高純麥芽糖酶法制備新工藝及其動力學(xué)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(yīng)用前景良好。另外，高純麥芽糖在食品工業(yè)中也應(yīng)用廣泛，可作為冷飲抗結(jié)晶劑，油脂吸收劑等，同時也是生產(chǎn)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(fù)雜，生產(chǎn)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(chǎn)，并具有操作簡單、產(chǎn)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(chǎn)成本，大大提高生產(chǎn)效益；建立了β-淀粉酶酶解玉米淀粉的動力學(xué)模型；并運用各種分析方法和技術(shù)手段對副產(chǎn)物β-極限糊精的特性和應(yīng)用進行了較為系統(tǒng)的研究，所得結(jié)果可為淀粉的綜合利用奠定相關(guān)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。 現(xiàn)將主要結(jié)果與結(jié)論歸納如下： 1、玉米淀粉的理化指標(biāo)和支鏈淀粉的精細結(jié)構(gòu)是麥芽糖理論產(chǎn)率的衡量依據(jù)，本文采用國標(biāo)方法測定了

3、玉米淀粉的理化指標(biāo)，利用酶法對玉米支鏈淀粉精細結(jié)構(gòu)進行了研究，結(jié)果表明原料玉米淀粉達到玉米一級品標(biāo)準(zhǔn)，其支鏈淀粉平均鏈長為25，其中外鏈平均鏈長為18，內(nèi)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(yù)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(yīng)用Box-B

4、ehnken設(shè)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(xué)方法得到β-淀粉酶酶解淀粉制備麥芽糖的數(shù)學(xué)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(chǎn)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(yīng)動力學(xué)研究表明β-淀粉酶酶解玉米淀粉的初期遵循一級反應(yīng)規(guī)律，并可用經(jīng)典的米氏方程進行模擬，動力學(xué)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(xué)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(nèi)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(xué)性質(zhì)進行了研究。結(jié)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(yīng)用Box-Behnken設(shè)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(xué)方法建立數(shù)學(xué)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(chǎn)率為61.3％

8、。 7、為得到結(jié)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(jié)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(jié)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(jié)晶純度可達到99.9％。 8、對自制結(jié)晶麥芽糖產(chǎn)品進行了質(zhì)量分析和結(jié)構(gòu)解析，結(jié)果表明其質(zhì)量完全符合第14版日本藥局方的要求，并且自制結(jié)晶麥芽糖產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與麥芽糖標(biāo)樣結(jié)構(gòu)相同，屬于β構(gòu)型，說明自制結(jié)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(shù)手段對副產(chǎn)物β-極限糊精性質(zhì)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(zhì)，其應(yīng)用前景非常廣泛。 本文對副產(chǎn)物β-極限糊精的應(yīng)用進行了探索性研究，發(fā)現(xiàn)