專利名稱：一種利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法
一種利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法
背景技術(shù)：
保健與功能食品在世界范圍內(nèi)已表現(xiàn)出強(qiáng)勁勢(shì)頭，在保健食品發(fā)展的熱潮中，新型功能性低聚糖獨(dú)樹(shù)一幟，越來(lái)越受到人們的親睞和重視，而作為功能性低聚糖的磷酸寡糖更是受到人們的青睞。磷酸寡糖能有效地促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌的生長(zhǎng)繁殖，防止便秘；在弱堿性條件下可以抑制磷酸鈣沉淀的形成，促進(jìn)鈣的吸收。其促鈣作用與近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的被譽(yù)為"礦物質(zhì)載體"的酪蛋白磷酸肽(CCP)效果相當(dāng)。但由于CCP具有明顯的苦味，使其應(yīng)用受到明顯的限制，而磷酸寡糖甜味品質(zhì)好，在保健食品、日用化工、淀粉食品加工業(yè)以及農(nóng)業(yè)和園藝方面有較為廣泛的潛在市場(chǎng)。目前在磷酸寡糖的研究中，僅有少量對(duì)其組成、結(jié)構(gòu)及促進(jìn)鈣、鐵吸收方面的作用進(jìn)行了初步研究。目前獲取磷酸寡聚糖的方法主要有從天然產(chǎn)物中提取、轉(zhuǎn)移酶、水解酶的糖基轉(zhuǎn)移反應(yīng)及生物合成。自1990年代，日本學(xué)者 Hiroshi Kamasaka從馬鈴薯淀粉水解產(chǎn)物中分離制備出磷酸寡糖以來(lái)，日本一直處在開(kāi)發(fā)研究的領(lǐng)先地位，目前已有磷酸寡糖產(chǎn)品面市。1999年，我國(guó)學(xué)者谷利偉在關(guān)于日本功能性低聚糖開(kāi)發(fā)新動(dòng)態(tài)的報(bào)道中對(duì)磷酸寡糖作了簡(jiǎn)要介紹，但并未引起食品研究者的過(guò)多關(guān)注。近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)關(guān)于磷酸寡糖的研究開(kāi)發(fā)僅見(jiàn)零星報(bào)道。據(jù)報(bào)道，每年因缺鈣而造成骨折的人數(shù)達(dá)150萬(wàn)人之巨，為此支付的醫(yī)藥費(fèi)用高達(dá)10億美元以上。但是現(xiàn)存的補(bǔ)鈣劑產(chǎn)品卻不是很令人滿意，一般的產(chǎn)品補(bǔ)鈣效果不佳，而新近研究開(kāi)發(fā)的CPP，雖然高效，卻價(jià)格昂貴，且?guī)в锌辔?。這一切需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的補(bǔ)鈣產(chǎn)品，磷酸寡糖與CPP的結(jié)構(gòu)類似，無(wú)苦味，并利用淀粉為原料，顯得廣泛和廉價(jià)。隨著人們生活水平的提高，對(duì)健康的日益關(guān)注以及對(duì)保健食品需求量的日益增加，這為磷酸寡糖的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用創(chuàng)造了良好的機(jī)遇。 發(fā)展磷酸寡糖一方面滿足了人民對(duì)保健功能性食品的需求，另一方面又為農(nóng)副產(chǎn)品等自然資源的綜合利用創(chuàng)造了一個(gè)良好的途徑。因此發(fā)展前景廣闊。磷酸寡糖的生理功能及作用機(jī)理如下(1)改善消化道菌群和腸道內(nèi)環(huán)境促進(jìn)消化道有益細(xì)菌的生長(zhǎng)，抑制有害微生物的繁殖，提高機(jī)體抵抗力遙如大部分的雙歧桿菌堯嗜酸乳芽孢桿菌堯糞桿菌都能很好地利用低聚果糖袁同時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)生的酸性物質(zhì)使整個(gè)腸道的PH下降，抑制了有害菌的生長(zhǎng)遙此夕卜，磷酸寡糖能夠吸附腸道病原菌從而起保健作用。(2)提高機(jī)體免疫力，磷酸寡糖刺激機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答袁而且一些寡糖還可以直接活化巨噬細(xì)胞堯自然殺傷細(xì)胞淵NK細(xì)胞冤堯攻擊腫瘤細(xì)胞淵LAK細(xì)胞冤堯B淋巴細(xì)胞堯T淋巴細(xì)胞的活性袁消除體內(nèi)有毒有害因子，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，寡糖分子與腸道內(nèi)有害微生物腸內(nèi)皮細(xì)胞上受體的結(jié)構(gòu)相似袁因此能與一定的毒素堯病毒和真菌細(xì)胞的表面結(jié)合而作為這些外源抗原的佐劑袁減緩抗原的吸收袁增加抗原的效價(jià)袁從而增強(qiáng)動(dòng)物體的細(xì)胞和體液免疫反應(yīng)，遙如寡糖可促進(jìn)雙歧桿菌等有益菌的大量增殖袁而雙歧桿菌可以提高機(jī)體的抗體水平袁激活巨嗜細(xì)胞的吞噬活性袁從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能遙(3)降低血清膽固醇促進(jìn)有益菌的增殖，而雙歧桿菌堯嗜酸桿菌等有益菌可使膽固醇轉(zhuǎn)化為機(jī)體不吸收的類固醇，研究表明雙歧桿菌通過(guò)影響茁螄羥基螄茁螄甲基戊二單酰輔酶A還原酶的活性袁控制膽固醇的合成而降低血清膽固醇的含量，還可通過(guò)減少肝臟中脂肪酸的合成而降低血清甘油三酯水平。保健與功能食品是世界范圍內(nèi)已表現(xiàn)出強(qiáng)勁勢(shì)頭，在保健食品發(fā)展的熱潮中，新型功能性低聚糖獨(dú)樹(shù)一幟，越來(lái)越受到人們的親睞和重視，而作為功能性低聚糖的磷酸寡糖更是受到人們的青睞。磷酸寡糖能有效地促進(jìn)腸道內(nèi)有益菌的生長(zhǎng)繁殖，防止便秘；在弱堿性條件下可以抑制磷酸鈣沉淀的形成，促進(jìn)鈣的吸收。其促鈣作用與近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的被譽(yù)為"礦物質(zhì)載體"的酪蛋白磷酸肽(CCP)效果相當(dāng)。但由于CCP具有明顯的苦味，使其應(yīng)用受到明顯的限制，而磷酸寡糖甜味品質(zhì)好，在保健食品、日用化工、淀粉食品加工業(yè)以及農(nóng)業(yè)和園藝方面有較為廣泛的潛在市場(chǎng)。由于磷酸寡糖分子中帶有磷酸酯鍵，因此除具備一般功能性低聚糖的理化特性夕卜，還具有促進(jìn)體內(nèi)鈣、鐵等礦物質(zhì)吸收和溶解、抗齲齒、抗淀粉老化等獨(dú)特的功能特性。采用酶工程手段對(duì)淀粉分子進(jìn)行定向水解是制備磷酸寡糖的關(guān)鍵技術(shù)之一。在酶法制備過(guò)程中，淀粉酶分解糖苷鍵的反應(yīng)受到連接在葡萄糖殘基上磷酸根的電荷效應(yīng)和空間位阻效應(yīng)的影響，與磷酸基團(tuán)鄰近的糖苷鍵難以被淀粉酶作用，從而無(wú)法生成磷酸寡糖。 同時(shí)，結(jié)合在淀粉分子非還原性末端上不含磷酸基團(tuán)的糖片段會(huì)在淀粉酶的作用下水解生成中性糖，因此磷酸寡糖的得率較低，只有7. 5% 10%。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，以期提高磷酸寡糖的收率。本發(fā)明的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，包括以下步驟a、料液的準(zhǔn)備準(zhǔn)備淀粉乳液，調(diào)PH為6 7，加入淀粉酶保護(hù)劑后再加入耐高溫 α-淀粉酶，攪拌均勻得料液I ；b、噴射液化將料液I在噴射液化器中噴射液化，噴射溫度為100 110°C，在 90 95°C時(shí)保溫至料液I中淀粉水解完全得料液II ；c、糖化往料液II中通蒸汽滅酶后，快速冷卻至60°C，加入糖化酶糖化1 1.證后，升溫至95°C 100°C滅酶得料液III ；d、濃縮通過(guò)離心除去料液III中的蛋白及糊精得料液IV，對(duì)料液IV用納濾膜進(jìn)行過(guò)濾得磷酸寡糖溶液V;e、生化磷酸化磷酸寡糖溶液V中的麥芽糖進(jìn)行生化磷酸化后得磷酸寡糖。進(jìn)一步地，步驟a中調(diào)pH為6. 3，所用的試劑為HCl溶液和Na2C03溶液。進(jìn)一步地，步驟a中所述的淀粉酶保護(hù)劑為CaC12溶液。進(jìn)一步地，步驟a中所述的耐高溫α -淀粉酶為2090000U耐高溫α -淀粉酶。進(jìn)一步地，步驟b中所述的噴射溫度為95°C。進(jìn)一步地，步驟C中所述的糖化酶為10757900U糖化酶。進(jìn)一步地，步驟d中所述的過(guò)濾分兩級(jí)過(guò)濾，第一級(jí)過(guò)濾選用截留量為2000的納濾膜，獲取分子量低于2000的含有磷酸寡糖的麥芽低聚糖，第二級(jí)過(guò)濾選用留量為500的納濾膜，獲取分子量介于500 2000的含磷酸寡糖的麥芽低聚糖。進(jìn)一步地，所述第一級(jí)過(guò)濾進(jìn)膜壓力為1. 2 1. 8MPa，溫度為17 25°C，所述第二級(jí)過(guò)濾進(jìn)膜壓力位1. 8MPa，溫度M ^°C。
本發(fā)明中所述的U為酶活力的度量單位。酶活力單位用來(lái)表示酶活力大小的單位，通常用酶量來(lái)表示。國(guó)際酶學(xué)會(huì)議規(guī)定1個(gè)酶活力單位是指在特定條件(25°C，其它為最適條件)下，在1分鐘內(nèi)能轉(zhuǎn)化1微摩爾底物的酶量，或是轉(zhuǎn)化底物中1微摩爾的有關(guān)基團(tuán)的酶量。其中一個(gè)稱酶活力國(guó)際單位，規(guī)定為在特定條件下，1分鐘內(nèi)轉(zhuǎn)化1微摩爾底物，或者底物中1微摩爾有關(guān)基團(tuán)所需的酶量，稱為一個(gè)國(guó)際單位(IU，又稱U)。本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法采用噴射液化，此種方法較有安全， 量大的優(yōu)點(diǎn)。淀粉水解液通過(guò)2000道爾頓分子量膜截留與500道爾頓分子量進(jìn)行截留， 一次濃縮，最終得到含有磷酸寡糖的麥芽低聚糖，其中麥芽低聚糖中磷酸寡糖的含量約占 1/10。經(jīng)過(guò)納濾膜分離的磷酸寡糖溶液中磷酸寡糖的含量為10%，90%為麥芽低聚糖。將 90 %的麥芽低聚糖進(jìn)行生化磷酸化后，磷酸寡糖的得率提高到13 %。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在裝水的配料罐內(nèi)，邊攪拌邊加入50kg馬鈴薯淀粉，調(diào)整淀粉乳濃度至12 %，用 HCl和Na2C03調(diào)pH至6. 3，加入常規(guī)量的濃度為0. 15%的CaC12溶液作為淀粉酶的保護(hù)劑和激活劑，最后加入常規(guī)量的2090000U耐高溫α-淀粉酶。料液攪拌均勻后，將物料泵入噴射液化器，使料液和蒸汽在噴射器中直接相遇。噴射溫度105°C，維持4 8min，控制出料溫度為95 97°C。從液化噴射器中出來(lái)的料液，進(jìn)入層流罐，在95°C保溫至碘試反應(yīng)顯碘本色時(shí)，通蒸汽滅酶后快速冷卻降溫至60°C。加入常規(guī)量的10757900U糖化酶，使料液在糖化罐內(nèi)進(jìn)行糖化反應(yīng)，60min后升溫至100 V滅酶。離心除蛋白及糊精后，進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)。耐高溫α -淀粉酶酶活測(cè)定參考GB/T2306-1997 [9]；糖化酶酶活測(cè)定參考GB8276-1987 [10]馬鈴薯淀粉磷酸寡糖的分離采用納濾膜對(duì)馬鈴薯淀粉酶解液按分子量進(jìn)行截留。選用截留量為2000以及500 的膜進(jìn)行兩級(jí)過(guò)濾。第一級(jí)過(guò)濾選用截留量為2000分子量的膜進(jìn)行截留，獲取分子量低于 2000的含有磷酸寡糖的麥芽低聚糖.進(jìn)膜壓力控制在1. 2 1. 8MPa，溫度在17 25V， 1小時(shí)17分鐘停機(jī)；第二級(jí)過(guò)濾選用截留量為500分子量的膜進(jìn)行截留，獲取分子量介于 500 2000的含磷酸寡糖的麥芽低聚糖。進(jìn)膜壓力位1. 8MPa，溫度介于M ^°C，作用 15分鐘停機(jī)。對(duì)含磷酸寡糖的麥芽低聚糖中的麥芽糖進(jìn)行生化磷酸化后得磷酸寡糖。所述生化磷酸化的具體實(shí)施過(guò)程如下稱取麥芽低聚糖，于80°C水浴中充分溶解 (料水質(zhì)量體積比1 9.5)。向200ml圓底燒瓶中加入制得的含磷酸寡糖的麥芽低聚糖及多聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中隨時(shí)檢測(cè)PH值。反應(yīng)后，用濃度95%的乙醇使反應(yīng)液沉淀18h。將醇沉多糖在35°C條件下真空干燥，再于85°C水浴中復(fù)溶。然后將復(fù)溶后的溶液放入分子量為1000的透析袋中透析48h，透析過(guò)程需不斷換水。冷凍干燥 ^h，得到麥芽低聚糖磷酸化衍生物即磷酸寡糖。
權(quán)利要求
1.一種利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于，包括以下步驟a、料液的準(zhǔn)備準(zhǔn)備淀粉乳液，調(diào)pH為6 7，加入淀粉酶保護(hù)劑后再加入耐高溫 α-淀粉酶，攪拌均勻得料液I ；b、噴射液化將料液I在噴射液化器中噴射液化，噴射溫度為100 110°C，在90 95°C時(shí)保溫至料液I中淀粉水解完全得料液II ；c、糖化往料液II中通蒸汽滅酶后，快速冷卻至60°C，加入糖化酶糖化1 1.證后， 升溫至95°C 100°C滅酶得料液III ；d、濃縮通過(guò)離心除去料液III中的蛋白及糊精得料液IV，對(duì)料液IV用納濾膜進(jìn)行過(guò)濾得磷酸寡糖溶液V;e、生化磷酸化磷酸寡糖溶液V中的麥芽糖進(jìn)行生化磷酸化后得磷酸寡糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于步驟a 中調(diào)pH為6. 3，所用的試劑為HCl溶液和Na2C03溶液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于步驟a 中所述的淀粉酶保護(hù)劑為CaC12溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于步驟a 中所述的耐高溫α -淀粉酶為2090000U耐高溫α -淀粉酶。
5.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于步驟b中所述的噴射溫度為95°C。
6.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于步驟C中所述的糖化酶為10757900U糖化酶。
7.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于步驟d中所述的過(guò)濾分兩級(jí)過(guò)濾，第一級(jí)過(guò)濾選用截留量為2000的納濾膜，獲取分子量低于 2000的含有磷酸寡糖的麥芽低聚糖，第二級(jí)過(guò)濾選用留量為500的納濾膜，獲取分子量介于500 2000的含磷酸寡糖的麥芽低聚糖。
8.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，其特征在于所述第一級(jí)過(guò)濾進(jìn)膜壓力為1.2 1.810^，溫度為17 25°C，所述第二級(jí)過(guò)濾進(jìn)膜壓力位 1. 8MPa，溫度 24 26°C。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用馬鈴薯淀粉制備磷酸寡糖的方法，包括以下步驟a、料液的準(zhǔn)備準(zhǔn)備淀粉乳液，調(diào)pH 6～7，加入淀粉酶保護(hù)劑后再加入耐高溫α-淀粉酶，攪拌均勻得料液I；b、噴射液化將料I液在噴射液化器中噴射液化，噴射溫度為100～110℃，在95℃時(shí)保溫至淀粉水解完全得料液II；c、糖化往料液II中通蒸汽滅酶后，冷卻至60℃，加入糖化酶糖化60min后，升溫至100℃滅酶得料液III；d、濃縮通過(guò)離心除去料液III中的蛋白及糊精得料液IV，對(duì)料液IV用納濾膜過(guò)濾得磷酸寡糖溶液V；e、生化磷酸化對(duì)磷酸寡糖溶液V中的麥芽糖進(jìn)行生化磷酸化后得磷酸寡糖。本發(fā)明的制備方法將磷酸寡糖的得率提高到13％。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102485901SQ201010572178
公開(kāi)日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者安玉琴 申請(qǐng)人:安玉琴