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低聚果糖(fructooligosaccharides,FOS)具有调节体内菌群平衡、降低血脂、促进矿物质吸收、排毒和抗龋齿等生理功能,是一种新型的功能性甜味剂和饲料添加剂。
目前市场上的低聚果糖产品大多是以蔗糖为原料,通过β-果糖基转移酶或β-呋喃果糖苷酶的催化作用而生成的,纯度在60%以下,其中葡萄糖占25~38%,蔗糖占约10%~25%,不利于糖尿病人和肥胖患者服用,因而限制了低聚果糖的应用范围。
虽然已有多酶法(果糖基转移酶+葡萄糖氧化酶+过氧化氢酶)制备高纯度低聚果糖的报道,但因过氧化氢酶价格昂贵且不能重复利用,该法未能应用于工业化生产。本文采用氯化血红素作为过氧化氢模拟酶,并固定化,使多酶法具有工业化生产的潜力。
对葡萄糖氧化酶(GOD)生产菌(黑曲霉40348)的产酶条件进行优化。优化培养基成分为:蔗糖5%,葡萄糖5%,硝酸钠0.5%,硫酸镁0.07%,氯化钾0.05%,硫酸亚铁0.001%,磷酸氢二钾0.2%,碳酸钙0.3%。优化培养条件为:培养温度为30℃,摇床转速200r/min,发酵周期为5d。经过一系列的工艺优化,得到发酵液酶活为5.05U/mL。
对葡萄糖氧化酶进行固定化并对固定化葡萄糖氧化酶的部分酶学性质进行研究。葡萄糖氧化酶的固定化优化条件为:D309弱碱性阴离子交换树脂作为载体,给酶量/载体为300U/1.0g,戊二醛浓度0.05%,交联温度为35℃,交联时间为4h。最终得到47U/g的固定化葡萄糖氧化酶。固定化葡萄糖氧化酶的最适pH为6,最适温度为40℃。
利用氯化血红素(Hemin)模拟过氧化氢酶并对其进行固定化。固定化氯化血红素的条件为:D309弱碱性阴离子交换树脂作为载体,给酶量/载体为15mg/1.0g,戊二醛浓度0.05%,交联温度为35℃,交联时间为8h。最终得到模拟酶活力为52U/g的固定化氯化血红素。
在固定化果糖基转移酶生产低聚果糖的基础上,通过加入固定化葡萄糖氧化酶和固定化氯化血红素将生产过程中的副产物葡萄糖除去,减少葡萄糖对果糖转移酶的反馈抑制,提高蔗糖的转化率。通过试验,得到高纯度低聚果糖生产最佳条件为:250mL20%(w/v)的蔗糖底物,加入量2.0g固定化果糖基转移酶(80U/g),3.5g固定化氯化血红素(52U/g)和2.0g固定化葡萄糖氧化酶(47U/g),24h后可得到>80%的低聚果糖。固定化混合酶系可重复利用5次。