微波—酶法从野皂荚胶制备半乳甘露低聚糖技术研究

论文摘要

半乳甘露低聚糖（Galacto-mannan-oligosaccharides,GMOS）是半乳甘露聚糖的不完全降解产物。它能显著增进人体肠道内以双歧杆菌为代表的有益菌的增殖,且具有减少动物肠道病原菌、增强免疫、提高肠黏膜功能等多种特性。本文利用微波结合酶法降解野皂荚胶来制备半乳甘露低聚糖,并从工业化角度进行了分离提取。主要研究内容如下:通过微波作用和β-甘露聚糖酶联合降解野皂荚多糖胶以降低体系粘度,研究制备半乳甘露低聚糖的工艺条件以及水解产物中寡糖的组成和工业化生产条件。通过1、4、6、8和24小时的水解,分别得到五种野皂荚胶的水解产物。它们的还原能力以D-甘露糖当量计依次是——6.02%、13.05%、15.61%、17.55%、19.42%,野皂荚分子发生了显著降解,产生出许多还原性末端。通过每半小时测定运动粘度来研究水解进程,发现在初始一小时内反应进行迅速。在最初5min,运动粘度从2250cps（未水解野皂荚胶）下降到165cps（下降了92.6%）。在1h后,下降到74cps,12h后降至6cps。反应时间和温度对酶解过程影响较大,而pH的影响相对较小。通过正交试验确定了酶法制备半乳甘露低聚糖的最佳工艺,即底物浓度2.0%,加酶量20U/g,水解温度65℃,反应体系pH 7.0,水解时间8h。水解液平均聚合度为5.6,TLC检测,水解产物主要为二糖以上的寡糖。采用微波与强氧化剂、KOH的耦合对野皂荚胶进行预处理使其粘度下降,野皂荚分子链初步断裂。这种创新的预处理方法可大大提高酶解的底物浓度,以实现半乳甘露低聚糖的工业化生产。通过正交实验确定了微波预处理的优化方案,即KOH添加量为野皂荚多糖胶的1.5%,H2O2添加量为多糖胶的20%,并加入水15%。单批处理20g胶粉,适宜的微波功率为320W,微波作用时间为3min。经过微波处理用于酶解的浓度由原来的2%提高到10%以上。通过采用毛细管粘度计和高效凝胶过滤色谱（HPLC）对用微波预处理的野皂荚胶水解产物的相对分子质量分布及寡糖含量进行测定。结果表明,处理之后,底物的粘均相对分子量由最初的的206000Da降解到20903Da,水解到24h降至1040Da,平均聚合度为5.6。半乳甘露低聚糖相对含量为73.8%,单糖占26.23%,其低聚糖含量比直接酶解的产物提高了4.3%。通过与乙醇提取和活性炭柱层析的比较,最终确定了以超滤耦合纳滤的技术实现工业化生产。经过处理,它使较大分子的低聚糖被滤出,同时低分子寡糖得到富集,且脱盐率达到95.6%,半乳甘露低聚糖的纯度达到95.5%。达到分离、纯化、脱盐、浓缩的目的。醇提并没有有效的提高低聚糖的纯度,而且无机盐无法同时去除,仍需要通过其他设备脱盐。活性炭柱对低聚糖的分离效果突出,结果表明它把半乳甘露低聚糖分离成2～3个糖组分的级分,再用HPLC便可制得单一组分纯品,为低聚糖的结构与功能分析提供纯品。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 半乳甘露聚糖研究概况
• 1.1 野皂荚资源概况
• 1.2 野皂荚半乳甘露聚糖的结构特征
• 1.3 野皂荚半乳甘露聚糖的理化性质
• 1.3.1 粘度特性
• 1.3.2 反应活性
• 2 半乳甘露低聚糖研发现状
• 2.1 半乳甘露低聚糖的生理活性
• 2.2 国内外研究概况和产业现状
• 2.3 半乳甘露低聚糖的理化特性
• 2.3.1 分子量其及分子量分布
• 2.3.2 粘度
• 3 半乳甘露低聚糖制备工艺概述
• 3.1 GMOS酶法制备工艺
• 3.2 GMOS的物化法制备
• 4 半乳甘露低聚糖的分离和精制
• 4.1 质谱及色质联用
• 4.2 柱层析、薄板层析及凝胶层析
• 4.3 毛细管电泳（CE）法
• 4.4 膜分离技术
• 5 选题意义和研究内容
• 第二章 野皂荚胶酶法制备半乳甘露低聚糖的研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 主要试剂
• 1.3 主要仪器
• 1.4 实验方法
• 1.4.1 还原糖浓度的测定
• 1.4.2 还原性末端糖基（Terminal Saccharide Residues,TSR）测定
• 1.4.3 平均聚合度（P）的计算
• 1.4.4 β-甘露聚糖酶活力测定
• 1.4.5 粘度的测定
• 1.4.6 水解野皂荚胶的单因素试验
• 1.4.7 正交试验对水解条件的优化
• 1.4.8 酶解液的薄板层析（TLC）
• 1.4.9 酶解液的高效液相色谱分析
• 2 结果与讨论
• 2.1 酶法降粘
• 2.2 野皂荚胶酶解的单因素实验
• 2.2.1 不同加酶量对底物水解的影响
• 2.2.2 不同反应温度对底物水解的影响
• 2.2.3 不同底物浓度对底物水解的影响
• 2.2.4 不同pH对底物水解的影响
• 2.3 野皂荚胶酶解正交实验
• 2.4 反应时间对TSR及水解液组份的影响
• 2.5 水解液TLC图谱解析和寡糖的糖基构成预测
• 2.6 水解液的HPLC分析
• 3 结论
• 第三章 野皂荚多糖胶的微波预处理研究
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 仪器
• 1.3 野皂荚多糖胶的热降解
• 1.4 微波降粘条件的研究
• 1.4.1 微波降粘的初步条件筛选
• 1.4.2 湿法微波降解与干法微波降解的比较
• 1.4.3 微波降粘的特性研究
• 1.4.4 正交试验对微波降粘条件的优化
• 1.4.5 粘均相对分子量的测定
• 1.4.6 TLC检测
• 1.4.7 高效液相色谱法测定半乳甘露低聚糖
• 2 结果与讨论
• 2.1 预处理方法比较及条件初步筛选
• 2.1.1 普通热处理降粘
• 2.1.2 微波预降粘
• 2.1.3 物料体系含湿量选择
• 2.2 微波降粘条件及对酶解效果的影响
• 2.3.1 KOH添加量
• 2O₂的适宜用量'>2.3.2 H₂O₂的适宜用量
• 2.3.3 微波功率
• 2.3.4 微波预处理时间
• 2.3.5 微波预处理条件优化
• 2.4 粘均相对分子量的测定
• 2.5 TLC检测图谱
• 2.6 微波预处理体系的HPLC色谱分析结果
• 3 结论
• 第四章 半乳甘露低聚糖小试制备工艺和及产品组成分析
• 1 材料与方法
• 1.1 原料和试剂
• 1.2 仪器
• 1.3 半乳甘露低聚糖的小试制备工艺
• 1.4 水解液的超滤
• 1.5 超滤清液的纳滤技术
• 1.6 乙醇浸提纯化比较实验
• 1.7 半乳甘露低聚糖活性炭柱分离
• 1.8 电导率的测定
• 1.9 TLC检测
• 1.10 高效液相色谱法测定半乳甘露低聚糖
• 2 结果与讨论
• 2.1 半乳甘露低聚糖的小试制备工艺
• 2.2 膜法对水解液的分离和精制
• 2.2.1 水解液的超滤分离
• 2.2.2 水解液的超滤脱盐和浓缩
• 2.3 超滤及纳滤分离组分的HPLC检测
• 2.4 不同浓度乙醇对GMOS组分的沉淀
• 2.5 半乳甘露低聚糖活性炭柱的分离
• 2.6 活性炭柱分离峰的HPLC检测
• 2.6.1 峰2的HPLC分析
• 2.6.2 峰3的HPLC分析
• 2.6.3 峰4的HPLC分析
• 2.6.4 峰5的HPLC分析
• 3 结论
• 全文结论
• 文章创新点
• 参考文献
• 致谢
• 附硕士期间发表论文