CN103695501A - 一种用果聚糖蔗糖酶生产低聚乳果糖的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用果聚糖蔗糖酶生产低聚乳果糖的方法，属于食品生物技术领域。本发明涉及一株从土壤中筛选而来的甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）SK21.002，以其为发酵菌株，以蔗糖为碳源、酵母浸出物和蛋白胨为氮源等组成发酵培养基，发酵生产果聚糖蔗糖酶，发酵后经检测，酶活达到1-50U/mL。将该果聚糖蔗糖酶添加到质量浓度10%-40%蔗糖-乳糖溶液（1:1）中催化合成低聚乳果糖，转化12-48h，转化率达10%以上。本发明方法生产的低聚乳果糖产品安全可靠，是一种很有市场潜力的功能性食品配料。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够生产低聚乳果糖的甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）)SK21.002和利用该菌株发酵生产果聚糖蔗糖酶，并将该酶用于生物制备低聚乳果糖（lactosucrose）的方法，属于食品生物技术领域。
背景技术
低聚乳果糖（lactosucrose )是功能性低聚糖的一种，低甜度，低热量，难以被人体消化，具有促进双歧杆菌增殖，抑制致病菌产生、抗龋齿、调整肠道功能、降血脂、降胆固醇、促进矿物质吸收等生理功能。国外生产的商品化低聚乳果糖是一种包括低聚乳果糖、蔗糖、乳糖、葡萄糖以及其他微量的低聚糖在内的混合物。近年来，功能食品成为广大消费者关注的热点，更是广大食品从业者研发的重点。糖尿病、肥胖和心血管疾病人群的逐年増加和低龄化，使得低热量和具有更多功能营养特性的功能食品配料成为关注的热点。
低聚乳果糖作为一种功能性食品添加剂可广泛应用于多种食品，具有广阔的应用前景。
酶法合成是工业化生产低聚乳果糖的主要途径。酶法合成主要有两种方法：一是利用半乳糖苷转移酶将乳糖分解产生的β-半乳糖基转移至蔗糖中葡萄糖的C4羟基上，如β-半乳糖苷酶；二是利用果糖基转移酶将蔗糖分解产生的果糖基转移至乳糖还原性末端的C1羟基上，适合的酶类有果聚糖蔗糖酶 （levansucrase )和β-呋喃果糖苷酶（β-fructofuransidase）。酶法合成低聚乳果糖的产率受多种因素影响，其中酶的来源直接影响酶法合成低聚乳果糖的产率。
本发明使用一株能产生果聚糖蔗糖酶的新微生物，利用此酶与蔗糖-乳糖（1:1）反应能得到高转化率的低聚乳果糖，并通过浓缩、干燥等步骤得到低聚乳果糖的糖浆或粉末。基于上述发现提出了本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的微生物，它能够生产高酶活的果聚糖蔗糖酶。
本发明的另ー个目的是提供ー种使用该果聚糖蔗糖酶与蔗糖-乳糖（1:1）溶液反应的方法，以得到高转化率的低聚乳果糖。
本发明的再ー个目的是提供一种低聚乳果糖提纯与精制的方法，以得到高浓度低聚乳果糖糖浆或粉末。
为了实现上述目的，本发明提供一株来源于土壤的甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）SK21.002，该菌株能够产生果聚糖蔗糖酶，并利用该酶生成低聚乳果糖。
本发明的技术方案：一种用果聚糖蔗糖酶生产低聚乳果糖的方法，转化蔗糖-乳糖生产低聚乳果糖时，向蔗糖: 乳糖质量比为1:1的蔗糖-乳糖底物溶液中添加果聚糖蔗糖酶进行催化生产低聚乳果糖，转化条件为：底物溶液的质量浓度为10%-40%，果聚糖蔗糖酶添加量0.5-50U/g底物，pH5.0-8.0，转化反应温度为30-60℃，转化反应时间12-48h，转化率可达10%以上，得到含有低聚乳果糖的酶反应液，进ー步加工处理用来制备低聚乳果糖糖浆或低聚乳果糖粉末。
所用果聚糖蔗糖酶来源于甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）SK21.002菌株发酵产生的果聚糖蔗糖酶。
在本申请人的另一专利ZL 201210012005.7“一株产果聚糖蔗糖酶的菌株及用该酶生产果聚糖的方法”中已公开了发酵法制备果聚糖蔗糖酶的方法，出发菌株为产果聚糖蔗糖酶的菌株甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）SK21.002，即CCTCC NO：M 2011476菌株，制备步骤为：
（1）种子培养
种子培养基：酵母膏l-10g/L，蛋白胨l-20g/L，葡萄糖l-40g/L，pH6.0-8.0，去离子水配制；
种子培养条件：CCTCC NO：M 2011476菌株于30-37℃、150-250rpm的振荡速度下在种子培养基中培养10-20h活化该菌株；
（2）发酵培养
发酵培养基：酵母膏l-20g/L，蛋白胨l-20g/L，蔗糖l-30g/L，pH6.0-8.0，去离子水配制；
发酵条件：接种量1%-10%，30-37℃、搅拌速度100-700rpm、空气流量0.1-1. 0 vvm 的条件下在发酵培养基中发酵10-48h生产果聚糖蔗糖酶；
（3）发酵后处理
发酵液经冷冻离心后收集上清液即为粗酶液，经检测酶活达到l-50U/mL；
所得粗酶液进一歩超滤浓缩，或用硫酸铵沉淀蛋白质，离心和冷冻干燥得到果聚糖蔗糖酶的粗酶粉。
含有低聚乳果糖的酶反应液进一步加工处理为进行脱色、脱盐、浓缩和干燥。
所述的脱色使用活性炭或离子交换树脂进行。
所述的脱盐通过离子交换法或膜过滤法进行。
低聚乳果糖糖浆的制备方法，步骤为：
（1）脱色
在含有低聚乳果糖的酶反应液中添加酶反应液固形物质量含量0.2%-2.0%的活性炭，在50-80℃下温育10-60min，然后进行硅藻土过滤，取脱色液；
（2）脱盐
将脱色液先后通过阳离子交换柱001*7和阴离子交换树脂313进行脱盐，取脱盐液；
（3）浓缩
将脱盐液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%，即得低聚乳果糖糖浆。
低聚乳果糖粉末的制备方法，步骤为：
（1）脱色
同低聚乳果糖糖浆制备所述的脱色步骤；
（2）脱盐
同低聚乳果糖糖浆制备所述的脱色步骤；
（3）浓缩
将脱盐液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%的浓缩液；
（4）喷雾干燥
控制进风温度150-200℃、出风温度50-100℃，将低聚乳果糖浓缩液喷雾干燥，得到低聚乳果糖粉末。
本发明的有益效果：本发明涉及一株从土壤中筛选而来的甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus)SK21.002，以此为发酵菌株，以蔗糖为碳源、酵母浸出物和蛋白胨为氮源等组成发酵培养基，发酵生产果聚糖蔗糖酶，发酵后经检测，发酵酶活达到l-50U/mL。将该果聚糖蔗糖酶添加到质量浓度10%-40%蔗糖-乳糖溶液（1:1）中催化合成低聚乳果糖，转化12-48h，转化率达10%以上。本发明方法生产的低聚乳果糖产品安全可靠，是ー种很有市场潜力的功能性食品配料。
具体实施方式
以下是甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）SK21.002进行发酵生产果聚糖蔗糖酶及酶法转化生产低聚乳果糖的实施实例，但本发明并不限于所列出的几个实例。
实施例1微生物发酵产酶
用SK21.002进行培养发酵，按说明书所述的发酵条件，通过对不同发酵时间产酶的检测，发现发酵21h后酶活趋于平稳，故确定发酵时间为21h左右。
实施例2酶法转化蔗糖生成低聚乳果糖
向质量浓度40%蔗糖-乳糖溶液（1:1）中添加果聚糖蔗糖酶催化转化，转化条件为：pH6.5，果聚糖蔗糖酶添加量0.5-50U/g底物，转化反应温度为40℃，转化反应时间24h。
实施例3低聚乳果糖糖浆的制备
（1）脱色
在含有低聚乳果糖的酶反应液中添加酶反应液固形物质量含量0.2%-2.0%的活性炭，在50-80℃下温育10-60min，然后进行硅藻土过滤，取脱色液；
（2）脱盐
将脱色液先后通过阳离子交换柱001*7和阴离子交换树脂313进行脱盐，取脱盐液；
（3）浓缩
将脱盐液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%，即得低聚乳果糖糖浆。
实施例4低聚乳果糖粉末的制备
（1）脱色
同实施例3的脱色条件；
（2）脱盐
同实施例3的脱盐条件；
（3）浓缩
将脱盐液真空蒸发浓缩至固形物质量含量为10%-70%的浓缩液；
（4）喷雾干燥
控制进风温度150-200℃、出风温度50-100℃，将低聚乳果糖浓缩液喷雾干燥，得到低聚乳果糖粉末。
Claims (4)
1.一种用果聚糖蔗糖酶生产低聚乳果糖的方法，其特征在于向蔗糖: 乳糖质量比为1:1的蔗糖-乳糖底物溶液中添加果聚糖蔗糖酶催化生产低聚乳果糖，转化条件为：底物溶液的溶质质量浓度为10%-40%，果聚糖蔗糖酶添加量0.5-50U/g底物，pH 5.0-8.0，转化反应温度为 30-60℃，转化反应时间12-48h，得到含有低聚乳果糖的酶反应液，进一步加工处理用来制备低聚乳果糖糖浆或低聚乳果糖粉末；
所用果聚糖蔗糖酶来源于甲基营养芽孢杆菌（Bacillus methylotrophicus）SK21.002菌株发酵产生的果聚糖蔗糖酶。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于含有低聚乳果糖的酶反应液进一步加工处理为进行脱色、脱盐、浓缩和干燥。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的脱色使用活性炭或离子交换树脂进行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的脱盐通过离子交换法或膜过滤法进行。
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