直链麦芽四糖的酶法制备、分离纯化及理化功能特性研究

作     者：李家宬 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李兆丰

授予年度：2021年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：直链麦芽四糖 模拟移动床 理化性质 皮肤保湿 抗炎抗敏 

摘      要：作为直链麦芽低聚糖的一种,直链麦芽四糖是指由4个α-D-吡喃葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接的链状寡糖聚合体,是一种新型功能性低聚糖,可通过相应的直链麦芽低聚糖生成酶水解淀粉或糊精得到,在多种领域具有广泛的应用前景。目前,由于直链麦芽低聚糖的生产效率低且分离提纯难度大,价格昂贵,导致直链麦芽四糖的功能价值、工业潜力未得到充分研究和应用。因此构建具有工业应用价值的酶法制备体系、分离获得高纯度的直链麦芽四糖产品对推动国内研究和产业的发展具有重要意义。首先,本实验分别以30%(w/w)浓度的不同种类淀粉乳和不同DE值的麦芽糊精溶液为底物酶解制备直链麦芽四糖,发现所有淀粉乳的酶解反应总转化率均低于71%,且产物呈黏稠状态,而DE7～9麦芽糊精的酶解效率较高,以其为底物对直链麦芽四糖生成酶(Psa-MFA酶)的反应条件进行了优化,具体为:麦芽糊精溶液的调浆温度为60℃,充分搅拌15 min后降温至50℃,稳定后加入20 U/g干基底物的Psa-MFA酶,此时体系pH值约为8.0,糖化反应24 h后调节pH至4.0,加入1 U/g干基底物的普鲁兰酶,脱支反应8 h后结束反应。在此条件下,底物总转化率约为91.52%。将反应扩大至200 L体系后,总转化率约为84.65%,直链麦芽四糖得率为53.00%。酶解产物中除了含有直链麦芽低聚糖以外,还有一些非功能性成分存在,需要对酶解液中的直链麦芽四糖进行分离提纯。本实验利用模拟移动床对酶解产物进行分离纯化,以钾型K310离子交换树脂为固定相,以水为洗提剂,对模拟移动床系统的操作参数进行优化:对直链麦芽四糖的分离过程包括两阶段,第一阶段分离是在洗提剂流速为15m L/min,进料流速为5 m L/min,周期时长为1211 s时,可最大限度从提取液出口分离出G1～G3;以提余液出口处的中间分离产物(即分离出G1～G3的料液)作为第二次分离的原料,当周期时长为1802 s时,可得到直链麦芽四糖纯度为81.32%的分离产物,回收率约为68.95%。经喷雾干燥得到直链麦芽四糖分离产物粉末,其颗粒形状规则、均匀,粒径分布集中在20μm左右;化学性质稳定,在室温及4℃下贮存30天以及酸性条件下煮沸60 min或115℃高压灭菌处理后,直链麦芽四糖纯度依然在80%左右,可稳定存在于食品、化工加工过程中;同时,直链麦芽四糖分离产物具有良好的抗结晶性和成膜性,着色性低于食品加工中常用的葡萄糖或果葡糖浆,加热产生的OD值在0.1左右;另外,直链麦芽四糖分离产物对引起水果、蔬菜、花卉软腐的Erwinia sp.具有十分明显的抑制作用,浓度为2%时对应的抑菌圈直径约为11.0 mm,其诸多优良理化性质和抑菌性的应用可相辅相成,因此在食品、化工领域均具有广阔的应用前景。最后,研究了直链麦芽四糖分离产物的皮肤保湿及抗炎抗敏功效。结果显示,直链麦芽四糖分离产物具有良好的保水特性,将其涂抹于皮肤后经皮水分散失值在8～9 g/hm,使角质层水分含量呈上升趋势;以人角质形成细胞为模型的细胞实验表明,直链麦芽四糖分离产物促使水通道蛋白AQP3基因表达水平提高到原来的1.44倍,丝聚合蛋白基因表达水平提高到原来的2.44倍,也可以促进发挥屏障功能的蛋白的高效表达,从而更好地发挥皮肤保湿功效;此外,细胞实验表明,经刺激处理的人角质层形成细胞在经直链麦芽四糖分离产物给药处理后,促炎因子TNF-α、炎症因子IL-6和IL-8、炎性介质PGE2的浓度分别下降了83.43%、20.04%、82.45%和45.93%,炎症介质相关合成酶COX-2的表达水平下降了17.84%,因而可以有效减少炎症反应,同时又能抑制角质形成细胞表面感觉受体TRPV1的激活,抑制神经反应,从而起到对皮肤抗炎抗敏的功效。