本发明涉及海藻糖生产领域，具体涉及一种海藻糖的生产及其监控方法。
背景技术：
：海藻糖是由两个葡萄糖分子以1,1-糖苷键构成的非还原性糖，海藻糖能在高温、高寒、高渗透压及干燥失水等恶劣环境条件下在细胞表面形成独特的保护膜，有效地保护蛋白质分子不变性失活，从而维持生命体的生命过程和生物特征，因其对生物活性物质具有的这种非特异性保护作用，海藻糖在科学界素有“生命之糖”的美誉。同时海藻糖所具有的低吸湿性、保水性、耐热耐酸性及着色性，使其能广泛应用于食品、医药和化妆品等众多行业。海藻糖的生产方法有天然生物提取法、微生物发酵法、化学合成法、基因工程法和酶转化法。目前工业化生产基本采用酶转化法，又分单酶法和双酶法；在双酶法生产海藻糖的过程中，淀粉液化液的de值、麦芽寡糖基海藻糖水解酶和麦芽寡糖基海藻糖合成酶的特性以及反应过程中ph和温度等条件决定了海藻糖的转化率，现如今企业生产海藻糖一般采用国标中的斐林试剂法测定淀粉de值，采用hplc法来测定反应过程中海藻糖的含量，通过人为检测，耗时长，难以得到实时的生产数据，也不能及时对生产条件作出调整以控制工艺流程，难以及时并且准确的掌握生产情况，所以通过本发明的监控方法通过在生产流程使用的设备上安装监控系统，先取样建立出校正模型，再将模型应用于实际生产，既能迅速准确的测定生产过程中重要的工艺参数，还能通过建立的模型对液化程度、ph、温度等重要生产条件进行快速调整，将ph、温度稳定在酶活最适范围内，测定的结果准确可靠，还能提高淀粉对海藻糖的转化率，在海藻糖的实际生产中具有十分可观的利用价值。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种海藻糖的生产及其监控方法，为实现上述目的，本发明首先提供一种海藻糖的生产方法，所述方法包含以下步骤：(1)淀粉乳的制备：淀粉加水搅拌，淀粉浆固含量控制在15％～25％；(2)制备淀粉液化液：调节ph为5.0～6.5，加入耐高温α-淀粉酶0.2～0.5l/t干淀粉，喷射温度105～110℃，保温30～50min，，制得淀粉液化液；(3)加普鲁兰酶脱支：淀粉液化液升温灭酶后调节ph至4.0～6.0，加入普鲁兰酶0.5～2.0l/t干淀粉，45～65℃下保温催化反应20～30h；(4)双酶催化生成海藻糖：调节ph，添加麦芽寡糖基海藻糖水解酶和麦芽寡糖基海藻糖合成酶进行酶转化；(5)高温灭酶：升温至85～110℃，灭酶20～30min，结束后出料，出料温度为70～80℃；(6)脱色过滤：在出料料液中加入1％的活性炭，70～80℃脱色搅拌30min，保温40min后再通过板框压滤机制备色度0.001～0.005、浊度0.005～0.01的脱色糖液；(7)离子交换：脱色糖液依次通过阳-阴-阳-阴离子交换柱，电导率小于18us/cm，ph大于5.0出料；(8)膜分离：在30～40℃下，通过膜分离得到海藻糖糖液；(9)浓缩结晶：海藻糖糖液用四效浓缩器浓缩到浓度70％～75％，得到浓糖，浓糖通过板式换热器降温进结晶机，得到结晶海藻糖；(10)干燥：用气流干燥机组干燥，一次热风温度控制在60～70℃，二次热风温度70～80℃，冷风温度低于20℃，成品海藻糖降温至35℃以下保存入库。进一步优选的，所述步骤(2)所得的淀粉液化液de值10以内。进一步优选的，所述步骤(4)催化反应温度为60～80℃，ph4.5～5.5，所加的麦芽寡糖基海藻糖水解酶和麦芽寡糖基海藻糖合成酶来自嗜酸热硫化叶菌(sulfolobusacidocaldariusatcc33909)，在转化中添加0.1mol/l的na2co3溶液调节ph。其次，本发明还提供一种生产海藻糖的监控方法，所述方法包含以下步骤：(1)为生产流程所使用的设备安装监控系统，包括：液化罐1、第一截止阀2、液化检测池3、第一光纤4、第一近红外光谱仪5、计算机6、第二截止阀7、转化罐8、第三截止阀9、催化检测池10、第二光纤11、第二近红外光谱仪12、储碱池13、第四截止阀14、压缩机15、单片机16、红外温度传感器17；(2)生产中定时取样以建立定量模型并校正：淀粉进行液化反应时按5分钟间隔取样，用斐林试剂法测定液化液的de值并通过近红外光谱仪实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，取平均光谱用于近红外建模；加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶进行催化反应时，在催化反应过程中按6分钟间隔采样，并用电子ph测试仪实时测定各样本ph值、用红外温度传感器实时测定转化罐中反应液的温度、用hplc法实时测定各样本的海藻糖含量，同时近红外光谱实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，取平均光谱用于近红外建模；通过计算分析，建立生产过程中de值定量模型、海藻糖含量变化及其与ph值变化、温度变化相关联的定量模型并校正；(3)将监控系统及校正后的模型应用于实际生产：在生产过程中，将淀粉液化液的de值控制在10以内；当反应液中海藻糖的增速下降到设定值时，调节ph稳定在麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶活力最高区间，同时调节温度稳定在麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶活力最高区间。进一步优选的，所述步骤(1)安装的监控系统中进行淀粉液化反应的液化罐1通过第一截止阀2与液化检测池3进行连接，液化检测池3通过第一光纤4与第一近红外光谱仪5相连；进行双酶催化反应的转化罐8通过第三截止阀9与催化检测池10进行连接，催化检测池10通过第二光纤11与第二近红外光谱仪12相连；同时两个近红外光谱仪连接计算机6，转化罐8与液化罐1之间安装第二截止阀7、与储碱池13之间安装第四截止阀14，转化罐8上安装的压缩机15通过单片机16与电脑6连接、安装的红外温度传感器17与电脑6连接，配置plc采用计算机6控制以上四个截止阀。进一步优选的，所述步骤(2)样品的近红外光谱采集条件为：扫描波数范围5000～10000cm-1，分辨率8cm-1，扫描次数30～100次，每个样品测定3～4次，所述高效液相色谱法测定海藻糖的色谱条件为：氨基柱ywg-nh2，5μm，5×200mm，流动相乙腈/水的体积比为75/25，流速2.0ml/min，进样量20μl，配备rid。采用本发明的监控方法，既能迅速准确的测定生产过程中重要的工艺参数，还能通过建立的校正模型对液化程度、ph、温度等重要生产条件进行快速调控，将ph、温度稳定在酶活最适范围内，测定的结果准确可靠，还能提高淀粉对海藻糖的转化率，与人工监督生产相比，本发明的方法不仅省去了检测步骤还大大缩短了反应时间，省时省力，在海藻糖的实际生产中具有十分可观的利用价值。附图说明图1是为本发明海藻糖生产所使用的设备安装监控系统结构示意图。附图标记1、液化罐；2、第一截止阀；3、液化检测池；4、第一光纤；5、第一近红外光谱仪；6、计算机；7、第二截止阀；8、转化罐；9、第三截止阀；10、催化检测池；11、第二光纤；12、第二近红外光谱仪；13、储碱池；14、第四截止阀；15、压缩机；16、单片机；17、红外温度传感器。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将对结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然本发明的保护范围并不限于下列实施例，本发明还可通过不同的实施方式加以实现或运用，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1图1所示为海藻糖生产所使用的设备安装监控系统，其包括：液化罐1、第一截止阀2、液化检测池3、第一光纤4、第一近红外光谱仪5、计算机6、第二截止阀7、转化罐8、第三截止阀9、催化检测池10、第二光纤11、第二近红外光谱仪12、储碱池13、第四截止阀14、压缩机15、单片机16、红外温度传感器17；进行淀粉液化反应的液化罐1通过第一截止阀2与液化检测池3进行连接，液化检测池4通过第一光纤4与第一近红外光谱仪5相连；进行双酶催化反应的转化罐8通过第三截止阀9与催化检测池10进行连接，催化检测池10通过第二光纤11与第二近红外光谱仪12相连；同时两个近红外光谱仪连接计算机6，转化罐8与液化罐1之间安装第二截止阀7、与储碱池13之间安装第四截止阀14，转化罐8上安装的压缩机15通过单片机16与电脑6连接、安装的红外温度传感器17与电脑6连接，配置plc采用计算机6控制以上四个截止阀。实施例2淀粉加水搅拌，淀粉浆固含量控制在20％；将淀粉浆打入液化罐1，调节ph为5.5，加入耐高温α-淀粉酶0.5l/t干淀粉，喷射温度105～110℃，保温40min，，制得淀粉液化液；在淀粉进行液化反应时按5分钟间隔取样，用斐林试剂法测定液化液的de值并通过近红外光谱仪实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，取平均光谱用于近红外建模；通过计算分析，建立生产过程中de值的定量模型并校正。实施例3取de10以内的淀粉液化液通过第二截止阀7打入转化罐8，升温灭酶后调节ph至5.0，加入普鲁兰酶1.2l/t干淀粉对糊精进行脱支，于45～65℃下保温催化反应25h。实施例4双酶催化生成海藻糖：将脱支后的液化液调节ph至5.0，添加2～4u/ml麦芽寡糖基海藻糖水解酶和2～4u/ml麦芽寡糖基海藻糖合成酶进行酶转化，催化过程分为控制ph4.5～5.5和控制反应温度70±5℃两种生产情况；转化结束后升温至85～110℃灭酶25min，结束后出料，出料温度为70～80℃；在加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶进行催化时，在反应过程中按6分钟间隔采样，并用电子ph测试仪实时测定各样本ph值、红外温度传感器17实时测定转化罐8内反应液的温度、hplc法实时测定各样本的海藻糖含量，同时近红外光谱实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，取平均光谱用于近红外建模；通过计算分析，建立催化过程中海藻糖含量变化及其与ph值变化、温度变化相关联的定量模型并校正。实施例5采用平滑、一阶导数、二阶导数等预处理方法对采集的各个样品的光谱数据进行分析处理，从而消除在进行光谱测量时引入的噪声影响，建立定量模型，再经过主成分回归分析及pls分析，剔除异常样品，借此提高所建模型的稳定性和预测能力；采用相关系数(r)和均方根误差(rmse)来评价模型的预测效果。采用如下运算公式进行预测效果的评估：注：ai为校正样品的预测值；bi为对应的参考值；ci为校正样品的均值；n为预测样品总数；m为校正样品总数。淀粉液化液de值的光谱数据经不同预处理方法得到的pls建模分析如下：通过比较无预处理、一阶微分处理、二阶微分处理以及和平滑互相组合后的建模效果，发现经过一阶微分处理后的rmsecv、rmsep值最接近于0，训练集相关系数rc以及预测集相关系数rp最接近于1，效果最优。催化反应中海藻糖含量的光谱数据经不同预处理方法得到的pls建模分析如下：预处理主成分因子rmsecvrcrmseprp无处理40.4830.93880.6340.89771d40.4750.96150.7280.98312d40.7430.89990.5690.88971d sg40.5430.98270.6430.96442d sg30.2380.99640.3670.9899通过比较无预处理、一阶微分处理、二阶微分处理以及和平滑互相组合后的建模效果，发现经过二阶微分和平滑互相组合处理后的rmsecv、rmsep值最接近于0，训练集相关系数rc以及预测集相关系数rp最接近于1，效果最优。实施例6将光谱数据经过分析处理后所建立的校正模型应用于监控系统进行淀粉液化液de值和催化反应海藻糖含量的在线监控；在淀粉液化过程中，当近红外光谱预测de≥10时停止液化反应；在催化反应过程中，设定6分钟为单位时间，当海藻糖增速下降到1.5g/l/6min时，从储碱池13通过第四截止阀14对转化罐8自动加碱，并使用电脑6通过单片机16控制压缩机15工作，提高海藻糖的增速。表1根据海藻糖含量变化调控ph及对照结果注：th为海藻糖含量采用hplc所得测定值(g/l)；tn为海藻糖含量近红外预测值(g/l)；ph为电子ph测试仪实时测定值；△ph为单位时间内ph的变化值；△tn为海藻糖近红外预测的变化值(g/l/h)。表2根据海藻糖含量变化调控温度及对照结果注：th为海藻糖含量采用hplc所得测定值(g/l)；tn为海藻糖含量近红外预测值(g/l)；温度为红外温度传感器实时测定值；△温度为单位时间内温度的变化值；△tn为海藻糖近红外预测的变化值(g/l/h)。控制ph和不调节ph的催化反应相比，海藻糖转化率(最后两个样本海藻糖含量的均值跟初始淀粉含量的比值)提高18.2％，反应时间缩短8h(表1)，精准反应温度范围和不调整温度的催化反应相比，海藻糖转化率提高19.5％，反应时间缩短8h(表2)，通过控制温度和ph，明显改进了生产效率和海藻糖转化率。实施例7催化反应结束后升温至85～110℃，灭酶20～30min，结束后出料，出料温度为70～80℃；在出料料液中加入1％的活性炭，70～80℃脱色搅拌30min，保温40min后再通过板框压滤机制备色度0.001～0.005、浊度0.005～0.01的脱色糖液；脱色糖液依次通过阳-阴-阳-阴离子交换柱后出料；在30～40℃下，通过膜分离得到海藻糖糖液；再用四效浓缩器浓缩到浓度70％～75％，得到浓糖，通过板式换热器降温进结晶机，得到结晶海藻糖；最后用气流干燥机组干燥，一次热风温度控制在60～70℃，二次热风温度70～80℃，冷风温度低于20℃，成品海藻糖降温至35℃以下保存入库。以上所述实施例仅是为充分说明本发明所举的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，本领域的技术人员在此基础上所作的修改和等同变化，仍在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种海藻糖的生产方法，包括以下步骤：
(1)淀粉乳的制备：淀粉加水搅拌，淀粉浆固含量控制在15％～25％；
(2)制备淀粉液化液：调节ph为5.0～6.5，加入耐高温α-淀粉酶0.2～0.5l/t干淀粉，喷射温度105～110℃，保温30～50min，，制得淀粉液化液；
(3)加普鲁兰酶脱支：淀粉液化液升温灭酶后调节ph至4.0～6.0，加入普鲁兰酶0.5～2.0l/t干淀粉，45～65℃下保温催化反应20～30h；
(4)双酶催化生成海藻糖：调节初始ph，添加麦芽寡糖基海藻糖水解酶和麦芽寡糖基海藻糖合成酶进行转化，转化中调节ph至双酶最适反应范围；
(5)高温灭酶：升温至85～110℃，灭酶20～30min，结束后出料，出料温度为70～80℃；
(6)脱色过滤：在出料料液中加入1％的活性炭，70～80℃脱色搅拌30min，保温40min后再通过板框压滤机制备色度0.001～0.005、浊度0.005～0.01的脱色糖液；
(7)离子交换：脱色糖液依次通过阳-阴-阳-阴离子交换柱，电导率小于18us/cm，ph大于5.0出料；
(8)膜分离：在30～40℃下，通过膜分离得到海藻糖糖液；
(9)浓缩结晶：海藻糖糖液用四效浓缩器浓缩到浓度70％～75％，得到浓糖，浓糖通过板式换热器降温进结晶机，得到结晶海藻糖；
(10)干燥：用气流干燥机组干燥，一次热风温度控制在60～70℃，二次热风温度70～80℃，冷风温度低于20℃，成品海藻糖降温至35℃以下保存入库。
2.根据权利要求1所述的一种海藻糖的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)所得的淀粉液化液de值10以内。
3.根据权利要求1所述的一种海藻糖的生产方法，其特征在于，所述步骤(4)催化反应温度为60～80℃，ph4.5～5.5，所加的麦芽寡糖基海藻糖水解酶和麦芽寡糖基海藻糖合成酶来自嗜酸热硫化叶菌(sulfolobusacidocaldariusatcc33909)，在转化中添加0.1mol/l的na2co3溶液调节ph。
4.一种生产海藻糖的监控方法，包括以下步骤：
(1)为生产流程所使用的设备安装监控系统，包括：
液化罐1、第一截止阀2、液化检测池3、第一光纤4、第一近红外光谱仪5、计算机6、第二截止阀7、转化罐8、第三截止阀9、催化检测池10、第二光纤11、第二近红外光谱仪12、储碱池13、第四截止阀14、压缩机15、单片机16、红外温度传感器17；
(2)生产中定时取样以建立定量模型并校正：
淀粉进行液化反应时按5分钟间隔取样，用斐林试剂法测定液化液的de值并通过近红外光谱仪实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，取平均光谱用于近红外建模；加入麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶进行催化反应时，在催化反应过程中按6分钟间隔采样，并用电子ph测试仪实时测定各样本ph值、用红外温度传感器实时测定转化罐中反应液的温度、用hplc法实时测定各样本的海藻糖含量，同时近红外光谱实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，取平均光谱用于近红外建模；通过计算分析，建立生产过程中de值定量模型、海藻糖含量变化及其与ph值变化、温度变化相关联的定量模型并校正；
(3)将监控系统及校正后的模型应用于实际生产：
在生产过程中，将淀粉液化液的de值控制在10以内；当反应液中海藻糖的增速下降到设定值时，调节ph稳定在麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶活力最高区间，同时调节温度稳定在麦芽寡糖基海藻糖合成酶及麦芽寡糖基海藻糖水解酶活力最高区间。
5.根据权利要求4所述的一种生产海藻糖的监控方法，其特征在于，所述步骤(1)安装的监控系统中进行淀粉液化反应的液化罐1通过第一截止阀2与液化检测池3进行连接，液化检测池3通过第一光纤4与第一近红外光谱仪5相连；进行双酶催化反应的转化罐8通过第三截止阀9与催化检测池10进行连接，催化检测池10通过第二光纤11与第二近红外光谱仪12相连；同时两个近红外光谱仪连接计算机6，转化罐8与液化罐1之间安装第二截止阀7、与储碱池13之间安装第四截止阀14，转化罐8上安装的压缩机15通过单片机16与电脑6连接、安装的红外温度传感器17与电脑6连接，配置plc采用计算机6控制以上四个截止阀。
6.根据权利要求4所述的一种生产海藻糖的监控方法，其特征在于，所述步骤(2)样品的近红外光谱采集条件为：扫描波数范围5000～10000cm-1，分辨率8cm-1，扫描次数30～100次，每个样品测定3～4次，所述高效液相色谱法测定海藻糖的色谱条件为：氨基柱ywg-nh2，5μm，5×200mm，流动相乙腈/水的体积比为75/25，流速2.0ml/min，进样量20μl，配备rid。
技术总结本发明公开了一种海藻糖的生产及其监控方法，主要是通过糊化、液化、脱支、催化、脱色过滤、离子交换、膜分离、浓缩结晶、干燥等常规生产工序得到海藻糖，在海藻糖工艺生产中，淀粉液化液的DE值采用斐林试剂法测定、海藻糖含量的检测使用HPLC法，需要人为测定，耗时长，难以得到实时数据，也不能及时对生产条件作出调整。本发明通过在生产中使用的设备上安装监控系统，取样建立出校正模型，再将模型应用于实际生产，既能迅速准确的测定生产过程中重要的工艺参数，还能通过建立的模型对液化程度、pH、温度等重要生产条件进行快速调整，测定的结果准确可靠，明显改进了生产效率和海藻糖转化率。
技术研发人员：丁红辉;陈杨华
受保护的技术使用者：溧阳维信生物科技有限公司
技术研发日：2020.12.04
技术公布日：2021.03.12
