[发明专利]利用固定化酶微反应器连续制备低聚果糖的方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物催化领域，具体涉及一种利用微反应器酶解菊粉连续制备低聚果糖的方法。

背景技术

低聚果糖(Fructo oligosaccharide，FOS)是一种天然活性物质，低聚果糖又称蔗果低聚糖，是由2～9个果糖基通过β(2-1)糖苷键与蔗糖中的果糖基结合生成的蔗果多糖混合物，甜度为蔗糖的0.3-0.6倍。其保持了蔗糖的纯正甜味，又比蔗糖清爽；是具有调节肠道菌群，增殖双歧杆菌，促进钙的吸收，调节血脂，免疫调节，抗龋齿等保健功能的新型甜味剂。低聚果糖被誉为继抗生素时代后最具潜力的新一代添加剂——促生物质；在法国被称为原生素(PPE)，已在乳制品、乳酸菌饮料、固体饮料、糖果、饼干、面包、果冻、冷饮等多种食品中应用。

工业化生产低聚果糖的方法有两种。一是蔗糖经果糖转移酶催化制备，产物低聚果糖为CFn型；二是利用菊粉酶定向水解菊糖制备，产物低聚果糖为CFn与Fn的混合型。在果糖转移酶催化蔗糖制备低聚果糖中，反应副产物葡萄糖是酶的抑制剂，转化率低，产物中含有大量葡萄糖和蔗糖，低聚果糖仅占55～60％以下，且工艺复杂成本高。菊粉内切酶定向水解菊粉制备低聚果糖是一步单酶反应，工艺简单，产物中低聚果糖含量高达80％以上。因此，以菊粉为原料酶法一步水解其中的菊糖制取低聚果糖，具有工艺简单、转化率高、副产物少的特点。

有研究表明，蔗果四糖具有很强的抗自由基活性，对心血管疾病的预防和治疗效果明显；相关文章于2014年在International Journal of Food Science and Technology 2014,49,1500–1505上发表，标题是“In vitro anti-hydroxyl radical activity of the fructooligosaccharides 1-kestose and nystose using spectroscopic and computational approaches”。

菊粉内切酶，主要来源于菊科植物组织，前者的底物专一性较强，仅用于菊粉。菊粉内切酶是一种菊粉水解酶，其作用特性为：从菊糖分子内部随机切断糖苷键，其产物为GF_n和F_n等低聚果糖，n＝2～9。

微反应器是一种建立在连续流动基础上的微管道式反应器，其工艺流体的通道在微米级别，用以替代传统反应器。由于其有较大的比表面积，传质传热效率高，停留时间分布窄，反应条件可精确控制，安全性高，易于放大，可连续生产等优势近年来备受关注。微反应器中常用的类型为微通道反应器，可通过PDMS、PMMA、玻璃圆管等来制造。而通道的尺寸和形状可以通过CFD来进行模拟。

固定化酶有很多优点，尤其是稳定性和可重复使用性在很多领域得到了广泛应用。戊二醛等固定化方法有时会对酶活有严重的损失，比如阻塞活性中心，诱导构象改变等。随着固定化技术的不断深入，固定用的载体也随之推陈出新，不再局限于用传统的无机材料或者多糖类材料为载体，而趋于选择提高固定化酶性能的新型功能性材料为载体，比如介孔材料，纳米材料，磁性微球等等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用固定化酶微反应器连续制备低聚果糖的方法，以解决现有技术中存在的合成低聚果糖反应强度低，不能连续化生产等问题，同时实现低聚果糖的有序可控的生产模式。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种利用固定化酶微反应器连续制备低聚果糖的方法，将菊粉内切酶固定在微反应器中，将底物菊粉水溶液注入到微反应器中，底物流速为0.1-1mL/min，反应温度为55-65℃，反应料液在微反应器中循环连续流动的保留时间为2～6h，使菊粉溶液降解为低聚果糖。

其中，所述的底物菊粉水溶液，溶液pH值为3.5-5.5(优选pH4.6)，溶质菊粉的浓度为5-30wt％。

其中，所述的微反应器，由盖板和反应板组成，反应板中心的凹槽中含有可拆换的微通道芯片，微通道芯片上紧密蜿蜒刻有通道，通道的上表面敞开，通道的下表面和侧面封闭，通道总长为50-200mm，通道的切面呈上宽下窄的类梯形结构，类梯形的长边为0.5-1.5mm，类梯形的短边为0.1～0.4mm，类梯形的高为0.3-1.0mm，类梯形的四个角按照圆角化处理，圆角化直径为0.1mm；所述反应器的盖板与反应板之间设有固定夹以防止溶液侧漏，其中，盖板的材质为玻璃或不锈钢，反应板材质为不锈钢。