一種高含量低聚半乳糖的生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高含量低聚半乳糖的生產(chǎn)方法，屬于糖工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]低聚半乳糖(GOS)是一種功能性低聚糖，是在乳糖分子的半乳糖基一側(cè)連接上1-4個(gè)半乳糖基的低聚糖類。天然存在的低聚半乳糖源自動(dòng)物的乳汁中。低聚半乳糖是腸道內(nèi)雙歧桿菌的增殖因子，嬰幼兒的腸道菌群的建立很大程度上依賴母乳中低聚半乳糖組分。此外，低聚半乳糖還能夠改善脂肪代謝、促進(jìn)鈣質(zhì)的吸收等作用。廣泛應(yīng)用在烘焙食品、嬰幼兒乳品、防齲齒食品等。
[0003]β -半乳糖苷酶是低聚半乳糖的生產(chǎn)用酶，可以催化乳糖生成低聚半乳糖(GOS)。在完整的催化過(guò)程中，半乳糖苷酶包含水解反應(yīng)和轉(zhuǎn)糖基反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程。以乳糖分子為底物，半乳糖苷酶分解為一分子葡萄糖和一分子半乳糖。同時(shí)又可以將半乳糖分子結(jié)合到乳糖分子或1-4個(gè)半乳糖基上從而形成低聚半乳糖。在整個(gè)反應(yīng)體系中，葡萄糖是催化生成低聚半乳糖的非競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，而低聚半乳糖的存在則會(huì)反過(guò)來(lái)抑制轉(zhuǎn)糖基反應(yīng)的進(jìn)行，從而限制了低聚半乳糖的轉(zhuǎn)化率。為了制備高含量的低聚半乳糖，低聚半乳糖的生產(chǎn)一般是再利色譜分離技術(shù)將反應(yīng)體系中的葡萄糖等組分分離出去。采用該種方法生產(chǎn)需要采購(gòu)價(jià)格昂貴的模擬移動(dòng)床色譜分離設(shè)備，提高了生產(chǎn)的成本和限制了低聚半乳糖行業(yè)的進(jìn)入。
[0004]中國(guó)專利文獻(xiàn)CN104004799A(申請(qǐng)?zhí)?01410261794.7)公開了一種連續(xù)制備低聚半乳糖的方法，以300?400g/L乳糖溶液為原料，采用β -半乳糖苷酶直接合成低聚半乳糖，當(dāng)反應(yīng)液內(nèi)低聚半乳糖含量達(dá)到為40wt%以上且乳糖濃度達(dá)到150g/L以下時(shí)，反應(yīng)液經(jīng)超濾膜超濾使酶循環(huán)利用，同時(shí)向反應(yīng)釜中流加400?500g/L高濃度乳糖溶液進(jìn)行連續(xù)合成反應(yīng)，超濾出液經(jīng)三級(jí)納濾膜納濾，分離得到低聚半乳糖。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高含量低聚半乳糖的生產(chǎn)方法。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種高含量低聚半乳糖的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0008](I)向乳糖溶液中加入β -半乳糖苷酶，加酶量為每克乳糖原料添加2?50U的β -半乳糖苷酶，在溫度30?55°C、pH 5.0?7.0的條件下，進(jìn)行酶反應(yīng)至葡萄糖占總糖的質(zhì)量百分比為5%?20%，升溫終止反應(yīng)，得到一次酶反應(yīng)液；
[0009](2)將步驟(I)制得的一次酶反應(yīng)液進(jìn)行濃縮至固形物的質(zhì)量百分比為55-90%，加入β -半乳糖苷酶，加酶量為每克乳糖原料添加2?100U的β -半乳糖苷酶，在溫度30?55°C、pH 5.0?7.0的條件下，進(jìn)行酶反應(yīng)80?150h，制得粗糖液；
[0010](3)向步驟⑵制得粗糖液中加入活性炭，升溫滅酶活后，經(jīng)離交，濃縮，制得低聚半乳糖。
[0011]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中乳糖溶液為在93°C以上保溫處理至少15min的乳糖溶液。
[0012]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中的乳糖溶液質(zhì)量濃度為30?45%。
[0013]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中的加酶量為每克乳糖原料添加5?1U的β -半乳糖苷酶。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(I)中的終止反應(yīng)條件為升溫至70?75°C，保溫30 ?40min。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中的乳糖溶液固形物質(zhì)量含量為50?60%。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(2)中的加酶量為每克乳糖原料添加30?50U的β -半乳糖苷酶。
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中活性炭添加量為料液干重的0.1?5% ;優(yōu)選的，活性炭添加量為料液干重的2?3%。
[0018]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟⑶中滅酶活條件為:70?100°C保溫10?30min。
[0019]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中離交條件為:溶液固形物的質(zhì)量百分比為5?60%,電導(dǎo) 10 ?100us/cm。
[0020]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中濃縮為真空濃縮，濃縮至低聚半乳糖的質(zhì)量濃度為70?80%。
[0021]所述β -半乳糖苷酶為本領(lǐng)域常規(guī)市售具有轉(zhuǎn)糖苷作用的β -半乳糖苷酶，如環(huán)狀芽孢桿菌CGMCC N0.8864、克魯維酵母CCTCC N0.Μ2010073、阿耶波多芽孢桿菌CCTCCΝ0.Μ2011464產(chǎn)的β -半乳糖苷酶。
[0022]有益效果
[0023]1、本發(fā)明首次采用二次酶反應(yīng)，從而使最終的產(chǎn)物中低聚半乳糖組分達(dá)到57%以上，解決了現(xiàn)有技術(shù)中低聚半乳糖生產(chǎn)成本高，產(chǎn)率低的問(wèn)題；
[0024]2、本發(fā)明采用質(zhì)量濃度為30?45%的乳糖溶液，避免了結(jié)晶現(xiàn)象，提高了低聚半乳糖的產(chǎn)率；
[0025]3、本發(fā)明采用高溫處理乳糖溶液，將乳糖溶液中的α -乳糖轉(zhuǎn)變?yōu)棣?-乳糖，提高了低聚半乳糖的產(chǎn)率；
[0026]4、本發(fā)明所述方法工藝要求低，實(shí)現(xiàn)所需設(shè)備采購(gòu)成本低，易于大規(guī)模推廣。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明所保護(hù)范圍不限于此。
[0028]菌種來(lái)源:
[0029]所述環(huán)狀芽孢桿菌來(lái)源于中國(guó)微生物菌種保藏管理委員會(huì)普通微生物中心，菌種編號(hào) CGMCCN0.8864 ；
[0030]所述克魯維酵母來(lái)源于中國(guó)典型培養(yǎng)物保藏中心，菌種編號(hào)CCTCCN0.Μ2010073；
[0031]所述實(shí)施例1?4中的β -半乳糖苷酶為利用環(huán)狀芽孢桿菌CGMCCN0.8864發(fā)酵制得；所述實(shí)施例5中的β -半乳糖苷酶為利用克魯維酵母CCTCC Ν0.Μ2010073發(fā)酵制得;
[0032]β -半乳糖苷酶的制備方法如下:
[0033](i)將保存有菌的斜面種子，接種于LB固體培養(yǎng)基，30?33°C培養(yǎng)12?24h，制得活化種子；
[0034]LB固體培養(yǎng)基配制方法如下:
[0035]胰蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、氯化鈉10g/L、瓊脂粉10_15h/L。NaOH調(diào)pH至7.0，在15psi高壓下蒸汽滅菌20min。
[0036](ii)將活化種子轉(zhuǎn)接到LB液體培養(yǎng)基中，30?33°C振蕩培養(yǎng)4?8h后，轉(zhuǎn)入LB液體培養(yǎng)基中，30?33°C振蕩擴(kuò)大培養(yǎng)4?8h，得到種子液；
[0037]LB液體培養(yǎng)基配制方法如下:
[0038]胰蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、氯化鈉10g/L。NaOH調(diào)pH至7.0，在15psi高壓下蒸汽滅菌20min。
[0039](iii)將種子液轉(zhuǎn)入發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)，30?33°C培養(yǎng)時(shí)間30?50h，得到發(fā)酵液；然后經(jīng)微濾或者離心脫除菌體，得到液體β -半乳糖苷酶；
[0040]發(fā)酵培養(yǎng)基配制方法如下:
[0041]蛋白胨10g/L、酵母提取物5g/L、氯化鈉10g/L、葡萄糖10g/L、硫酸鎂lg/L。NaOH調(diào)pH至7.0，在15psi高壓下蒸汽滅菌20min。
[0042]實(shí)施例1
[0043]一種高含量低聚半乳糖的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0044](I)將乳糖加水溶解，調(diào)節(jié)乳糖質(zhì)量濃度為45%，95?100°C保溫20min，將溫度降至45?50°C，然后向乳糖溶液中加入β -半乳糖苷酶，加酶量為每克乳糖原料添加5U的β -半乳糖苷酶，在溫度40°C、pH 5.5?6.0的條件下，進(jìn)行酶反應(yīng)1h至葡萄糖占總糖的質(zhì)量百分比為10?12%，煮沸終止反應(yīng)，得到一次酶反應(yīng)液；
[0045](2)將步驟(I)制得的一次酶反應(yīng)液進(jìn)行濃縮至固形物的質(zhì)量百分比含量為80%，加入β -半乳糖苷酶，加酶量為每克乳糖原料添加30U的β -半乳糖苷酶，在溫度40°C, pH 5.5?6.0的條件下，進(jìn)行酶反應(yīng)100h，制得粗糖液；
[0046](3)向步驟(2)制得粗糖液中加入活性炭，活性炭添加量為料液干重的2%，升溫至90°C保溫30min，抽濾脫除活性炭，然后調(diào)節(jié)溶液固形物的質(zhì)量百分比為30%，離交，電導(dǎo)降至90?lOOus/cm，濃縮至固形物質(zhì)量含量為75%，制得低聚半乳糖糖漿。
[0047]經(jīng)檢測(cè)，低聚半乳糖占總糖的質(zhì)量百分比為58.2%，產(chǎn)率達(dá)84.6%。
[0048]實(shí)施例2
[0049]一種高含量低聚半乳糖的生產(chǎn)方法，包括以下步驟:
[0050](I)將乳糖加水溶解，調(diào)節(jié)乳糖質(zhì)量濃度為40%，95?100°C保溫20min，將溫度降至50?55°C，然后向乳糖溶液中加入β -半乳糖苷酶，加酶量為每克乳糖原料添加2U的β -半乳糖苷酶，在溫度55°C、pH 6.5?7.0的條件下，進(jìn)行酶反應(yīng)1h至葡萄糖占總糖的質(zhì)量百分比為5%，煮沸終止反應(yīng)，得到一次酶反應(yīng)液；
[0051](2)將步驟(I)制得的一次酶反應(yīng)液進(jìn)行濃縮至固形物的質(zhì)量百分比含量為55%，加入β -半乳糖苷酶，加酶量為每克乳糖原料添加100U的β -半乳糖苷酶，在溫度550C、pH 6.5?7.0的條件下，進(jìn)行酶反應(yīng)80h，制得粗糖液；
[0052](3)向步驟(2)制得粗糖液中加入活性炭，活性炭添加量為料液干重的3%，升溫至100°C保溫lOmin，抽濾脫除活性炭，然后調(diào)節(jié)溶液固形物的質(zhì)量百分比含量為5%，離交，電導(dǎo)降至10?20uS/cm，濃縮至固形物質(zhì)量含量為70%，制得低聚半乳糖糖漿。
[0053]經(jīng)檢測(cè)，低聚半乳糖占總糖的質(zhì)量百分比為5