壳寡糖是一种具有独特生理活性的低聚糖,在食品、医药、农业和环保等领域有着广泛的应用价值。酶法制备壳寡糖是一种理想的制备方法,但目前酶法制备壳寡糖的底物浓度普遍较低,一般不超过5%,这使得酶解、分离纯化、浓缩以及干燥的成本较高,影响了壳寡糖酶法生产的工业化。为此,本论文研究了高底物浓度条件下生产壳寡糖的工艺,对酶法生产壳寡糖具有一定的理论和现实意义。主要研究内容如下:
为了提高酶解体系中底物的浓度,采用高剪切分散机对壳聚糖进行了促溶和增溶处理,将底物浓度提高到了10%以上,降低了壳寡糖酶法生产的能耗水平和生产成本。通过考察温度、pH、酶的添加量、酶解时间及底物浓度对酶解的影响,确定了高底物浓度条件下酶法制备壳寡糖的最适条件:温度45℃,pH4.5,酶的最适添加量8U/g,底物浓度<10%,酶解时间6h。
研究了高物料浓度条件下壳寡糖的分离纯化,采用截留分子量10kDa的超滤膜对壳寡糖进行分级,得到了最适的操作参数:操作压力0.25MPa～0.3MPa,操作温度室温,料液固形物含量5%～10%。通过静态吸附试验和动态吸附试验,研究了717阴离子交换树脂的脱酸工艺,结果表明:717阴离子交换树脂能迅速脱除酶解液中的残留醋酸,并有一定的脱色作用,脱色率达47.4%,动态吸附试验的最适上样流速为2BV/h,上样量8BV时吸附出现泄漏。
优化了壳寡糖的喷雾干燥工艺,并将喷雾干燥与冷冻干燥、真空干燥和热风干燥进行了比较。喷雾干燥的最佳工艺参数为:固形物含量25%～30%,进风温度180℃,进料速度55mL/min。喷雾干燥产品的色泽、溶解性、还原糖、总糖、游离氨基含量和抗氧化活性等各项指标均较接近冷冻干燥,但能耗远低于冷冻干燥,较适合工业化生产。
进行了20L规模的放大实验,结果表明:产品得率达66.5%,比低浓度条件下的制备工艺提高了16%以上,产品的质量较好。将酶法和化学法制备的壳寡糖的还原性、氨基含量、抑菌性和化学结构等方面进行了比较,结果表明:酶法制备的壳寡糖的各项指标均优于化学方法。提出了酶法制备的壳寡糖的质量标准,并将还原糖、游离氨基和单糖含量作为其关键技术指标。
