專利名稱：一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法
技術領域：
本發明涉及一種以小麥淀粉為原料制備高純度低聚異麥芽糖的方法，屬于淀粉糖技術領域。
背景技術：
中國是世界上小麥種植面積最大和產量最高的國家，但目前國內生產淀粉糖主要采用玉米淀粉為原料。隨著近年來玉米淀粉深加工的發展，玉米價格連年上漲，價格壓力不斷增大。與此同時，小麥連年增產，如何發展小麥深加工項目，利用當地富余的小麥糧食資源，以緩解價格壓力，成為今后淀粉深加工行業的重要方向。由于小麥淀粉與玉米淀粉在理化特性上多有不同，因此目前玉米淀粉生產淀粉糖的工藝不能直接用于小麥淀粉，需要對各工藝條件做進一步的探討。低聚異麥芽糖(Isomaltose)則是2 8個葡萄糖分子以α-1，6糖苷鍵連接起來的寡糖。通常情況下，低聚異麥芽糖不被酵母所發酵，系非發酵性低聚糖。低聚異麥芽糖能有效的促進人體內有益細菌-雙歧桿菌的生長繁殖，故又稱為“雙歧桿菌生長促進因子”，簡稱“雙歧因子”。經多年臨床與實際應用表明，雙歧桿菌有許多保健功能，而作為雙歧桿菌促進因子的低聚異麥芽糖自然就受到了人們的關注。因低聚異麥芽糖具有優良的加工特性，在各種食品中應用對生產工藝無特殊要求，可以方便的添加到食品中，而不必擔心加工工序對其造成損失，因而在食品和保健品中得到了廣泛的應用。由于低聚異麥芽糖具有上述良好特性，因此得到了廣泛的應用。在糖果、焙烤、功能性飲料、乳制品中都有添加，不僅不會影響食品質地與口感，也增強了食品的保健作用。如應用低聚異麥芽糖生產的糖果，具有低熱量、不致齲齒、抗結晶和整腸的功能。在充氣型糖果和焦香型糖果中，經過長時間的攪打充氣，形成了多相網架結構，充氣性、凝膠性及持水性都很強，所以口感柔韌、有咀嚼感。同時研究表明，低聚異麥芽糖能起到抗齲齒的作用。低聚異麥芽糖的純度越高，保健功能越好，產品價值越大。但是在低聚異麥芽糖的生產中不可避免的會混有麥芽糖、葡萄糖等雜糖，這些雜糖的存在，在很大程度上降低了功能性低聚糖的生理功能。因此，低聚異麥芽糖的分離純化已成為生產廠家亟待解決的難題。目前所采用的分離方法主要有微生物發酵法、膜過濾法和色譜分離法。在上述工藝中，模擬移動床色譜分離方法是一種近年來發展快、分離效果好、產品純度高的新技術，但傳統的模擬移動床只能分離兩種組分，嚴重限制了產品純度的提高。因此，如何實現多種組分的分離成為高純度低聚異麥芽糖生產的重要研究方向。目前國內對不同原料生產高純度低聚異麥芽糖工藝已有類似研究。公開號CN10099976的中國發明專利文件(專利申請號200610105^2. 7)提出利用酒曲中的酶制劑發酵提純生產900型低聚異麥芽糖，但產品中異麥芽糖+異麥芽三糖+潘糖的含量僅在48%左右，且產品中的葡萄糖、麥芽糖等雜糖均被發酵去除，未能得到很好的利用；高純度低聚異麥芽糖及酒精聯產制備方法(101805767A)研究了以玉米淀粉為原料制取高葡萄糖漿后轉化生產高純度低聚異麥芽糖的方法，但整個生產工藝復雜，生產周期長，消耗成本高，回收副產品生產酒精附加值低。公開號CN101608197的中國發明專利文件(專利申請號201010136714. 7)，公開了以稻米為原料制取低聚異構麥芽糖的方法，所得產品純度較高，但加酶種類多，加酶量大，且產品中四糖以上的大分子糖類未進行分離。目前國內尚未有以小麥淀粉為原料生產高純度低聚異麥芽糖的相關研究。
發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法。術語說明DE值還原糖(以葡萄糖計)占糖漿干物質的重量百分比。本發明的技術方案如下一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法，包括調漿液化、糖化、轉苷、脫色過濾、離子交換、濃縮、色譜分離、干燥步驟，具體步驟如下(1)調節淀粉漿濃度，調pH值3. 5 8. 5，加入高溫α -淀粉酶進行液化，制得DE值為15% 20%的液化液；(2)向步驟⑴制得的液化液中加入復合糖化酶進行水解，制得DE值為45% 55%的糖化液；(3)向步驟( 制得的糖化液中加入α -葡萄糖轉苷酶進行轉苷反應，制得異麥芽糖、異麥芽三糖和潘糖含量之和大于40wt%的轉苷糖液；(4)向步驟C3)制得的轉苷糖液中加入活性炭，經脫色后，進行過濾，制得濾液；脫色過濾過程最優效果是采用pH值范圍在5. 0 6. 5的溶液進行過濾，轉苷糖液的pH為4. 5 7. 0，因此無需再次調節pH值，減少了酸、堿用量，也降低了后續離子交換工藝負擔。(5)采用逆流離子交換色譜對步驟(4)制得的濾液進行離子交換脫鹽，制得脫鹽糖液；(6)對步驟(5)制得的脫鹽糖液進行濃縮，制得濃度為35 75wt%的濃縮液；(7)采用順序式模擬移動床對步驟(6)制得的濃縮液進行分離，采用強酸性樹脂，進料流速為1. 5 2. 5L/h，進料溫度為55 75°C，分離pH5. 5 7. 5，切換時間10 30min，收集低聚異麥芽糖濃度為M 30wt%的流出液，制得低聚異麥芽糖濃縮液，同時收集獲得葡萄糖濃度為50 90wt%的葡萄糖流出液和含有多糖組分的多糖流出液；(8)將步驟(7)制得的低聚異麥芽糖濃縮液經濃縮和/或干燥，即得。所述步驟(1)中淀粉漿濃度為25 45wt% ；優選的，所述液化為噴射液化；高溫α -淀粉酶的加入量為0. 4 0. 8L/噸。所述步驟⑵中，水解的時間為4 IOh;復合糖化酶的加入量為0.5 0.8L/噸。復合糖化酶為本領域常用酶，可市場購得。如杰能科(中國)生物工程有限公司制售的復合糖化酶Genencor 0PTIMAXVHP4060。步驟( 糖化終點測定組分含有少量低聚異麥芽糖，異麥芽糖+潘糖+異麥芽三糖的含量在2wt %左右。所述步驟(3)中的轉苷反應條件為在30 70r/min攪拌條件下，反應12 36h ；α -葡萄糖轉苷酶的加入量為0. 4 1. OL/噸。步驟C3)轉苷結束后測定樣品組分，異麥芽糖+異麥芽三糖+潘糖含量在40wt%以上，而玉米淀粉一般轉化率為35wt%左右。所述步驟中的脫色，條件為活性炭添加量為0.5wt% 3wt%，溫度65 100°C、時間 10 30min ；所述步驟(5)中的離子交換步驟為糖液先后經過陽柱、陰柱、陽柱，所述陽柱填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰柱填充有弱堿性陰離子交換樹脂，離子交換時流速為500 1000kg/h，溫度為 30 55°C。所述步驟(6)中的濃縮為自控多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力> 0. 6Mpa,末效真空濃度-0. 07 0. 09Mpa，溫度60°C以上；自控多效板式真空蒸發濃縮為本領域慣用濃縮技術，具體方法設備可參見《多效降膜式蒸發器的工作原理及相關要點》(范建兵，《機電信息》2009年第32期)、《多效降膜式蒸發器在淀粉糖工業中的應用及注意事項》，劉殿宇、田永紅等。所述步驟(7)中的制得的含有多糖組分的多糖流出液與步驟( 制得的糖化液混合后進行后續反應。所述步驟(7)中的強酸性樹脂為普通市售產品，優選強酸性大孔樹脂，如浙江爭光實業股份有限公司產售的“爭光”牌ZGSPC106Na強酸性大孔樹脂、江蘇蘇青水處理工程集團有限公司所售的DOOl強徐那行大孔樹脂、杭州匯華樹脂有限公司所售的DOOl大孔強酸性苯乙烯系陽離子交換樹脂。所述步驟(8)中的濃縮為自控多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力> 0. 6Mpa,末效真空濃度-0. 07 0. 09Mpa，溫度60°C以上；干燥為噴霧干燥。有益效果1、本發明以小麥淀粉代替玉米淀粉為原料生產低聚異麥芽糖產品，成品異麥芽糖轉化率高，低聚異麥芽糖轉化率達到40%以上，同等條件下較小麥淀粉低聚異麥芽糖轉化率高出玉米淀粉5%以上，擴大了低聚異麥芽糖產品的原料來源，充分利用了當地富余糧食資源；2、本發明脫色過濾時不需調節pH值，簡化了工藝，節約了酸堿用量，降低了后續離子交換負擔；3、本發明采用順序式模擬移動床對低聚異麥芽糖糖漿進行色譜分離，產物為低聚異麥芽糖，其中異麥芽糖、異麥芽三糖、潘糖含量之和可達80wt%以上，單糖含量小于lwt%，多糖(聚合度4以上的低聚糖)含量小于2wt%，高純度的低聚異麥芽糖增加了產品的功能性；4、本發明采用順序式模擬移動床色譜分離出的副產物為葡萄糖流出液和多糖流出液(聚合度4以上的低聚糖)；葡萄糖流出液，可以用于赤蘚糖醇發酵或果葡糖漿的生產；多糖流出液主要為聚合度4以上的低聚糖產品，可以返回糖化階段重新利用；從而達到了循環利用的目的，提高了產品得率和經濟價值，降低了成本。5、本發明具有反應穩定，易于實施的優點，有利于工業化生產。
圖1是實施例1制得的產品的高效液相色譜檢測圖；圖2是實施例2制得的產品的高效液相色譜檢測圖3是對照例制得的產品的高效液相色譜檢測圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步闡述，但本發明所保護范圍不限于此。實施例中的原料及設備說明如下高溫α -淀粉酶購自諾維信公司，復合糖化酶Genencor 0PTIMAXVHP4060購自杰能科(中國)生物工程有限公司，陽柱填充用的強酸性陽離子交換樹脂為浙江爭光實業股份有限公司產售的“爭光”牌001 X 7FD強酸性陽離子樹脂，陰柱填充用的弱堿性陰離子交換離子樹脂為浙江爭光實業股份有限公司產售的“爭光”牌D3MFD大孔弱堿性陰離子樹脂。順序式模擬移動床設備為法國諾華賽公司提供的Applexion順序式模擬移動床系統；順序式模擬移動床中的強酸性樹脂為浙江爭光實業股份有限公司產售的“爭光”牌ZGSPC106Na強酸性大孔樹脂，樹脂柱裝填內徑為140mm，樹脂裝填高度為360mm。實施例1一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法，包括調漿液化、糖化、轉苷、脫色過濾、離子交換、濃縮、色譜分離、干燥步驟，具體步驟如下(1)調節淀粉漿濃度為25wt%，調pH值5.8，按0. 5L/噸的添加量添加高溫α-淀粉酶，在105°C條件下，進行噴射液化，制得DE值為18%的液化液；(2)向步驟(1)制得的液化液中按0. 61/噸的添加量添加復合糖化酶，在60°C條件下，水解他，制得DE值為48. 9 %的糖化液；糖化終點測定組分，含有少量低聚異麥芽糖，異麥芽糖+潘糖+異麥芽三糖的含量在 2. 76wt%。(3)向步驟( 制得的糖化液中按0. 45L/噸的添加量添加α -葡萄糖轉苷酶，在60°C、pH 5. 7的條件下，進行轉苷反應Mh，制得異麥芽糖、異麥芽三糖和潘糖含量之和為41. 2 Iwt %的轉苷糖液;經檢測，轉苷糖液的pH為5. 5。(4)向步驟C3)制得的轉苷糖液中加入活性炭，升溫至80°C，保溫15min后，進行過濾，制得濾液；(5)采用逆流離子交換色譜對步驟(4)制得的濾液進行離子交換脫鹽，離子交換步驟為糖液先后經過陽柱、陰柱、陽柱，所述陽柱填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰柱填充有弱堿性陰離子交換樹脂，離子交換時流速為500kg/h，溫度為55°C，制得脫鹽糖液；(6)對步驟( 制得的脫鹽糖液進行自控多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力0. 65Mpa，末效真空濃度-0. 08Mpa，溫度60°C以上，制得固形物含量為60wt%的濃縮液；(7)采用順序式模擬移動床對步驟(6)制得的濃縮液進行分離，采用強酸性大孔樹脂，進料溫度為70°C，進料濃度58wt%，分離pH5. 8，切換時間15min，收集低聚異麥芽糖濃度為26wt%的流出液，制得低聚異麥芽糖濃縮液，同時收集獲得葡萄糖濃度為88wt%的葡萄糖流出液和含有多糖組分的多糖流出液；含有多糖組分的多糖流出液與步驟O)的液化液混合后，進行后續反應以提高原料利用率。
(8)將步驟(7)制得的低聚異麥芽糖濃縮液經多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力0. 65Mpa,末效真空濃度達-0. 08Mpa,溫度達60°C以上，濃縮至固形物含量75wt %。，即得。利用高效液相色譜對產品進行檢測，糖漿組分為葡萄糖0.21wt%，麥芽糖11. 15wt%，異麥芽糖70. 70wt%，麥芽三糖4. 75wt%，潘糖10. ^wt %，異麥芽三糖1. 84wt%0產物HPLC組分檢測圖如圖1所示。實施例2一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法，包括調漿液化、糖化、轉苷、脫色過濾、離子交換、濃縮、色譜分離、干燥步驟，具體步驟如下(1)調節淀粉漿濃度為^wt %，調pH值5.7，按0.5L/噸的添加量添加高溫α-淀粉酶，在105°C條件下，進行噴射液化，制得DE值為17. 8%的液化液；(2)向步驟(1)制得的液化液中按0. 6/噸的添加量添加α -1,4-葡萄糖水解酶，在60°C條件下，水解他，制得DE值為51. 2%的糖化液； 糖化終點測定組分，含有少量低聚異麥芽糖，異麥芽糖+潘糖+異麥芽三糖的含量在 3. 80wt%。(3)向步驟( 制得的糖化液中按0. 4L/噸的的添加量添加α _葡萄糖轉苷酶，在60°C、pH 5. 7的條件下，進行轉苷反應Mh，制得異麥芽糖、異麥芽三糖和潘糖含量之和為43. 05wt%的轉苷糖液；經檢測，轉苷糖液的pH為5. 6。(4)向步驟C3)制得的轉苷糖液中加入活性炭，升溫至80°C，保溫15min后，進行過濾，制得濾液；(5)采用逆流離子交換色譜對步驟(4)制得的濾液進行離子交換脫鹽，離子交換步驟為糖液先后經過陽柱、陰柱、陽柱，所述陽柱填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰柱填充有弱堿性陰離子交換樹脂，離子交換時流速為500kg/h，溫度為55°C，制得脫鹽糖液，制得脫鹽糖液；(6)對步驟( 制得的脫鹽糖液進行自控多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力
0.65Mpa，末效真空濃度-0. 085Mpa，溫度60°C以上，制得固形物含量為60wt%的濃縮液；(7)采用順序式模擬移動床對步驟(6)制得的濃縮液進行分離，采用強酸性大孔樹脂，進料溫度為60°C，進料濃度60wt%，分離pH5. 5，切換時間17min，收集低聚異麥芽糖濃度為26wt%的流出液，制得低聚異麥芽糖濃縮液；同時收集獲得葡萄糖濃度為90wt%的葡萄糖流出液和含有多糖組分的多糖流出液；含有多糖組分的多糖流出液與步驟O)的液化液混合后，進行后續反應以提高原料利用率。(8)將步驟(7)制得的低聚異麥芽糖濃縮液經多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力0. 65Mpa，末效真空濃度達-0. 085Mpa，溫度達60°C以上，濃縮至固形物含量75wt%。，即得。利用高效液相色譜對產品進行檢測，糖漿組分為葡萄糖0.57wt%，麥芽糖8. 07wt %,異麥芽糖65. 80wt %,麥芽三糖8. 82wt %,潘糖13. IOwt %,異麥芽三糖
1.70wt%。產物HPLC組分檢測圖如圖2所示。對照例
玉米淀粉制備低聚異麥芽糖的方法，步驟如下(1)以玉米淀粉為原料，調節淀粉漿濃度為^wt %，調pH值5. 7，按0. 5L/噸的添加量添加高溫α -淀粉酶，在105°C條件下，進行噴射液化，制得DE值為16. 5%的液化液；(2)向步驟(1)制得的液化液中按0. 6L/噸的添加量添加α _1，4_葡萄糖水解酶，在60°C條件下，水解Mi，制得DE值為50. 5%的糖化液；糖化液組分測定不含低聚異麥芽糖；(3)向步驟( 制得的糖化液中按0. 5L/噸的的添加量添加α _葡萄糖轉苷酶，在60°C、pH 5. 7的條件下，進行轉苷反應Mh，制得異麥芽糖、異麥芽三糖和潘糖含量之和為35. 23wt%的轉苷糖液；經檢測，轉苷糖液的pH為4. 85。(4)步驟(3)中制得的轉苷糖液調節pH至5. 8，按4. 5kg/噸淀粉加入安琪活性干酵母，溫度觀 35°C發酵3. 5天，至高效液相檢測產品合格后75 85°C滅酵母；(5)向步驟(4)制得的發酵液中加入絮凝劑和活性炭，升溫至80°C，保溫30min后，進行過濾，制得濾液；(6)采用逆流離子交換色譜對步驟( 制得的濾液進行離子交換脫鹽，離子交換步驟為糖液先后經過陽柱、陰柱、陽柱，所述陽柱填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰柱填充有弱堿性陰離子交換樹脂，離子交換時流速為500kg/h，溫度為55°C，制得脫鹽糖液，制得脫鹽糖液；(7)將步驟(6)制得的脫鹽糖液經多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力0. 65Mpa，末效真空濃度達-0. 08Mpa，溫度達60°C以上，濃縮至固形物含量75wt%。，即得。利用高效液相色譜對產品進行檢測，糖漿組分為葡萄糖0.69wt%，麥芽糖10. 75wt%，異麥芽糖23. Olwt %，麥芽三糖2. 71wt%，潘糖19. 52wt%，異麥芽三糖4. 88wt %。產物HPLC組分檢測圖如圖3所示。
權利要求
1.一種小麥淀粉制備高純度低聚異麥芽糖的方法，包括調漿液化、糖化、轉苷、脫色過濾、離子交換、濃縮、色譜分離、干燥步驟，其特征在于，具體步驟如下(1)調節淀粉漿濃度，調PH值3.5 8. 5，加入高溫α -淀粉酶進行液化，制得DE值為15% 20%的液化液；(2)向步驟(1)制得的液化液中加入復合糖化酶進行水解，制得DE值為45% 55%的糖化液；(3)向步驟(2)制得的糖化液中加入α-葡萄糖轉苷酶進行轉苷反應，制得異麥芽糖、異麥芽三糖和潘糖含量之和大于40wt%的轉苷糖液；(4)向步驟(3)制得的轉苷糖液中加入活性炭，經脫色后，進行過濾，制得濾液；(5)采用逆流離子交換色譜對步驟(4)制得的濾液進行離子交換脫鹽，制得脫鹽糖液；(6)對步驟( 制得的脫鹽糖液進行濃縮，制得濃度為35 75wt%的濃縮液；(7)采用順序式模擬移動床對步驟(6)制得的濃縮液進行分離，采用強酸性樹脂，進料流速為1. 5 2. 5L/h，進料溫度為55 75°C，分離pH5. 5 7. 5，切換時間10 30min，收集低聚異麥芽糖濃度為M 30wt%的流出液，制得低聚異麥芽糖濃縮液，同時收集獲得葡萄糖濃度為50 90wt%的葡萄糖流出液和含有多糖組分的多糖流出液；(8)將步驟(7)制得的低聚異麥芽糖濃縮液經濃縮和/或干燥，即得。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中淀粉漿濃度為25 45wt%;優選的，所述液化為噴射液化；高溫α -淀粉酶的加入量為0. 4 0. 8L/噸。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，水解的時間為4 IOh;復合糖化酶的加入量為0. 5 0. 8L/噸。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中的轉苷反應條件為在30 70r/min攪拌條件下，反應12 36h ； α -葡萄糖轉苷酶的加入量為0. 4 1. OL/噸。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟中的脫色，條件為活性炭添加量為0. 5wt% 3wt%，溫度65 100°C、時間10 30min。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(5)中的離子交換步驟為糖液先后經過陽柱、陰柱、陽柱，所述陽柱填充有強酸性陽離子交換樹脂，所述陰柱填充有弱堿性陰離子交換樹脂，離子交換時流速為500 1000kg/h，溫度為30 55°C。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(6)中的濃縮為自控多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力彡0. 6Mpa，末效真空濃度-0. 07 0. 09Mpa，溫度60°C以上。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(7)中的制得的含有多糖組分的多糖流出液與步驟( 制得的糖化液混合后進行后續反應。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(8)中的濃縮為自控多效板式真空蒸發濃縮，蒸汽工作壓力》0. 6Mpa,末效真空濃度-0. 07 0. 09Mpa,溫度60°C以上；干燥為噴霧干燥。
全文摘要
本發明涉及一種以小麥淀粉為原料制備高純度低聚異麥芽糖的方法，包括調漿液化、糖化、轉苷、脫色過濾、離子交換、濃縮、色譜分離、干燥步驟。本發明以小麥淀粉代替玉米淀粉為原料生產低聚異麥芽糖產品，成品異麥芽糖轉化率高，低聚異麥芽糖轉化率達到40％以上，同等條件下較小麥淀粉低聚異麥芽糖轉化率高出玉米淀粉5％以上，并且本發明實現了三元組分分離，產品中異麥芽糖、異麥芽三糖和潘糖含量達80％以上，單糖含量小于1％，聚合度4以上的多糖組分含量小于2％。
文檔編號C07H1/06GK102559810SQ20121001693
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者劉宗利, 李方華, 王乃強, 王彩梅, 王明珠 申請人:保齡寶生物股份有限公司