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 梁榮榮，李丕武，辛躍強(qiáng)

齊魯工業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院山東省微生物工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（濟(jì)南250353）

摘要針對(duì)異麥芽酮糖母液中產(chǎn)品分離難的問(wèn)題，研究了一種可行的從異麥芽酮糖母液中分離異麥芽酮糖和海藻酮糖的方法。采用大孔吸附樹脂、Na+型陽(yáng)離子交換樹脂和Ca2+型陽(yáng)離子交換樹脂分別對(duì)異麥芽酮糖母液進(jìn)行分離并采用高效液相色譜法對(duì)分離效果、異麥芽酮糖和海藻酮糖的含量進(jìn)行檢測(cè)分析，以確定最佳分離方法。異麥芽酮糖分離前的含量為53.8%，經(jīng)Na+型樹脂分離后含量為89.3%,大孔吸附樹脂分離后含量67.5%，Ca2+型樹脂分離后含量為76.1%。經(jīng)分離效果比較，確定采用Na+型陽(yáng)離子交換樹脂為異麥芽酮糖和海藻酮糖分離的最佳方法。

關(guān)鍵詞異麥芽酮糖；海藻酮糖；樹脂：分離

 異麥芽酮糖( Isomaltulose，C12H22O11．H2O)，又稱帕拉金糖、益壽糖，是葡萄糖和果糖以a-1，6糖苷鍵連接而成的右旋糖，是一種還原性雙糖，與蔗糖、海藻酮糖均為同分異構(gòu)體。異麥芽酮糖擁有優(yōu)于蔗糖的特性，它的甜度低，僅為蔗糖的42%，砂糖的70%，且甜味純正，有著與蔗糖同樣的口感。它具有  非致齲齒性，能量值低，消化吸收率低，在血液中釋放單糖的速度緩慢，且不刺激胰島素的生成，有益于糖尿病的防治并可防止脂肪的過(guò)多積累。它不具有吸濕的特性，對(duì)于添加到含有有機(jī)酸或者維生素C的食品來(lái)說(shuō)，用異麥芽酮糖做增稠劑比蔗糖更為穩(wěn)定。最新發(fā)現(xiàn)它對(duì)人體腦部具有特殊功能，食用異麥芽酮糖后可以提高精神集中力。有資料顯示，人體一次性食用85 g異麥芽酮糖，也不會(huì)像其他糖一樣導(dǎo)致腹鳴或腹瀉。由于異麥芽酮糖擁有以上等優(yōu)越的特性，非常適合應(yīng)用于糖果、飲料、面包加工等食品生產(chǎn)中，對(duì)于添加入保健、醫(yī)療等產(chǎn)品中，它同樣具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。除此之外，異麥芽酮糖還具有遮蔽異味效果，例如可用來(lái)遮蔽DHA的魚油味、蔬果汁的異味和豆奶的豆腥味等。由于異麥芽酮糖具有以上獨(dú)特的理化性質(zhì)、生理功能和使用安全性，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家近年來(lái)的需求量急劇上升，已占據(jù)無(wú)糖食品所用糖醇類甜味劑的50%以上。隨著人民生活水平的快速提高和保健意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)對(duì)食用糖的需求量也越來(lái)越高，低熱量、低甜度的優(yōu)質(zhì)糖倍受人們歡迎，因此異麥芽酮糖具有廣闊的市場(chǎng)前景。

 目前正在應(yīng)用和開發(fā)的異麥芽酮糖的制取方法主要為生物發(fā)酵法，是通過(guò)微生物中的蔗糖異構(gòu)酶( EC5.4.99.11)催化蔗糖生產(chǎn)而得的，反應(yīng)式如圖1。發(fā)酵法生產(chǎn)異麥芽酮糖的生產(chǎn)流程：菌種培養(yǎng)→發(fā)酵→菌體過(guò)濾→脫色→離交斗濃縮→結(jié)晶→離心→千燥。 該方法中的核心技術(shù)是利用微生物酶進(jìn)行產(chǎn)品轉(zhuǎn)化，經(jīng)酶催化的蔗糖會(huì)生成異麥芽酮糖和海藻酮糖，根據(jù)蔗糖異構(gòu)酶的報(bào)道可知，不同蔗糖異構(gòu)酶的菌種來(lái)源，都會(huì)在催化生成異麥芽酮糖的同時(shí)，生成海藻酮糖，只是二者比例不同。由于菌種的代謝途徑相對(duì)較多，因此發(fā)酵液的成分復(fù)雜，經(jīng)過(guò)結(jié)晶分離后，純的異麥芽酮糖被提取出來(lái)，其它成分會(huì)最終留在分離母液中，而當(dāng)發(fā)酵液中的雜質(zhì)成分達(dá)到一定的濃度后，將直接導(dǎo)致母液中的異麥芽酮糖產(chǎn)品不能結(jié)晶，特別是海藻酮糖的存在，影響了異麥芽酮糖的品質(zhì)�，F(xiàn)有工藝的母液的生成量接近提取液體積的1/3，母液中殘留的大量異麥芽酮糖無(wú)法充分利用。母液中除含有濃度飽合的異麥芽酮糖外，主要含有副產(chǎn)物海藻酮糖，現(xiàn)有條件下，只能低價(jià)出售。因此，如何從母液中提取出更多的異麥芽酮糖產(chǎn)品，同時(shí)獲得副產(chǎn)品海藻酮糖，提高產(chǎn)品收率和經(jīng)濟(jì)效益，成為改進(jìn)該生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵。

 目前，國(guó)內(nèi)分離異麥芽酮糖和海藻酮糖的研究尚少，特別是異麥芽酮糖和海藻酮糖屬于同分異構(gòu)體，使分離難度增加。為了能夠解決異麥芽酮糖生產(chǎn)過(guò)程中分離難的問(wèn)題，試驗(yàn)采用單柱試驗(yàn)，選擇具有代表性的三種樹脂ZGSPC 106 Na+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂、魯抗大孔吸附樹脂、ZGSPC 106 Ca2+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂分別進(jìn)行異麥芽酮糖母液的分離，并通過(guò)高效液相色色譜法進(jìn)行檢測(cè)分析，最終確定了最佳的分離方法。

1  材料與方法

1.1材料與儀器

1.1.1材料與試劑

 異麥芽酮糖生產(chǎn)中產(chǎn)生的母液，主要成分為異麥芽酮糖和海藻酮糖，異麥芽酮糖質(zhì)量濃度為35%～40%，海藻酮糖質(zhì)量濃度為30%～35%，余量為水和不可避免的雜質(zhì)，青島科海生物有限公司。

 ZGSPC 106 Na+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂、ZGSPC 106 Ca2+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂：江蘇蘇青水處理工程集團(tuán)有限公司；魯抗大孔吸附樹脂：魯抗股份有限公司樹脂分廠；乙腈、甲醇等試劑，均為國(guó)產(chǎn)色譜純。

1.1.2儀器

 高效液相色譜儀（LC-20A，RID-10A示差檢測(cè)器）：日本島津；色譜柱Inertsil NH2( 250 mm×4.6mm)：日本島津；DBS-10電腦全自動(dòng)部分收集器：上海滬西儀器廠；SCQ-6201C超聲清洗器：上海聲彥超聲波儀器有限公司；阿貝斯折光儀NRA-1T型：日本ATAGO公司。

1.2方法

1.2.1樣品預(yù)處理

 取異麥芽酮糖母液，8 000 r/min室溫離心15 min，取離心后上清液即為上清母液；按質(zhì)量體積百分比2.0%的比例向上清母液中加入顆粒狀活性炭(g/L)，50℃條件下，于磁力攪拌器上勻速攪拌40 min。經(jīng)布氏漏斗抽濾2次，除去活性炭，收集濾液，即制得脫色異麥芽酮糖母液。

1.2.2單柱分離

 采用玻璃柱(2 cm×100 cm)進(jìn)行濕法裝柱，將ZGSPC 106 Na+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂裝入玻璃柱中，保持液面始終高于樹脂層，裝柱體積為100 m L。然后用300 m L的蒸餾水正向沖洗樹脂柱，用200 m L的蒸餾水反向沖洗樹脂，保持液面高于樹脂層2 m L高度，使樹脂壓實(shí)。將脫色后的異麥芽糖母液用蒸餾水稀釋至糖度為100，樣品體積為15 m L，控制流速2m L/min，用蒸餾水洗脫，洗脫體積為250 m L，收集糖度≥10Be’的洗脫液，每隔1 min收集一次，溫度控制在25℃，收集液經(jīng)孔徑為0.22μ m有機(jī)微孔濾膜除菌，以備分析。

1.2.3高效液相色譜分析

 經(jīng)分離后的樣品進(jìn)行異麥芽酮糖和海藻酮糖成分及含量的分析，條件為：色譜柱，Inertsil NH2( 250m L×4.6 m L，粒徑5μm)；流動(dòng)相：V（乙腈）：V（水）=75：25的混合液；流速1m L/min；柱溫400C；檢測(cè)器，示差檢測(cè)器（RID-10A）；檢測(cè)池溫40℃；進(jìn)樣量10μL。

1.2.4分離效果的比較

更換大孔吸附樹脂和ZGSPC 106 Ca2+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂進(jìn)行上述方法試驗(yàn)，比較三種樹脂的分離效果。

1.3結(jié)果計(jì)算

 異麥芽酮糖純度=異麥芽酮糖峰面積／異麥芽酮糖和海藻酮糖峰面積之和×100% (1)

 海藻酮糖純度=異麥芽酮糖峰面積／異麥芽酮糖和海藻酮糖峰面積之和×100% (2)

2結(jié)果與分析

2.1  高效液相色譜圖分析樹脂分離前后糖液組分變化

 圖2~圖4顯示了動(dòng)態(tài)樹脂分離過(guò)程中的收集糖液的變化，表明異麥芽酮糖母液中不含其它糖雜質(zhì)，主要為異麥芽酮糖和海藻酮糖。圖2采用Na+型樹脂分離，通過(guò)圖2A和圖2B的對(duì)比可知，海藻酮糖峰最先分離出，峰面積大，含量高，而異麥芽酮糖峰面積極小，含量極低；通過(guò)圖2C和圖2A比較可知，異麥芽酮糖后分離出，峰面積較大，含量大，而海藻酮糖峰含量極少；表明異麥芽酮糖和海藻酮糖有一定分離度。圖3采用大孔吸附樹脂分離，圖3A和圖3B對(duì)比得，異麥芽酮糖和海藻酮糖的峰面積大小相似，即含量相當(dāng)，經(jīng)樹脂吸附前后變化不大；圖3B和圖3C對(duì)比得，最后收集的糖液中異麥芽酮糖和海藻酮糖的峰面積大小仍相似，含量相當(dāng)；由此說(shuō)明大孔吸附樹脂對(duì)異麥芽酮糖和海藻酮糖分離度小，效果差。圖4采用Ca2+型樹脂分離，圖4B和圖4A對(duì)比得，海藻酮糖峰較異麥芽酮糖峰面積較大，說(shuō)明初始情況下，海藻酮糖最先分離出；圖4C和圖4A對(duì)比得，異麥芽酮糖峰面積較海藻酮糖峰面積大，說(shuō)明異麥芽酮糖最后分離開；表明Ca2+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂對(duì)異麥芽酮糖母液具有一定的分離度，顯效不明顯。圖2~圖4直觀反映了采用三種樹脂分離異麥芽酮糖母液前后的變化，Na+型樹脂較其他兩種樹脂，分離時(shí)組分流出前后變化明顯．分離度較高。

2.2異麥芽酮糖和海藻酮糖分離曲線的效果比較

 圖5反映了三種樹脂分離異麥芽酮糖和海藻酮糖的曲線。圖5A、B和C中，海藻酮糖和異麥芽酮糖先后被洗脫下來(lái)，說(shuō)明三種固定相對(duì)異麥芽酮糖的保留相對(duì)較強(qiáng)。經(jīng)三種樹脂分離后的異麥芽酮糖含量最高都能達(dá)到20%以上。但通過(guò)異麥芽酮糖和海藻酮糖分離曲線重疊區(qū)域大小比較，經(jīng)大孔樹脂分離的重疊區(qū)域最大，即分離度低，效果差；其次是C a2+型交換樹脂，分離度一般；重疊區(qū)域最小的是Na+型交換樹脂，較其他兩種而言，分離效果最好。

2.3樹脂分離異麥芽酮糖母液前后組分含量結(jié)果

 經(jīng)高效液相色譜法分析后，將異麥芽酮糖液和海藻酮糖液分別合并，通過(guò)高效液相色譜進(jìn)行含量檢測(cè)，并記錄樹脂分離前后母液中組分純度，比較分離前和分離后糖液組分含量的變化（表1所示）。分離前，異麥芽酮糖母液中異麥芽酮糖的純度是53.8%：幺Na+型陽(yáng)離子交換樹脂、大孔吸附樹脂和C a2+型陽(yáng)離子交換樹脂分離后，異麥芽酮糖純度分別為89.3%，

67.5%和76.1%。分離結(jié)果表明，通過(guò)三種樹脂分離，異麥芽酮糖母液的中異麥芽酮糖的含量得到提高，海藻酮糖含量降低，都具有一定峰分離效果。但從異麥芽酮糖分離后純度高低比較而言，經(jīng)Na+型陽(yáng)離子交換樹脂分離后的異麥芽酮糖含量最高，為89.3%，分離效果最好。

3討論與結(jié)論

3.1討論

 異麥芽酮糖和海藻酮糖屬于同分異構(gòu)體，性質(zhì)相似，分離難度較大。可通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化方法去除海藻酮糖，但會(huì)使用大量有機(jī)溶劑，不適合食品級(jí)糖類的生產(chǎn)。膜分離方法是利用分子排阻效應(yīng)進(jìn)行分離的，該方法一般適用于分子量較大差別的糖類分離，但異麥芽酮糖和海藻酮糖二者的分子量相同，因此該方法不適用。微生物酶法針對(duì)性較強(qiáng)，但受微生物和酶的限制，況且二者性質(zhì)相似，很難通過(guò)酶法轉(zhuǎn)化來(lái)去除雜質(zhì)糖。

 樹脂應(yīng)用于制糖工業(yè)已經(jīng)有40多年的歷史，可處理的糖類繁多。影響離子交換樹脂的因素很多，主要是離子交換樹脂的類型、粒度、洗脫速率等。最早的蔗糖、葡萄糖、甜菜糖等的生產(chǎn)中，采用大孔吸附樹脂或H+進(jìn)行脫色處理，效果好、操作簡(jiǎn)易、速度快。雷華杰研究了K+型樹脂、大孔型樹脂和凝膠型樹脂對(duì)木糖母液中回收L-阿拉伯糖效果的影響；蔣麗華將離子交換樹脂應(yīng)用于大豆糖蜜中低聚糖的分離純化中，除去了幾乎所有含氮物質(zhì)及絕大部分酚類物質(zhì)；Nobre等采用Ca2+型陽(yáng)離子交換樹脂把低聚果糖母液中的鹽及一些雜質(zhì)糖分離掉；Santog等采用陽(yáng)離子交換樹脂去除蔗渣半纖維素糖液中的有毒物質(zhì)等。同時(shí)，采用樹脂分離糖類物質(zhì)具有很多優(yōu)點(diǎn)，如收率高、分離速度快、成本低、操作簡(jiǎn)便、環(huán)境污染小、樹脂性能穩(wěn)定等，特別適合于工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用。雖然糖液分離中樹脂分離純化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，但未有報(bào)道將該技術(shù)運(yùn)用于異麥芽酮糖分離中。因而，試驗(yàn)選擇了具有代表性的大孔吸附樹脂、Na+型、C a2+型陽(yáng)離子交換樹脂參與異麥芽酮糖母液的分離。

 在分離中，由于異麥芽酮糖母液中含有大量色素，經(jīng)三種樹脂分離后，大量的色素被吸附，糖液澄清透明。大孔樹脂分離效果最差的原因可能是，大孔樹脂的孔道多、表面積大，主要是通過(guò)范德華力或形成氫鍵從低濃度的異麥芽酮糖母液中吸附有機(jī)物，吸附具有選擇性，而異麥芽酮糖和海藻酮糖的結(jié)構(gòu)相似，因而形成的范德華力或氫鍵作用力大小相同，對(duì)兩種糖的保留能力相似，所以在洗脫時(shí)幾乎都是兩種糖一起被洗脫下來(lái)。采用陽(yáng)離子交換樹脂分離異麥芽酮糖母液，主要是依靠金屬離子與糖之間微弱的絡(luò)合作用力，不同的金屬離子和糖等多羥基化合物形成的絡(luò)合物的穩(wěn)定性不同，而且吸附量的大小同金屬離子的水和作用相關(guān)。Walton等研究中發(fā)現(xiàn)不同的金屬離子所帶的電荷不同，與“游離水”結(jié)合的水合作用大小也不同，結(jié)合的“游離水”比例越高，越有利于與羥基化合物形成氫鍵，增加吸附量。因而，采用Na+型樹脂和C a2+型樹脂分離的效果不同。根據(jù)分離效果的比較，Na+型樹脂的分離效果更好，是由于相比于Ca2+和Na+結(jié)合水的能力更強(qiáng)，與糖形成的氫鍵更多，吸附量更大，在洗脫中海藻酮糖結(jié)合力差，先被洗脫下來(lái)，然后是異麥芽酮糖洗脫下來(lái)。

3.2結(jié)論

 采用三種樹脂ZGSPC 106 Na+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂、魯抗大孔吸附樹脂、ZGSPC 106 Ca2+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂分別進(jìn)行異麥芽酮糖母液的分離，確定了分離異麥芽酮糖的最佳方法，即采用ZGSPC 106 Na+型強(qiáng)酸性陽(yáng)離子交換樹脂能將異麥芽酮糖母液中的兩種組分異麥芽酮糖和海藻酮糖分離開來(lái)。該方法在國(guó)內(nèi)首次解決了異麥芽酮糖的分離問(wèn)題，為工業(yè)化生產(chǎn)中采用模擬移動(dòng)床技術(shù)奠定了一定的理論基礎(chǔ)。