專利名稱：制備非混濁型環(huán)糊精的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)糊精，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及生產(chǎn)所述環(huán)糊精的方法，將上述環(huán)糊精加入到水中時(shí)，產(chǎn)生一種基本是不混濁的溶液。
環(huán)糊精是呈環(huán)狀結(jié)構(gòu)的葡糖酐低聚物。通常，環(huán)糊精是由酶的作用，即環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(CGT酶)作用于淀粉，或者右旋糖當(dāng)量值(Dextrose Equivalent-DE)小于10的淀粉水解產(chǎn)物而形成的。其命名是根據(jù)環(huán)結(jié)構(gòu)中葡糖酐基的數(shù)目而定的。最普通的環(huán)糊精是α-、β-和γ-環(huán)糊精，它們的環(huán)結(jié)構(gòu)中分別有6、7和8個(gè)葡糖酐單元。
環(huán)糊精因其環(huán)狀結(jié)構(gòu)而特別令人注意到它們作為其它分子(客體化合物)的主體化合物的能力。這種主體-客體關(guān)系在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、化學(xué)、食品和化妝品領(lǐng)域是十分重要的。
在用CGT酶處理淀粉過(guò)程中，同時(shí)生成有環(huán)糊精和無(wú)環(huán)物質(zhì)。就絕大部分情況而言，無(wú)環(huán)物質(zhì)被視為一種廢棄而必須從所要求的環(huán)糊精中分離出去。分離和提純目的環(huán)糊精的方法是昂貴的，往往涉及到酶的利用。如可參見US4，384，898和US4，418，144。US4，808，232(1989年、2月28日授權(quán))這些方法的出現(xiàn)是一重大突破。
現(xiàn)有技術(shù)分離和提純環(huán)糊精方法其問(wèn)題是，含有經(jīng)過(guò)這種分離和純化的環(huán)糊精的水溶液在室溫下容易發(fā)生混濁，既使在經(jīng)過(guò)徹底提純處理之后依然如此。因此，含有基本上“純的”環(huán)糊精的溶液當(dāng)放置在室溫下會(huì)發(fā)生混濁。盡管在某些應(yīng)用領(lǐng)域，如混濁型飲料和農(nóng)用化學(xué)品，混濁沒(méi)有影響或影響不大，但在其它領(lǐng)域如儀器和藥品，透明度則是很重要的，混濁現(xiàn)象會(huì)有損環(huán)糊精的市售性能。
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種生產(chǎn)環(huán)糊精的方法，用該方法生產(chǎn)出的環(huán)糊精加入水中后其溶液不會(huì)發(fā)生混濁。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，采用兩步法生產(chǎn)環(huán)糊精時(shí)，將所得環(huán)糊精加到水中后，其溶液基本上不會(huì)發(fā)生混濁。本發(fā)明的兩步法系用一種酸或酶水解支鏈淀粉含量至少90%的淀粉，使之生成右旋糖當(dāng)量值(DE)低于約10的淀粉水解產(chǎn)物，然后，用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶使淀粉水解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為環(huán)糊精。以淀粉重量計(jì)，所用淀粉必須含至少約90wt%的支鏈淀粉，最優(yōu)選的是支鏈淀粉量在約95%或更高。用含支鏈淀粉約99%的淀粉已獲得良好的結(jié)果。
還發(fā)現(xiàn)，將淀粉水解產(chǎn)物在用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶處理之前進(jìn)行精制，可以獲得滿意的結(jié)果。精制步驟包括用炭漂白淀粉水解產(chǎn)物，再用離子交換柱進(jìn)一步處理漂白的水解產(chǎn)物。精制的水解產(chǎn)物可以先經(jīng)干燥再用第二種酶處理。干燥步驟除去了水解產(chǎn)物中的水份。得到一種干燥的粉末狀產(chǎn)物。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采用本發(fā)明的方法時(shí)，α-環(huán)糊精溶液的透射比為90%更好些;β-環(huán)糊精溶液的透射比為95%更好，γ-環(huán)糊精溶液的透射比為97%更好。上述值是在每種溶液含固形物20wt%，室溫條件下，20-25℃，用分光光度計(jì)，在660nm處，通過(guò)1cm比色皿測(cè)定的。應(yīng)該注意的是，要獲得含α-和β-環(huán)糊精20%的溶液，必須將溶液加熱才能得到如此高的固形物含量。還應(yīng)注意，在α-和β-環(huán)糊精溶液冷卻后，測(cè)定之前，會(huì)有一部分環(huán)糊精結(jié)晶析出沉在試管底部。
為什么采用高支鏈淀粉含量(90%，及更高)的淀粉原料生產(chǎn)所得的環(huán)糊精其溶液基本不發(fā)生混濁？這其中的原因不清楚。除了環(huán)糊精外，溶液中還有什么物質(zhì)？是什么物質(zhì)引起混濁的？這些都還不清楚。人們懷疑環(huán)糊精本身并不會(huì)引起混濁，而是由溶液中存在的其它化學(xué)物質(zhì)引起的。所說(shuō)的其它化學(xué)物質(zhì)可能是葡糖酐結(jié)構(gòu)物，但具體的結(jié)構(gòu)不明了。它們可能就是與環(huán)糊精一起通過(guò)了精制過(guò)程的無(wú)環(huán)糊精。
廣義地說(shuō)，本發(fā)明方法是首先，用一種酸或酶處理淀粉水漿，生成淀粉水解產(chǎn)物，緊接著第二步用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶處理淀粉水解產(chǎn)物，生成環(huán)糊精。為了生成淀粉水解產(chǎn)物，先制備淀粉水漿，其中所說(shuō)的淀粉要含有約90wt%(以淀粉重量計(jì))以上的支鏈淀粉。然后，加熱攪拌漿液使淀粉糊化。接著液化糊化淀粉以生成DE值小于約10的淀粉水解產(chǎn)物。最好是緊接著用炭漂白上述淀粉水解產(chǎn)物，并可以干燥到水份含量在大約12%或更低。
為了使淀粉水解產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為環(huán)糊精，用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(CGT酶)處理所說(shuō)的淀粉水解產(chǎn)物;使之形成環(huán)糊精，回收該環(huán)糊精。當(dāng)所回收的環(huán)糊精加入到水中時(shí)發(fā)現(xiàn)其溶液基本沒(méi)有混濁現(xiàn)象。
淀粉水解產(chǎn)物的DE值可用任何已知的適宜方法測(cè)定，Lane-Eynon是優(yōu)選的方法。淀粉水解產(chǎn)物的DE值最好是約1-8，采用DE值為約5的淀粉水解產(chǎn)物可獲得良好的結(jié)果。
淀粉基本上分為兩種類型葡糖酐聚合物。一類聚合物稱為直鏈淀粉，由α-1，4鍵相連的葡糖酐單體組成。另一類聚合物是支鏈淀粉，由和α-1，4鍵和α-1，6鍵兩種鍵相連而成的葡糖酐單體組成。通常在支鏈淀粉中α-1，6鍵的數(shù)目比α-1，4鍵少。
用于本發(fā)明的淀粉支鏈淀粉含量至少約90%，最好約95%或更高。采用支鏈淀粉約99%的淀粉已取得令人滿意的結(jié)果。適用于本發(fā)明方法的淀粉是蠟質(zhì)玉米、蠟質(zhì)大米和蠟質(zhì)大麥，蠟質(zhì)玉米是優(yōu)選原料。
為了制備本發(fā)明所用的淀粉液，將顆粒淀粉加到水中形成固形物為約5-50wt%，優(yōu)選約10-40wt%的懸浮液。就操作而言，最佳為約20-40wt%。
在液化之前，先將淀粉漿液進(jìn)行糊化處理。糊化過(guò)程將原料淀粉顆粒中淀粉分子的連接鍵全部或部分切斷，由此而使分子更易均勻液化。糊化步驟采用常規(guī)設(shè)備和常規(guī)方法進(jìn)行。通常糊化是這樣進(jìn)行的將淀粉粒漿液在高于淀粉的糊化溫度上加熱，同時(shí)不斷攪拌之。
液化亦是采用常規(guī)設(shè)備和常規(guī)方法。本發(fā)明方法一般使用的是蒸汽鍋(jet cooker)。通常，糊化和液化在蒸汽鍋中同時(shí)進(jìn)行。在這種情況下，液化淀粉所用的酶或酸在制備漿液的過(guò)程中即加入。液化作用所用的酶是α-淀粉酶，最好是細(xì)菌α-淀粉酶。根據(jù)具體使用的酶，確立酶作用的最佳濃度、pH和溫度。具體而言，細(xì)菌α-淀粉酶的處理?xiàng)l件是溫度約60-100℃，優(yōu)選約80℃，pH約5-8，優(yōu)選約5.5，作用時(shí)間為足以生成在所需的DE值范圍內(nèi)的淀粉水解產(chǎn)物。通過(guò)加熱到120℃或更高或者加酸使酶失活而中止α-淀粉酶的作用。酶一經(jīng)失活，即刻調(diào)節(jié)pH至約5-8，然后進(jìn)行下步處理。優(yōu)選加熱使酶失活，具體地，在約110℃蒸汽煮漿，使細(xì)菌α-淀粉酶失活。酸處理是這樣進(jìn)行的在一種無(wú)機(jī)酸如鹽酸、硫酸或硝酸參與下，加熱淀粉漿液至約100℃-120℃，加熱時(shí)間要足以使?jié){液的DE值上升到規(guī)定的范圍內(nèi)。對(duì)于酶和酸兩種處理情況，淀粉漿液的固形物含量約為5-40%，最好約30-35%。
在水解產(chǎn)物生成后，最好用炭和離子交換樹脂處理水解產(chǎn)物漿液以精制水解產(chǎn)物。
采用活性炭除去色素、色素前體和不希望有的異味物質(zhì)從而完成淀粉水解產(chǎn)物漿液的炭處理。炭處理除去了大部分可溶性蛋白質(zhì)物質(zhì)和在酸處理過(guò)程中所形成的基本上全部的5-(羥甲基)-2-糖醛。另外，活性炭能有效地除去重金屬，如鐵和銅。炭處理是在筒形柱內(nèi)分2或3段逆流施加粉末狀活性炭或逆流施加顆粒狀活性炭。上述操作是以常規(guī)方式進(jìn)行的。
盡管炭精制適用于普遍的淀粉水解產(chǎn)物漿液的純化，但最好用離子交換脫離子器進(jìn)一步處理漿液。這種處理基本上脫除了全部殘留的可溶性含氧化合物，包括能與還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成色素體的氨基酸和肽。
典型的離子交換脫離子系統(tǒng)是固定床柱。所用的陽(yáng)離子交換樹脂是強(qiáng)酸交換劑(氫式磺化樹脂)，常用的陰離子交換劑是弱堿樹脂(非堿式的叔胺)。陰離子交換樹脂可脫除漿液中鹽與陽(yáng)離子交換樹脂反應(yīng)而生成的酸。
在精制淀粉水解產(chǎn)物后，可將該水解產(chǎn)物干燥至水份含量在約15%或更低，水含量最好是約5%或更低。干燥可以采用常規(guī)方法完成首先濃縮漿液，然后對(duì)濃漿液進(jìn)行最終干燥處理，如轉(zhuǎn)鼓干燥、噴霧干燥或冷凍干燥。這之后，將干燥的精制淀粉水解產(chǎn)物貯備起來(lái)待本發(fā)明方法的第二階段使用。
在本發(fā)明方法的第二階段，用CGT酶在其最佳作用的溫度，pH和溫度條件下處理淀粉水解產(chǎn)物的水漿，使之生成環(huán)糊精。用CGT酶轉(zhuǎn)化環(huán)糊精是采用常規(guī)方法和常規(guī)設(shè)備進(jìn)行的。通常采用30-100℃，使酶作用足以形成環(huán)糊精的一段時(shí)間。一般，淀粉水解產(chǎn)物水漿的pH保持在大約4-7，處理大約4-48小時(shí)。當(dāng)所用的CGT酶來(lái)源于軟化芽胞桿菌(B.macerans)，嗜堿芽孢桿菌(Bacillus Sp.)或Thermoanaerobacter Sp.時(shí)，精制淀粉水解產(chǎn)物漿液的濃度適于含約5-20wt%固形物(以溶液的總重量計(jì))，優(yōu)選濃度為約10-20wt%，最佳為約15wt%。用CGT酶轉(zhuǎn)化形成環(huán)糊精還可以在有配位劑參與下進(jìn)行。對(duì)此可以采用常規(guī)方法和設(shè)備。在生產(chǎn)環(huán)糊精時(shí)配位劑的使用一般被稱為溶劑法。溶劑法所適用的淀粉水解產(chǎn)物漿液的濃度為5-50%固形物(以溶液總重量計(jì))，優(yōu)選約10-40wt%，最佳為約20-40wt%。溶劑法的處理時(shí)間為約4小時(shí)-4天。適用的配位劑是甲苯、1-癸醇、環(huán)己烷、三氯乙烯、四氯乙烷、溴苯、2，3-環(huán)十二碳烯吡啶、萘、1-萘酚、2-萘酚和二甲基苯酚。優(yōu)選的配位劑是環(huán)己烷、甲苯、1-癸醇和2，3-環(huán)十二碳烯吡啶。CGT酶適宜的酶來(lái)源是軟化芽孢桿菌、嗜芽孢桿菌屬和Thermoanaerobacter Sp.。這些酶因來(lái)源方便而常用。
采用溶劑法或非溶劑法，用CGT酶處理后，必須回收環(huán)糊精。如未使用配位劑，使酶失活，并且最好用一種酶處理溶液，使剩下的淀粉水解產(chǎn)物降解為葡萄糖和/或麥芽糖。加熱溶液至約130℃，溶液保持在該溫度下約5-10分鐘，使酶失活，如此處理效果不錯(cuò)。欲得到葡萄糖/麥芽糖，因葡萄糖淀粉酶或β-淀粉酶在pH約4-6，溫度約50-70℃條件下作用約24小時(shí)可獲得較好結(jié)果。
下一步。過(guò)濾反應(yīng)混合物。用炭處理，蒸發(fā)上清液以形成β-環(huán)糊精結(jié)晶。讓母液通過(guò)US4，808，232所述類型的色譜柱，以便將不同種類的環(huán)糊精，即α-、β-和γ-環(huán)糊精彼此分開。
在使用溶劑的情況下，當(dāng)用CGT酶處理生成環(huán)糊精后，回收環(huán)糊精與配位劑的配合物，最好采用離心和過(guò)濾法回收，處理所得的配合物除去配位劑。蒸餾和溶劑提取是優(yōu)選的除配位劑的方法。然后用活性炭處理環(huán)糊精溶液，隨后回收，最好用結(jié)晶法回收環(huán)糊精。
用炭處理含環(huán)糊精溶液，即用活性炭脫除色素、色素前體和不希望有的異味物質(zhì)。炭處理是在筒形柱中進(jìn)行的，一次加入粉末活性炭或逆流加入顆?；钚蕴?。上述操作采用常規(guī)方式。
參考下面的實(shí)施例可以更充分地理解本發(fā)明的各個(gè)方面實(shí)施例1本實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的積極效果。下表1匯總了用如下原料所制的環(huán)糊精溶液的百分透射比蠟質(zhì)玉米淀粉(99%支鏈淀粉)、普通玉米淀粉(70%支鏈淀粉)和馬鈴薯淀粉(80%支鏈淀粉)。
表1蠟質(zhì)玉米 馬鈴薯 普通玉米淀粉(%T) 淀粉(%T) 淀粉(%T)α-CD 98.2 81.3 35.8β-CD 99.4 92.8 61.8γ-CD 99.3 95.3 64.8每種溶液均是在固形物含量20wt%，20-25℃，用分光光度計(jì)(BecKman儀器公司)在660nm處，通過(guò)1cm比色皿測(cè)定的。為了得到濃度20%的α-和β-環(huán)糊精溶液，必須先將溶液分別加熱至約50℃和約80℃。在α-和β-環(huán)糊精溶液冷卻后，但在測(cè)定之前，有一些環(huán)糊精結(jié)晶析出沉降在試管底部。
為了得到上表1的測(cè)定結(jié)果，通過(guò)加熱溶液而制成每種環(huán)糊精的20%溶液。然后使溶液冷卻到室溫。冷卻后測(cè)定γ-環(huán)糊精，同時(shí)，在環(huán)糊精結(jié)晶并用whatman 1號(hào)濾紙過(guò)濾出晶體后，測(cè)定α-和β-環(huán)糊精溶液的百分透射比。
由上表1可以看出，用高支鏈淀粉(90wt%以上)的淀粉所生產(chǎn)出的環(huán)糊精優(yōu)于用支鏈淀粉含量較低的淀粉生產(chǎn)出的環(huán)糊精。
為了獲得蠟質(zhì)玉米淀粉的環(huán)糊精，先制備固形物含量為30%的蠟質(zhì)玉米淀粉漿，并使之糊化，隨后，用α-淀粉酶處理液進(jìn)行液化，使之生成DE值約5的蠟質(zhì)玉米淀粉水解產(chǎn)物。然后，將該水解產(chǎn)物(30%固形物)用來(lái)源于軟化芽孢桿菌的CGT酶在60℃下處理4天。在環(huán)糊精產(chǎn)生的過(guò)程中，加入配位劑1-癸醇以得到α-環(huán)糊精，用甲苯作β-環(huán)糊精配位劑，2，3-環(huán)十二碳烯吡啶作γ-環(huán)糊精的配位劑。在用CGT酶開始處理之時(shí)，按等于反應(yīng)物體積5%的量加入上述不同種配位劑至溶劑中。要從環(huán)糊精中除去配位劑，可采用溶劑提取和蒸餾法。
對(duì)于用普通玉米淀粉制環(huán)糊精，采用與蠟質(zhì)玉米淀粉相同的方法，但淀粉漿液的固形物為15%，而不是30%。
對(duì)于用馬鈴薯淀粉制環(huán)糊精，先制備固形物含量為15%的馬鈴薯淀粉漿液，并采用與蠟質(zhì)和普通玉米淀粉相同的糊化和液化步驟處理。用來(lái)源于軟化芽桿菌的CGT酶在50-60℃處理2天，以產(chǎn)生環(huán)糊精。
應(yīng)該理解，權(quán)利要求書包括對(duì)本發(fā)明優(yōu)選方式所作的全部變化和改進(jìn)，它們均屬本發(fā)明范圍，本文選擇的優(yōu)選方式旨在詳細(xì)說(shuō)明之目的。
權(quán)利要求
1.一種生產(chǎn)環(huán)糊精的方法，所說(shuō)的環(huán)糊精加入水中后其溶液不會(huì)發(fā)生混濁，該方法包括下列步驟(a)用α-淀粉酶或酸處理支鏈淀粉含量至少為90%的淀粉，由此制出DE值小于10的淀粉水解產(chǎn)物；(b)用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶處理淀粉水解產(chǎn)物使之生成環(huán)糊精。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中淀粉來(lái)源于蠟質(zhì)玉米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶處理之前，先用炭漂白淀粉水解產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在用環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶處理之前，先用炭處理和離子交換樹脂精制淀粉水解產(chǎn)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中α-淀粉酶是細(xì)菌α-淀粉酶。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶是熱穩(wěn)定性的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中對(duì)環(huán)糊精進(jìn)行炭處理。
全文摘要
用兩步法并用支鏈淀粉含量至少為90％的淀粉生產(chǎn)一種加入到水中不會(huì)使溶液發(fā)生混濁的環(huán)糊精，首先，在α-淀粉酶或酸的作用下制備淀粉水解產(chǎn)物，第二步在環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用下生成環(huán)糊精。
文檔編號(hào)C12P19/14GK1072185SQ9210891
公開日1993年5月19日 申請(qǐng)日期1992年8月3日 優(yōu)先權(quán)日1991年11月13日
發(fā)明者謝文俊, 阿倫·赫奇斯 申請(qǐng)人:美國(guó)玉米產(chǎn)品公司