專利名稱：以魔芋精粉為原料生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以魔芋精粉為原料一步制造天然表面活性劑——脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的生物化學(xué)技術(shù)。
脂酰葡甘聚糖醛酸鈉是一種安全性極高的多功能天然表面活性劑，具有良好的增稠、保濕、持水、保型、成膜和乳化作用，良好的耐高溫、耐堿及凍融穩(wěn)定性，因而可用于制藥、食品、陶瓷、鑄造、建筑及化學(xué)工業(yè)中，作界面活性劑使用。魔芋(Amorphophallas Konjac)中的主要成分葡甘聚糖(Konjacmannan)含量達(dá)50％,1噸魔芋可生產(chǎn)0.7噸魔芋精粉，魔芋精粉中葡甘聚糖(Konjac Glncomannan簡(jiǎn)稱KGM)占80％以上，其次還含有淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)、游離還原糖等。研究證明，魔芋葡甘聚糖具有減肥作用，對(duì)血清膽固醇，肝膽固醇和中性脂肪的上升有明顯的抑制作，并且調(diào)節(jié)代謝正常化和增強(qiáng)免疫功能，被廣泛應(yīng)用于保健食品和醫(yī)藥上作強(qiáng)化劑，應(yīng)用現(xiàn)代生物化工技術(shù)將魔芋精粉進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為新型表面活性劑，對(duì)開發(fā)魔芋資源具有重要意義。
本發(fā)明的目的是提供一種以魔芋精粉為原料生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)路線是先將魔芋精粉進(jìn)行酶解醇洗予處理，然后酸解氧化制成低聚葡甘聚糖醛酸，在催化劑存在下酯化成脂酰葡甘聚糖醛酸，再用堿中和制成脂酰葡甘聚糖醛酸鈉產(chǎn)品。其反應(yīng)原理是
式中n葡萄糖∶甘露糖的摩爾比1∶2m纖維素酶酶解分支度K酸解常數(shù)R:-COH35C17具體工藝步驟是1、魔芋精粉加入其體積10倍體積以上的含2％吐溫80的0.2M醋酸-酯酸鈉緩沖液、或者滅菌生理鹽水，再加入纖維素酶(Ec3.2.1.4)配成酶活500-1500n，于40℃下攪拌酶解3小時(shí)，然后加入酶解液等體積的95％酒精漂洗過濾去雜質(zhì)，得脫支魔芋葡甘聚糖過濾物備用，或者再將濾餅用80％和無水酒精脫水干燥得干粉備用；2、往1所得脫支魔芋葡甘聚糖中加入其體積10-20倍體積的4.2％-13.0％HCl溶液，并加入同HCl溶液體積的5％H2O2，在40-70℃酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸；3、往2所得魔芋葡甘聚糖醛酸中加入硬脂酸C17H35COOH，其加入量是魔芋葡甘聚糖醛酸與硬脂酸重量比為1∶2，并加入催化劑H2SO4，催化劑H2SO4量為硬脂酸重量的1.5％-3.0％，在50-90℃攪拌酯化蒸干水分；4、酯化反應(yīng)終止時(shí)，加入NaOH溶液中和酸液至PH7.0-8.0，加去離子水，在70±5℃攪拌乳化3小時(shí)以上，配成含固量10％的乳劑脂酰葡甘聚糖醛鈉產(chǎn)品。
魔芋精粉酶解、醇洗、干燥的優(yōu)選條件是魔芋精粉加入其體積10倍體積的含2％吐溫80PH5.5-6.0的0.2M醋酸-醋酸鈉緩沖液或者滅菌生理鹽水，加入纖維素酶Ec3.2.1.4配成酶活500n，在40℃下攪拌反應(yīng)大于3小時(shí)酶解。加入酶解液等體積的95％酒精洗滌過濾，過濾的濾餅用80％和無水酒精在40℃下攪拌脫水、過濾棄去濾液，于70℃干燥箱內(nèi)干燥，得脫支魔芋葡甘聚糖干粉。
脫支魔芋葡甘聚糖酸解、氧化的優(yōu)選條件是脫支魔芋葡甘聚糖中加入其體積10倍體積的5％HCl溶液，并徐徐(如滴加)加入同HCl溶液體積相等的5％H2O2，在70℃下攪拌3小時(shí)以內(nèi)酸解氧化、魔芋葡甘聚糖酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸。
魔芋葡甘聚糖醛酸酯化的優(yōu)選條件是，魔芋葡甘聚糖醛酸加硬脂酸C17H35COOH后，徐徐加入硬脂酸重量1.5％的催化劑H2SO4，在70℃下攪拌酯化蒸干為止。
用本發(fā)明的方法，魔芋精粉經(jīng)酶解醇洗脫水干燥后的脫支魔芋葡甘聚糖得率達(dá)80％-90％，酸解氧化為低聚魔芋葡甘聚糖醛酸的得率在90％以上，酯化中和后可得含固形物10％的乳劑脂酰葡甘聚糖醛酸鈉成品。其HLR值約9.0，可以配制O/W和W/O型乳濁液，是一種通用型的表面活性劑，其工藝簡(jiǎn)單、操作方便、經(jīng)濟(jì)。
實(shí)施例1魔芋精粉加纖維素酶的酶解試驗(yàn)在5升三頸燒瓶中，按魔芋KGM與0.2M醋酸-醋酸鈉(PH5.5-6.0)緩沖液的體積比為1∶10投料，分別添加纖維素酶Ec3.2.1.4，配成酶活500n,1000n、1500n、恒溫40℃、以500r/mln的速度攪拌、間隔15分鐘攪拌1分鐘，各處理1-5小時(shí)，檢測(cè)其粘度(CP)、還原糖mg/ml量，結(jié)果見

圖1(圖1是不同纖維素酶活力酶解KGM特性的比較曲線圖)從圖1可以看出，加入不同酶活力單位(n)纖維素酶，魔芋甘聚糖的粘度都有明顯地下降，酶活力越高，魔芋葡甘聚糖的粘度下降越快，所用時(shí)間越短，而還原糖含量越高。酶活1500n粘度下降為1000CP以下需1.2小時(shí)，但還原糖升高達(dá)20mg/ml。酶活1000n時(shí)，粘度下降為1000CP以下需1.8小時(shí)，還原糖上升到17.5mg/ml。只有酶活500n時(shí)，粘度下降為1000CP時(shí)需3小時(shí)，還原糖最少為12.3mg/ml，故選酶活500n、反應(yīng)3小時(shí)可以達(dá)到降低KGM粘度和酶解還原糖的雙重目的，同時(shí)也是最經(jīng)濟(jì)有效的酶解KGM脫支途徑。
實(shí)施例2，魔芋葡甘聚糖酸解與氧化試驗(yàn)用濃度5％HCl酸解，以H2O2為氧化劑，采用正交法、設(shè)計(jì)七因素，二個(gè)位級(jí)見(表1)，按L8(27)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(見表2)以低聚KGM醛酸轉(zhuǎn)化率為指標(biāo)進(jìn)行比較分析。從表2結(jié)果可以看出，K1和K2的大小反應(yīng)了該因素二個(gè)位級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)化率影響的強(qiáng)弱，極差R則判定了各因素二位級(jí)對(duì)轉(zhuǎn)化率影響的總體效應(yīng)，可見對(duì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率影響較大的為6號(hào)試驗(yàn)。其因素是HCl、H2O2體系中的水、反應(yīng)溫度、加酸和氧化劑方式，在這四人因素中可形成較確定的結(jié)論是HCl、H2O2體系中有水、采用滴加H2O2方式對(duì)轉(zhuǎn)化率提高有利、溫度70℃反應(yīng)5小時(shí)比在40℃反應(yīng)10小時(shí)對(duì)提高轉(zhuǎn)化率有利。
其中氧化成醛酸的含量用硫酸-卡唑顏色反應(yīng)法測(cè)定。
實(shí)施例3，低聚魔芋葡甘聚糖醛酸的酯化試驗(yàn)為了同步找出較優(yōu)工藝條件，對(duì)魔芋葡甘聚糖酸解氧化試驗(yàn)因素直觀分析，其中魔芋葡甘聚糖用量，鹽酸用量和反應(yīng)溫度變化可認(rèn)為無影響。在安排酯化試驗(yàn)時(shí)，即可把KGM用量、酸解酸用量、反應(yīng)溫度固定在一個(gè)水平，搜索其他因素的影響，以酯化反應(yīng)效率(R、E)％為指標(biāo)進(jìn)行比較分析，找出酯化時(shí)間、酯化催化劑用量、硬脂酸用量比與恒定酯化溫度因素的影響，分三位級(jí)(見表3)按L9(34)正交進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(見表4)，表中酯化反應(yīng)效率是按20mg硬脂酸為標(biāo)準(zhǔn)算出的酯化容量進(jìn)行換算的結(jié)果。
從表4中結(jié)果看出最佳工藝條件是A2、B3、C2、D2即硬脂酸用量42.06mg/100ml，反應(yīng)時(shí)間3小時(shí)、催化劑H2SO4用量為0.6ml、反應(yīng)溫度70℃。通過KGM酸解、氧化的低聚KGM醛酸實(shí)際得率換算，即KGM與硬脂酸的質(zhì)量比為1∶2(重量比)，添加硬脂酸質(zhì)量的1.5％H2SO4作催化劑，反應(yīng)3小時(shí)以上，其酯化反應(yīng)效率可達(dá)95％以上。
實(shí)施例4-7在10升反應(yīng)釜中，按前述方法及配比投入經(jīng)酶解醇洗予處理的魔芋KGM∶5％鹽酸∶5％過氧化氫=1∶10∶10(體積)，加熱恒溫70℃、攪拌酸解氧化5小時(shí)后，補(bǔ)加硬脂酸、催化劑H2SO4，其量為KGM醛酸(按得率折算)與硬脂酸重量比為1∶2,H2SO4量為硬脂酸1.5％、攪拌酯化3小時(shí)后，緩慢加入6MNaOH溶液中和至PH7.0，加去離子水配成固體含量10％左右的脂酰葡甘聚糖醛酸鈉乳液產(chǎn)品，其結(jié)果見表5，其質(zhì)量檢測(cè)平均數(shù)據(jù)是外觀乳白色乳液，酯值163，酸值58，總糖46.2％、含鈉量7.8％、砷≤3mg/kg、重金屬以Pb計(jì)≤10mg/kg，固體含量10.73％。
實(shí)施例8稱取酶解醇洗魔芋葡甘聚糖干粉(不含水)100g、加入5％HCl溶液1000ml、于10升反應(yīng)釜中，恒溫70℃，以1500r/mln速度攪拌，同時(shí)滴加H2O2150ml，反應(yīng)3小時(shí)，補(bǔ)加200g硬酯酸鈉及滴加4ml濃硫酸、繼續(xù)保溫?cái)嚢?小時(shí)蒸干后，用6M NaOH中和至PH7.0，并補(bǔ)加1800ml去離子水?dāng)嚢?小時(shí)，可制成脂酰葡甘聚糖醛酸鈉乳劑3kg。
實(shí)施例9取酶解醇洗魔芋葡甘聚糖溶膠(為離心產(chǎn)物含水份60％)1kg，加濃鹽酸90ml于10升反應(yīng)釜中，恒溫70℃，以1500r/mln速度攪拌，同時(shí)滴加195ml H2O2反應(yīng)3小時(shí)，補(bǔ)加800g硬脂酸及75ml濃硫酸，去離子水700ml，繼續(xù)保溫?cái)嚢?小時(shí)蒸干后，用6M NaOH中和至PH7.0，補(bǔ)加8.7kg去離子水，保溫?cái)嚢?小時(shí)，即制成脂酰葡甘聚糖醛酸鈉乳劑12kg。
實(shí)施例10稱取酶解酯洗魔芋葡甘聚糖未干燥顆粒(過濾濾瓶，含水10％)100g，加入5％HCl溶液890ml，于10升反應(yīng)釜中，恒溫70℃，以1500r/mln速度攪拌，同時(shí)滴加135ml H2O2，反應(yīng)3小時(shí)，補(bǔ)加180g硬脂酸及2.7ml濃硫酸，繼續(xù)保溫2小時(shí)蒸干后，用6MNaOH中和至PH7.0后，補(bǔ)加1600ml去離子水，保溫?cái)嚢?小時(shí)，即可制成脂酰葡甘聚糖醛酸鈉乳劑2.6kg。
表1魔芋KGM酸解與氧化因素位級(jí)表
<p><p>表2 L8(2T)KGM酸解、氧化結(jié)果
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表4 L9(34)酯化KGM醛酸的試驗(yàn)結(jié)果
表5從魔芋KGM制脂酰葡甘聚糖醛酸的結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種以魔芋精粉為原料生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是步驟如下(1)魔芋精粉加入其體積10倍體積以上的含2％吐溫80的0.2M醋酸-醋酸鈉緩沖液、或者滅菌生理鹽水，再加入纖維素酶(Ec3、2、1、4)配成酶活500-1500n，于40℃下攪拌酶解3小時(shí)，然后加入酶解液等體積的95％酒精漂洗過濾去雜質(zhì)，得脫支魔芋葡甘聚糖過濾物備用，或者再將濾餅用80％和無水酒精脫水干燥得干粉備用；(2)往(1)所得脫支魔芋葡甘聚糖中加入其體積10-20倍體積的4.2％-13.0％HCl溶液，并加入同HCl溶液體積的5％H2O2，在40-70℃酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸；(3)往(2)所得魔芋葡甘聚糖醛酸中加入硬脂酸C17H35COOH，其加入量是魔芋葡甘聚糖醛酸與硬脂酸重量比為1∶2，并加入催化劑H2SO4，催化劑H2SO4量為硬脂酸重量的1.5％-3.0％，在50-90℃攪拌酯化蒸干水分；(4)酯化反應(yīng)終止時(shí)，加入NaOH溶液中和酸液至PH7.0-8.0，加去離子水，在70±5℃攪拌乳化3小時(shí)以上，配成含固量10％的乳劑脂酰葡甘聚糖醛鈉產(chǎn)品。
2.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是魔芋精粉加入其體積10倍體積的2％吐溫80PH5.5-6.0的0.2M醋酸-醋酸鈉緩沖液，或者滅菌生理鹽水。加入纖維素酶Ec3.2.1.4配成酶活500n，在40℃下每攪拌酶解反應(yīng)大于3小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1、2所述的生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是酶解完的酶解液加入其等體積的95％酒精，在40±2℃下攪拌漂洗過濾去雜。
4.如權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是魔芋精粉酶解漂洗過濾去雜質(zhì)的濾餅用80％和無水酒精在40℃下攪拌脫水，過濾棄去濾液，于70℃干燥箱內(nèi)干燥，得脫支魔芋葡甘聚糖干粉。
5.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是脫支魔芋葡甘聚糖，加入其體積10倍體積的5％HCl溶液，并加入同HCl溶液體積相等的5％H2O2，在70℃下攪拌3小時(shí)以內(nèi)酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸。
6.如權(quán)利要求1或5所述的生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是5％H2O2的加入采用徐徐加入方式。
7.如權(quán)利要求1所述的生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法，其特征是魔芋葡甘聚糖醛酸加硬酯酸后，徐徐加入硬脂酸重量1.5％的催化劑H2SO4，在70℃下攪拌酯化蒸干為止。
全文摘要
一種以魔芋精粉為原料生產(chǎn)脂酰葡甘聚糖醛酸鈉的方法。該方法將魔芋精粉經(jīng)酶解醇洗預(yù)處理得到的魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan簡(jiǎn)稱KGM),與4.2%—13.0%HCl溶液按體積比為1∶10—20,并徐徐加入同HCl溶液體積的5%H
文檔編號(hào)C08B37/00GK1218055SQ9812162
公開日1999年6月2日 申請(qǐng)日期1998年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月6日
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