生物法生产低聚葡萄糖的研究

论文摘要

本文旨在研究以生物法生产低聚葡萄糖,为低聚葡萄糖的工业化提供新的技术依据。首先研究了肠膜明串珠菌（Leuconostoc mesenteroides）发酵产葡聚糖。文中依据肠膜明串珠菌的生长曲线和摇瓶发酵曲线,确定了肠膜明串珠菌对数生长期为2636 h,稳定期为3660 h;26 h之后发酵液中开始产生葡聚糖。通过摇床发酵实验确定了发酵液最佳配方:蔗糖100 g/L、蛋白胨5.0 g/L、CaCO3 0.8 g/L、MgSO4 0.02 g/L、（NH4）2SO4 0.02 g/L;摇床发酵最佳条件:温度25℃、活化液接种量5 %、发酵液装液量100/250 mL、摇床转速150 r/min、发酵液起始pH值7.5。在此条件下,摇瓶和发酵罐发酵的蔗糖转化率分别为62.58 %和70.25 %。第二研究了发酵液的脱蛋白、脱色及葡聚糖的提取和沉淀工艺。研究发现TCA法脱蛋白效果最好,以0.1 %TCA脱蛋白,蛋白的脱除率为81.5 %,葡聚糖的损失率为10.2 %;活性炭对发酵液的脱色效果较好,实验结果表明:10 g/L活性炭用于脱色发酵液时,脱色率为80.19 %,葡聚糖损失率为19.24 %;接着研究了NaCl、KCl、NaOH对葡聚糖提取的效果,结果表明:0.6 mol/L的KCl,60℃提取效果最好,葡聚糖得率为43.57 g/kg;最后考查了乙醇沉淀葡聚糖的效果,结果表明:60℃时,60 %乙醇终浓度沉淀葡聚糖效果较好,葡聚糖得率为41.28 g/kg;第三研究了普鲁兰酶（Optimax EC3.2.1.41）酶解葡聚糖生产低聚葡萄糖。通过酶解实验确定酶解葡聚糖的最优条件为:pH 4.4、温度54℃、反应时间0.5 h、酶活浓度2000 ASPU/g,在此条件下,94.11 %的葡聚糖可以降解为低分子量的糖。最后探讨了低聚葡萄糖的结构和性质。高效液相色谱表明酶解产物中低聚葡萄糖占74.55 %,比市面上销售的低聚异麦芽糖IMO500的活性成分高。红外光谱表明低聚葡萄糖含有α吡喃糖苷键。通过葡聚糖相对粘度的测定,发现低聚葡萄糖的粘度随着温度的增加而降低,随着溶液pH的增加而增加,pH在4.08.0的范围内粘度增加速度较快,低聚葡萄糖有着与其它低聚糖相当的热稳定性。通过低聚葡萄糖相对溶解度的测定,发现60℃低聚葡萄糖相对溶解度最大,达到82 %,冷冻干燥的产品溶解性最好,相对溶解度达到7985 %。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 目前国内所生产低聚糖的分类
• 1.2.1 低聚异麦芽糖（ Ismalto-oligosaccharides）
• 1.2.2 低聚果糖（ Fructo-oligosaccharides）
• 1.2.3 低聚麦芽糖（Malto-oligosaccharides）
• 1.2.4 低聚木糖（ Xylo-oligosacchar ides）
• 1.2.5 低聚半乳糖（ Galato-oligosaccharides）
• 1.2.6 大豆低聚糖（ Soybean-oligosaccharides）
• 1.2.7 龙胆低聚糖（ Gentlo-oligosaccharides）
• 1.2.8 帕拉金糖（Palatinose）
• 1.2.9 甲壳低聚糖（Chito-oligosaccharides）
• 1.2.10 聚葡萄糖（Polydextrose）
• 1.3 低聚糖的生理功能
• 1.3.1 直接生理功能
• 1.3.2 间接生理功能
• 1.4 低聚糖的应用
• 1.4.1 功能性食品配料
• 1.4.2 低聚糖饲料
• 1.4.3 低聚糖农药
• 1.4.4 低聚糖生化肥料
• 1.5 低聚糖的生产方法
• 1.5.1 化学合成法制备低聚糖
• 1.5.2 酶法制备低聚糖
• 1.5.3 高温缩聚法制备低聚糖
• 1.5.4 提取法制备低聚糖
• 1.5.5 发酵法制备低聚糖
• 1.6 低聚葡萄糖的生产方法
• 1.6.1 发酵法制备低聚葡萄糖
• 1.6.2 特殊技术制备低聚葡萄糖
• 1.6.3 发酵法与酸解法结合制备低聚葡萄糖
• 1.6.4 发酵法与酶解法结合制备低聚葡萄糖
• 1.7 低聚葡萄糖的分子结构和性质
• 1.7.1 低聚葡萄糖的分子结构
• 1.7.2 低聚葡萄糖的性质
• 1.8 低聚糖国外的研究动态及发展趋势
• 1.9 立题依据与意义
• 1.10 本论文主要研究内容
• 第二章 葡聚糖生产条件的优化
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和仪器设备
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 主要仪器设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 葡聚糖的生产工艺
• 2.3.2 肠膜明串珠菌菌体生长曲线的测定
• 2.3.3 发酵培养基的优化
• 2.3.4 发酵条件的优化
• 2.3.5 摇瓶发酵的验证实验
• 2.3.6 5L 发酵罐发酵
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 蔗糖转化率的测定
• 2.4.2 还原糖含量的测定
• 2.4.3 发酵液粘度的测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 摇瓶发酵的优化
• 2.5.2 5L 发酵罐发酵
• 2.6 本章小结
• 第三章 葡聚糖的提取及纯化
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料和仪器设备
• 3.2.1 主要实验试剂
• 3.2.2 主要实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 发酵液除菌体
• 3.3.2 发酵液脱蛋白
• 3.3.3 发酵液脱色
• 3.3.4 葡聚糖的提取
• 3.3.5 葡聚糖的沉淀
• 3.3.6 蛋白质含量测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 发酵液脱蛋白的效果
• 3.4.2 发酵液脱色的效果
• 3.4.3 葡聚糖提取的效果
• 3.4.4 葡聚糖沉淀的效果
• 3.5 本章小结
• 第四章 低聚葡萄糖的制备
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料和仪器设备
• 4.2.1 主要实验试剂
• 4.2.2 主要实验仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 pH 值对酶解反应的影响
• 4.3.2 温度对酶解反应的影响
• 4.3.3 酶液浓度对酶解产物分子量的影响
• 4.3.4 酶解反应探讨实验
• 4.3.5 酶解反应正交优化实验
• 4.4 分析方法
• 4.4.1 高效液相色谱法测定酶解产物分子量
• 4.4.2 乌氏粘度计法测定酶解产物分子量
• 4.4.3 还原糖含量的测定
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 pH 值对酶解反应的影响
• 4.5.2 温度对酶解反应的影响
• 4.5.3 酶液浓度对酶解产物分子量的影响
• 4.5.4 酶解反应探讨实验
• 4.5.5 酶解反应条件的正交优化
• 4.6 本章小结
• 第五章 低聚葡萄糖结构与理化性质的初步探讨
• 5.1 引言
• 5.2 实验材料和仪器设备
• 5.2.1 主要实验试剂
• 5.2.2 主要实验仪器
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 低聚葡萄糖分子量分布的测定
• 5.3.2 低聚葡萄糖的红外光谱分析
• 5.3.3 低聚葡萄糖相对粘度的测定
• 5.3.4 低聚葡萄糖相对溶解度的测定
• 5.3.5 低聚葡萄糖热稳定性的测定
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 低聚葡萄糖分子量分布
• 5.4.2 低聚葡萄糖红外光谱分析
• 5.4.3 低聚葡萄糖相对粘度
• 5.4.4 低聚葡萄糖相对溶解度
• 5.4.5 低聚葡萄糖热稳定性
• 5.5 本章小结
• 主要结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A：作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B：酶解反应正交实验产物的高效液相色图集