[发明专利]一种用固定化酶生产果寡糖和高果糖浆的方法

说明书

技术领域

本发明涉及果寡糖和高果糖浆的生产，具体地说是一种用固定化酶生产果寡糖和高果糖浆的方法。

背景技术

菊粉是一种天然的果聚糖，广泛存在于多种植物的根、茎之中，如菊芋、菊苣、大丽花、牛蒡等。它是由呋喃构形的D-果糖经β-2，1-糖苷键脱水聚合而成一类可溶性直链多糖，且在果糖残基末端连有一个葡萄糖残基，完全水解后可以得到果糖和少量葡萄糖。菊粉从植物中提取十分方便，也适合于酶水解反应，降解产生一系列产物(如果糖、寡聚果糖，高果糖浆)都具有巨大的应用价值

果糖是一种天然营养甜味剂，其甜度高(甜度为蔗糖的1.8倍)、热值低，是优秀的甜味剂和低热值食品原料，适宜于高血脂、高血压及肥胖病患者服用，特别适于糖尿病患者服用，作为强化甜味剂，已越来越受到国内外的重视与欢迎。当前果糖的生产是利用异构酶将葡萄糖异构化生产果糖，但这个过程的转化率低，产品中果糖的含量低(低于50％)，若生产高含量果糖产品，须要将葡萄糖从产品中分离出去，生产技术要求高，生产成本高。

果寡糖，又称为低聚果糖，分子组成为GFn(G为葡萄糖，F为果糖，n≥2)，是在蔗糖分子上以β-1，2-糖苷键结合数个D-果糖而形成的一组低聚糖的总称，果寡糖具有优异的生理功能，它可以改善肠道菌群环境，润肠通便，增强免疫力等，主要用于食品添加剂、保健食品及饲料添加剂等领域。商品果寡糖主要是利用微生物发酵得到的β-果糖基转移酶作用于蔗糖得到的。

利用菊粉酶降解菊粉生产果寡糖和高果糖浆是经济可行的。菊粉是由一个葡萄糖分子和许多个果糖分子缩合而成，完全水解后，果糖含量占80％以上，这比当前采用的异构酶将葡萄糖异构化生产果糖的工艺简单，产品中果糖含量高，可直接生产超高果糖浆；工业上利用菊粉酶生产低聚果糖的方法是由内切菊粉酶水解菊粉而成，产物以低聚果糖为主，纯度高，原料便宜。但利用游离酶在降解反应完成后无法回收，造成果寡糖和高果糖浆的生产成本高，产品价格高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用固定化菊粉酶降解菊粉生产果寡糖和高果糖浆的方法，固定化介质价格低廉，固定化酶方法简单有效。采用这种技术生产果寡糖和高果糖浆，可以回收并重复利用酶，降低生产成本。该方法采用固定化酶，适合间歇或连续等多种反应方式及搅拌、填充床或流化床、膜生物反应器等各种反应器，适应于规模化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用固定化酶生产果寡糖和高果糖浆的方法，包括“氧化-固定化-还原”三步法固定化菊粉酶，并利用该固定化酶生产果寡糖和高果糖浆；

具体为，

1)用过碘酸盐专一氧化菊粉酶分子中糖链的相邻羟基产生醛基，利用氧化产生的醛基与具有游离氨基的固定化载体进行偶联，利用硼氢化钠还原菊粉酶分子与固定化载体间形成的希夫碱，得到稳定的固定化菊粉酶；

所述专一氧化过程为：采用过碘酸盐(如：高碘酸钠)氧化菊粉酶分子中的糖链，生成醛基基团，具体条件为，反应体系为0.01M-0.2M的pH3.0-6.0的醋酸-醋酸钠缓冲液，体系中菊粉酶量为0.5-5mg/ml，体系中过碘酸盐的用量为5-50mM，室温下避光氧化0.5-2小时之后，每1ml溶液加入0.25-0.4ml乙二醇反应1-5分钟，反应结束后，溶液在0-4℃用蒸馏水透析脱盐，得活化的菊粉酶；

所述具有游离氨基的固定化载体的制备过程为：将固定化载体与耦联剂反应，使固定化介质表面具有游离氨基；反应在有机相或水相体系中进行，按耦联剂与反应体系的重量体积比g/ml计，体系中耦联剂的用量为3-20％w/v，反应温度为20-110℃，反应时间5-24小时，得活化的固定化载体；所述固定化载体为无机或有机的多孔或微孔材料，如：分子筛、氧化铝、玻璃珠、吸附树脂或离子交换树脂等；所述耦联剂为氨丙基三乙氧基硅烷、环氧氯丙烷、戊二醛或聚乙烯亚胺；

所述利用氧化产生的醛基与具有游离氨基的固定化载体进行偶联的过程为：反应体系为0.01-0.2M磷酸盐缓冲溶液，pH 7.0-9.0，将固定化载体浸没于磷酸盐缓冲溶液，活化的菊粉酶的用量为2-10mg酶/g湿重固定化载体，反应温度0-25℃，反应时间2-24小时；

利用硼氢化钠还原菊粉酶分子与固定化载体间形成的希夫碱的过程为：按重量体积比g/ml计，于上述反应后的体系中加入0.1-0.5％(W/V)硼氢化钠，室温反应30-60分钟，还原希夫碱，得到稳定的固定化菊粉酶；

所述菊粉酶是指外切菊粉酶、内切菊粉酶中的一种酶或两种酶的混合物。