專利名稱：一種魔芋低聚糖的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微生物工程和酶工程領(lǐng)域，具體地說，涉及一種由魔芋原料 獲取魔芋低聚糖的生物制備方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，天然健康的食品的研制成為研究熱點，魔芋低聚 糖以補(bǔ)鈣、減肥、降壓、抗癌、潔胃、排毒通便等功效倍受重視，魔芋低 聚糖已經(jīng)成為中國食品新戰(zhàn)略的著力點。目前，以魔芋粉或魔芋精粉作底 物生產(chǎn)低聚糖的工藝很多，將酶法與發(fā)酵法結(jié)合的工藝也有很多，但均必 須對獲得的酶液進(jìn)行了分離純化才能達(dá)到顯著的效果，增加了工藝的復(fù)雜
性及成本。目前魔芋低聚糖生產(chǎn)工藝主要包括兩個步驟純酶液的生產(chǎn)和 酶水解。其中純酶的生產(chǎn)主要集中在生產(chǎn)菌種單酶基因工程的改造，目的
是獲得單位體積的更高酶活。用該工藝由一個最大的優(yōu)點在于底物比較集 中，得率高，但也存問題，就是必須使用KGM比較純的原料，這樣就增加 了成本，同時在水解過程中也使得原料中非KGM底物部分流失，并產(chǎn)生一 定的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述不足提供一種降解魔芋原料獲取魔芋低聚 糖的方法。
本發(fā)明利用產(chǎn)j3-葡甘露聚糖酶的擔(dān)子菌來制備魔芋低聚糖。優(yōu)選所述 擔(dān)子菌還產(chǎn)淀粉酶和纖維素酶。 本發(fā)明可以通過如下方法實現(xiàn)
1 )直接發(fā)酵法獲取魔芋低聚糖以魔芋原料為發(fā)酵培養(yǎng)基，直接利用 產(chǎn)|3-葡甘露聚糖酶的擔(dān)子菌發(fā)酵魔芋原料獲取魔芋低聚糖；或
2)間接酶解法獲取魔芋低聚糖培養(yǎng)能夠產(chǎn)生P-葡甘露聚糖酶的擔(dān)子菌制備粗酶液；直接釆用粗酶液對高濃度魔芋原料進(jìn)行水解，獲取魔芋 低聚糖。
其中擔(dān)子菌產(chǎn)生的粗酶液包括)3-葡甘露聚糖酶、淀粉酶、纖維素酶，
該粗酶液可實現(xiàn)魔芋原料中多種成分得以水解。
其使用的魔芋原料對其中魔芋葡甘露聚糖(KGM)的含量沒有要求， 可以是芋角粉、魔芋粗粉、魔芋精粉和純KGM中的任何一種或搭配使用。 在制備粗酶液時，宜使用低濃度的魔芋粉作為培養(yǎng)基，在酶解時可使用 粗酶液對高濃度魔芋粉進(jìn)行水解。這里的低濃度和高濃度是相對的，培養(yǎng) 時釆用低濃度魔芋粉利于發(fā)酵，水解時釆用高濃度魔芋粉可以提高水解效 率。釆用低濃度魔芋粉作為培養(yǎng)基的另一個好處是不會引入魔芋粉以外的 雜質(zhì)，從而使產(chǎn)物純凈。此外，在制備粗酶液時，宜在在(3-葡甘露聚糖酶 分泌高峰時獲取發(fā)酵液，這樣酶活較高。
直接發(fā)酵獲取魔芋低聚糖方法為魔芋原料濃度為3~6% (質(zhì)量體積 百分比)，2~20% (體積百分比)的接種量，轉(zhuǎn)速為100~250r/min, 24 ~ 32。C溫度下發(fā)酵72 144h;優(yōu)化的發(fā)酵方法為魔芋原料濃度為3 ~ 5% (質(zhì) 量體積百分比)，5~15% (體積百分比)的接種量，轉(zhuǎn)速為120 200r/min， 27 ~ 30'C溫度下發(fā)酵72 ~ 120h;更優(yōu)的發(fā)酵方法為魔芋原料濃度為4% (質(zhì) 量體積百分比)，10% (體積百分比)的接種量，轉(zhuǎn)速為150r/min， 28。C溫 度下發(fā)酵96h。
間接酶解獲取魔芋低聚糖方法包括兩段工藝，第一段為粗酶液制備方 法魔芋原料濃度為0.5~3.0% (質(zhì)量體積百分比)，轉(zhuǎn)速為100~250r/min， 24 32。C溫度下培養(yǎng)24 96h;優(yōu)化的粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為 0.5-2.0% (質(zhì)量體積百分比)，轉(zhuǎn)速為120~ 180r/min, 26-3(TC溫度下培 養(yǎng)36 72h。更優(yōu)的粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為1.0% (質(zhì)量體積 百分比)，轉(zhuǎn)速為150r/min, 28。C溫度下培養(yǎng)48h。粗酶液以P-葡甘露聚 糖酶酶活不低于(30 IU/mL)為宜。第二段為粗酶液酶解方法魔芋原料 濃度為1.0~10% (質(zhì)量體積百分比)，粗酶液添加量為2~20% (體積百分
5比)，酶解過程需要攪拌，轉(zhuǎn)速為30~300r/min, 30 ~ 7(TC溫度下酶解0.5 ~ 6h。優(yōu)化的粗酶液酶解方法為魔芋原料濃度為2.0~5.0% (質(zhì)量體積百分 比)，粗酶液添加量為5~15% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉(zhuǎn)速為 50~200r/min， 45 ~ 65。C溫度下酶解2.0 ~ 4.0h。更優(yōu)的粗酶液酶解方法為 魔芋原料濃度為3.0% (質(zhì)量體積百分比)，粗酶液添加量為10% (體積百 分比)，酶解過程需要攪拌，轉(zhuǎn)速為100r/min, 60°C溫度下酶解3.0h。
通過上述方法，最終魔芋原料水解率達(dá)70%以上。
本發(fā)明的優(yōu)點在于
1) 采用可藥膳兩用的擔(dān)子菌株直接直接發(fā)酵魔芋原料獲取低聚糖；
2) 利用藥膳兩用的擔(dān)子菌株分泌多種水解酶的特性，發(fā)酵法制備可充 分水解魔芋原料的粗酶液，增強(qiáng)原料利用率。
具體實施例方式
以下實施 例進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。 在不背離本發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下，對本發(fā)明方法、步驟或條件所作的 修改或替換，均屬于本發(fā)明的范圍。
若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的 常規(guī)手段。本發(fā)明中涉及到的百分號"％",若未特別說明，是指質(zhì)量百分 比；但溶液的百分比，除另有規(guī)定外，是指溶液100ml中含有溶質(zhì)若干克； 液體之間的百分比，是指在2(TC時容量的比例。
實施例1:直接發(fā)酵獲取魔芋低聚糖(1)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%魔芋粗粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng) 液中，28'C下培養(yǎng)48h，以10%接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基 與搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min， 28。C下培養(yǎng)48h后再按10%接種量轉(zhuǎn) 接入500L二級發(fā)酵罐中，100r/min, 28。C下培養(yǎng)48h，再按5%接種量轉(zhuǎn)接 入5000L發(fā)酵罐(魔芋粗粉質(zhì)量體積百分比為4% )中發(fā)酵，150r/min， 28 "C下發(fā)酵96h，獲得的發(fā)酵液即為魔芋低聚糖溶液，其魔芋粗粉水解率達(dá)到 80.1%。實施例2:直接發(fā)酵獲取魔芋低聚糖(2)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%魔芋精粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng) 液中，28。C下培養(yǎng)48h，以10%接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基 與搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min, 28。C下培養(yǎng)48h后再按10%接種量轉(zhuǎn) 接入500L二級發(fā)酵罐中，100r/min, 28'C下培養(yǎng)48h，再按5%接種量轉(zhuǎn)接 入5000L發(fā)酵罐(魔芋精粉質(zhì)量體積百分比為3% )中發(fā)酵，100r/min， 25 'C下發(fā)酵72h，獲得的發(fā)酵液即為魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)到 85.6%。
實施例3:直接發(fā)酵獲取魔芋低聚糖(3)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng)液 中，2礦C下培養(yǎng)48h,以10%接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min, 28。C下培養(yǎng)48h后再按10%接種量轉(zhuǎn)接 入500L二級發(fā)酵罐中，100r/min， 28。C下培養(yǎng)48h后再按5 %接種量轉(zhuǎn)接 入5000L發(fā)酵罐(芋角粉質(zhì)量體積百分比為5% )中發(fā)酵，180r/min, 30°C 下發(fā)酵120h，獲得的發(fā)酵液即為魔芋低聚糖溶液，其芋角粉水解率達(dá)到72.4 %。
實施例4:直接發(fā)酵獲取魔芋低聚糖(4)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng)液 中，28。C下培養(yǎng)48h，以10%接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min, 28"C下培養(yǎng)48h后再按10%接種量轉(zhuǎn)接 入500L二級發(fā)酵罐中，100r/min， 28°C下培養(yǎng)48h后再按2%接種量轉(zhuǎn)接 入5000L發(fā)酵罐(芋角粉質(zhì)量體積百分比為2% )中發(fā)酵，250r/min， 28°C 下發(fā)酵144h，獲得的發(fā)酵液即為魔芋低聚糖溶液，其芋角粉水解率達(dá)到77.5 %。
實施例5:直接發(fā)酵獲取魔芋低聚糖(5)
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng)液
7中，28X:下培養(yǎng)48h,以10。/。接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min， 28"C下培養(yǎng)48h后再按10%接種量轉(zhuǎn)接 入500L二級發(fā)酵罐中，100r/min, 28。C下培養(yǎng)48h后再按10 %接種量轉(zhuǎn)接 入5000L發(fā)酵罐(芋角粉質(zhì)量體積百分比為6% )中發(fā)酵，200r/min， 32°C 下發(fā)酵77h，獲得的發(fā)酵液即為魔芋低聚糖溶液，其芋角粉水解率達(dá)到71.6 %。
實施例6:間接酶解獲取魔芋低聚糖(1)
工段一粗酶液的獲取
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%魔芋粗粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng) 液中，28'C下培養(yǎng)48h,以5。/。接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基與 搖瓶一樣，后也一樣)，150r/min， 28。C下培養(yǎng)48h后再按5 %接種量轉(zhuǎn)接 入500L二級發(fā)酵罐中，100r/min, 28。C下培養(yǎng)48h后結(jié)東，獲得的培養(yǎng)液 即粗酶液，此時粗酶液中卩-葡甘露聚糖酶酶活濃度為35.2IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將105kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成3500L 3%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為60°C, 100rpm攪拌下降解3h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)80.2%。
實施例7:間接酶解獲取魔芋低聚糖(2)
工段一粗酶液的獲取
將乳白耙菌斜面菌種接種到1%芋角粉(質(zhì)量體積百分比)搖瓶培養(yǎng)液 中，28。C下培養(yǎng)48h，以5。/。接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基與搖 瓶一樣，后也一樣)，120r/min， 25。C下培養(yǎng)36h后再按5 %接種量轉(zhuǎn)接入 500L二級發(fā)酵罐中，150r/min, 28'C下培養(yǎng)48h后結(jié)東，獲得的培養(yǎng)液即 粗酶液，此時粗酶液中f3-葡甘露聚糖酶酶活濃度為31.8IU/mL。
工段二粗酶液的酶解將140kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成3500L 4%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為55°C, 120rpm攪拌下降解4h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)75.2% 。
實施例8:間接酶解獲取魔芋低聚糖(3)
工段一粗酶液的獲取
將乳白耙菌斜面菌種接種到1 %魔芋精粉(質(zhì)量體積比)搖瓶培養(yǎng)液中， 28。C下培養(yǎng)48h，以5y。接種量轉(zhuǎn)接入50L—級種子罐中(培養(yǎng)基與搖瓶一 樣，后也一樣)，120r/min， 25匸下培養(yǎng)36h后再按5 %接種量轉(zhuǎn)接入500L 二級發(fā)酵罐中，150r/min, 28°。下培養(yǎng)48h后結(jié)東，獲得的培養(yǎng)液即粗酶液， 此時粗酶液中卩-葡甘露聚糖酶酶活濃度為39.5 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將350kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成3500L 10 %的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為50°C, 120rpm攪拌下降解4h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)74.5%。
實施例9:間接酶解獲取魔芋低聚糖(4)
酶解液的獲取同實施例8,檢測p-葡甘露聚糖酶酶活濃度為38.6 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將70kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成3500L2.0%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將80L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為60°C, 300rpm攪拌下降解6h,降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)78.5%。
實施例10:間接酶解獲取魔芋低聚糖(5)
酶解液的獲取同實施例8,檢測(3-葡甘露聚糖酶酶活濃度為39.9IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將100kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成2000L 5%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將350L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為60。C, 200rpm攪拌下降解1.5h，降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)72.9%。
實施例11:間接酶解獲取魔芋低聚糖(5)
酶解液的獲取同實施例8，檢測(3-葡甘露聚糖酶酶活濃度為37.9 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將100kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成2000L 5%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將100L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為30。C, 50rpm攪拌下降解6h,降解完畢滅菌，獲得 酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)83.6%。
實施例12:間接酶解獲取魔芋低聚糖(5)
酶解液的獲取同實施例8，檢測p-葡甘露聚糖酶酶活濃度為38.7 IU/mL。
工段二粗酶液的酶解
將100kg魔芋精粉放入5000L反應(yīng)器中，配置成2000L 5%的魔芋精粉 溶液(不用滅菌)，后將100L粗酶液(500L發(fā)酵罐中培養(yǎng)獲得)轉(zhuǎn)入5000L 反應(yīng)器中，控制溫度為45°C， 150rpm攪拌下降解4h，降解完畢滅菌，獲 得酶解液即魔芋低聚糖溶液，其魔芋精粉水解率達(dá)77.4%。
權(quán)利要求
1、產(chǎn)β-葡甘露聚糖酶的擔(dān)子菌在制備魔芋低聚糖中的應(yīng)用。
2、 如權(quán)利要求l所述的應(yīng)用，其特征在于，所述擔(dān)子菌還產(chǎn)淀粉酶和纖維素酶。
3、 一種魔芋低聚糖的生產(chǎn)方法，其特征在于1) 直接發(fā)酵法獲取魔芋低聚糖以魔芋原料為發(fā)酵培養(yǎng)基，直接利用產(chǎn)p-葡甘露聚糖酶的擔(dān)子菌發(fā)酵魔芋原料獲取魔芋低聚糖；或2) 間接酶解法獲取魔芋低聚糖培養(yǎng)能夠產(chǎn)生P-葡甘露聚糖酶的擔(dān)子菌制備粗酶液；直接釆用粗酶液對高濃度魔芋原料進(jìn)行水解，獲取魔芋低聚糖。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述擔(dān)子菌還產(chǎn)生淀粉酶和纖維素酶。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述擔(dān)子菌為乳白耙菌。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述魔芋原料是芋角粉、魔芋粗粉、魔芋精粉和純KGM中的任何一種或搭配使用。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2~6任一項的所述，其特征在于，所述直接發(fā)酵方法為魔芋原料濃度為3~6% (質(zhì)量體積百分比)，2~20% (體積百分比)的接種量，轉(zhuǎn)速為100~250r/min， 24 ~ 32。C溫度下發(fā)酵72 ~ 144h;較優(yōu)的直接發(fā)酵方法為魔芋原料濃度為3-5% (質(zhì)量體積百分比)，5~15% (體積百分比)的接種量，轉(zhuǎn)速為120~200r/min， 27 3(TC溫度下發(fā)酵72 ~120h;更優(yōu)的發(fā)酵方法為魔芋原料濃度為4% (質(zhì)量體積百分比)，10% (體積百分比)的接種量，轉(zhuǎn)速為150r/min， 28。C溫度下發(fā)酵96h。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2~6任一項所述的方法，其特征在于，間接酶解獲取魔芋低聚糖方法包括步驟l)粗酶液制備魔芋原料濃度為0.5~3.0%(質(zhì)量體積百分比)，轉(zhuǎn)速為100 ~ 250r/min, 24 ~ 32。C溫度下培養(yǎng)24 ~ 96h;2)粗酶液酶解魔芋原料濃度為1.0-10% (質(zhì)量體積百分比)，粗酶液添加量為2~20% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉(zhuǎn)速為30-300 r/min,(30 ~ 70。C溫度下酶解0.5 ~ 6h。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于其中步驟1)粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為0.5~2.0% (質(zhì)量體積百分比)，轉(zhuǎn)速為120~180r/min， 26 ~ 30。C溫度下培養(yǎng)36 ~ 72h;更優(yōu)的粗酶液制備方法為魔芋原料濃度為1.0% (質(zhì)量體積百分比)，轉(zhuǎn)速為150r/min, 28。C溫度下培養(yǎng)48h。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于其中步驟2)粗酶液酶解方法魔芋原料濃度為2.0~5.0% (質(zhì)量體積百分比)，粗酶液添加量為5 15% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉(zhuǎn)速為50~200r/min， 45~65°C溫度下酶解2.0 4.0h;更優(yōu)的粗酶液酶解方法為魔芋原料濃度為3.0%(質(zhì)量體積百分比)，粗酶液添加量為10% (體積百分比)，酶解過程需要攪拌，轉(zhuǎn)速為100r/min， 60°C溫度下酶解3.0h。
全文摘要
本發(fā)明涉及微生物工程和酶工程領(lǐng)域，是一種降解魔芋粉獲取魔芋低聚糖的生產(chǎn)方法，主要內(nèi)容包括以低濃度魔芋粉為培養(yǎng)基制備種子液或制備β-葡甘露聚糖粗酶液、直接發(fā)酵或間接利用粗酶液酶解高濃度的魔芋原料獲取魔芋低聚糖。本發(fā)明具有可操作性強(qiáng)、低成本和效率高等優(yōu)點。
文檔編號C12P19/00GK101638678SQ20091009026
公開日2010年2月3日 申請日期2009年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者張曉昱, 王宏勛, 鄔建國 申請人:華中科技大學(xué)