專利名稱：透性化細(xì)胞乳糖酶中空纖維生化反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種食品加工設(shè)備，特別涉及生物酶的固定化反應(yīng)設(shè)備。
用于固定化β-半乳糖苷酶的生產(chǎn)方法主要有吸附法、包埋法、戊二醛交聯(lián)法等。采用共價(jià)交聯(lián)法的固定化載體常見(jiàn)的如多孔顆粒硅膠、帶游離羥基或氨基的纖維素衍生物和環(huán)氧乙烷活化的聚丙烯化合物等；而瓊脂、海藻酸鈉、卡拉膠、聚丙烯酰胺等則是常用的包埋材料；活性炭、大孔吸附樹(shù)脂等可對(duì)酶進(jìn)行吸附固定化。
Dahlqvist等(1973)對(duì)聚丙烯酰胺包埋固定化β-半乳糖苷酶的研究表明，酶的活力回收率為65％。潘道東等研究了以卡拉膠為載體固定化β-半乳糖苷酶的一些生化特性，確定了最佳固定化條件為卡拉膠1％，酶加入量0.05％，pH6.5，攪拌時(shí)間5min。所得固定化酶的最適pH、最適溫度和最適水解乳糖濃度與游離酶相比，無(wú)顯著改變，依次分別為6.5、45℃和15％。Kaul R.等利用2％的戊二醛和蛋清交聯(lián)固定化β-半乳糖苷酶，交聯(lián)得到的固定化酶凝膠，經(jīng)冷凍干燥后可制成干酶粉末。固定化酶和游離酶的最佳pH均為6.8，但固定化酶的米氏常數(shù)Km值比游離酶高，酶經(jīng)固定化后，降低了乳糖對(duì)酶的抑制作用。固定化酶對(duì)熱、脲、γ-輻射和蛋白酶處理的穩(wěn)定性增強(qiáng)，固定化酶在分批反應(yīng)器中可重復(fù)使用。另外，中空纖維超濾膜用于固定化酶和微生物細(xì)胞較其它固定化方法具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)，近幾年來(lái)得到了廣泛的研究。Lee M.Huffman和W.JamesHarper(1982)對(duì)中空纖維超濾膜截留固定化β-半乳糖苷酶進(jìn)行了研究，他們使用的是Romicon聚砜中空纖維膜和PVC-丙烯腈中空纖維膜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同的中空纖維生化反應(yīng)器運(yùn)行方式下，酶的泄露量分別為5～40％。
利用固定化β-半乳糖苷酶分解乳糖，在美國(guó)、日本、意大利等國(guó)均開(kāi)展了廣泛的研究。如意大利的Morisi等人將由大腸桿菌和酵母菌中提取出的β-半乳糖苷酶固定在三醋酸纖維內(nèi)，穩(wěn)定性很高，連續(xù)進(jìn)行酶反應(yīng)80天以上，酶活力無(wú)明顯下降，可以用于工業(yè)上生產(chǎn)低乳糖牛奶；美國(guó)的Shamprogretti公司應(yīng)用纖維素包埋固定化酵母乳糖酶間歇處理高溫消毒牛奶獲得成功。我國(guó)對(duì)利用固定化β-半乳糖苷酶處理牛乳等方面進(jìn)行的研究較少，至今還未見(jiàn)有成功利用固定化β-半乳糖苷酶進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)低乳糖乳制品的報(bào)道?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)僅有安徽省淮南乳品廠與復(fù)旦大學(xué)合作，利用乳酸克魯維酵母源的乳糖酶提取物，用直接添加酶制劑法生產(chǎn)數(shù)量有限的低乳糖奶粉，但其產(chǎn)品因添加的粗酶液易出現(xiàn)沉淀和增加雜質(zhì)度等缺陷；另外，這種方法乳糖酶無(wú)法重復(fù)利用，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)低乳糖酶制品。隨著我國(guó)乳品工業(yè)的發(fā)展，在我國(guó)急需開(kāi)展β-半乳糖苷酶的固定化的研制工作，以滿足人們對(duì)低乳糖乳制品的需求。
本實(shí)用新型的目的是提供一種科學(xué)的新型透性化細(xì)胞乳糖酶專用生產(chǎn)設(shè)備—中空纖維生化反應(yīng)器，利用該反應(yīng)器的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)低乳糖酶制品。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的一種透性化細(xì)胞乳糖酶反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器由攪拌機(jī)1、保溫缸2、衛(wèi)生泵3和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4構(gòu)成，攪拌機(jī)1位于保溫缸2內(nèi)，衛(wèi)生泵3通過(guò)管道將保溫缸2和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4相連。
中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4由纖維外室壁5、透性化乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶6、纖維內(nèi)室7和中空纖維超濾膜8構(gòu)成。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果為利用本實(shí)用新型的中空纖維截留法固定化透性化細(xì)胞乳糖酶反應(yīng)器，操作簡(jiǎn)單，酶活力回收率高達(dá)99.98％，基本不存在包埋損失。所設(shè)計(jì)制造的中空纖維生化反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中酶的穩(wěn)定性較高，半衰期為859.2小時(shí)。利用該中空纖維生化反應(yīng)器生產(chǎn)乳糖水解乳，生產(chǎn)周期短(在優(yōu)化工藝條件下，2小時(shí)即可完成對(duì)一批產(chǎn)品的水解)，反應(yīng)結(jié)束時(shí)底物(牛乳、脫脂乳或乳清)的各項(xiàng)微生物指標(biāo)(細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌)不會(huì)產(chǎn)生大的變化，使產(chǎn)品質(zhì)量得以保證，由于這種方法使得透性化乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶的利用率可大大提高，因而用其生產(chǎn)低乳糖乳制品時(shí)，可使消耗的酶的成本較添加法生產(chǎn)降低至其1/859.2，從而保證了低乳糖乳制品在參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。


圖1為透性化細(xì)胞乳糖酶中空纖維生化反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖圖2為中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱結(jié)構(gòu)示意
圖1攪拌機(jī)、2保溫缸、3衛(wèi)生泵、4中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱、5纖維外室壁、6透性化乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶、7纖維內(nèi)室、8中空纖維超濾膜。
以下結(jié)合附圖敘述本實(shí)用新型的實(shí)施例本實(shí)用新型是根據(jù)透性化乳酸乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶的特點(diǎn)，結(jié)合膜生物技術(shù)，設(shè)計(jì)制造出一種可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化生產(chǎn)低乳糖乳的中空纖維膜酶生化反應(yīng)器。
反應(yīng)器的制造為
如附
圖1、2所示，利用水處理用內(nèi)壓式中空纖維超濾柱，適當(dāng)改裝，所用的中空纖維超濾膜的截留分子量為10000，將干酶用10倍無(wú)菌水復(fù)原后，置于纖維膜的外側(cè)，當(dāng)?shù)孜?牛乳、脫脂乳或乳清等)從中空纖維中流過(guò)時(shí)，其中小分子的乳糖就擴(kuò)散到外室中，與外室中的透性化乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶接觸，被水解為葡萄糖和半乳糖，而水解過(guò)程中外室中的酶始終與奶(除小分子成分外)隔離。
反應(yīng)器主要構(gòu)件為本實(shí)用新型的反應(yīng)器由攪拌機(jī)1、保溫缸2、衛(wèi)生泵3和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4構(gòu)成，攪拌機(jī)1位于保溫缸2內(nèi)，衛(wèi)生泵3通過(guò)管道將保溫缸2和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4相連。
中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4由纖維外室壁5、透性化乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶6、纖維內(nèi)室7和中空纖維超濾膜8構(gòu)成。
攪拌機(jī)1和保溫缸2(0.5噸)由安達(dá)乳機(jī)廠生產(chǎn)。衛(wèi)生泵3(0.5噸/小時(shí))，從食品機(jī)械市場(chǎng)均可購(gòu)買。中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4由山東膜天集團(tuán)生產(chǎn)，最大流量0.5噸/小時(shí)，內(nèi)壓式。
操作方法為將底物(脫脂乳、乳清等)以19.44～25.31L/h的流速通過(guò)中空纖維內(nèi)室，操作溫度32.12～34.23℃，酶用量為2.66～3.04‰，時(shí)間約2小時(shí)。
利用本實(shí)用新型生產(chǎn)低乳糖嬰兒奶粉為原料乳經(jīng)凈乳機(jī)離心凈乳后，預(yù)熱到40℃左右用奶油分離機(jī)分離稀奶油，脫脂乳巴氏殺菌后冷卻至33℃左右流入中空纖維膜酶生化反應(yīng)器中，降解乳糖；乳清粉經(jīng)復(fù)原、巴氏殺菌、冷卻后也流入反應(yīng)器中降解乳糖，達(dá)到所需水解率后將各種原料配合，然后采用20Mpa壓力均質(zhì)，二次殺菌(91℃24秒)，雙效濃縮(濃縮溫度為一效74℃、二效48℃)，噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度145℃、排風(fēng)溫度80℃)得成品。
利用本發(fā)明生產(chǎn)低乳糖消毒奶及其它乳飲料為原料乳經(jīng)凈乳機(jī)離心凈乳后，預(yù)熱到40℃左右用奶油分離機(jī)分離稀奶油，脫脂乳巴氏殺菌后冷卻至33℃左右流入中空纖維膜酶生化反應(yīng)器中，降解乳糖，達(dá)到所需水解率后將各種原料配合，然后采用20Mpa壓力均質(zhì)，二次殺菌(91℃24秒)后灌裝即得成品。
注操作要點(diǎn)(1)原料乳遵照GB6914-89鮮乳收購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(2)其配方按嬰兒配方II(S-2)進(jìn)行，其中主要原料為鮮牛乳1900kg，乳清粉475kg，配合時(shí)再加入必要的油脂、維生素及微量元素等。
權(quán)利要求1.一種透性化細(xì)胞乳糖酶生化反應(yīng)器，其特征在于該反應(yīng)器由攪拌機(jī)1、保溫缸2、衛(wèi)生泵3和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4構(gòu)成，攪拌機(jī)1位于保溫缸2內(nèi)，衛(wèi)生泵3通過(guò)管道將保溫缸2和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4由纖維外室壁5、透性化乳酸克魯維酵母細(xì)胞乳糖酶6、纖維內(nèi)室7和中空纖維超濾膜8構(gòu)成。
專利摘要一種透性化細(xì)胞乳糖酶反應(yīng)器,由攪拌機(jī)1、保溫缸2、衛(wèi)生泵3和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4構(gòu)成,攪拌機(jī)1位于保溫缸2內(nèi),衛(wèi)生泵3通過(guò)管道將保溫缸2和中空纖維膜酶生化反應(yīng)柱4相連。該反應(yīng)器具有生產(chǎn)周期短,操作簡(jiǎn)單,酶活力回收率高達(dá)99.98%,酶的穩(wěn)定性較高,半衰期為859.2小時(shí);且該反應(yīng)器可使消耗的酶的成本較添加法生產(chǎn)降低至其1/859.2。
文檔編號(hào)C12M1/40GK2362866SQ99204650
公開(kāi)日2000年2月9日 申請(qǐng)日期1999年2月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月11日
發(fā)明者駱承庠, 陳鐵濤 申請(qǐng)人:中國(guó)牧工商(集團(tuán))總公司