本发明涉及生物工程领域，具体涉及一种同时制备海藻糖和葡萄糖酸内酯的方法。
背景技术：
海藻糖是由两个葡萄糖分子通过α，α-1，1糖苷键结合的非还原性糖，它广泛存在于细菌、酵母、藻类、真菌、昆虫以及一些抗逆性植物中。海藻糖对细胞膜、蛋白质、核酸等生物大分子具有非特异性的保护作用，具有良好的吸水性、稳定、且不易焦糖化。外源性的海藻糖同样对生物体和生物大分子有非特异性的保护作用，海藻糖这种独特的生物学性质使其在食品、医药、化妆品、疫苗等领域有重要的应用。
海藻糖的生产方法主要有微生物提取法、发酵法和酶转化法。
微生物提取法是指乳酸菌、酵母、霉菌等为提取源，通过干燥、高渗等逆境处理使其积累海藻糖，然后经有机溶剂抽提、精制得到海藻糖。此方法海藻糖含量低，提取效率低，成本过高，不适合工业化生产。
发酵法一般是先经过诱变、细胞融合、基因重组等方法选育海藻糖的高产菌株，然后采用高浓度培养基及高渗条件发酵，并在发酵结束前进行饥饿处理，从而得到海藻糖较高的培养物。这些菌株包括节杆菌属、棒杆菌属、短杆菌属、微球菌属等。但是高产菌株选育困难，转化率低，副产物多，提取精制困难，因此也很难实现工业化生产。
酶法生产海藻糖根据底物来区分主要有三种：一是以葡萄糖为底物，二是以麦芽糖为底物，三是以淀粉为底物。
以葡萄糖为底物的反应如下：UDP葡萄糖与葡萄糖-6-磷酸在葡萄糖-6-磷酸合成酶的作用下生成海藻糖-6-磷酸，海藻糖-6-磷酸在海藻糖-6-磷酸酯酶的作用下生成海藻糖，由于此方法中的需要以葡萄糖-6-磷酸为糖基受体，UDP-葡萄糖、ADP-葡萄糖、GDP-葡萄糖为糖基供体，需要反应体系提供很高的能量，因此难以工业化生产。
以麦芽糖为底物是在海藻糖合成酶的作用下将α-1，4-麦芽糖在分子内重组成α-1，1-海藻糖。以麦芽糖为底物：海藻糖合成酶具有较严格的底物专一性，只作用于麦芽糖生成海藻糖及海藻糖生成麦芽糖。此方法反应工艺简单，易于控制，底物麦芽糖价格便宜，耐热菌中的海藻糖合成酶热稳定性好，因而使用耐热菌可避免工业生产中杂菌的污染，这是较理想的工业生产途径。但海藻糖合成酶催化的是一个可逆反应，它既可以催化麦芽糖生成海藻糖，也可以催化海藻糖生成麦芽糖，当反应进行到一定程度时麦芽糖与海藻糖的转化会达到相对平衡，因此转化率达到70％以后难以再有提高。
以淀粉为底物的反应是在麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶的作用下进行的，首先，麦芽寡糖基海藻糖合成酶是一种分子内转糖基酶，催化麦芽寡糖(淀粉液化液)还原端的葡萄糖基和相邻的葡萄糖基间的α-1，4-葡萄糖苷键转化成α-1，1-葡萄糖苷键，生成麦芽寡糖基海藻糖；麦芽寡糖基海藻糖水解酶专一水解麦芽寡糖基海藻糖的麦芽寡糖基和海藻糖基间的α-1，4-糖苷键，以上两种酶联合作用，每次从麦芽寡糖生成海藻糖和少两个葡萄糖单位的麦芽寡糖。1995年，Nakada等人从Arthrobacter sp.Q36菌株中分离得到一种麦芽寡糖基海藻糖合成酶及一种麦芽寡糖基海藻糖水解酶。麦芽寡糖基海藻糖合成酶可将直链麦芽寡糖的还原端的葡萄糖基和相邻的葡萄糖基间的α，α-1，4葡萄糖苷键转化成α，α-1，4葡萄糖苷键，生成麦芽寡糖基海藻糖，麦芽寡糖基海藻糖水解酶可将生成的麦芽寡糖基海藻糖水解得到海藻糖及少了两个葡萄糖基的麦芽寡糖，他们将这两种酶用于海藻糖的工业化生产。目前的方法普遍存在，转化时间长的问题，转化效率也有待提高。
葡萄糖酸内酯在中国有近30年生产历史，是优良、健康、绿色的食品添加剂，葡萄糖酸内酯作为葡萄糖酸的结晶产物，在水溶液中可以缓慢水解生成葡萄糖酸，形成葡萄糖酸和葡萄糖酸内酯的混合溶液。目前工业上生产葡萄糖酸内酯一般先制备葡萄糖酸母液，再通过浓缩结晶工艺而来。虽然关于葡萄糖酸及内酯的生产工艺方法众多，但都存在一定程度的限制。
综上所述，目前本领域缺乏高转化率生产海藻糖的方法，因此迫切需要开发一种高效的、稳定的海藻糖制备方法，而且在现有技术中也缺少可以生产海藻糖的同时，获得葡萄糖酸内酯的生产方法。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种高效、稳定生产海藻糖的同时，制备葡萄糖酸内酯的生产方法。令人意外地，申请人发现本发明的方法，相比于传统酶法生产海藻糖的方法，可以提高海藻糖转化率8％左右；同时，本发明的方法兼具利用其副产物生产出葡萄糖酸内酯的特点。即，本发明的第一目的在于提供一种同时制备海藻糖和葡萄糖酸内酯的方法，包括以下步骤：
1)使用淀粉酶，将淀粉转化为麦芽糊精；
2)加入普鲁兰酶去除麦芽糊精的支链，然后加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶，获得海藻糖；
3)流加葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶，将产生的葡萄糖转化为葡萄糖酸钠；
4)加入糖化酶，糖化结束后，继续流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶反应，当葡萄糖含量低于1g/L的时候结束反应；
5)灭酶、脱色过滤去杂质，分离海藻糖和葡萄糖酸；
6)海藻糖浓缩、结晶、分离干燥获得海藻糖成品；葡萄糖酸浓缩、结晶，脱水形成葡萄糖酸内酯，将所述葡萄糖酸内酯分离、干燥获得葡萄糖酸内酯成品。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤1)的反应参数为：pH5.5-6.0，加入淀粉酶后控制温度90-110℃；所述淀粉质量百分比为35％-40％，所述淀粉酶的活力单位为5000-8000U/mL，用量为3.5-6.0g高温淀粉酶/100g淀粉，处理3-4小时，将淀粉液化为DE值为8-13的麦芽糊精。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤2)的反应参数为：
控制温度60℃，pH5.0-5.5，加入普鲁兰酶，处理6h，将麦芽糊精的支链去除，所述普鲁兰酶的活力单位为1000-1500U/mL，用量为0.5-1.0g普鲁兰酶/100g麦芽糊精；
控制温度40℃，pH5.5-6.0，加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶，处理6h，所述麦芽寡糖基海藻糖合成酶为100-150U/mg、所述麦芽寡糖基海藻糖水解酶的酶活为350-400U/mg，所述麦芽寡糖基海藻糖合成酶的用量为35-40g/100g麦芽糊精、所述麦芽寡糖基海藻糖水解酶的酶活为15-20g/100g麦芽糊精。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤3)的反应参数为：控制PH5.5-6.0，流加所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶开始反应，其中所述葡萄糖氧化酶酶活为6500U/ml，所述过氧化氢酶酶活为37.5万U/ml。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤4)的反应参数为：控制温度60℃，pH4.0-4.5，加入糖化酶，所述糖化酶的活力单位为10万U/mL，所述糖化酶的用量为0.1g糖化酶/100g干物质，反应2h，糖化结束；控制温度40℃，继续流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶反应，控制PH5.5-6.0，当葡萄糖含量低于1g/L的时候结束反应。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤5)的灭酶反应参数为升温80℃、灭酶30分钟；所述步骤5)中脱色为使用活性炭脱色；所述过滤为使用板框过滤除杂质。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤5)还包括离子交换去除Na+的过程。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤5)中分离方法为：模拟移动床分离海藻糖和葡萄糖酸。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤6)中所述海藻糖浓缩、结晶的操作参数为：将分离出的海藻糖105-115℃浓缩至70％以上含量，冷却结晶；所述海藻糖分离干燥的方法为：分离机将海藻糖晶体与液体分离，然后流化床干燥，得海藻糖成品。
优选地，本发明所述同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法中，所述步骤6)中所述葡萄糖酸浓缩、结晶的操作参数为：将分离出的葡萄糖酸浓缩至80％左右，控制参数为温度从80℃缓慢降低到35℃，晶种1％，此过程葡萄糖酸分子脱水形成葡萄糖酸内酯；所述葡萄糖酸内酯分离、干燥方法为使用分离机分离，流化床干燥，得葡萄糖酸内酯成品。
令人意外地，本发明在生产海藻糖的同时，获得了另外一种有用的产品——葡萄糖酸内酯，特别地，本发明的方法相比于传统方法海藻糖的转化率提高8％左右，获得的海藻糖的转化率大于78％。
由上可知，本发明的同时制备海藻糖与葡萄糖酸内酯的方法，至少有以下优点：
1)海藻糖的转化时间明显减少，而且转化率明显提高；
2)在提高海藻糖转化率8％左右的同时又可生产出葡萄糖酸内酯这种新产品。
具体实施方式
在本发明实施例中，本发明同时制备海藻糖和葡萄糖酸内酯的方法，包括以下步骤：
1)使用淀粉酶，将淀粉转化为麦芽糊精；
2)加入普鲁兰酶去除麦芽糊精的支链，然后加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶，获得海藻糖；
3)流加葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶，将产生的葡萄糖转化为葡萄糖酸钠；
4)加入糖化酶，糖化结束后，继续流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶反应，当葡萄糖含量低于1g/L的时候结束反应；
5)灭酶、脱色过滤去杂质，分离海藻糖和葡萄糖酸；
6)海藻糖浓缩、结晶、分离干燥获得海藻糖成品；葡萄糖酸浓缩、结晶，脱水形成葡萄糖酸内酯，将所述葡萄糖酸内酯分离、干燥获得葡萄糖酸内酯成品。
在本发明的一个实施例中，所述步骤1)的反应参数为：pH5.5-6.0，加入淀粉酶后控制温度90-110℃；所述淀粉质量百分比为35％-40％，所述淀粉酶的活力单位为5000-8000U/mL，用量为3.5-6.0g高温淀粉酶/100g淀粉，处理3-4小时，将淀粉液化为DE值为8-13的麦芽糊精。
在本发明的又一个实施例中，上述步骤2)的反应参数为：
控制温度60℃，pH5.0-5.5，加入普鲁兰酶，处理6h，将麦芽糊精的支链去除，所述普鲁兰酶的活力单位为1000-1500U/mL，用量为0.5-1.0g普鲁兰酶/100g麦芽糊精；
控制温度40℃，pH5.5-6.0，加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶，处理6h，所述麦芽寡糖基海藻糖合成酶为100-150U/mg、所述麦芽寡糖基海藻糖水解酶的酶活为350-400U/mg，所述麦芽寡糖基海藻糖合成酶的用量为35-40g/100g麦芽糊精、所述麦芽寡糖基海藻糖水解酶的酶活为15-20g/100g麦芽糊精。
在本发明的又一个实施例中，上述步骤3)的反应参数为：控制PH5.5-6.0，流加所述葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶开始反应，其中所述葡萄糖氧化酶酶活为6500U/ml，所述过氧化氢酶酶活为37.5万U/ml。
在本发明的又一个实施例中，上述步骤4)的反应参数为：控制温度60℃，pH4.0-4.5，加入糖化酶，所述糖化酶的活力单位为10万U/mL，所述糖化酶的用量为0.1g糖化酶/100g干物质，反应2h，糖化结束；控制温度40℃，继续流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶反应，控制PH5.5-6.0，当葡萄糖含量低于1g/L的时候结束反应。
在本发明的又一个实施例中，上述步骤5)的灭酶反应参数为升温80℃、灭酶30分钟；所述步骤5)中脱色为使用活性炭脱色；所述过滤为使用板框过滤除杂质。
在本发明的又一个实施例中，所述步骤5)还包括去除离子过程，所述离子主要是Na+、还有少量Ca2+；在本发明的再一个实施例中，上述步骤5)为阳离子交换去除Na+的过程。
在本发明的另一个实施例中，上述步骤5)中分离方法为：模拟移动床分离海藻糖和葡萄糖酸。
在本发明的另一个实施例中，上述步骤6)中所述海藻糖浓缩、结晶的操作参数为：将分离出的海藻糖105-115℃浓缩至70％以上含量，冷却结晶；所述海藻糖分离干燥的方法为：分离机将海藻糖晶体与液体分离，然后流化床干燥，得海藻糖成品。
在本发明的另一个实施例中，上述步骤6)中所述葡萄糖酸浓缩、结晶的操作参数为：将分离出的葡萄糖酸浓缩至80％左右，控制参数为温度从80℃缓慢降低到35℃，晶种1％，此过程葡萄糖酸分子脱水形成葡萄糖酸内酯；所述葡萄糖酸内酯分离、干燥方法为使用分离机分离，流化床干燥，得葡萄糖酸内酯成品。
以下通过具体实施例进一步对本发明的技术方案进行说明，应理解以下仅为本发明的示例性说明，并不用于限制本发明权利要求的保护范围。
对比例1酶法生产海藻糖(质量分数为35％的淀粉)
第一步在50L罐中加入30L质量分数为35％的淀粉乳，控制pH5.6，加入高温淀粉酶后控制温度95℃，所述高温淀粉酶的活力单位为5000U/mL，用量为6.0g高温淀粉酶/100g淀粉，处理3h，将淀粉液化为DE值为8.9的麦芽糊精。
第二步控制温度60℃，pH5.0-5.5，加入普鲁兰酶，所述普鲁兰酶的活力单位为1000U/mL，用量为1.0g普鲁兰酶/100g麦芽糊精，处理6h后，将麦芽糊精的支链去除，控制温度40℃，pH5.5-6.0，加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶的粗酶液，酶活分别为100U/mg、350U/mg，用量分别为40g/100g麦芽糊精、20g/100g麦芽糊精，处理12h。控制温度60℃，pH4.0-4.5，加入糖化酶，所述糖化酶的活力单位为10万U/mL，用量为0.1g糖化酶/100g干物质，反应2h，糖化结束。
第三步，灭酶、脱色：升温80℃灭酶30min，活性炭脱色。
第四步、过滤：板框过滤除杂质。
第五步、离交：阳离子离交去除Na+。
第六步、分离：模拟移动床分离海藻糖和葡萄糖。
第七步、海藻糖浓缩、结晶：将分离出的海藻糖105℃浓缩至73％，冷却结晶。
第八步、海藻糖分离、干燥：分离机将海藻糖晶体与液体分离，然后流化床干燥，得海藻糖成品。
结果：海藻糖纯度为99.5％，转化率为69.8％。
对比例2酶法生产海藻糖(质量分数为40％的淀粉)
第一步在50L罐中加入30L质量分数为40％的淀粉乳，控制pH6.0，加入高温淀粉酶后控制温度105℃，所述高温淀粉酶的活力单位为8000U/mL，用量为3.5g高温淀粉酶/100g淀粉，处理3.5h，将淀粉液化为DE值为11.6的麦芽糊精；
第二步，控制温度60℃，pH5.0-5.5，加入普鲁兰酶，所述普鲁兰酶的活力单位为1500U/mL，用量为0.5g普鲁兰酶/100g麦芽糊精，处理6h后，将麦芽糊精的支链去除，控制温度40℃，pH5.5-6.0，加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶的粗酶液，酶活分别为150U/mg、400U/mg，用量分别为35g/100g麦芽糊精、15g/100g麦芽糊精，处理12h。控制温度60℃，pH4.0-4.5，加入糖化酶，所述糖化酶的活力单位为10万U/mL，用量为0.1g糖化酶/100g干物质，反应2h，糖化结束。
第三步，灭酶、脱色：升温80℃灭酶30min，活性炭脱色。
第四步、过滤：板框过滤除杂质。
第五步、离交：阳离子离交去除Na+。
第六步、分离：模拟移动床分离海藻糖和葡萄糖。
第七步、海藻糖浓缩、结晶：将分离出的海藻糖105℃浓缩至75％，冷却结晶。
第八步、海藻糖分离、干燥：分离机将海藻糖晶体与液体分离，然后流化床干燥，得海藻糖成品。
结果：海藻糖纯度为99.1％，转化率为70.5％。
实施例1：同时生产海藻糖与葡萄糖酸内酯(质量分数为35％的淀粉)
第一步淀粉酶转化35％质量分数的淀粉为麦芽糊精：
在50L罐中加入30L质量分数为35％的淀粉乳，控制pH5.8，加入高温淀粉酶后控制温度100℃，所述高温淀粉酶的活力单位为5000U/mL，用量为6.0g高温淀粉酶/100g淀粉，处理3h，将淀粉液化为DE值为9.5的麦芽糊精；
第二步，去支链，加入混合酶，获得海藻糖：
控制温度60℃，pH5.0-5.5，加入普鲁兰酶，所述普鲁兰酶的活力单位为1000U/mL，用量为1.0g普鲁兰酶/100g麦芽糊精，处理6h后，将麦芽糊精的支链去除，控制温度40℃，pH5.5-6.0，加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶的粗酶液，酶活分别为100U/mg、350U/mg，用量分别为40g/100g麦芽糊精、20g/100g麦芽糊精，处理6h。
第三步，流加葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶，将产生的葡萄糖转化为葡萄糖酸钠：罐中分别流加葡萄糖氧化酶(6500U/ml)和过氧化氢酶(37.5万U/ml)开始反应，流加30％的氢氧化钠控制PH5.5-6.0，继续反应6h，将产生的葡萄糖转化为葡萄糖酸钠，同时海藻糖转化率达到78.3％，比不流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶时提高转化率8％左右。
第四步，控制温度60℃，pH4.0-4.5，加入糖化酶，所述糖化酶的活力单位为10万U/mL，用量为0.1g糖化酶/100g干物质，反应2h，糖化结束，控制温度40℃，继续流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶反应，流加30％的氢氧化钠控制PH5.5-6.0，当葡萄糖含量0.7g/L的时候结束反应。
第五步，升温80℃灭酶30min，活性炭脱色、板框过滤除杂质后，阳离子离交去除Na+，最后模拟移动床分离海藻糖和葡萄糖酸。
第六步，将分离出的海藻糖105℃浓缩至77％，冷却结晶后，用分离机将海藻糖晶体与液体分离，然后流化床干燥，得海藻糖成品。
将分离出的葡萄糖酸浓缩至79％，控制参数为温度从80℃缓慢降低到35℃，晶种1％，此过程葡萄糖酸分子脱水形成葡萄糖酸内酯；葡萄糖酸内酯结晶液经分离机分离后，流化床干燥，得葡萄糖酸内酯成品。
结果：海藻糖纯度为99.3％，转化率为78.3％葡萄糖酸内酯纯度为99.1％，收率为93.5％。
实施例2：同时生产海藻糖与葡萄糖酸内酯(质量分数为40％的淀粉)
第一步淀粉酶转化40％质量分数的淀粉为麦芽糊精：
在50L罐中加入30L质量分数为40％的淀粉乳，控制pH6.0，加入高温淀粉酶后控制温度105℃，所述高温淀粉酶的活力单位为8000U/mL，用量为3.5g高温淀粉酶/100g淀粉，处理4h，将淀粉液化为DE值为12.4的麦芽糊精；
第二步，去支链，加入混合酶，获得海藻糖：
控制温度60℃，pH5.0-5.5，加入普鲁兰酶，所述普鲁兰酶的活力单位为1500U/mL，用量为0.5g普鲁兰酶/100g麦芽糊精，处理6h后，将麦芽糊精的支链去除，控制温度40℃，pH5.5-6.0，加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶与麦芽寡糖基海藻糖水解酶的粗酶液，酶活分别为150U/mg、400U/mg，用量分别为35g/100g麦芽糊精、15g/100g麦芽糊精，处理6h。
第三步，流加葡萄糖氧化酶与过氧化氢酶，将产生的葡萄糖转化为葡萄糖酸钠：罐中分别流加葡萄糖氧化酶(6500U/ml)和过氧化氢酶(37.5万U/ml)开始反应，流加30％的氢氧化钠控制PH5.5-6.0，继续反应6h，将产生的葡萄糖转化为葡萄糖酸钠，同时海藻糖转化率达到77.8％，比不流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶时提高转化率8％左右，控制温度60℃，pH4.0-4.5，加入糖化酶，所述糖化酶的活力单位为10万U/mL，用量为0.1g糖化酶/100g干物质，反应2h，糖化结束，控制温度40℃，继续流加葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶反应，流加30％的氢氧化钠控制PH5.5-6.0，当葡萄糖含量0.5g/L的时候结束反应。
第四步，升温80℃灭酶30min，活性炭脱色、板框过滤除杂质，阳离子离交去除Na+，最后用模拟移动床分离海藻糖和葡萄糖酸。
第五步，将分离出的海藻糖105℃浓缩至78％，冷却结晶后，用分离机将海藻糖晶体与液体分离，然后流化床干燥，得海藻糖成品；将分离出的葡萄糖酸浓缩至82％，控制参数为温度从80℃缓慢降低到35℃，晶种1％，此过程葡萄糖酸分子脱水形成葡萄糖酸内酯，葡萄糖酸内酯结晶液经分离机分离后，流化床干燥，得葡萄糖酸内酯成品。
结果：海藻糖纯度为99.6％，转化率为77.8％。葡萄糖酸内酯纯度为99.4％，收率为92.7％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。