本发明涉及酶工程领域，且特别涉及一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法及麦芽寡糖醇。
背景技术：
：麦芽寡糖醇是麦芽寡糖加氢后形成的糖醇，是继山梨糖醇、甘露糖醇、赤藓糖醇、麦芽糖醇、木糖醇、阿拉伯糖醇等之后新近发展起来的重要新型糖醇，是食品、日化、医药、农业等领域中极重要的原辅料。麦芽寡糖醇的物理化学性质优良，其甜度低、耐热性好、不发生美拉德反应、抗结晶性强、持水保湿性好、渗透性适宜，与其他甜味剂的调和性良好，具有吸附和保留易挥发性香味及风味物质的功能。此外，麦芽寡糖醇的能量低，不会引起血糖波动，具有非致龋齿性、消化程度降低等生理功效，使其在无糖糖果、低热量食品和糖尿病专用食品等领域具有举足轻重的作用。随着科学技术的发展与人类健康需求的提高，麦芽寡糖醇的市场需求量会越来越大，利用淀粉质资源制备麦芽糖醇的研究应用变得十分迫切与重要。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，此方法工艺简单，生产高效，适用于工业化大规模生产。本发明的另一目的在于提供一种麦芽寡糖醇，此麦芽寡糖醇以淀粉原料，通过α-淀粉酶等酶解作用得到品质优良的麦芽寡糖醇。本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本发明提出一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：：预处理：将淀粉分散于体积分数为30～60％的醇溶液中，经超微粉碎处理后干燥得到淀粉预处理物。液化反应：将淀粉预处理物配置成质量分数为55～65％的淀粉乳，加入耐高温α-淀粉酶，经液化反应得到液化溶液。糖化反应：在液化溶液中加入复合酶，在20～30W的条件下超声处理8～10min后，经糖化反应得到糖化溶液，其中，复合酶包括中温α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普鲁兰酶。加氢反应：糖化溶液经过加氢反应得到麦芽寡糖醇。本发明提出一种麦芽寡糖醇，其根据上述方法制备得到。与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明的利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法简单，各项参数容易控制，所制得的麦芽寡糖醇品质优良。通过湿法超微粉碎得到淀粉预处理物，极大提高了淀粉的溶解度和酶解活性，能够利用高浓度淀粉乳进行液化，且能够节约淀粉酶用量和酶解时间，提高生产效率。淀粉乳经耐高温α-淀粉酶处理后，得到具有一定DE值的液化溶液。液化溶液在中温α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普鲁兰酶的复合酶解作用下得到高麦芽寡糖含量的糖化溶液。多种酶的协同作用，无需使用成本昂贵的麦芽三糖酶等酶制剂。此外，在利用复合酶进行酶解时，预先利用超声波处理加入复合酶的液化溶液。超声波作用一方面使得液化溶液中的颗粒表现出破裂、凹陷等，提高液化溶液的反应活性。另一方面，低功率超声波处理复合酶，能够有效提高复合酶的酶活力，使得复合酶的酶解反应过程效率更高，有效减少酶用量，提高生产效率。具体实施方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本发明实施例的利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法及麦芽寡糖进行具体说明。首先，预处理步骤：将淀粉分散于体积分数为30～60％的醇溶液中，经超微粉碎处理后干燥得到淀粉预处理物。天然淀粉颗粒是一种多晶结构化合物，其内部具有结晶区和非结晶区。结晶区主要是由支链淀粉分子以双螺旋结构形成，结构较为致密，不易被外力和化学试剂作用，结晶区的存在，一定程度上限制了淀粉的反应活性。非结晶区主要由直链淀粉分子以松散的结构形成，易受外力和化学试剂作用。可以理解的是，本发明实施例中的淀粉可以选自玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的一种或多种，但不局限于此。醇溶液为醇的水溶液，醇溶液可以有效抑制淀粉颗粒的膨胀特性，醇的脱水作用，能够抑制淀粉颗粒吸收过多的水分而使得淀粉颗粒过度膨胀。将淀粉分散在醇溶液中，优选地，分散于乙醇溶液中，然后通过湿法超微粉碎，高速剪切的机械力使得淀粉颗粒发生破裂、变性，淀粉的双折射现象消失，结晶结构受到破坏。现有的糖醇类产品的生产过程中，一般采用质量分数为15～20％左右的淀粉乳进行处理，生产效率低。而本发明实施例中，经过预处理的淀粉，淀粉的结晶结构受到破坏，水更容易渗入淀粉分子内部，淀粉的溶解度和膨胀度越来越大，同时，在机械力的作用下，淀粉的分散性好、吸水性强、比表面积大、化学和生物反应活性高。因此能够利用高浓度(质量分数为55～65％)的淀粉乳进行处理，且无需经过保温糊化步骤，生产效率得到极大的提高。更为重要的是，经过预处理的淀粉，淀粉酶很容易进入到颗粒内部，酶解活性得到极大提高，仅需少量的淀粉酶和较短的酶解时间就能够达到很好的液化效果，节约生物酶用量，降低生产成本。进一步地，在本发明较佳实施例中，超微粉碎处理为先在10～15MPa压力下均质，再在压力100～130MPa、温度50～60℃的条件下进行微射流均质处理，得到平均粒径为20～80μm的淀粉预处理物。该均质过程能够使得淀粉颗粒粒径有效减低，淀粉的结晶结构受到有效破坏，淀粉的反应活性和酶解活性达到最优水平。其次，将淀粉预处理物配置成质量分数为55～65％的淀粉乳，加入耐高温α-淀粉酶，经液化反应得到液化溶液。优选地，发明人采用生物工程方法制备得到耐高温α-淀粉酶(α-amylase，EC3.2.1.1)，其基因源于地衣芽孢杆菌(Bacilluslicheniformis)。进一步地，在本发明较佳实施例中，淀粉乳中加入耐高温α-淀粉酶后，在70～80W条件下超声处理2～3min后再进行液化反应。上述条件下进行超声处理，可以使得耐高温α-淀粉酶的酶活性得到有效提高，并使得淀粉乳反应活性更高。进一步地，在本发明较佳实施例中，在温度为95～105℃、pH为6.5～7.5条件下液化反应4～6min，耐高温α-淀粉酶的用量优选为30～45U/g淀粉预处理物。经过考察，在上述酶解反应条件下，能够得到DE值在15～25％的液化溶液，该DE值范围内的液化溶液经后续处理得到的糖化溶液中，麦芽寡糖的含量较高。再次，在液化溶液中加入复合酶，在20～30W的条件下超声处理8～10min后，经糖化反应得到糖化溶液，其中，复合酶包括中温α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普鲁兰酶。α-淀粉酶能够从淀粉分子内部随机地切开α-1,4糖苷键；β-淀粉酶能够从淀粉链的非还原端开始，顺次切下麦芽糖单位；普鲁兰酶能够专一性切开直链淀粉分支中的α-1,6糖苷键。通过三种酶的不同酶解作用对液化溶液进行糖化，得到含有麦芽寡糖的糖化溶液。糖化前采用较低功率的超声波处理一段时间。超声波作用机理是空穴作用、加热作用和高频震荡作用，在超声波作用下，一方面是超声波作用于液化溶液，在液体中产生空化核的生成、生长、崩溃，从而产生局部的高温、高压和高频振动，液化溶液中的颗粒表现出破裂、凹陷等，反应活性更高。另一方面，超声波作用于复合酶，能够对酶活性生影响。超声处理的功率、时间等因素对于酶活性产生促进或抑制作用。在上述参数的超声条件下，在较低的功率下处理一段时间，能够将能量传递给酶分子，且不会对酶分子的结构造成破坏，使得酶活性得到有效提高。特别是如果将复合酶固定化，酶和底物会处于不同相中，超声在很大程度上可以使物质分子的结构形态发生改变，增加通透性，加速底物与酶分子的反应，从而使得酶活力得到提高。进一步地，在本发明较佳实施例中，中温α-淀粉酶、β-淀粉酶与普鲁兰酶的用量比为1:5～7:0.5～2。在上述复合酶配比下，各酶的协同作用达到最佳，糖化后得到的产品麦芽寡糖含量最佳。进一步地，在本发明较佳实施例中，在温度为50～60℃、pH为5～6条件下糖化反应5～7h，中温α-淀粉酶的用量优选为10～15U/g淀粉预处理物。由于不同酶的最佳反应条件不同，在复合使用过程中，综合考察各种酶的用量比以及各种酶的反应条件，优选得到上述反应条件下，该条件下，复合酶的整体活性最佳，最大限度利用底物，得到高麦芽寡糖含量的产物。进一步地，在本发明较佳实施例中，为了便于酶制剂的回收，重复利用，将复合酶固定在载体上，载体按以下方法制备得到：将硅源和表面活性剂按摩尔比1:0.15～0.3溶解于酸性溶液或碱性溶液中，搅拌反应2～3h得到第一溶液。然后将间苯二酚和六次甲基四胺按摩尔比5:1～2溶解于溶剂中，得到第二溶液。接着将第一溶液与第二溶液按质量比2～4:1混合，并聚合形成聚合物，将聚合物密封后在120～150℃条件下溶剂热处理4～8h，干燥后得到前驱粉体。最后将前驱粉体在二氧化碳气体氛围中反应，反应温度为600～680℃，反应时间为3～6h，得到载体。优选地，硅源选用正硅酸四丁酯(TEOS)，表面活性剂选用十六烷基溴化铵(CTAB)。进一步地，在本发明较佳实施例中，复合酶与载体的固定方法为：将复合酶分散于水中，加入载体，在20～30℃条件下震荡反应25～35min。通过上述方法制备得到的载体，在二氧化碳气体的作用下，实现了聚合物的炭化、活化和介孔二氧化硅的烧成，工艺简单，且得到的载体为活性炭和二氧化硅的混合材料，比表面积大，无需交联剂就可以良好地吸附酶分子，且载体具有极高的介孔率，能有效装载酶分子。最后，糖化溶液经过加氢反应得到麦芽寡糖醇。进一步地，在本发明较佳实施例中，在糖化反应溶液中加入质量分数为0.01～0.03％的硼氢化钾以及质量分数为2～3％的催化剂，在8～10MPa、120～135℃条件下进行加氢反应。优选地，选用镍催化剂。在加氢反应过程中，硼氢化钾的加入能够氢化残糖中的醛基，缩短氢化反应时间，降低能耗，提高氢化产量。需要说明的是，在进行加氢反应前或加氢反应步骤之后，可以反应物进行过滤、纯化、精制等操作，以进一步提高麦芽寡糖醇的纯度。本发明实施例还提供一种麦芽寡糖醇的制备方法，其根据上述方法制备得到。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1本实施例提供的一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：预处理：将淀粉溶解在体积分数为50％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉预处理物。液化：将淀粉预处理物加水配成质量分数为60％的淀粉乳，加入40U/g的耐高温α-淀粉酶，在80W条件下超声2min后，在100℃、pH为7条件下反应5min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入10U/g的中温α-淀粉酶、60U/g的β-淀粉酶以及20U/g的普鲁兰酶，在25W条件下超声9min后，在55℃、pH为5.5条件下反应6h得到糖化溶液。加氢：将糖化溶液置于加氢釜中，加入质量分数为0.02％的硼氢化钾和质量分数为2％的镍催化剂，在10MPa、130℃条件下反应2.5h得到麦芽寡糖醇。实施例2本实施例提供的一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：预处理：将淀粉溶解在体积分数为30％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉预处理物。液化：将淀粉预处理物加水配成质量分数为55％的淀粉乳，加入30U/g的耐高温α-淀粉酶，在80W条件下超声2min后，在95℃、pH为6.5条件下反应6min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入10U/g的中温α-淀粉酶、70U/g的β-淀粉酶以及5U/g的普鲁兰酶，在30W条件下超声8min后，在50℃、pH为6条件下反应7h得到糖化溶液。加氢：将糖化溶液置于加氢釜中，加入质量分数为0.03％的硼氢化钾和质量分数为3％的镍催化剂，在8MPa、135℃条件下反应2h得到麦芽寡糖醇。实施例3本实施例提供的一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：预处理：将淀粉溶解在体积分数为60％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉预处理物。液化：将淀粉预处理物加水配成质量分数为65％的淀粉乳，加入45U/g的耐高温α-淀粉酶，在70W条件下超声3min后，在105℃、pH为7.5条件下反应4min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入15U/g的中温α-淀粉酶、65U/g的β-淀粉酶以及15U/g的普鲁兰酶，在20W条件下超声10min后，在60℃、pH为5条件下反应5h得到糖化溶液。加氢：将糖化溶液置于加氢釜中，加入质量分数为0.03％的硼氢化钾和质量分数为3％的镍催化剂，在10MPa、120℃条件下反应2h得到麦芽寡糖醇。实施例4本实施例提供的一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：预处理：将淀粉溶解在体积分数为50％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉预处理物。液化：将淀粉预处理物加水配成质量分数为60％的淀粉乳，加入40U/g的耐高温α-淀粉酶，在80W条件下超声2min后，在100℃、pH为7条件下反应5min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入12U/g的中温α-淀粉酶、60U/g的β-淀粉酶以及18U/g的普鲁兰酶，在25W条件下超声9min后，在55℃、pH为5.5条件下反应6h得到糖化溶液。加氢：将糖化溶液置于加氢釜中，加入质量分数为0.02％的硼氢化钾和质量分数为2％的镍催化剂，在10MPa、130℃条件下反应2.5h得到麦芽寡糖醇。实施例5本实施例提供的一种利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：预处理：将淀粉溶解在体积分数为50％的乙醇溶液中，超微粉碎后干燥得到淀粉预处理物。液化：将淀粉预处理物加水配成质量分数为60％的淀粉乳，加入40U/g的耐高温α-淀粉酶，在80W条件下超声2min后，在100℃、pH为7条件下反应5min得到液化溶液。复合酶固定：将TEOS和CTAB按摩尔比1:0.2溶解于体积分数为25％的氨水溶液中，搅拌3h得到第一溶液。将间苯二酚和六次甲基四胺按摩尔比5:1.5溶解于乙醇中得到第二溶液。将第一溶液和第二溶液按质量比3:1混合后形成聚合物。将聚合物在反应釜中，密封，在140℃溶剂热处理6h，取出后在70℃烘干得到前驱粉体。将前驱粉体在流速为100mL/min的CO2气体氛围中反应5h，反应温度为650℃，得到载体。按1:6:1.5的比例分别取中温α-淀粉酶、β-淀粉酶和普鲁兰酶，分散于水中，在25℃条件下震荡30min得到固定化复合酶。糖化：在液化溶液中加入固定化复合酶，在25W条件下超声9min后，在60℃、pH为6条件下反应6h得到糖化溶液。加氢：将糖化溶液置于加氢釜中，加入质量分数为0.02％的硼氢化钾和质量分数为3％的镍催化剂，在10MPa、120℃条件下反应2h得到麦芽寡糖醇。对比例1本对比例提供的一种制备麦芽寡糖醇的方法，其包括：液化：将淀粉加水配成质量分数为25％的淀粉乳，加入40U/g的耐高温α-淀粉酶，在100℃、pH为7条件下反应5min得到液化溶液。糖化：在液化溶液中加入10U/g的中温α-淀粉酶、60U/g的β-淀粉酶以及20U/g的普鲁兰酶，在55℃、pH为5.5条件下反应6h得到糖化溶液。加氢：将糖化溶液置于加氢釜中，加入质量分数为2％的镍催化剂，在10MPa、130℃条件下反应2.5h得到麦芽寡糖醇。试验例1采用高效液相色谱法分析各样品的糖醇组成，结果如表1所示。表1糖醇组成统计表项目山梨醇/％麦芽糖醇/％麦芽三糖醇/％麦芽四糖醇/％麦芽五糖醇/％实施例15.335.843.65.14.8实施例25.639.140.24.72.3实施例35.538.041.74.53.0实施例45.436.940.84.92.8实施例55.433.644.26.42.3对比例110.630.25.11.00由表1可见，相比于对比例的方法，本发明实施例提供的利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，酶活性更高，使用高浓度的淀粉乳，制备得到高品质的麦芽寡糖醇产品，特别是产品中麦芽三糖醇的含量较高。综上所述，本发明实施例提供的利用α-淀粉酶制备麦芽寡糖醇的方法，方法简单，各项参数容易控制，所制得的麦芽寡糖醇品质优良，麦芽三糖醇的含量较高。该方法能够利用高浓度淀粉乳进行液化，且能够节约淀粉酶用量和酶解时间，提高生产效率。淀粉乳经耐高温α-淀粉酶处理后，再在中温α-淀粉酶、β-淀粉酶以及普鲁兰酶的复合酶解作用下，通过多种酶的协同作用，得到高麦芽寡糖含量的糖化溶液。以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。当前第1页1 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