專利名稱：一種魔芋低聚糖的制備方法
技術領域：
本發明涉及微生物工程和酶工程領域，具體地說，涉及一種由魔芋原料 獲取魔芋低聚糖的生物制備方法。
背景技術：
隨著國民經濟的發展，天然健康的食品的研制成為研究熱點，魔芋低聚 糖以補鈣、減肥、降壓、抗癌、潔胃、排毒通便等功效倍受重視，魔芋低 聚糖已經成為中國食品新戰略的著力點。目前，以魔芋粉或魔芋精粉作底 物生產低聚糖的工藝很多，將酶法與發酵法結合的工藝也有很多，但均必 須對獲得的酶液進行了分離純化才能達到顯著的效果，增加了工藝的復雜
性及成本。目前魔芋低聚糖生產工藝主要包括兩個步驟純酶液的生產和 酶水解。其中純酶的生產主要集中在生產菌種單酶基因工程的改造，目的
是獲得單位體積的更高酶活。用該工藝由一個最大的優點在于底物比較集 中，得率高，但也存問題，就是必須使用KGM比較純的原料，這樣就增加 了成本，同時在水解過程中也使得原料中非KGM底物部分流失，并產生一 定的環境污染。
發明內容
本發明的目的在于針對上述不足提供一種降解魔芋原料獲取魔芋低聚 糖的方法。
本發明利用產j3-葡甘露聚糖酶的擔子菌來制備魔芋低聚糖。優選所述 擔子菌還產淀粉酶和纖維素酶。 本發明可以通過如下方法實現
1 )直接發酵法獲取魔芋低聚糖以魔芋原料為發酵培養基，直接利用 產|3-葡甘露聚糖酶的擔子菌發酵魔芋原料獲取魔芋低聚糖；或
2)間接酶解法獲取魔芋低聚糖培養能夠產生P-葡甘露聚糖酶的擔子菌制備粗酶液；直接釆用粗酶液對高濃度魔芋原料進行水解，獲取魔芋 低聚糖。
其中擔子菌產生的粗酶液包括)3-葡甘露聚糖酶、淀粉酶、纖維素酶，
該粗酶液可實現魔芋原料中多種成分得以水解。
其使用的魔芋原料對其中魔芋葡甘露聚糖(KGM)的含量沒有要求， 可以是芋角粉、魔芋粗粉、魔芋精粉和純KGM中的任何一種或搭配使用。 在制備粗酶液時，宜使用低濃度的魔芋粉作為培養基，在酶解時可使用 粗酶液對高濃度魔芋粉進行水解。這里的低濃度和高濃度是相對的，培養 時釆用低濃度魔芋粉利于發酵，水解時釆用高濃度魔芋粉可以提高水解效 率。釆用低濃度魔芋粉作為培養基的另一個好處是不會引入魔芋粉以外的 雜質，從而使產物純凈。此外，在制備粗酶液時，宜在在(3-葡甘露聚糖酶 分泌高峰時獲取發酵液，這樣酶活較高。
直接發酵獲取魔芋低聚糖方法為魔芋原料濃度為3~6% (質量體積 百分比)，2~20% (體積百分比)的接種量，轉速為100~250r/min, 24 ~ 32。C溫度下發酵72 144h;優化的發酵方法為魔芋原料濃度為3 ~ 5% (質 量體積百分比)，5~15% (體積百分比)的接種量，轉速為120 200r/min， 27 ~ 30'C溫度下發酵72 ~ 120h;更優的發酵方法為魔芋原料濃度為4% (質 量體積百分比)，10% (體積百分比)的接種量，轉速為150r/min， 28。C溫 度下發酵96h。
間接酶解獲取魔芋低聚糖方法包括兩段工藝，第一段為粗酶液制備方 法魔芋原料濃度為0.5~3.0% (質量體積百分比)，轉速為100~250r/min， 24 32。C溫度下培養24 96h;優化的粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為 0.5-2.0% (質量體積百分比)，轉速為120~ 180r/min, 26-3(TC溫度下培 養36 72h。更優的粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為1.0% (質量體積 百分比)，轉速為150r/min, 28。C溫度下培養48h。粗酶液以P-葡甘露聚 糖酶酶活不低于(30 IU/mL)為宜。第二段為粗酶液酶解方法魔芋原料 濃度為1.0~10% (質量體積百分比)，粗酶液添加量為2~20% (體積百分
5比)，酶解過程需要攪拌，轉速為30~300r/min, 30 ~ 7(TC溫度下酶解0.5 ~ 6h。優化的粗酶液酶解方法為魔芋原料濃度為2.0~5.0% (質量體積百分 比)，粗酶液添加量為5~15% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉速為 50~200r/min， 45 ~ 65。C溫度下酶解2.0 ~ 4.0h。更優的粗酶液酶解方法為 魔芋原料濃度為3.0% (質量體積百分比)，粗酶液添加量為10% (體積百 分比)，酶解過程需要攪拌，轉速為100r/min, 60°C溫度下酶解3.0h。
通過上述方法，最終魔芋原料水解率達70%以上。
本發明的優點在于
1) 采用可藥膳兩用的擔子菌株直接直接發酵魔芋原料獲取低聚糖；
2) 利用藥膳兩用的擔子菌株分泌多種水解酶的特性，發酵法制備可充 分水解魔芋原料的粗酶液，增強原料利用率。
具體實施例方式
以下實施 例進一步說明本發明的內容，但不應理解為對本發明的限制。 在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的 修改或替換，均屬于本發明的范圍。
若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的 常規手段。本發明中涉及到的百分號"％",若未特別說明，是指質量百分 比；但溶液的百分比，除另有規定外，是指溶液100ml中含有溶質若干克； 液體之間的百分比，是指在2(TC時容量的比例。
實施例1:直接發酵獲取魔芋低聚糖(1)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%魔芋粗粉(質量體積百分比)搖瓶培養 液中，28'C下培養48h，以10%接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基 與搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min， 28。C下培養48h后再按10%接種量轉 接入500L二級發酵罐中，100r/min, 28。C下培養48h，再按5%接種量轉接 入5000L發酵罐(魔芋粗粉質量體積百分比為4% )中發酵，150r/min， 28 "C下發酵96h，獲得的發酵液即為魔芋低聚糖溶液，其魔芋粗粉水解率達到 80.1%。實施例2:直接發酵獲取魔芋低聚糖(2)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%魔芋精粉(質量體積百分比)搖瓶培養 液中，28。C下培養48h，以10%接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基 與搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min, 28。C下培養48h后再按10%接種量轉 接入500L二級發酵罐中，100r/min, 28'C下培養48h，再按5%接種量轉接 入5000L發酵罐(魔芋精粉質量體積百分比為3% )中發酵，100r/min， 25 'C下發酵72h，獲得的發酵液即為魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達到 85.6%。
實施例3:直接發酵獲取魔芋低聚糖(3)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質量體積百分比)搖瓶培養液 中，2礦C下培養48h,以10%接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min, 28。C下培養48h后再按10%接種量轉接 入500L二級發酵罐中，100r/min， 28。C下培養48h后再按5 %接種量轉接 入5000L發酵罐(芋角粉質量體積百分比為5% )中發酵，180r/min, 30°C 下發酵120h，獲得的發酵液即為魔芋低聚糖溶液，其芋角粉水解率達到72.4 %。
實施例4:直接發酵獲取魔芋低聚糖(4)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質量體積百分比)搖瓶培養液 中，28。C下培養48h，以10%接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min, 28"C下培養48h后再按10%接種量轉接 入500L二級發酵罐中，100r/min， 28°C下培養48h后再按2%接種量轉接 入5000L發酵罐(芋角粉質量體積百分比為2% )中發酵，250r/min， 28°C 下發酵144h，獲得的發酵液即為魔芋低聚糖溶液，其芋角粉水解率達到77.5 %。
實施例5:直接發酵獲取魔芋低聚糖(5)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質量體積百分比)搖瓶培養液
7中，28X:下培養48h,以10。/。接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min， 28"C下培養48h后再按10%接種量轉接 入500L二級發酵罐中，100r/min, 28。C下培養48h后再按10 %接種量轉接 入5000L發酵罐(芋角粉質量體積百分比為6% )中發酵，200r/min， 32°C 下發酵77h，獲得的發酵液即為魔芋低聚糖溶液，其芋角粉水解率達到71.6 %。
實施例6:間接酶解獲取魔芋低聚糖(1)
工段一粗酶液的獲取
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%魔芋粗粉(質量體積百分比)搖瓶培養 液中，28'C下培養48h,以5。/。接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min， 28。C下培養48h后再按5 %接種量轉接 入500L二級發酵罐中，100r/min, 28。C下培養48h后結東，獲得的培養液 即粗酶液，此時粗酶液中卩-葡甘露聚糖酶酶活濃度為35.2IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將105kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成3500L 3%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為60°C, 100rpm攪拌下降解3h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達80.2%。
實施例7:間接酶解獲取魔芋低聚糖(2)
工段一粗酶液的獲取
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質量體積百分比)搖瓶培養液 中，28。C下培養48h，以5。/。接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基與搖 瓶一樣，后也一樣)，120r/min， 25。C下培養36h后再按5 %接種量轉接入 500L二級發酵罐中，150r/min, 28'C下培養48h后結東，獲得的培養液即 粗酶液，此時粗酶液中f3-葡甘露聚糖酶酶活濃度為31.8IU/mL。
工段二粗酶液的酶解將140kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成3500L 4%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為55°C, 120rpm攪拌下降解4h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達75.2% 。
實施例8:間接酶解獲取魔芋低聚糖(3)
工段一粗酶液的獲取
將乳白耙菌斜面菌種接種到1 %魔芋精粉(質量體積比)搖瓶培養液中， 28。C下培養48h，以5y。接種量轉接入50L—級種子罐中(培養基與搖瓶一 樣，后也一樣)，120r/min， 25匸下培養36h后再按5 %接種量轉接入500L 二級發酵罐中，150r/min, 28°。下培養48h后結東，獲得的培養液即粗酶液， 此時粗酶液中卩-葡甘露聚糖酶酶活濃度為39.5 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將350kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成3500L 10 %的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為50°C, 120rpm攪拌下降解4h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達74.5%。
實施例9:間接酶解獲取魔芋低聚糖(4)
酶解液的獲取同實施例8,檢測p-葡甘露聚糖酶酶活濃度為38.6 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將70kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成3500L2.0%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將80L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為60°C, 300rpm攪拌下降解6h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達78.5%。
實施例10:間接酶解獲取魔芋低聚糖(5)
酶解液的獲取同實施例8,檢測(3-葡甘露聚糖酶酶活濃度為39.9IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將100kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成2000L 5%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為60。C, 200rpm攪拌下降解1.5h，降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達72.9%。
實施例11:間接酶解獲取魔芋低聚糖(5)
酶解液的獲取同實施例8，檢測(3-葡甘露聚糖酶酶活濃度為37.9 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將100kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成2000L 5%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將100L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為30。C, 50rpm攪拌下降解6h,降解完畢滅菌，獲得 酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達83.6%。
實施例12:間接酶解獲取魔芋低聚糖(5)
酶解液的獲取同實施例8，檢測p-葡甘露聚糖酶酶活濃度為38.7 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將100kg魔芋精粉放入5000L反應器中，配置成2000L 5%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將100L粗酶液(500L發酵罐中培養獲得)轉入5000L 反應器中，控制溫度為45°C， 150rpm攪拌下降解4h，降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達77.4%。
權利要求
1、產β-葡甘露聚糖酶的擔子菌在制備魔芋低聚糖中的應用。
2、 如權利要求l所述的應用，其特征在于，所述擔子菌還產淀粉酶和纖維素酶。
3、 一種魔芋低聚糖的生產方法，其特征在于1) 直接發酵法獲取魔芋低聚糖以魔芋原料為發酵培養基，直接利用產p-葡甘露聚糖酶的擔子菌發酵魔芋原料獲取魔芋低聚糖；或2) 間接酶解法獲取魔芋低聚糖培養能夠產生P-葡甘露聚糖酶的擔子菌制備粗酶液；直接釆用粗酶液對高濃度魔芋原料進行水解，獲取魔芋低聚糖。
4、 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述擔子菌還產生淀粉酶和纖維素酶。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述擔子菌為乳白耙菌。
6、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于所述魔芋原料是芋角粉、魔芋粗粉、魔芋精粉和純KGM中的任何一種或搭配使用。
7、 根據權利要求2~6任一項的所述，其特征在于，所述直接發酵方法為魔芋原料濃度為3~6% (質量體積百分比)，2~20% (體積百分比)的接種量，轉速為100~250r/min， 24 ~ 32。C溫度下發酵72 ~ 144h;較優的直接發酵方法為魔芋原料濃度為3-5% (質量體積百分比)，5~15% (體積百分比)的接種量，轉速為120~200r/min， 27 3(TC溫度下發酵72 ~120h;更優的發酵方法為魔芋原料濃度為4% (質量體積百分比)，10% (體積百分比)的接種量，轉速為150r/min， 28。C溫度下發酵96h。
8、 根據權利要求2~6任一項所述的方法，其特征在于，間接酶解獲取魔芋低聚糖方法包括步驟l)粗酶液制備魔芋原料濃度為0.5~3.0%(質量體積百分比)，轉速為100 ~ 250r/min, 24 ~ 32。C溫度下培養24 ~ 96h;2)粗酶液酶解魔芋原料濃度為1.0-10% (質量體積百分比)，粗酶液添加量為2~20% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉速為30-300 r/min,(30 ~ 70。C溫度下酶解0.5 ~ 6h。
9、 根據權利要求8所述的方法，其特征在于其中步驟1)粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為0.5~2.0% (質量體積百分比)，轉速為120~180r/min， 26 ~ 30。C溫度下培養36 ~ 72h;更優的粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為1.0% (質量體積百分比)，轉速為150r/min, 28。C溫度下培養48h。
10、 根據權利要求8所述的方法，其特征在于其中步驟2)粗酶液酶解方法魔芋原料濃度為2.0~5.0% (質量體積百分比)，粗酶液添加量為5 15% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉速為50~200r/min， 45~65°C溫度下酶解2.0 4.0h;更優的粗酶液酶解方法為魔芋原料濃度為3.0%(質量體積百分比)，粗酶液添加量為10% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉速為100r/min， 60°C溫度下酶解3.0h。
全文摘要
本發明涉及微生物工程和酶工程領域，是一種降解魔芋粉獲取魔芋低聚糖的生產方法，主要內容包括以低濃度魔芋粉為培養基制備種子液或制備β-葡甘露聚糖粗酶液、直接發酵或間接利用粗酶液酶解高濃度的魔芋原料獲取魔芋低聚糖。本發明具有可操作性強、低成本和效率高等優點。
文檔編號C12P19/00GK101638678SQ20091009026
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月4日 優先權日2009年8月4日
發明者張曉昱, 王宏勛, 鄔建國 申請人:華中科技大學