Β环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺.pdf

本发明涉及β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，包括：淀粉调浆，以耐高温α－淀粉酶液化；加入脱支酶和CGT酶协同作用；加入β－淀粉酶、麦芽糖淀粉酶和活性炭，同步进行糖化和脱色；一次结晶并过滤，将固形物淋洗去杂即得精制β－环糊精，将母液色谱分离并浓缩即得超高麦芽糖浆。本发明淀粉转化率高，仅需一次脱色和一次结晶，步骤精简，同时还能制备获得超高麦芽糖浆，大幅提高原料的综合利用率。

1.  一种β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，包括以下步骤：
第一步、以淀粉和水制备质量浓度为20－30％的淀粉浆；将淀粉浆的pH值调节至5.4－5.8，并向淀粉浆中加入耐高温α－淀粉酶；混匀后，升温至105℃－110℃喷射蒸煮5－8分钟，随后闪蒸至94℃－99℃并层流60－90分钟；将DE值控制在2－4，并灭酶；
第二步、将第一步所得浆液降温至60℃－65℃，并向其中加入脱支酶和CGT酶；之后，使浆液降温至55℃－60℃，加入环己烷，充分反应12－15小时后，升温至95℃－100℃蒸馏回收环己烷；
第三步、将第二步所得浆液降温至65℃－68℃，并向其中加入β－淀粉酶、麦芽糖淀粉酶和活性炭，调节浆液的pH值至5.0－5.2，同步进行糖化和脱色20－24小时后，灭酶；
第四步、将第三步所得浆液以一次结晶方式进行结晶、然后过滤，过滤所得固形物经纯水淋洗去杂后即得精制β－环糊精；将过滤所得母液进行色谱分离，获得β－环糊精浆和高麦芽糖浆，将β－环糊精浆合并入下一周期制备工艺的第三步所得浆液，用以结晶、过滤，并将高麦芽糖浆进行浓缩获得干基重量比≥70％且麦芽糖质量浓度≥75％的超高麦芽糖浆。

2.  根据权利要求1所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第一步中，淀粉浆的质量浓度以纯淀粉重量计算；耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4－8单位。

3.  根据权利要求1所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第二步中，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5－3.0单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5－5单位；环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3－10％。

4.  根据权利要求1所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉700－1000单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉100－150单位，活性炭的加入量为每100ml浆 液0.2－0.25g。

5.  根据权利要求1至4任一项所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第一步中，制备淀粉浆在液化喷射器中进行。

6.  根据权利要求1至4任一项所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第一步中，所述淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉。

7.  根据权利要求1至4任一项所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第二步中，所述脱支酶为普鲁兰酶、异淀粉酶。

8.  根据权利要求1至4任一项所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第四步中，结晶时采用低温结晶方式；色谱分离时采用模拟移动床。

9.  根据权利要求1至4任一项所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计20％，淀粉浆的pH值调节至5.8，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4单位，于108℃喷射蒸煮，闪蒸至98℃并层流80分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应12小时，升温至98℃蒸馏回收环己烷；第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉800单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉120单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.25g，同步进行糖化和脱色24小时，升温灭酶。

10.  根据权利要求1至4任一项所述β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计25％，淀粉浆的pH值调节至5.6，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉6单位，于110℃喷射蒸煮，闪蒸至96℃并层流60分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉3单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉4单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应14小时；第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉900单位、麦芽糖淀粉酶的 加入量为每克纯淀粉150单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.25g，同步进行糖化和脱色21小时，升温灭酶。

β-环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺
技术领域
本发明涉及一种β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，属于淀粉转化技术领域。
背景技术
据申请人所知，β－环糊精为白色的结晶状粉末，由7个葡萄糖单位经α－1.4糖苷键连接成环形而成，是环状糊精葡萄糖基转移酶(简称CGT酶)作用于淀粉的产物。β－环糊精的分子中间形成一个穴洞，穴洞具有独特的包接功能，能与许多种物质形成包接结合物，在工业上和医药行业用途很广。
目前，β－环糊精的生产工艺通常采用下述路线：
淀粉调浆，然后加入CGT酶，调整pH在7.8－8.0间，升温约至80℃后液化，再降温至50℃－60℃；补加CGT酶，调节pH值为9.0左右，再加入有沉淀作用的有机溶剂，反应14－48小时，加入α－淀粉酶，调整pH值在6.0－6.5，升温至80℃－85℃保持15－20min(二次液化)，继续升温至100℃回收有机溶剂，活性炭脱色，然后结晶得到粗β－环糊精，然后第二次活性炭脱色，分离纯化制得β－环糊精。
然而，上述工艺主要存在以下问题：
首先，采用80℃－85℃低温液化降粘，容易导致液化不均匀，淀粉容易老化，降低淀粉的转化率，淀粉中蛋白絮凝不彻底，影响后续的过滤操作，在高温蒸馏回收有机溶剂中，会加深转化液的颜色。同时，该液化过程需要分批操作，无法实现连续规模化生产。
其次，CGT酶价格昂贵，生产中需两次加入CGT酶，特别是第一次起液化降粘作用的CGT酶，在80℃以上后酶失活，在后续的转化过程中不起作用。同时，由于加酶量大，会进一步加深转化过程的颜色，需要对产品进行两次脱色。这些无疑会增加生产成本。
第三，在β－环糊精的转化过程中，对于存在的支链淀粉，无论淀粉酶还 是CGT或糖化酶都无法水解α－1、6糖苷键，导致淀粉利用率降低、转化率不高，而且由支链淀粉产生的支链大分子糊精会增加提取的难度，需要两次结晶操作，方能达到产品纯度，降低了产品的收率，也增加了生产成本。
最后，现有工艺本身转化率不高，又未对残留母液做进一步处理，直接排放母液，不仅造成资源大量浪费，还增加了污水处理的成本。
经检索发现，申请号201210588555.3申请公布号CN103045701A名称《一种高收率联产抗性糊精、β－环糊精及F42果葡糖浆的方法》的中国发明专利申请，可生产出高纯度的抗性糊精，并有效利用剩余的可消化母液生产β－环糊精和F42果葡糖浆，提高了原料的利用率和产率。然而，该技术方案的主要目的是生产高纯度抗性糊精，并非专门针对β－环糊精的生产，无法解决上述现有技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术存在的问题，提供一种β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，淀粉转化率高，仅需一次脱色和一次结晶，步骤精简，同时还能制备获得超高麦芽糖浆，大幅提高原料的综合利用率。
本发明解决其技术问题的技术方案如下：
一种β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，其特征是，包括以下步骤：
第一步、以淀粉和水制备质量浓度为20－30％的淀粉浆；将淀粉浆的pH值调节至5.4－5.8，并向淀粉浆中加入耐高温α－淀粉酶；混匀后，升温至105℃－110℃喷射蒸煮5－8分钟，随后闪蒸至94℃－99℃并层流60－90分钟；将DE值控制在2－4，并灭酶；
第二步、将第一步所得浆液降温至60℃－65℃，并向其中加入脱支酶和CGT酶；之后，使浆液降温至55℃－60℃，加入环己烷，充分反应12－15小时后，升温至95℃－100℃蒸馏回收环己烷；
第三步、将第二步所得浆液降温至65℃－68℃，并向其中加入β－淀粉酶、 麦芽糖淀粉酶和活性炭，调节浆液的pH值至5.0－5.2，同步进行糖化和脱色20－24小时后，灭酶；
第四步、将第三步所得浆液以一次结晶方式进行结晶、然后过滤，过滤所得固形物经纯水淋洗去杂后即得精制β－环糊精；将过滤所得母液进行色谱分离，获得β－环糊精浆和高麦芽糖浆，将β－环糊精浆合并入下一周期制备工艺的第三步所得浆液，用以结晶、过滤，并将高麦芽糖浆进行浓缩获得干基重量比≥70％且麦芽糖质量浓度≥75％的超高麦芽糖浆。
本发明进一步完善的技术方案如下：
优选地，第一步中，淀粉浆的质量浓度以纯淀粉重量计算；耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4－8单位。
优选地，第二步中，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5－3.0单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5－5单位；环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3－10％。
优选地，第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉700－1000单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉100－150单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.2－0.25g。
优选地，第一步中，制备淀粉浆在液化喷射器中进行。
优选地，第一步中，所述淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉。
优选地，第二步中，所述脱支酶为普鲁兰酶、异淀粉酶。
优选地，第四步中，结晶时采用低温结晶方式；色谱分离时采用模拟移动床。
优选地，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计20％，淀粉浆的pH值调节至5.8，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4单位，于108℃喷射蒸煮，闪蒸至98℃并层流80分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应 12小时，升温至98℃蒸馏回收环己烷；第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉800单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉120单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.25g，同步进行糖化和脱色24小时，升温灭酶。
优选地，第一步中，淀粉浆的质量浓度为以纯淀粉计25％，淀粉浆的pH值调节至5.6，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉6单位，于110℃喷射蒸煮，闪蒸至96℃并层流60分钟；第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，脱支酶的加入量为每克纯淀粉3单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉4单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应14小时；第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉900单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉150单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.25g，同步进行糖化和脱色21小时，升温灭酶。
本发明的主要发明点及其有益效果如下：
(1)在第一步中，采用耐高温α－淀粉酶、以连续高温喷射和闪蒸层流相结合的方式、同时控制DE值，使淀粉能有效液化，并减少淀粉老化，利于提高转化率；此外，该步可以连续进行，无需分批操作，利于连续规模化生产。
(2)在第二步中，在适当时机加入脱支酶和CGT酶进行协同转化，仅需加一次CGT酶，利于降低成本；同时以脱支酶水解支链淀粉，可有效提高淀粉利用率并降低提取难度。
(3)在第三步中，由于第一、二步的工艺控制，浆液颜色不深，脱色难度较小，可同步进行糖化、脱色，糖化过程以β－淀粉酶和麦芽糖淀粉酶转化非环糊精为麦芽糖，从而减少工艺流程步骤，提高生产效率。
(4)在第四步中，由于之前步骤的工艺控制，浆液中没有支链大分子糊精，仅需一次结晶即可；之后，将过滤所得固形物经淋洗去杂即可获得纯度98％以上的精制β－环糊精，同时色谱分离过滤所得母液可获得β－环糊精浆和高麦芽糖浆，β－环糊精浆可合并入下一周期以提高利用率，高麦芽糖浆浓缩 后即得超高麦芽糖浆。如此即可联产精制β－环糊精和超高麦芽糖浆，大幅提升原料综合利用率。
附图说明
图1为本发明具体实施方式的主体流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。
如图1所示，本发明具体实施的β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺，包括：
第一步、在液化喷射器中以淀粉和水制备质量浓度为20－30％的淀粉浆，淀粉浆的质量浓度以纯淀粉重量计算，淀粉为玉米淀粉或木薯淀粉；将淀粉浆的pH值调节至5.4－5.8，并向淀粉浆中加入耐高温α－淀粉酶，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4－8单位；混匀后，升温至105℃－110℃喷射蒸煮5－8分钟，随后闪蒸至94℃－99℃并层流60－90分钟；将DE值控制在2－4，并灭酶(注：此处灭酶是指使耐高温α－淀粉酶失活)；
第二步、将第一步所得浆液降温至60℃－65℃，并向其中加入脱支酶(如普鲁兰酶、异淀粉酶)和CGT酶，脱支酶的加入量为每克纯淀粉2.5－3.0单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5－5单位；之后，使浆液降温至55℃－60℃，加入环己烷，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3－10％，充分反应12－15小时后，升温至95℃－100℃蒸馏回收环己烷(注：在蒸馏回收环己烷的温度下，脱支酶和CGT酶均失活)；
第三步、将第二步所得浆液降温至65℃－68℃，并向其中加入β－淀粉酶、麦芽糖淀粉酶和活性炭，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉700－1000单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉100－150单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.2－0.25g，调节浆液的pH值至5.0－5.2，同步进行糖化和脱色20－24小时后，灭酶(注：此处灭酶是指使β－淀粉酶、麦芽糖淀粉酶失活， 例如升温至90℃)；
第四步、将第三步所得浆液以一次低温结晶方式进行结晶、然后过滤，过滤所得固形物经纯水淋洗去杂后即得精制β－环糊精；采用模拟移动床将过滤所得母液进行色谱分离，获得β－环糊精浆和高麦芽糖浆，将β－环糊精浆合并入下一周期制备工艺的第三步所得浆液，用以结晶、过滤，并将高麦芽糖浆进行浓缩获得干基重量比≥70％且麦芽糖质量浓度≥75％的超高麦芽糖浆。
实施例1
本实施例β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺采用上述具体实施的工艺过程，具体参数如下：
第一步中，采用纯淀粉质量含量为84.3％的木薯淀粉1.2t，在液化喷射器中用温水调制质量浓度为以纯淀粉计20％的淀粉浆，淀粉浆的pH值调节至5.8，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉4单位；充分混合后升温至108℃液化喷射蒸煮，再闪蒸至98℃并层流80分钟。
第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，普鲁兰酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉2.5单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应12小时，升温至98℃蒸馏回收环己烷，余下的反应液取样测β－环糊精含量为0.79t，转化率为79％(以干物质计)。
第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉800单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉120单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.25g，同步进行糖化和脱色24小时后，升温90℃灭酶；
接着按上述具体实施的工艺过程进行结晶、固形物淋洗、母液处理，获得精制β－环糊精的收率为71％(以干物质计)，纯度为98％以上；获得干基重量比72％、麦芽糖质量浓度76％的超高麦芽糖浆0.35t，得率为24.9％(以干物质计)；原料综合利用率为95.9％。
而现有技术的精制β－环糊精的收率为50－55％，与此相比本实施例精制β－环糊精收率提高了29－42％，效果显著。
实施例2
本实施例β－环糊精和超高麦芽糖浆联产制备工艺采用上述具体实施的工艺过程，具体参数如下：
第一步中，采用纯淀粉质量含量为85.9％的玉米淀粉1.45t，在液化喷射器中用温水调制质量浓度为以纯淀粉计25％的淀粉浆，淀粉浆的pH值调节至5.6，耐高温α－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉6单位；充分混合后升温至110℃液化喷射蒸煮，再闪蒸至96℃并层流60分钟。
第二步中，将第一步所得浆液降温至60℃，普鲁兰酶的加入量为每克纯淀粉3单位，CGT酶的加入量为每克纯淀粉4单位，环己烷的加入重量为淀粉干基重量的3％，加入环己烷后充分反应14小时，升温回收环己烷后余下的反应液取样测β－环糊精含量为1.034t，转化率为83％(以干物质计)。
第三步中，β－淀粉酶的加入量为每克纯淀粉900单位、麦芽糖淀粉酶的加入量为每克纯淀粉150单位，活性炭的加入量为每100ml浆液0.25g，同步进行糖化和脱色21小时后，升温90℃灭酶；
接着按上述具体实施的工艺过程进行结晶、固形物淋洗、母液处理，获得精制β－环糊精的收率为72％(以干物质计)，纯度为98％以上；获得干基重量比73％、麦芽糖质量浓度75％的超高麦芽糖浆0.43t，得率为25.2％(以干物质计)；原料综合利用率为97.2％。
而现有技术的精制β－环糊精的收率为50－55％，与此相比本实施例精制β－环糊精收率提高了31－44％，效果显著。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。