本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的方法。將葡萄糖異構(gòu)酶采用過濾方式固定在不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜中制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶的膜生物反應器，并利用該酶膜反應器對葡萄糖溶液進行分批或連續(xù)反應生產(chǎn)高果糖漿。本發(fā)明專利技術(shù)集酶催化過程與膜分離過程與一體，簡化了生產(chǎn)工藝，提高了酶的活性與穩(wěn)定性；同時酶膜反應器可以重復使用，避免了溶劑清洗與分批加料，符合綠色化學的發(fā)展方向，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，提高了生產(chǎn)效率，為果糖工業(yè)化生產(chǎn)提供了參考。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的方法。
技術(shù)介紹
高果糖漿（HFCS）又稱異構(gòu)糖漿，工業(yè)上主要采用淀粉為原料，經(jīng)雙酶液化和糖化作用，水解為葡萄糖，再由葡萄糖異構(gòu)酶的異構(gòu)作用，將一部分α-葡萄糖異構(gòu)化為α-果糖，得到α-葡萄糖與α-果糖的混合液。與傳統(tǒng)的蔗糖相比，高果糖漿甜度更高熱量更低，且具有保健與營養(yǎng)功效。作為天然的甜度劑不但在食品工業(yè)中廣為應用，在醫(yī)藥、家庭調(diào)味品、日用化工等方面都有應用。如今，HFCS已成為重要的甜味劑之一，其生產(chǎn)發(fā)展勢頭強勁，每年全世界的生產(chǎn)量超過1000萬噸。傳統(tǒng)高果糖漿生產(chǎn)主要采用酸法水解淀粉，但這種傳統(tǒng)酸法水解工藝存在很多缺點：需要耐酸耐壓設(shè)備；需要精制淀粉為原料；淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的收率低，不超過90 %；水解過程中，由于葡萄糖的逆聚合反應而生成較多帶苦味的低聚糖，必須用結(jié)晶法精制才能將苦味去除等。因此，這種傳統(tǒng)工藝逐漸被新興的酶技術(shù)替代。目前酶法生產(chǎn)高果糖漿主要有兩種途徑：（1）以淀粉等為原料經(jīng)過葡萄糖異構(gòu)酶等3步酶催化多步生物化學反應，稱為“多步法途徑”，其果糖的含量不高于50%；（2）以菊芋為原料，依靠菊粉酶一步催化反應生產(chǎn)高純度的果葡糖漿，稱其為“一步法途徑”。例如廖承軍（廖承軍等，申請?zhí)?01410736458.3）公開了一種制備固體山梨醇并聯(lián)產(chǎn)果葡糖漿的生產(chǎn)工藝，制得高果糖漿含量為88%左右；李榮杰等（李榮杰等，申請?zhí)?0101010102631.6）公開了一種制備高果糖漿的方法，制得高果糖漿含量為70%~75%左右；黃廣民等（黃廣民等，申請?zhí)?0910007107.8）公開專利技術(shù)了一種斑茅草莖稈酸水解制備高果糖漿的方法，制得高果糖漿含量為90%。王建華等（王建華等，申請?zhí)?8120697.2）公開了一種產(chǎn)生菊粉酶的酵母菌株及其在制作高果糖漿中的應用，用此菌株水解菊粉制得的高果糖漿含量達到95%。但前者的原料利用率較低且成本較大，很難應用于工業(yè)；后者的菊粉酶沒有商業(yè)化產(chǎn)品，生產(chǎn)成本較高，在水解中易出現(xiàn)褐變；且游離酶間歇生產(chǎn)方法具有許多缺點：酶的提取和純化必須采用十分精巧甚至是繁瑣的方法，代價昂貴；酶由細胞內(nèi)分離出來后，穩(wěn)定性顯著降低；這些溶于水的酶必須采用分批反應，在催化結(jié)束后極難回收，造成浪費且產(chǎn)品的成本較高；間歇式的操作，使產(chǎn)品質(zhì)量較差等。固定化酶進行催化反應具有許多優(yōu)點：產(chǎn)物的分離提純簡化；用于食品加工，不影響產(chǎn)品風味；固定化后，酶穩(wěn)定性增加，可長期使用和連續(xù)反應，實現(xiàn)了酶的回收和多次重復利用，大大降低了生產(chǎn)成本，并提高了產(chǎn)品質(zhì)量，自動化程度增加。吳敬等（吳敬等，申請?zhí)?01210581801.2）利用殼聚糖絮凝重組構(gòu)建的大腸桿菌，戊二醛交聯(lián)絮凝物的方法制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶；佟毅等（佟毅等，吉林大學自然科學學報 2000:107~109）在對多孔三甲銨甲基聚苯乙烯(TMPS)載體的合成研究基礎(chǔ)上,運用分子沉積技術(shù)，完成葡萄糖異構(gòu)酶200ks雙層固定化試驗；陳棟等（陳棟等, 中國，101864410[P].2010.）制備可以用于葡萄糖異構(gòu)酶的醛基介孔分子篩和環(huán)氧基介孔分子篩，使酶分子可以直接以共價結(jié)合的方式固定在分子篩表面；曹奎龍等（曹奎龍等，申請?zhí)?00910073264.9）利用磁性殼聚糖符合微球制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶。但這些固定化方法，成本較高且HFCS轉(zhuǎn)化率低，難于放大在工業(yè)化生產(chǎn)上。因此研究一種酶活高、穩(wěn)定性好、成本低廉且簡單方便的葡萄糖異構(gòu)酶固定化方法具有十分重要的意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有的技術(shù)存在的上述問題，本專利技術(shù)公開了一種固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的方法。該方法將葡萄糖異構(gòu)酶采用過濾方式固定在不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜中，制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶膜生物反應器并利用該酶膜反應器連續(xù)生產(chǎn)高果糖漿，實現(xiàn)了酶的回收利用大大減少了生產(chǎn)成本。所述的一種固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的方法，其特征在于：將葡萄糖異構(gòu)酶采用過濾方式固定在不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜中制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶的膜生物反應器，并利用該酶膜反應器對葡萄糖溶液進行分批或連續(xù)反應生產(chǎn)高果糖漿。所述的方法，其特征在于：所述的不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜為卷式膜、板框式膜、平板膜、管式膜、毛細管膜和中空纖維膜。所述的方法，其特征在于：所述的過濾方式為過濾、重力過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾和錯流過濾。所述的方法，其特征在于所述的超濾膜的孔徑范圍為：2~100 nm。所述的方法，其特征在于所述的不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜材料是纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交聯(lián)聚乙烯醇、改性丙烯酸或其它有機分離膜，以及氧化鋁、氧化硅、氧化鋯或其它無機分離膜的一種或多種。所述的方法，其特征在于所述的葡萄糖異構(gòu)酶為自由酶，且按葡萄糖異構(gòu)酶與PBS體積比為20%~50%（W/V）溶解在弱堿性溶液pH7.1~7.5中，得到葡萄糖異構(gòu)酶溶液，通過過濾的方式將葡萄糖異構(gòu)酶溶液中的葡萄糖異構(gòu)酶固定在不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜中。所述的方法，其特征在于所述的葡萄糖溶液的濃度為40%~60%。所述的方法，其特征在于反應溫度為50℃~80℃。與現(xiàn)有的酶固定方法相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：1）簡便易行，僅通過過濾即達到了酶固定化的要求，操作簡單；2）該固定化載體載酶量高，根據(jù)實際需要，20-80%的膜孔體積用于有效負載酶分子； 3）操作過程不使用任何化學試劑，對酶的活性無影響，重復使用效率高；2）固定化載體可實現(xiàn)反應與分離的同步進行。附圖說明圖1為本專利技術(shù)生產(chǎn)的高果糖漿的內(nèi)壓式酶膜反應器示意圖；圖2為本專利技術(shù)生產(chǎn)的高果糖漿的外壓式酶膜反應器示意圖。圖中:1-恒溫水浴鍋，2-儲料瓶，3-橡膠密封裝置，4-溫度計，5-取樣管，6-蠕動泵，7-果糖生產(chǎn)罐體，8- U型卡槽，9-不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜，10-循環(huán)進料口，11-循環(huán)出料口，12-鐵架臺。具體實施方式下面通過實施例，對本專利技術(shù)專利進一步的詳細描述。如圖1和2所示，本專利技術(shù)通過內(nèi)壓式酶膜反應器或外壓式酶膜反應器進行高果糖漿的生產(chǎn)。內(nèi)壓式酶膜反應器包括管路連接的儲料瓶2、蠕動泵6和果糖生產(chǎn)罐7。儲料瓶2放置在恒溫水浴鍋1中，儲料瓶2中設(shè)有溫度計4和取樣管5。果糖生產(chǎn)罐7由鐵架臺12支撐。果糖生產(chǎn)罐7上設(shè)有循環(huán)進料口10和循環(huán)出料口11。果糖生產(chǎn)罐7內(nèi)設(shè)有U型卡槽8，U型卡槽8將不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜9固定。實例1取200 g 葡萄糖異構(gòu)酶溶解于1000mL磷酸緩沖液（pH=7.4）中，體系中葡萄糖異構(gòu)酶量為0.2 g/mL , 通過泵入的方法將葡萄糖異構(gòu)酶溶液以過濾的方式（過濾方式為過濾、重力過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾或錯流過濾）通過具有不對稱結(jié)構(gòu)的聚偏氟乙烯平板膜，過濾方向為從膜的疏松面向致密面通過，將葡萄糖異構(gòu)酶幾乎完全固定在膜內(nèi)疏松層，獲得固定化酶膜反應器；將40 % 葡萄糖溶液泵入固定化酶膜反應器，料液流回到酶膜反應器中，進行循環(huán)反應，反應溫度為50 ℃，反應時間為4 h；反應結(jié)束后，更換新鮮葡萄糖溶液，重新開始上述反應；共進行5批反應，果糖濃度達到98.6 %，固定化酶活性仍保留85 % 以上。實例2取200 g 葡萄糖異構(gòu)酶溶解于1000mL磷酸緩沖液（pH=7.4）中，體系中葡萄糖異構(gòu)酶量為0.2 g\本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的方法，其特征在于：將葡萄糖異構(gòu)酶采用過濾方式固定在不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜中制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶的膜生物反應器，并利用該酶膜反應器對葡萄糖溶液進行分批或連續(xù)反應生產(chǎn)高果糖漿。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的方法，其特征在于：將葡萄糖異構(gòu)酶采用過濾方式固定在不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜中制備固定化葡萄糖異構(gòu)酶的膜生物反應器，并利用該酶膜反應器對葡萄糖溶液進行分批或連續(xù)反應生產(chǎn)高果糖漿。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述的不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜為卷式膜、板框式膜、平板膜、管式膜、毛細管膜和中空纖維膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的過濾方式為過濾、重力過濾、加壓過濾、真空過濾、離心過濾和錯流過濾。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的超濾膜的孔徑范圍為：2~100 nm。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的不對稱結(jié)構(gòu)的超濾膜材料是纖...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡夢欣，
申請(專利權(quán))人：浙江工商大學，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33
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