[发明专利]一种生物法生产γ-环糊精的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物法生产γ-环糊精的生产工艺，属于环糊精生产技术领域。

背景技术

环糊精(Cyclodextrins，通常简称为CD)，是一类由淀粉或多糖在环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的由D-吡喃葡萄糖单元通过α-1，4-糖苷键首尾相连的环状化合物的总称，常见的有6、7和8个葡萄糖单元的分子，分别称为α-、β-和γ-环糊精。环糊精由于其结构的特殊性，可以包埋许多有机物和无机化合物，作为品质改良剂、稳定剂、药物的载体和吸附剂等，所以它在食品、医药、化学、分析化学、农业环保、纺织技术和生物技术等领域都具有广泛的应用。三种常用的环糊精中，β-环糊精水溶解度最小，易于通过分步结晶的方法制得，因此β-环糊精目前在生产中被大量制备和广泛应用，但是β-环糊精由于溶解度小使其在对药物包合作用方面的应用受到限制，目前科技工作者正致力于提高β-环糊精的溶解度。尽管α-环糊精的需求很大，应用前景看好，但是由于现有CGTase生产α-环糊精时转化率低，产物特异性差，且α-环糊精的溶解度相对较高，不容易通过浓缩、结晶的方法从反应液中分离纯化出来，因此造成生产成本太高，大大限制了其工业大规模应用。

相比于α-和β-环糊精，γ-环糊精由于具有更高的溶解度和更大的空腔，能够包接分子量更大的化合物从而增加化合物的溶解度，改善化合物的乳化性等，且毒性最小，刺激性也很小，安全性高。在食品、医药等领域已显示出巨大的优势。虽然市场对γ-环糊精产品需求量大，但由于γ-环糊精转化效率低，导致γ-环糊精价格昂贵，大大限制了它的应用。目前国外也只有Wacker和Cyclolab等少数几家公司生产γ-环糊精，而且产量非常有限。

生产γ-环糊精方法目前只有生物法，有关生物法制备α-和β-环糊精的报道较多，但是关于生物法生产γ-环糊精的报道较少，曹新志等在制备γ-环糊精时，选用来源广、价格便宜的甘薯淀粉为底物，配制5％(w/v)的淀粉液，加入适量来源于Bacillus alcalophilus的γ-CGTase粗酶液后测定γ-环糊精的产量，结果发现甘薯淀粉的转化率最高约为30％，但是后续分离非常困难。(曹新志.环糊精葡萄糖基转移酶和γ-环糊精生物合成的研究[D].无锡，江南大学，2005)。在添加有机溶剂条件下，国外文献报道最高转化率也仅为40％左右。目前生物法生产γ-环糊精的主要问题在于：一、缺少性质优良并且具有高酶活的γ-环糊精葡萄糖基转移酶(γ-CGTase)；二、缺少γ-环糊精相应的生产工艺，针对γ-环糊精在水中溶解度较高的问题，需要制定一套经济高效的分离提取方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供了一种生物法生产γ-环糊精的工艺，降低了γ-环糊精的生产成本。为解决上述问题，本发明技术方案为：

采用来源于嗜碱芽胞杆菌的γ-环糊精葡萄糖基转移酶生产γ-环糊精；按照10-15％的浓度进行淀粉调浆，在60-90℃条件下搅拌5-15分钟；设定温度40-60℃，调pH10.0左右后，按照每克淀粉1-10个单位的量加入γ-环糊精葡萄糖基转移酶，加入2-5％(w/v)的有机溶剂后，充分反应8-10小时；回收有机溶剂，采用结晶方法得到γ-环糊精。

所述微生物发酵生产γ-CGTase的方法为，在一定培养条件下，以E.coliBL21(DE3)/pET20b(+)-γ-CGTase(纪丽萍，吴丹，吴敬，陈坚.重组大肠杆菌产γ-环糊精葡萄糖基转移酶的摇瓶发酵优化中国生物工程杂志，2011，31(10)：50-56)发酵一定时间，得到含有γ-CGTase的发酵液，经过高速离心，去除菌体，上清即为粗酶液。

所述在60-90℃条件下搅拌5-15分钟淀粉调浆的目的在于使淀粉颗粒充分溶胀。

所述γ-CGTase的最适反应温度为40-50℃左右，温度通过影响酶对底物的催化效率，从而影响酶的活力，温度过高或过低都会影响酶的作用效果。从降低生产成本考虑，生产工艺的温度不应过高或者过低，以降低加入的酶量，从而降低生产成本。

所述γ-CGTase的最适pH范围为10.5-11.0，γ-CGTase的活力受pH影响较大，考虑到降低成本，应该将生产工艺的pH选定在酶最适反应pH附近。