guò)濾除去不溶物，將上清液濃縮進(jìn)行結(jié)晶、干燥，即得到鼠李糖晶體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)鼠李糖的方法，該方法以海藻生物質(zhì)綠藻或螺旋藻為原料，首先采集、清洗、干燥和粉碎海藻生物質(zhì)，配置成海藻生物質(zhì)溶液，然后加入降解催化劑對(duì)海藻多糖進(jìn)行充分降解，接著利用層析等技術(shù)對(duì)海藻多糖降解液中的不同組份進(jìn)行分離，獲得鼠李糖粗品，再經(jīng)過(guò)脫色和重結(jié)晶過(guò)程，獲得高純度的鼠李糖。本發(fā)明克服了目前直接從高等植物提取鼠李糖時(shí)原材料相對(duì)較為短缺和含量較低的缺點(diǎn)，且與目前發(fā)酵法生產(chǎn)鼠李糖相比，本發(fā)明工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短，為快速實(shí)現(xiàn)鼠李糖的規(guī)?；a(chǎn)提供了一條可行性的方案。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102747169SQ20121021752
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月26日
發(fā)明者宋慶歡, 張亞杰, 楊春虹, 許煒, 陸貽超, 馬中森 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所