论文部分内容阅读
本文对绿色、健康新糖源——甜菊糖甙的酶法提取、除杂精制新工艺进行了优化与比较研究,对甜菊糖甙不良后苦味的产生原因进行了以量子化学和甜味学说为基础的分子结构与甜味特性的关系研究,并以此为指导研究了新型β-呋喃果糖苷酶(FFase)催化甜菊糖甙的分子改性,通过对FFase催化甜菊糖甙分子转果糖基反应机理的探讨,研究了反应体系中不同影响因素对甜菊糖甙的转化率和苦味脱除效果的影响,同时对FFase催化反应的产物进行了结构鉴定和感官评定。根据对甜叶菊中糖甙的甜味特性及其提取工艺分析,针对传统高温水提法工艺中存在的甜菊总甙含量低、优质糖甙组分(莱鲍迪甙A或A3甙)不高、糖甙收率低和吨糖甙成本高等技术问题,采用复合纤维素酶(内含果胶酶)辅助甜菊糖甙提取的试验结果表明,以甜叶菊干叶为原料,以水为溶剂,应用该复合酶溶解干叶纤维浸提甜菊糖甙的最适工艺条件为:复合酶用量0.20%、浸提温度45 oC～50oC、浸提时间30min、料水比1:11、pH值5.0、振荡提取7次;加酶方式为四次平均加酶,收集前五次浓甜液为甜菊水提液,后两次稀甜水合并作串泡用。与传统高温水提工艺相比,复合酶结合低温浸提的新工艺甜菊糖甙得率提高了13.93%,纯度提高了35.94%。采用动态连续逆流提取方法对传统间歇式串联提取甜菊糖甙的工艺进行了分析和优化,提出了一种动态连续逆流提取甜菊糖甙的新工艺,并从Fick第一定律出发建立了连续逆流提取甜菊糖甙的动力学模型;同时依据恒底流和恒溢流条件下的传质分析,推出了多级提取过程中甜菊糖甙的提取率公式,通过推导得出了提取时间、提取温度、料液比与提取液中甜菊糖甙浓度之间的数学关系式,并对其线性关系进行了探讨。对甜菊水提液进行絮凝除杂精制试验的结果表明,以高效絮凝剂——聚丙烯酰胺(PAM)与传统絮凝剂三氯化铁(FeCl3)和石灰乳(Ca(OH)2)为组合的新工艺,其最佳反应条件为:FeCl3:Ca(OH)2:PAM=1:2:0.05、絮凝剂总用量为4.0g/L,反应温度45 oC～50oC,时间为45 min,体系pH=9。该新工艺得到的甜菊水提澄清液的各项指标为:脱色率95%、絮凝物重0.425g/100mL和糖甙损失率为8.2%;而由FeCl3+Ca(OH)2组合的传统絮凝除杂工艺得到的甜菊水提澄清液的各项指标为:脱色率91.5%、絮凝物重0.395g/100mL和糖甙损失率为12.0%。进一步应用稀酸、稀碱再纯水分段对饱和吸附甜菊糖甙的树脂进行洗脱除杂精制试验,结果表明其最佳工艺条件为:酸(HCl)浓度为4%～6%、洗涤流量为1BV/h、用量2BV,碱(NaOH)浓度3%、流量为1BV/h、用量2～3BV,最后2BV用量的纯水洗涤。经该洗涤除杂精制新工艺处理再经70%乙醇(v/v)解吸可得到吸光度(A470)0.025、电导率(K)16.8μs /cm、比旋光度( )-0.367和糖甙损失率(S)为3.3%的甜菊糖甙醇提液;而采用纯水洗涤饱和树脂除杂精制的传统工艺,其甜菊糖甙醇提液相对应的各项指标A470=0.067、K=35.2μs /cm、=达-0.325和S=6.8%。对比结果表明,采用稀酸、稀碱再纯水洗涤吸附树脂进行除杂精制的新工艺具有脱色、除杂效果好,糖甙提取率高和糖甙损失小等优点。对常见甜味分子和主要甜菊糖甙分子的AH,B,X生甜基团结构进行研究,结果表明,甜菊糖甙分子的甜味与其分子结构内AH,B氢键系统的形成及其螯合能力存在密切关系,且在距AH/B氢键系统附近总能找到与甜味受体蛋白相结合的疏水基团X以控制分子的甜味强度。根据对主要甜菊糖甙的最高占有轨道组成(HOMO)、生甜基团系统中活性基团位置及其电负性与其甜味特性的关系研究的结果,可将甜菊糖甙分子结构分为三个功能域:甜味及甜味强度决定域(C13-R2基团)、疏水结合与分子构象决定域(A,B,C,B环)、分子极性与味质调节域(C19-R1基团)。在上述甜菊糖甙功能域划分及其生甜基团结构分析的基础上,推断在不影响甜菊糖甙C13-位糖基内生甜基团功能的前提下,应用β-呋喃果糖苷酶(FFase)对以甜菊苷(ST)和甜菊双糖A苷(R-A)为代表的甜菊糖甙结构中起极性与味质调节作用的C19-位葡糖基上6-OH进行专一性的转果糖基修饰,可以得到甜味更纯正、后苦味几乎没有的转果糖基糖甙衍生物。对由节杆菌10137(Arthrobacter sp.10137)制备的β-呋喃果糖苷酶(FFase)催化甜菊糖甙分子转果糖基反应的试验结果表明,该反应的最适条件为:pH6.5,反应温度40oC,甜菊苷(ST甙)或甜菊双糖A苷(RA甙)浓度在8%～9%之间,蔗糖:ST或RA=5.56～6.25,加酶量15U/mL,反应时间15h,在优化反应条件下,ST甙和RA甙的转化率分别为63.6%和63.0%。经HPLC、ESI-MS、比旋光度分析,确认FFase催化甜菊苷(ST)或甜菊双糖A苷(RA)和底物蔗糖的反应形成了新的转果糖基糖甙衍生物(St-f和RA-f),通过对转化前后甜菊糖甙及其St-f和RA-f衍生物的甜度及苦味的感官评定,判定新的St-f和RA-f产物的甜味质明显优于原底物味质,且口尝无不良后苦味。对FFase催化甜菊糖甙分子改性的研究及其转果糖基糖甙衍生物的获得,为国内甜菊糖甙味质改良和苦味脱除的工业化实践提供了可供参考的理论和技术支持。