模拟移动床制备第三代高纯果糖的研究

论文摘要

果糖是一种天然营养甜味剂,随着工业化的生产,果糖在欧美、日本等发达国家已逐渐用于功能性食品、营养保健食品、冷饮食品以及低热值食品和运动型饮料配方中。而我国实际产量不足,且多以F42糖为主,医药市场的果糖全靠进口解决。本试验通过模拟移动床技术分离了第三代高纯度果糖,果糖纯度在99%以上。本研究的目的是确定制备第三代高纯果糖的关键技术参数。试验中以玉米淀粉为原料,采取单因素试验、多因素正交组合试验、sas数据分析等方法,研究了酶法液化、糖化制取葡萄糖、磁性微球法固定化葡萄糖异构酶、异构化制取果葡糖浆、模拟移动床法分离第三代高纯果糖和溶剂法结晶果糖工艺条件的研究以及采用紫外光谱、扫描电镜、红外光谱、HPLC等方法鉴定果糖。1.以玉米淀粉为原料制取葡萄糖最佳工艺条件的研究。研究了α-淀粉酶加酶量、液化时间、淀粉乳浓度、糖化时间、糖化酶加酶量等五个因素对液化和糖化效果的影响,确定了各单因素的变化范围。在单因素数据的基础上,应用正交组合试验和SAS统计分析法对液化和糖化制取葡萄糖的工艺条件进行优化,优化后的最佳工艺参数为:α-淀粉酶加酶量15U/g、液化时间30min、淀粉乳浓度38%、糖化时间48h、糖化酶加入量120U/g。糖液经过两次阴阳离子交换柱精制后,pH为7.0,DE值为97.03%,色值为0（IU）,因此精制后的糖液为无色,且糖浆质量几乎不受影响。2.固定化葡萄糖异构酶最佳工艺条件的研究。本试验利用磁性复合微球法固定葡萄糖异构酶。⑴通过SEM、FT-IR和激光粒度仪对磁性壳聚糖的粒径、形貌结构等进行了表征,结果表明:磁性微球呈规则圆形,粒度分布较窄,红外光谱测定了微球的特征官能团结构,且表明已包覆了Fe3O4粒子,证明磁性壳聚糖复合微球是固定化的良好载体。⑵固定化葡萄糖异构酶的最适条件是戊二醛浓度为2%,加酶量为12mg/mL,交联时间选择为2h,振荡时间为6h最佳。用最佳工艺参数作验证试验,以酶活回收率为指标,结果显示平均酶活回收率为84.8%。⑶测定固定化酶的性质,得到固定化葡萄糖异构酶的最适Mg2+浓度为0.01M,最适Co2+浓度为0.003M,最适温度为70℃,最适pH为7.2。通过动力学试验,表明固定化酶在催化性能方面,与游离酶相比,磁性微球固定化酶米氏常数较大,亲和力变小,这可能与固定化载体壳聚糖的空间障碍和扩散限制影响有关。3.异构化制取果葡糖浆的研究。本试验研究了利用酶柱法连续生产果葡糖浆,采用单因素试验和多因素正交试验,研究了糖浆流速、糖浆浓度、异构酶用量等三个因素对转化率的影响,研究结果为:糖浆流速为2.5mL/min,糖浆浓度为45%,异构酶用量与糖液体积比为0.8mL/mL。异构后糖液精制后,得到色值为0（IU）,pH为7.0的果葡糖浆,因此,精制后的糖液为无色,其中果糖含量为43.80%。4.模拟移动床法分离第三代高纯果糖。本试验利用安全因子法应用到模拟移动床中,来实现果糖与葡萄糖的分离。⑴通过单柱脉冲试验,以分离度为指标,进行单因素试验,得到漂莱特PCR-642Ca2+树酯有较好的吸附效果,最佳进样条件:柱温为60℃、进样浓度为60%、洗脱流速为1.62mL/min、进样量为18mL。⑵利用单柱脉冲试验所得结果,通过安全因子法得到SMB的简易参数设计方法,确定模拟移动床的理论参数。⑶通过模拟移动床的实际操作,将理论值在试验中进行优化,得到最适的制备高纯果糖的SMB参数:切换时间469s、进料流速0.325L/h、洗脱液流速1.574L/h、提取液流速0.902L/h、提余液流速0.951L/h、循环流速1.897L/h。在该操作条件下,果糖纯度达到99.41%,得率为80.32%,葡萄糖纯度为92.34%,得率为90.13%。5.结晶果糖工艺的研究。本试验利用溶剂法结晶果糖,采用单因素试验和多因素正交试验,以结晶果糖得率为指标,通过研究对料液比、温差、结晶时间等三个因素对得率的影响,研究结果为:料液比为1:10、温差为65-5℃、结晶时间为72h。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 果糖简介
• 1.2 果糖的生理功能
• 1.3 模拟移动床技术的研究进展
• 1.4 课题研究的背景与意义
• 1.5 研究内容
• 第二章 以玉米淀粉为原料制备葡萄糖工艺条件的研究
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 检测方法
• 2.4 试验结果与分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 固定化葡萄糖异构酶的工艺条件的研究
• 3.1 试验材料
• 3.2 试验方法
• 3.3 试验结果与分析
• 3.4 磁性壳聚糖复合微球固定化酶性质的测定
• 3.5 磁性壳聚糖微球固定化酶半衰期的计算
• 3.6 动力学参数的测定
• 3.7 本章小结
• 第四章 葡萄糖异构为42%果葡糖浆最佳工艺条件的研究
• 4.1 试验材料
• 4.2 试验方法
• 4.3 检测方法
• 4.4 试验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 模拟移动床分离第三代高纯果糖的研究
• 5.1 模拟移动床分离过程工艺简介
• 5.2 试验材料
• 5.3 试验方法
• 5.4 检测方法
• 5.5 结果与分析
• 5.6 SMB 参数优化设计
• 5.7 SMB 参数优化设计
• 5.8 分离后果糖的HPLC 分析结果
• 5.9 结论
• 第六章 果糖结晶最佳工艺条件的研究
• 6.1 试验材料
• 6.2 试验方法
• 6.3 试验结果与分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历