高純麥芽糖酶法制備新工藝及其動力學研究.pdf

1、麥芽糖是一種營養(yǎng)性雙糖，無需胰島素就可被組織細胞完整吸收，最終水解為葡萄糖，在臨床上可用于糖尿病等患者的靜脈注射補糖液，應用前景良好。另外，高純麥芽糖在食品工業(yè)中也應用廣泛，可作為冷飲抗結晶劑，油脂吸收劑等，同時也是生產功能性甜味劑麥芽糖醇的原料。但是目前普遍采用傳統(tǒng)工藝制備的麥芽糖純度不高，且不易分離純化，要獲得高純度麥芽糖需要經(jīng)過多重精制，工藝復雜，生產成本較高。 本論文建立了β-淀粉酶直接作用于玉米淀粉制備高純麥芽糖的新工

2、藝，此工藝適用于工業(yè)化生產，并具有操作簡單、產品純度高、易于分離純化等優(yōu)點，從而可降低高純麥芽糖的生產成本，大大提高生產效益；建立了β-淀粉酶酶解玉米淀粉的動力學模型；并運用各種分析方法和技術手段對副產物β-極限糊精的特性和應用進行了較為系統(tǒng)的研究，所得結果可為淀粉的綜合利用奠定相關理論和應用基礎。 現(xiàn)將主要結果與結論歸納如下： 1、玉米淀粉的理化指標和支鏈淀粉的精細結構是麥芽糖理論產率的衡量依據(jù)，本文采用國標方法測定了

3、玉米淀粉的理化指標，利用酶法對玉米支鏈淀粉精細結構進行了研究，結果表明原料玉米淀粉達到玉米一級品標準，其支鏈淀粉平均鏈長為25，其中外鏈平均鏈長為18，內鏈平均鏈長為6，分支化度(A：B)為1.71：1。 2、本研究所得到的新工藝無需傳統(tǒng)工藝中的液化過程，為解決β-淀粉酶不能直接作用于生淀粉的問題，在酶解淀粉之前先對淀粉進行了糊化預處理研究，通過單因素試驗，確定糊化溫度為75℃，糊化時間為5 min。 3、應用Box-B

4、ehnken設計方法，對β-淀粉酶作用于玉米淀粉制備麥芽糖的工藝條件進行優(yōu)化。利用統(tǒng)計學方法得到β-淀粉酶酶解淀粉制備麥芽糖的數(shù)學模型為：Y=58.52.5-11A+8.02B+3.03C+1.04D-10.92A2-9.1782-13.98C2-2.64D2+0.15AB+0.15AC+0.42AD+1.99BC-0.072BD-0.62CD。得最佳工藝條件：玉米淀粉乳濃度8.55％，β-淀粉酶用量2.48μL/g，酶解時間37.5

5、 h，酶解溫度56.3℃，最大的麥芽糖產率為60.6％。 通過對乙醇沉淀與膜分離方法的效果進行比較，確定膜分離方法更佳，其分離得到的麥芽糖純度可高達95.8％。 4、酶促反應動力學研究表明β-淀粉酶酶解玉米淀粉的初期遵循一級反應規(guī)律，并可用經(jīng)典的米氏方程進行模擬，動力學參數(shù)Vm為1.034 mg/mL.min，Km為10.230 mg/mL。β-淀粉酶酶解玉米淀粉的動力學模型為：V=2.261.exp(-5737/RT)

6、/1.772.exp(-20833.6/RT)+[S] [E]總[S]該模型在303.15～333.15K(即30-60℃)的溫度范圍內適用。 5、以磁性殼聚糖微球為載體，采用戊二醛交聯(lián)法制備了固定化β-淀粉酶，并對固定化酶的酶學性質進行了研究。結果表明，磁性固定化β-淀粉酶的總活力和活性回收率分別為100 U/g和45.3％。固定化β-淀粉酶的最適作用溫度和最適pH分別為70℃和5.3，其熱穩(wěn)定性、酸堿穩(wěn)定性、操作穩(wěn)定性和貯藏

7、穩(wěn)定性均優(yōu)于游離酶。 6、應用Box-Behnken設計方法，對磁性固定β-淀粉酶作用于玉米淀粉制備麥芽糖的工藝條件進行優(yōu)化。利用統(tǒng)計學方法建立數(shù)學模型：Y=59.81-4.29A+1.42B+2.12C-2.11A2-3.10B2-5.37C2+0.32AB-0.12AC-0.12BC 得最佳工藝條件：玉米淀粉乳濃度9.81％，磁性固定β-淀粉酶用量0.92 g/g，酶解時間30.83 h，最大的麥芽糖產率為61.3％

8、。 7、為得到結晶麥芽糖，對單酶制備得到的麥芽糖進行脫色、離子交換和結晶研究。采用正交實驗，確定麥芽糖活性炭F脫色的最佳工藝條件為活性炭用量2.5％(m/m)、脫色溫度80℃、脫色時間20 min、pH值3.6，此時活性炭對麥芽糖的脫色率為86.0％。影響脫色效果的因素的主次順序為：脫色溫度>脫色時間>pH值>活性炭用量。陽離子樹脂J與陰離子樹脂N以V(陽離子)：V(陰離子)=6：4組成離子交換柱，流速為每小時2倍柱床體積量的除

9、雜效果最好且處理量最大。此時精制后的麥芽糖的純度可達99.0％。運動降溫結晶麥芽糖的最佳控制條件為：初始過飽和度控制在1.05～1.10，攪拌速度2～3 rpm，降溫養(yǎng)晶區(qū)間為55℃～25℃。在該條件下得到的麥芽糖結晶純度可達到99.9％。 8、對自制結晶麥芽糖產品進行了質量分析和結構解析，結果表明其質量完全符合第14版日本藥局方的要求，并且自制結晶麥芽糖產品的結構與麥芽糖標樣結構相同，屬于β構型，說明自制結晶麥芽糖可作為藥用級

10、試劑來使用。 9、采用各種分析方法和技術手段對副產物β-極限糊精性質進行了較為系統(tǒng)的研究，發(fā)現(xiàn)其透明度、溶解度與膨潤力、凍融穩(wěn)定性、凝沉性、吸濕性均較原淀粉有很大改善。其粘度較原淀粉低，具有剪切變稀現(xiàn)象，呈現(xiàn)假塑性流體的特征。增大濃度、添加蔗糖，β-極限糊精的粘度升高，但添加少量氯化鈉、酸、堿，β-極限糊精粘度降低。由于β-極限糊精這些優(yōu)良的性質，其應用前景非常廣泛。 本文對副產物β-極限糊精的應用進行了探索性研究，發(fā)現(xiàn)