[发明专利]一种具有疏水特性的固定化乳糖酶及其应用于制备乳果糖的方法

说明书

本发明公开了一种具有疏水特性的固定化乳糖酶及其应用于制备乳果糖的方法，首先通过对乳糖酶进行固定化，赋予其疏水特性。并以其为生物催化剂，在温和的条件下催化乳糖制备乳果糖，最终乳果糖的得率可达到33.6%，含量为83.9 g/L，是游离乳糖酶获得的乳果糖得率的近2倍。本发明的独到之处在于：通过固定化操作，赋予固定化乳糖酶一定的疏水特性，进而调控乳糖酶的水解活性和转糖苷活性，使其向有利于乳果糖生成的转糖苷方向进行。本发明有效解决了乳糖酶应用于乳果糖生产中水解活性过高的问题，采用具有疏水特性的固定化乳糖酶，无需有机相的辅助，即可高效制备乳果糖，实用性强，是化学法和游离酶法制备乳果糖的一种有益替代。

技术领域

本发明属于食品生物技术领域，具体涉及一种具有疏水特性的固定化乳糖酶及其应用于制备乳果糖的方法。

背景技术

乳果糖（C₁₂H₂₂O₁₁，4-_O- β-_D-吡喃半乳糖基-_D-果糖）是由半乳糖和果糖以β-1,4-糖苷键结合形成的一种功能性低聚糖。乳果糖不能被人体代谢分解，在人体小肠内无法被吸收，进入结肠后能被双歧杆菌产生的β-半乳糖苷酶分解而成为双歧杆菌增殖的碳源，从而促进人体肠道有益菌的增殖，抑制有害菌的生长，对便秘、腹泻、肠炎等肠道菌群失调患者均有着较好的疗效，因此又被称为“双歧杆菌增殖因子”。其作为功能因子除被用于健康食品（保健品、食品添加剂、动物饲料、以及婴幼儿奶粉等）领域外，乳果糖还可以用于医药领域，尤其是用于治疗便秘和肝性脑病等。目前世界上100多个国家将乳果糖纳入药典，并被列入“世界卫生组织基本药物标准清单”（World Health Organization Model List ofEssential Medicines），是人体系统所必须的重要药物之一。

乳果糖的制备分为化学法和酶法，化学法是目前常用的工业乳果糖制备手段，但是存在副产物多、转化率低、安全性有待提高等问题。酶法制备乳果糖是目前研究热点，而在目前已经报道的乳果糖制备用酶中，只有乳糖酶已经实现商业化，其他包括高效的纤维二糖差向异构酶等，均处于实验室阶段，尚不具备大规模工业化应用。乳糖酶同时具有水解活性和转糖苷活性，在果糖存在的情况下，能够催化乳糖生成乳果糖。但是乳糖酶过高的水解活性不利于乳果糖的生成，一方面，过高的水解活力会使得乳糖在短时间内彻底水解成半乳糖和葡萄糖；另一方面，乳糖酶的水解活力同样会作用于生成的乳果糖，从而降低乳果糖的得率。目前有报道采用水相-有机相的双相体系来控制乳糖酶催化体系的水分活度，进而抑制乳糖酶的水解活力，促进其转糖苷活力，进而提高乳果糖得率。如2008年费颖等以磁性壳聚糖纳米微球固定化的乳糖酶和商业化的固定化葡萄糖异构酶为催化剂，在环己烷-水相（95%：5%，v/v）体系中催化乳糖制备乳果糖，最佳条件下乳果糖的得率达到18.9%，含量为151 g/L，是单一水相体系中乳果糖得率的近3倍（见费颖.磁性壳聚糖微球固定化乳糖酶及其在乳果糖制备中的应用[D]:[硕士学位论文].无锡，江南大学食品学院，2008）。但是有机相的使用存在一定的安全隐患，对反应器的需求较高，且实验中所使用的乳糖溶液接近饱和，容易结晶析出，不利于催化反应得进一步进行。

因此，提供一种无需借助有机相体系，即可实现对乳糖酶水解活性进行控制得策略，对工业化酶法制备乳果糖具有重要的应用价值。

发明内容

为解决现有技术存在的缺陷，本发明提供一种具有疏水特性的固定化乳糖酶及其应用于制备乳果糖的方法。

针对乳糖酶在催化乳糖制备乳果糖反应中，水解活性过高，不利于乳果糖生成的问题，本发明创新性地将乳糖酶固定到疏水性的载体上，并进一步对其进行表面的乳糖酶进行团聚，赋予制备的固定化乳糖酶一定的疏水特性，进而在反应体系中，为乳糖酶提供疏水微环境，进而在一定程度上抑制其水解活性，促进乳果糖的生成。