酶膜反应器制取麦芽低聚糖

任务　酶膜反应器制取麦芽低聚糖

随着膜材料的制备及应用技术的不断发展，膜分离技术已广泛应用于食品、化工、医药等各个领域。酶膜反应器是膜技术在生化反应工程领域的重要应用。

麦芽低聚糖是指麦芽三糖、麦芽六糖含量大于60%的直链低聚糖混合物，是一种新型淀粉糖。运用双酶协同作用制取麦芽低聚糖的酶膜反应连续化工艺，可提高产品质量，主要指标含量稳定在73%～77%。

一、中空纤维酶膜反应器特点

中空纤维酶膜反应器连续制备异麦芽低聚糖的方法的特征在于：①它采用中空纤维酶膜反应器双酶膜连续化系统，使用聚砜中空纤维超滤器，截留相对分子质量为10000的物质，细胞色素c截留率100%；②以淀粉为原料，用α－淀粉酶和普鲁士蓝酶（或异淀粉酶）糖化制备麦芽低聚糖，后用α－葡萄糖苷酶和真菌淀粉酶转苷制得异麦芽低聚糖。

二、生产工艺

1．酶

木薯淀粉酶：陕西高陵县车江农场，一级品；α－淀粉酶：酶活力4500U／g。异淀粉酶：酶活力6000U／g。

2．原料液准备

称取500g木薯淀粉，边搅拌边加入到盛有1000mL水的液化罐中。得到浓度为33%的淀粉浆，用5%的Na₂CO₃溶液调pH为6．2～6．3。加入5mL 5%的CaCl₂溶液（物质的量浓度在0．01mol／L左右即可）。置于85℃的恒温水浴上加热，搅拌，当浆料温度上升至淀粉糊化前适当温度（55℃）时立即加入α－淀粉酶75mg，边加热边搅拌，继续升温到液化温度（70±2）℃，时间15min，液化结束。抽取样品10mL，测得其pH值为5～6。用同样方法液化第二罐和第三罐，放入储料罐中作为补料液。

图7－2　中空纤维酶膜反应器制取麦芽低聚糖工艺流程

Ⅰ—糖化罐；Ⅱ—液化罐；Ⅲ—蠕动泵；Ⅳ—产物收集器；Ⅴ—PS中空纤维超滤器；Ⅵ—储料罐；Ⅶ—储水器；Ⅷ—压力表；
1～9—阀门；E_h—异淀粉酶；E₂—糖化α－淀粉酶；SE—底物－酶配合物；S—木薯淀粉；E₁—液化α－淀粉酶；P—产物

3．酶解

从储料罐中放出1200mL（500g淀粉配制33%浓度的淀粉浆可得到1200mL的液化液）液化液输入糖化罐，滴入0．5mol／L HCl调pH至5．8，恒温45℃，加入α－淀粉酶250mg，异淀粉酶1000mg恒温搅拌，糖化1．5h后开始循环，稳定蠕动泵压力为0．1 MPa，循环0．5h后连续补料补水。在膜循环的同时根据不同的时间用糖度计测定底物及产物的浓度，保持糖化罐中糖度在25以上，得出产品可控制其DE值在29～31之间。

4．中空纤维酶膜反应器运转过程

设备系统开始运转时，糖化罐中的酶底物进行反应，整个反心器系统木薯淀粉消耗大，部分酶被吸附在膜上，产物生成量也大，反应速度快，生成的产物通过膜分离出来。这是反应器系统的初始阶段，时间较短。

随着催化反应的进行，需要补充底物，当有新鲜底物进入时，反应过程中酶－底物的配合物及释放出来的酶开始得到再利用，产物也开始以恒定的速度生成。

当底物不断补充时，由于受酶浓度的限制，反应速度不再增加，产物在反应器运转过程中不断生成并透过膜分离出来，整个反应器系统循环往复，酶得到反复利用。

5．中空纤维超滤膜清洗

认真清洗用后的中空纤维超滤膜，并进行膜的灭菌和系统消毒，先用无菌水清洗，再用1%的NaOH清洗，用此浓度碱液把膜浸泡起来，既要灭酶又防止阻塞膜孔。