专利名称：一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法
技术领域：
本发明涉及一种以小麦淀粉为原料制备高纯度低聚异麦芽糖的方法，属于淀粉糖技术领域。
背景技术：
中国是世界上小麦种植面积最大和产量最高的国家，但目前国内生产淀粉糖主要采用玉米淀粉为原料。随着近年来玉米淀粉深加工的发展，玉米价格连年上涨，价格压力不断增大。与此同时，小麦连年增产，如何发展小麦深加工项目，利用当地富余的小麦粮食资源，以缓解价格压力，成为今后淀粉深加工行业的重要方向。由于小麦淀粉与玉米淀粉在理化特性上多有不同，因此目前玉米淀粉生产淀粉糖的工艺不能直接用于小麦淀粉，需要对各工艺条件做进一步的探讨。低聚异麦芽糖(Isomaltose)则是2 8个葡萄糖分子以α-1，6糖苷键连接起来的寡糖。通常情况下，低聚异麦芽糖不被酵母所发酵，系非发酵性低聚糖。低聚异麦芽糖能有效的促进人体内有益细菌-双歧杆菌的生长繁殖，故又称为“双歧杆菌生长促进因子”，简称“双歧因子”。经多年临床与实际应用表明，双歧杆菌有许多保健功能，而作为双歧杆菌促进因子的低聚异麦芽糖自然就受到了人们的关注。因低聚异麦芽糖具有优良的加工特性，在各种食品中应用对生产工艺无特殊要求，可以方便的添加到食品中，而不必担心加工工序对其造成损失，因而在食品和保健品中得到了广泛的应用。由于低聚异麦芽糖具有上述良好特性，因此得到了广泛的应用。在糖果、焙烤、功能性饮料、乳制品中都有添加，不仅不会影响食品质地与口感，也增强了食品的保健作用。如应用低聚异麦芽糖生产的糖果，具有低热量、不致龋齿、抗结晶和整肠的功能。在充气型糖果和焦香型糖果中，经过长时间的搅打充气，形成了多相网架结构，充气性、凝胶性及持水性都很强，所以口感柔韧、有咀嚼感。同时研究表明，低聚异麦芽糖能起到抗龋齿的作用。低聚异麦芽糖的纯度越高，保健功能越好，产品价值越大。但是在低聚异麦芽糖的生产中不可避免的会混有麦芽糖、葡萄糖等杂糖，这些杂糖的存在，在很大程度上降低了功能性低聚糖的生理功能。因此，低聚异麦芽糖的分离纯化已成为生产厂家亟待解决的难题。目前所采用的分离方法主要有微生物发酵法、膜过滤法和色谱分离法。在上述工艺中，模拟移动床色谱分离方法是一种近年来发展快、分离效果好、产品纯度高的新技术，但传统的模拟移动床只能分离两种组分，严重限制了产品纯度的提高。因此，如何实现多种组分的分离成为高纯度低聚异麦芽糖生产的重要研究方向。目前国内对不同原料生产高纯度低聚异麦芽糖工艺已有类似研究。公开号CN10099976的中国发明专利文件(专利申请号200610105^2. 7)提出利用酒曲中的酶制剂发酵提纯生产900型低聚异麦芽糖，但产品中异麦芽糖+异麦芽三糖+潘糖的含量仅在48%左右，且产品中的葡萄糖、麦芽糖等杂糖均被发酵去除，未能得到很好的利用；高纯度低聚异麦芽糖及酒精联产制备方法(101805767A)研究了以玉米淀粉为原料制取高葡萄糖浆后转化生产高纯度低聚异麦芽糖的方法，但整个生产工艺复杂，生产周期长，消耗成本高，回收副产品生产酒精附加值低。公开号CN101608197的中国发明专利文件(专利申请号201010136714. 7)，公开了以稻米为原料制取低聚异构麦芽糖的方法，所得产品纯度较高，但加酶种类多，加酶量大，且产品中四糖以上的大分子糖类未进行分离。目前国内尚未有以小麦淀粉为原料生产高纯度低聚异麦芽糖的相关研究。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法。术语说明DE值还原糖(以葡萄糖计)占糖浆干物质的重量百分比。本发明的技术方案如下一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法，包括调浆液化、糖化、转苷、脱色过滤、离子交换、浓缩、色谱分离、干燥步骤，具体步骤如下(1)调节淀粉浆浓度，调pH值3. 5 8. 5，加入高温α -淀粉酶进行液化，制得DE值为15% 20%的液化液；(2)向步骤⑴制得的液化液中加入复合糖化酶进行水解，制得DE值为45% 55%的糖化液；(3)向步骤( 制得的糖化液中加入α -葡萄糖转苷酶进行转苷反应，制得异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖含量之和大于40wt%的转苷糖液；(4)向步骤C3)制得的转苷糖液中加入活性炭，经脱色后，进行过滤，制得滤液；脱色过滤过程最优效果是采用pH值范围在5. 0 6. 5的溶液进行过滤，转苷糖液的pH为4. 5 7. 0，因此无需再次调节pH值，减少了酸、碱用量，也降低了后续离子交换工艺负担。(5)采用逆流离子交换色谱对步骤(4)制得的滤液进行离子交换脱盐，制得脱盐糖液；(6)对步骤(5)制得的脱盐糖液进行浓缩，制得浓度为35 75wt%的浓缩液；(7)采用顺序式模拟移动床对步骤(6)制得的浓缩液进行分离，采用强酸性树脂，进料流速为1. 5 2. 5L/h，进料温度为55 75°C，分离pH5. 5 7. 5，切换时间10 30min，收集低聚异麦芽糖浓度为M 30wt%的流出液，制得低聚异麦芽糖浓缩液，同时收集获得葡萄糖浓度为50 90wt%的葡萄糖流出液和含有多糖组分的多糖流出液；(8)将步骤(7)制得的低聚异麦芽糖浓缩液经浓缩和/或干燥，即得。所述步骤(1)中淀粉浆浓度为25 45wt% ；优选的，所述液化为喷射液化；高温α -淀粉酶的加入量为0. 4 0. 8L/吨。所述步骤⑵中，水解的时间为4 IOh;复合糖化酶的加入量为0.5 0.8L/吨。复合糖化酶为本领域常用酶，可市场购得。如杰能科(中国)生物工程有限公司制售的复合糖化酶Genencor 0PTIMAXVHP4060。步骤( 糖化终点测定组分含有少量低聚异麦芽糖，异麦芽糖+潘糖+异麦芽三糖的含量在2wt %左右。所述步骤(3)中的转苷反应条件为在30 70r/min搅拌条件下，反应12 36h ；α -葡萄糖转苷酶的加入量为0. 4 1. OL/吨。步骤C3)转苷结束后测定样品组分，异麦芽糖+异麦芽三糖+潘糖含量在40wt%以上，而玉米淀粉一般转化率为35wt%左右。所述步骤中的脱色，条件为活性炭添加量为0.5wt% 3wt%，温度65 100°C、时间 10 30min ；所述步骤(5)中的离子交换步骤为糖液先后经过阳柱、阴柱、阳柱，所述阳柱填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴柱填充有弱碱性阴离子交换树脂，离子交换时流速为500 1000kg/h，温度为 30 55°C。所述步骤(6)中的浓缩为自控多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力> 0. 6Mpa,末效真空浓度-0. 07 0. 09Mpa，温度60°C以上；自控多效板式真空蒸发浓缩为本领域惯用浓缩技术，具体方法设备可参见《多效降膜式蒸发器的工作原理及相关要点》(范建兵，《机电信息》2009年第32期)、《多效降膜式蒸发器在淀粉糖工业中的应用及注意事项》，刘殿宇、田永红等。所述步骤(7)中的制得的含有多糖组分的多糖流出液与步骤( 制得的糖化液混合后进行后续反应。所述步骤(7)中的强酸性树脂为普通市售产品，优选强酸性大孔树脂，如浙江争光实业股份有限公司产售的“争光”牌ZGSPC106Na强酸性大孔树脂、江苏苏青水处理工程集团有限公司所售的DOOl强徐那行大孔树脂、杭州汇华树脂有限公司所售的DOOl大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂。所述步骤(8)中的浓缩为自控多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力> 0. 6Mpa,末效真空浓度-0. 07 0. 09Mpa，温度60°C以上；干燥为喷雾干燥。有益效果1、本发明以小麦淀粉代替玉米淀粉为原料生产低聚异麦芽糖产品，成品异麦芽糖转化率高，低聚异麦芽糖转化率达到40%以上，同等条件下较小麦淀粉低聚异麦芽糖转化率高出玉米淀粉5%以上，扩大了低聚异麦芽糖产品的原料来源，充分利用了当地富余粮食资源；2、本发明脱色过滤时不需调节pH值，简化了工艺，节约了酸碱用量，降低了后续离子交换负担；3、本发明采用顺序式模拟移动床对低聚异麦芽糖糖浆进行色谱分离，产物为低聚异麦芽糖，其中异麦芽糖、异麦芽三糖、潘糖含量之和可达80wt%以上，单糖含量小于lwt%，多糖(聚合度4以上的低聚糖)含量小于2wt%，高纯度的低聚异麦芽糖增加了产品的功能性；4、本发明采用顺序式模拟移动床色谱分离出的副产物为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，可以用于赤藓糖醇发酵或果葡糖浆的生产；多糖流出液主要为聚合度4以上的低聚糖产品，可以返回糖化阶段重新利用；从而达到了循环利用的目的，提高了产品得率和经济价值，降低了成本。5、本发明具有反应稳定，易于实施的优点，有利于工业化生产。
图1是实施例1制得的产品的高效液相色谱检测图；图2是实施例2制得的产品的高效液相色谱检测图3是对照例制得的产品的高效液相色谱检测图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步阐述，但本发明所保护范围不限于此。实施例中的原料及设备说明如下高温α -淀粉酶购自诺维信公司，复合糖化酶Genencor 0PTIMAXVHP4060购自杰能科(中国)生物工程有限公司，阳柱填充用的强酸性阳离子交换树脂为浙江争光实业股份有限公司产售的“争光”牌001 X 7FD强酸性阳离子树脂，阴柱填充用的弱碱性阴离子交换离子树脂为浙江争光实业股份有限公司产售的“争光”牌D3MFD大孔弱碱性阴离子树脂。顺序式模拟移动床设备为法国诺华赛公司提供的Applexion顺序式模拟移动床系统；顺序式模拟移动床中的强酸性树脂为浙江争光实业股份有限公司产售的“争光”牌ZGSPC106Na强酸性大孔树脂，树脂柱装填内径为140mm，树脂装填高度为360mm。实施例1一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法，包括调浆液化、糖化、转苷、脱色过滤、离子交换、浓缩、色谱分离、干燥步骤，具体步骤如下(1)调节淀粉浆浓度为25wt%，调pH值5.8，按0. 5L/吨的添加量添加高温α-淀粉酶，在105°C条件下，进行喷射液化，制得DE值为18%的液化液；(2)向步骤(1)制得的液化液中按0. 61/吨的添加量添加复合糖化酶，在60°C条件下，水解他，制得DE值为48. 9 %的糖化液；糖化终点测定组分，含有少量低聚异麦芽糖，异麦芽糖+潘糖+异麦芽三糖的含量在 2. 76wt%。(3)向步骤( 制得的糖化液中按0. 45L/吨的添加量添加α -葡萄糖转苷酶，在60°C、pH 5. 7的条件下，进行转苷反应Mh，制得异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖含量之和为41. 2 Iwt %的转苷糖液;经检测，转苷糖液的pH为5. 5。(4)向步骤C3)制得的转苷糖液中加入活性炭，升温至80°C，保温15min后，进行过滤，制得滤液；(5)采用逆流离子交换色谱对步骤(4)制得的滤液进行离子交换脱盐，离子交换步骤为糖液先后经过阳柱、阴柱、阳柱，所述阳柱填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴柱填充有弱碱性阴离子交换树脂，离子交换时流速为500kg/h，温度为55°C，制得脱盐糖液；(6)对步骤( 制得的脱盐糖液进行自控多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力0. 65Mpa，末效真空浓度-0. 08Mpa，温度60°C以上，制得固形物含量为60wt%的浓缩液；(7)采用顺序式模拟移动床对步骤(6)制得的浓缩液进行分离，采用强酸性大孔树脂，进料温度为70°C，进料浓度58wt%，分离pH5. 8，切换时间15min，收集低聚异麦芽糖浓度为26wt%的流出液，制得低聚异麦芽糖浓缩液，同时收集获得葡萄糖浓度为88wt%的葡萄糖流出液和含有多糖组分的多糖流出液；含有多糖组分的多糖流出液与步骤O)的液化液混合后，进行后续反应以提高原料利用率。
(8)将步骤(7)制得的低聚异麦芽糖浓缩液经多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力0. 65Mpa,末效真空浓度达-0. 08Mpa,温度达60°C以上，浓缩至固形物含量75wt %。，即得。利用高效液相色谱对产品进行检测，糖浆组分为葡萄糖0.21wt%，麦芽糖11. 15wt%，异麦芽糖70. 70wt%，麦芽三糖4. 75wt%，潘糖10. ^wt %，异麦芽三糖1. 84wt%0产物HPLC组分检测图如图1所示。实施例2一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法，包括调浆液化、糖化、转苷、脱色过滤、离子交换、浓缩、色谱分离、干燥步骤，具体步骤如下(1)调节淀粉浆浓度为^wt %，调pH值5.7，按0.5L/吨的添加量添加高温α-淀粉酶，在105°C条件下，进行喷射液化，制得DE值为17. 8%的液化液；(2)向步骤(1)制得的液化液中按0. 6/吨的添加量添加α -1,4-葡萄糖水解酶，在60°C条件下，水解他，制得DE值为51. 2%的糖化液； 糖化终点测定组分，含有少量低聚异麦芽糖，异麦芽糖+潘糖+异麦芽三糖的含量在 3. 80wt%。(3)向步骤( 制得的糖化液中按0. 4L/吨的的添加量添加α _葡萄糖转苷酶，在60°C、pH 5. 7的条件下，进行转苷反应Mh，制得异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖含量之和为43. 05wt%的转苷糖液；经检测，转苷糖液的pH为5. 6。(4)向步骤C3)制得的转苷糖液中加入活性炭，升温至80°C，保温15min后，进行过滤，制得滤液；(5)采用逆流离子交换色谱对步骤(4)制得的滤液进行离子交换脱盐，离子交换步骤为糖液先后经过阳柱、阴柱、阳柱，所述阳柱填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴柱填充有弱碱性阴离子交换树脂，离子交换时流速为500kg/h，温度为55°C，制得脱盐糖液，制得脱盐糖液；(6)对步骤( 制得的脱盐糖液进行自控多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力
0.65Mpa，末效真空浓度-0. 085Mpa，温度60°C以上，制得固形物含量为60wt%的浓缩液；(7)采用顺序式模拟移动床对步骤(6)制得的浓缩液进行分离，采用强酸性大孔树脂，进料温度为60°C，进料浓度60wt%，分离pH5. 5，切换时间17min，收集低聚异麦芽糖浓度为26wt%的流出液，制得低聚异麦芽糖浓缩液；同时收集获得葡萄糖浓度为90wt%的葡萄糖流出液和含有多糖组分的多糖流出液；含有多糖组分的多糖流出液与步骤O)的液化液混合后，进行后续反应以提高原料利用率。(8)将步骤(7)制得的低聚异麦芽糖浓缩液经多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力0. 65Mpa，末效真空浓度达-0. 085Mpa，温度达60°C以上，浓缩至固形物含量75wt%。，即得。利用高效液相色谱对产品进行检测，糖浆组分为葡萄糖0.57wt%，麦芽糖8. 07wt %,异麦芽糖65. 80wt %,麦芽三糖8. 82wt %,潘糖13. IOwt %,异麦芽三糖
1.70wt%。产物HPLC组分检测图如图2所示。对照例
玉米淀粉制备低聚异麦芽糖的方法，步骤如下(1)以玉米淀粉为原料，调节淀粉浆浓度为^wt %，调pH值5. 7，按0. 5L/吨的添加量添加高温α -淀粉酶，在105°C条件下，进行喷射液化，制得DE值为16. 5%的液化液；(2)向步骤(1)制得的液化液中按0. 6L/吨的添加量添加α _1，4_葡萄糖水解酶，在60°C条件下，水解Mi，制得DE值为50. 5%的糖化液；糖化液组分测定不含低聚异麦芽糖；(3)向步骤( 制得的糖化液中按0. 5L/吨的的添加量添加α _葡萄糖转苷酶，在60°C、pH 5. 7的条件下，进行转苷反应Mh，制得异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖含量之和为35. 23wt%的转苷糖液；经检测，转苷糖液的pH为4. 85。(4)步骤(3)中制得的转苷糖液调节pH至5. 8，按4. 5kg/吨淀粉加入安琪活性干酵母，温度观 35°C发酵3. 5天，至高效液相检测产品合格后75 85°C灭酵母；(5)向步骤(4)制得的发酵液中加入絮凝剂和活性炭，升温至80°C，保温30min后，进行过滤，制得滤液；(6)采用逆流离子交换色谱对步骤( 制得的滤液进行离子交换脱盐，离子交换步骤为糖液先后经过阳柱、阴柱、阳柱，所述阳柱填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴柱填充有弱碱性阴离子交换树脂，离子交换时流速为500kg/h，温度为55°C，制得脱盐糖液，制得脱盐糖液；(7)将步骤(6)制得的脱盐糖液经多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力0. 65Mpa，末效真空浓度达-0. 08Mpa，温度达60°C以上，浓缩至固形物含量75wt%。，即得。利用高效液相色谱对产品进行检测，糖浆组分为葡萄糖0.69wt%，麦芽糖10. 75wt%，异麦芽糖23. Olwt %，麦芽三糖2. 71wt%，潘糖19. 52wt%，异麦芽三糖4. 88wt %。产物HPLC组分检测图如图3所示。
权利要求
1.一种小麦淀粉制备高纯度低聚异麦芽糖的方法，包括调浆液化、糖化、转苷、脱色过滤、离子交换、浓缩、色谱分离、干燥步骤，其特征在于，具体步骤如下(1)调节淀粉浆浓度，调PH值3.5 8. 5，加入高温α -淀粉酶进行液化，制得DE值为15% 20%的液化液；(2)向步骤(1)制得的液化液中加入复合糖化酶进行水解，制得DE值为45% 55%的糖化液；(3)向步骤(2)制得的糖化液中加入α-葡萄糖转苷酶进行转苷反应，制得异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖含量之和大于40wt%的转苷糖液；(4)向步骤(3)制得的转苷糖液中加入活性炭，经脱色后，进行过滤，制得滤液；(5)采用逆流离子交换色谱对步骤(4)制得的滤液进行离子交换脱盐，制得脱盐糖液；(6)对步骤( 制得的脱盐糖液进行浓缩，制得浓度为35 75wt%的浓缩液；(7)采用顺序式模拟移动床对步骤(6)制得的浓缩液进行分离，采用强酸性树脂，进料流速为1. 5 2. 5L/h，进料温度为55 75°C，分离pH5. 5 7. 5，切换时间10 30min，收集低聚异麦芽糖浓度为M 30wt%的流出液，制得低聚异麦芽糖浓缩液，同时收集获得葡萄糖浓度为50 90wt%的葡萄糖流出液和含有多糖组分的多糖流出液；(8)将步骤(7)制得的低聚异麦芽糖浓缩液经浓缩和/或干燥，即得。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中淀粉浆浓度为25 45wt%;优选的，所述液化为喷射液化；高温α -淀粉酶的加入量为0. 4 0. 8L/吨。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，水解的时间为4 IOh;复合糖化酶的加入量为0. 5 0. 8L/吨。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的转苷反应条件为在30 70r/min搅拌条件下，反应12 36h ； α -葡萄糖转苷酶的加入量为0. 4 1. OL/吨。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤中的脱色，条件为活性炭添加量为0. 5wt% 3wt%，温度65 100°C、时间10 30min。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中的离子交换步骤为糖液先后经过阳柱、阴柱、阳柱，所述阳柱填充有强酸性阳离子交换树脂，所述阴柱填充有弱碱性阴离子交换树脂，离子交换时流速为500 1000kg/h，温度为30 55°C。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(6)中的浓缩为自控多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力彡0. 6Mpa，末效真空浓度-0. 07 0. 09Mpa，温度60°C以上。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(7)中的制得的含有多糖组分的多糖流出液与步骤( 制得的糖化液混合后进行后续反应。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(8)中的浓缩为自控多效板式真空蒸发浓缩，蒸汽工作压力》0. 6Mpa,末效真空浓度-0. 07 0. 09Mpa,温度60°C以上；干燥为喷雾干燥。
全文摘要
本发明涉及一种以小麦淀粉为原料制备高纯度低聚异麦芽糖的方法，包括调浆液化、糖化、转苷、脱色过滤、离子交换、浓缩、色谱分离、干燥步骤。本发明以小麦淀粉代替玉米淀粉为原料生产低聚异麦芽糖产品，成品异麦芽糖转化率高，低聚异麦芽糖转化率达到40％以上，同等条件下较小麦淀粉低聚异麦芽糖转化率高出玉米淀粉5％以上，并且本发明实现了三元组分分离，产品中异麦芽糖、异麦芽三糖和潘糖含量达80％以上，单糖含量小于1％，聚合度4以上的多糖组分含量小于2％。
文档编号C07H1/06GK102559810SQ20121001693
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者刘宗利, 李方华, 王乃强, 王彩梅, 王明珠 申请人:保龄宝生物股份有限公司