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高纯度低聚糖的研制.pdf

高纯度低聚糖的研制

chemidoctor 2012-07-26 评分 0 浏览量 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《高纯度低聚糖的研制pdf》,可适用于工程科技领域,主题内容包含ChinaFoodAdditivesNo.c一高纯度低聚果糖的研制江波王/杨瑞金唐琳llliaLH。dIle(无锡轻工大学食品学院无锡)|摘要:低聚符等。

ChinaFoodAdditivesNo.c一高纯度低聚果糖的研制江波王/杨瑞金唐琳llliaLH。dIle(无锡轻工大学食品学院无锡)|摘要:低聚果糖具有优越的生理功能但是普通级低聚果糖产品含有近%葡萄糖蔗糖和果糖它们没有特殊的功能并且可能会损害低聚果糖的生理功能。为了制备高纯度低聚果糖已开发了一些新的技术例如采用固定化黑曲霉细胞和葡萄糖异构酶或采用一种由葡萄糖氧化酶和过氧化物酶组成的双酶体系的酶处理方法和采用模拟移动床的离子交换法.本文简单地介绍这些工艺。关键词:高纯度低聚果糖离子交换酶处理模拟移动床f’’。一一’。‘。。‘。。。。。。’‘。一引言低聚果糖具有许多优越的生理学特性“:)在大肠内能被对人体有保健作用的一种菌双歧杆菌利用摄取低聚果糖后体内双歧杆菌数量可增加o~o倍。)低聚果糖类似于水溶性植物纤维能降低血脂改善脂质代谢降低血液中胆固醇和甘油三酯的含量。)低聚果糖很难被人体消化道唾液酶和小肠消化酶水解发热值低它很少转化为脂肪不会使人发胖。)低聚果糖对牙齿无不良影响它不能用来作为龋齿菌(Streptococcusmutant)形成基质也没有菌体凝结作用。)低聚果糖不易使血糖升高可供糖尿病人食用。)如把它加到化妆品中使用可抑制脸部及皮肤表面有害菌的生长。)低聚果糖对家畜、家禽有同样功能是功能性饲料添加剂被称为原生素(PPE)。)促进微量元素铁、钙的吸收利用。低聚果糖(Fructooligosaccharides)又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖是由蔗糖和~个果糖基通过一键与蔗糖中的果糖基结合而成的低聚糖主要包括蔗果三糖(一kestose)蔗果四糖(nystose)和蔗果五糖(一fructofranosylnystose)。其结构式为GFFn.n=~(其中G为葡萄糖基.F为果糖基)具体的分子结构丢芝.见图。HHHHHHHHHH.HHH蔗果三糖蔗果四糖HOCHH蔗果五糖图低聚果糖化学分子式它是利用微生物中具有果糖转移活性的一呋喃果糖苷酶(EC...)作用于蔗糖发生转移反应得到的。反应过程如下:GF(蔗)璧G(葡)GF(蔗)GFF(蔗果三糖)GFFF(蔗果四维普资讯http:wwwcqvipcom中国食品添加剂ChinaFoodAdditives糖)GFFF~F(蔗果五糖)无锡轻工大学是国家科委“九五”科技攻关项目“酶法生产低聚糖”的承担单位现已成功研制出工业化生产低聚果糖的方法经鉴定达到按同类方法生产低聚果糖的国际先进水平。表列出了酶法生产的低聚果糖产品的成分。表酶法生产低聚果糖各组分的含量(%)然而这种产品我们称之为普通级低聚果糖即产品干基中含有/~%有效低聚糖。普通级低聚糖中含有大量副产品葡萄糖对人体无保健作用对糖尿病人及龋齿患者还有不利影响而且在生产中葡萄糖是果糖转移酶的竞争性抑制剂导致产品中低聚果糖纯度只能达到%~%。因此如何开发高纯度低聚果糖即产品干基中有效低聚糖含量达%以上的低聚果糖(通常为%左右)成为目前急需解决的问题。在日本高纯度低聚糖的价格是普通级的倍高纯度低聚糖在生理学功能、营养研究及提高产品附加值方面都具有非常重要的意义是一种性能更好的新一代食品保健功能因子。到目前为止有文献报道的几种制备高纯度低聚果糖的方法比较如下:)凝胶过滤色谱法。:因为低聚果糖相比于葡萄糖f=孑蔗糖有较人的分子量故可用此法将其分离。尽管此法分辨率高但其成本太高压降大不太适合人规模糖的分离。)纳米滤膜法:分离原理也是基于低聚果糖与葡萄糖、蔗糖分子量的不同利用逆向渗透的方法。此法缺陷在于制造分离膜需要很高的技术设备昂贵并且需要有技一NO.术的劳动力进行操作和维修。)发酵法:利用酵母来转化葡萄糖而酶母对于低聚果糖没有水解活性这个方法比较经济但其产品呈霉状且有不良风味限制了其广泛的利用。)酶法I:利用葡萄糖异构酶(GI)将葡萄糖转化成果糖。此法中尽管降低了葡萄糖含量但异构得到的果糖并不能作为蔗糖的受体并不能增加低聚果糖的含量。)酶法Ⅱ:用多酶法制备高含量的低聚果糖即用葡萄糖氧化酶(GoD)和过氧化氢酶(CAT)的偶联反应来除去葡萄糖。此法缺陷在于葡萄糖氧化酶较贵且操作中需通气等比较复杂。)离子交换色谱法。下面介绍无锡轻工大学食品科学教研室曾经采用的或正在研究的制备高纯度低聚果糖的方法。固定化黑曲霉细胞及固定化葡萄糖异构酶法在以前的研究中曾采用固定化黑曲霉细胞及固定化葡萄糖异构酶方法得到低聚果糖和果糖含量分别为%和%的产品。尽管产品中低聚果糖的含量得到显著的提高但是还远未达到高纯度低聚果糖的标准。分步法消除低聚果糖产品中的葡萄糖以制备高纯度低聚果糖的工艺的研究分步法是指先用普通酶法制备得到.%的低聚果糖然后终止果糖转移酶反应再加入GOD(葡萄糖氧化酶)或GOD与CAT(过氧化氢酶)消除产物中的葡萄糖。.用单一GOD消除葡萄糖的研究将普通酶法制备得到的低聚果糖作为反应物为确保GOD最大酶活将工艺条件确定如下:总糖浓度:%反应温度:GOD用量:U/g总糖反应时滴加NNaOH以中和释放出维普资讯http:wwwcqvipcom中国食品添加剂》ChinaFoodAdditivesNo.的葡萄糖酸并控制体系ph恒定为.。用气泵通人空气反应h后加热灭酶过滤后用HPLC分析各组分含量结果见表。表普通酶法与GOD去除葡萄糖后低聚果糖产品中各成分含量比较方法葡萄糖蔗糖蔗果三糖蔗果四糖蔗果五糖总低聚果糖G(%)GF(%)GF(%)GF(%)GF(%)GFn(%)普通酶法Il..GOD法lO.o...从上表可见使用GoD单一酶是不够的只有约l%的葡萄糖被除去低聚果糖含量为.%。我们曾试图采取一系列措施改变反应条件如温度、总糖浓度、pH及酶用量等以提高低聚果糖含量但未成功GoD活性在反应h后急剧下降。.GoDCAT双酶法消除葡萄糖的研究作者又对GoDCAT双酶法消除低聚果糖产品进行了研究其反应条件如下:总糖浓度:%反应温度:反应pH:.酶用量:GODU/g总糖CATU/g总糖图是用GoD及CAT作用于.%低聚果糖后体系中总低聚果糖、蔗糖及葡萄糖的反应进程图。图则是低聚果糖中三糖、四糖及五糖的反应进程图。图与图葡萄糖术蔗糖总低聚果糖图体系中各糖组分随反应时间变『乜反应时间(h)口蔗果三糖蔗果四糖水蔗果五糖图低聚果糖随反应时间变『乜表明随着反应进行葡萄糖含量逐渐下降因而三糖、四糖、五糖及总低聚果糖含量增加当反应进行到h时葡萄糖已基本消除反应最终产物中各糖含量见表表GOD与CAT去除葡萄糖后低聚果糖产品中各成分含量葡萄糖蔗糖蔗果三糖蔗果四糖蔗果五糖总低聚果糖G(%)GF(%)GF(%)GF(%)GF(%)GFn(%)未检测出l....需要说明的是在反应终产物中蔗糖含量为.%与反应前的l.%大致相同而根据计算似应为%左右。可能的原因是在双酶反应过程中在pH.条件下有一小部分蔗糖发生水解水解产生的葡萄糖被GOD转化为葡萄糖酸产生的少量果糖未计入产物内。离子交换树脂色谱法制备高纯度低聚果糖离子交换树脂最常用在分离各种离子而用来分离糖类与前者分离的原理从根本上来说是不同的单糖之间的分离原理与低聚果糖之间的分离亦不完全相同。根据文献报道分离低聚糖多采用AmberliteIR一和Dowex型树脂于是选择凝胶型的强酸性聚苯乙烯类树脂作为本论文中分离低聚果糖的介质该类树脂的骨架为苯乙烯交联剂为二乙烯苯(DⅧ)功能基为磺酸基(一SO)。.单柱脉冲试验一一维普资讯http:wwwcqvipcom《中国食品添加剂》ChinaFoodAdditivf=sNo.实验装置如图所示该实验叫做脉冲实验是因为把可测的脉冲进料液应用到柱子中然后用可测体积的水来洗脱采用HPLC法测定洗脱液中各种糖的含量根据单柱脉冲试验可以确定色谱柱的长径比、树脂粒度、树脂交联度、抗衡离子形式和浓度等因素对分离效果(分辨率)的影响图实验装置图糖分子是呈电中性的它不具有离子的特征用来分离低聚糖类等分子较小物质的树脂一般都为凝胶型树脂凝胶型树脂具有均相凝结的结构在溶胀状态下才显示出孔穴树脂颗粒的毛细孔径很小一般小于cm所以凝胶型孔被称为“微网格”结构。如果糖分子要与树脂发生作用它首先要进入树脂中一个葡萄糖分子的直径约为.A而蔗糖、蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖均为线性分子可以估计最大的五糖分子约在A一般凝胶型树脂的孔径如前所述都小于A因此不同的孔径就对不同的糖分子产生了选择。如果去除离子交换树脂中的功能团而保留其多孔骨架树脂就可看作一种具有一定微孔结构的凝胶或无序结构的多孔性网络对于各种糖类的分离起到一种体积排阻效应这是离子交换树脂分离小分子低聚糖的主要机制之一“。除凝胶过滤的作用外树脂分离低聚果一一糖与蔗糖和葡萄糖的另一个重要的机制是通过静电固定在强酸性阳离子交换树脂上的金属阳离子和糖上的羟基(一OH)形成给体一受体配合物。大多数的碱金属和碱土金属离子在水溶液中都以水合离子的形式存在且一般配位数为构成八面体结构当糖分子由于洗脱液中水分子的推动作用而在柱中产生移动时会取代和置换一部分被阳离子水合的水分子之后洗脱液中的水分子又会反过来替代已成为阳离子配位体的糖分子口(}IO)】什R==【M(H)一mR(OH)~rnHOvI代表金属离子R(OH)n代表糖分子X代表金属离子价数m代表被置换的水分子数)因此各种糖的分离直接与它们和金属离子形成配合物的稳定性有关配合物越稳定此类糖分子就越受阻滞而那些不形成配合物或是形成很弱的配合物的糖分子很快维普资讯http:wwwcqvipcom中国食品添加剂》ChinaFoodAdditivesNo.就从柱中消失于是固定在树脂上的阳离子形式成为影响低聚果糖分离过程的一个重要参数而此时树脂的功能仅是将阳离子固定在一定的位置上。以这种机制进行分离的色谱属于配位体交换色谱(Ligandexchangechromatography)中的一种。在单根柱上进行小规模低聚果糖的分离。操作简单、灵活。然而从图可以看出单糖与低聚果糖的分离很好但二糖与低聚果糖没有分开。因此根据离子交换色谱分离低聚果糖产品中各种组分的原理设计连续分离系统就显得非常必要。E蛏洗脱体积(m)一蔗果五糖蔗果四糖蔗果三糖蔗糖葡萄糖图单根离子交换柱对低聚果糖各组分的分离.模拟移动床(简称SMB)连续逆流色谱模拟移动床(以下简称SMB)连续逆流色谱是当今工业分离科学中一个十分活跃树脂的研究领域它的基本功能是把色谱分离技术连续化和工业化。SMB系统由于设备复杂比较适用于被分离物性质相似且需要大规模操作的情况以抵消昂贵的投资费用。SMB系统最大的一个缺点就是不能实现多组分分离即只能把产品分成两个部分C)。目前利用SMB系统制备高纯度低聚果糖仅在日本有所报道“SMB的分离原理见图。待分离的两种物质A和B由于在树脂上的吸附性能不同而使它们在柱中迁移率不同如果树脂床在液流相反方向以介于两迁移率之间的速度移动在柱中间连续不断地引入两物质的混合物与树脂结合力强的A组分随树脂移动而与树脂结合力弱的B组分以相反的方向被逆流冲洗液带走这样就可使两种物质向两个方向迁移得到连续分离依照以上的描述设计制造的分离设备称之为真实移动床(Truemovingbed)因为树脂移动非常不便且会导致颗粒磨损和对液流的扰动产生沟流、不稳定流动等。所以可将一系列的柱串联构成一个连通系统后将液流的入口和出口固定。每经过固定的一个时间(称为一个切换时间)。柱子逆着液流方向转动到下一根柱的位置体现了固定相模拟移动的效果这就是模拟移动床。因为树脂柱之间不可能实现连续转动快洗脱物B入料AB慢洗脱物A洗脱剂图SMB分离原理一一维普资讯http:wwwcqvipcom《中国食品添加剂》ChinaFoodAdditiveslNo.O’’’切换时间min)口纯度(‘)一回收率(‘)图切换时间对纯度和回收率的影响而只能在一段时间切换一次因此在SMB中除了在柱的切换瞬间其实每一根柱都是一个固定床类似于树脂在连续床中是一段一段运动的而不是真正意义上的连续运动因此称之为“半连续”(SemicontinHOUS)更为合适而且树脂柱越短总柱数越多切换时间越短越接近真实的移动床C)。从图中可以看出切换时间越短产品纯度越高回收率越小。在一个SMB系统中如果选定一个切换时间也即确定了固定相流速就可以根据产品纯度和回收率的要求选择最合适的流动相速度。然而这个切换时间的选择很重要如果切换时间太短固定相流速太大会使物质在固定相上的吸附不好如果切换时间太长固定相流速太小会使物质的扩散过大应经过多次实验才能确定。研究中采用美国先进技术分离公司(AdvancedSepamtionTechnologiesInc.)制造的CESP中试单元LIOOC从普通级低聚果糖(低聚果糖含量%~%)制备高纯度低聚果糖可连续得到纯度在%左右的高纯度低聚果糖产品。结论与展望.中试试验结果表明采用模拟移动床(SMB)连续逆流色谱法能从普通级低聚果糖连续制备高纯度低聚果糖然而回收率偏低(%左右)因此还需要进一步优化操作参数尤其是优选所采用的离子交换树脂的类型。.纳米过滤技术或许是另一种适宜于按工业化规模生产高纯度低聚果糖的技术。参考文献江波等.无锡轻工大学学报():~无锡轻工大学云南天元国际商务集团.国家“九五重点科技项目(攻关)计划鉴定材料TeruoNakakukieta.Oligosaccharides:productionpmpeItandapplicationGordonandBreathSciencePub.中久喜辉夫.应用糖质化学():~.K.Sankam.S.S.GodbloeandS.F.DSouzaEnzymeMicroob.Techno.l():l~江波.固定化黑曲霉生产低聚果糖的研究.无锡轻工大学博士学位论文LamiaL’Hocineeta.食品科学():~Youichitakahashiandahigei.GotoSeparationScienceandTechnology():l~lP.Jandera。J.ChumcekJournalofChromatography,~S.CChurrm.JournalofChromatography():~CaruelLl(jand八GasetJournalofChromatography():~GZhong.T.YunSKhattabiG.GuiochonChromatographiaVo.l~lJP.一mB维普资讯http:wwwcqvipcom《中国食品添加剂》ChinaFoodAdditivesNo.StudyonProductionofHighPurityFructligsaccharidesJiangBoWangZhangYangRuijinTangLinLamiaL’Hocine(SchoolofFoodScience&Technology.IVuxiUniversityofLightIndustryWuxi)ABSTRACT:FructOOligOsaccharideshavesuperiorbiologicalactivitybutthegener.algradeproductoffructOOligOsaccharidescontainsnearlyfiftypercentageofglucosesucroseandfructosewhichdon’thavespecialfunctionandmayhamperthebiologicalactivityofthefructOOligOsaccharides.TopreparehighpurityfructOOligOsaccharidessomenewtechnologieshavebeende.velopedsuchasenzymaticmethodbyusingimmobilizedAspergillusnigercellandglucoseisomeraseabienzymesystemofglucoseoxidaseandcatalaseaswellasionex.changeprocedurebyusingasimulatedmovingbed.Thispaperdescribesthesetechnologiesbriefly.KE、WORDS:highpurityfructOOligOsaccharidesionexchangeenzymatictreat一mentsimulatedmovingbed谷氨酰胺转胺酶的发酵生产和应用研陈坚郑美/堵国成伦世仪(无锡轻工大学生物工程学院环境生物技术研究室无锡T)一摘要:谷氨酰胺转胺酶催化体外大多数食品蛋白质的交联反应如:酪蛋白大豆蛋白、肌球蛋白肌动蛋白、谷蛋白禽蛋蛋白等等通过催化肽键谷酰胺基残基的酰基转移反应在各种蛋白质分子之间或之内形成£一(y一谷胺酰)赖氨酸键从而改善各种蛋白质的功能性质。本文就谷氨酰胺转胺酶的国内外研究现状作一综述主要包括理化性质生产工艺提取技术及其在食品工业中的应用。另外对本研究室谷氨酰胺转胺酶发酵法生产的研究情况也作了报道。关键词:谷氨酰胺转胺酶.理化性质发酵法生产、谷氨酰胺转胺酶的性质和功能近年来无论发达国家或发展中国家都对新型食品的研究给予越来越多的重视。所谓的新型食品是指必须满足或具有营养价值高、质地结构好、口感好、安全卫生、外表美观、贮存期长和抗过敏等特点的食品。应用由于酶法在生产过程中表现出的反应条件温和、副产物少和作用专一的特点因此采用酶技术生产或改造新型食品具有很重要的发展潜力。谷氨酰胺转胺酶在这方面显示出强大的优势。.谷氨酰胺转胺酶(Transglutaminase简一一维普资讯http:wwwcqvipcom

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