一种变速循环酶膜耦合反应系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种变速循环酶膜耦合反应系统，涉及食品加工和化学工程领域。按照下述步骤进行：将一定浓度的底物溶液装入反应釜，调节反应液pH和温度到设定的值，开启超滤装置循环泵循环5min，停止循环，再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中加入酶，再次开启循环泵，开始酶解-膜分离耦合反应，收集透过液。对于不补料的酶膜耦合反应系统，反应一段时间后，将循环泵转速降低到高速的0.5～0.8倍，直至透过液中无产物排出，终止反应；对于连续补料的酶膜耦合反应系统，在排出产物的同时，以同样的速度向反应釜中连续补充底物溶液，当超滤压力上升到装置的限定值，开始向反应釜中补充清水，一段时间后将循环泵转速降低到高速的0.5～0.8倍，直至透过液中无产物排出，终止反应。
【专利说明】一种变速循环酶膜耦合反应系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及食品加工领域，特指建立一种通过变速循环的策略提高酶膜耦合反应系统底物转化率的方法。
【背景技术】
[0002]传统的酶解反应存在的主要不足在于:(I)底物抑制效应:如果反应的产物不尽快地除去，因产物饱和反应受到抑制，导致反应速度下降；(2)酶的利用效率低:一釜反应结束后，通过高温灭酶停止反应，开始下一釜的反应，因此酶的利用率很低，导致生产成本加大；(3)产物过度酶解:已经达到最佳分子量的酶解产物，由于没有及时排出出现再次被酶切的情况，导致过度酶切而引起活性下降；(4)底物不足:到了反应后期，底物量出现出现下降，酶的使用效率也将随之下降。
[0003]为了解决传统酶解反应存在的上述不足，近年来不少学者开始研究了酶解-膜分离耦合反应技术(简称“酶膜耦合技术”)，即借助循环泵将反应器与分离膜连接起来，在酶解反应的同时，通过膜分离的方法将达到分子量的酶解物及时分离出反应系统，同时按照一定的速度连续地补充反应底物，直到在反应系统残存的反应残渣严重堵塞分离膜，最后终止反应。从上述工作过程的描述看来，酶膜耦合技术最大的优点在于就是代表酶利用率的指标单位酶广目标物量大幅度提闻。
[0004]但是，目前酶膜耦合技术尚在一些不足，其工作过程及操作参数尚有进一步优化的潜力。例如，本发明人曾经申请授权的发明专利“梯度稀释补料酶膜耦合反应及用于鱼鳞胶原蛋白多肽制备”(专利号:ZL201010253292.1)通过梯度稀释的方式连续补料，可显著提高延长系统的运行时间，大幅度增加单位酶产目标物量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于通过进一步优化酶膜耦合反应技术，提高酶膜耦合反应系统底物转化率的新技术，具体讲就是提供一种先高速后低速的变速循环策略。
[0006]其原理在于:反应前期利用快速循环，一方面将酶解出来的小分子产物及时排出反应系统迅速消除产物抑制效应，另一方面强化传质作用促进酶与底物的充分接触，从而提高酶解效率；反应后期，底物变得不足，快速的循环反而变得降低酶与底物的有效接触，因此降低转速有利于酶解反应的进行，底物的转化率仍然可以继续保持一个较高的水平。
[0007]本发明提供了一种变速循环酶膜耦合反应系统，按照下述步骤工作:
[0008]以鱼鳞胶原蛋白多肽的酶解法制备为例进行描述。
[0009](I)对于不补料的酶膜耦合反应系统
[0010]I)向反应釜中加入底物溶液；
[0011]2)加酶进行酶解-膜分离耦合反应；
[0012]3)降低循环泵转速，直至反应结束。
[0013]在本发明所述步骤I)中，将一定底物浓度的鱼鳞胶原蛋白溶液装入反应釜，调节反应液pH和温度到设定的值，开启超滤装置循环泵循环5min，停止循环装置，此时超滤装置和管道均充满料液。
[0014]在本发明所述步骤2)中，再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中按照酶与底物的比例加入适量的蛋白酶，再次开启循环泵，开始酶解-膜分离耦合反应，反应过程中保持酶解反应温度和反应液pH值，收集透过液。
[0015]在本发明所述步骤3)中，反应一段时间后，将循环泵转速降低到高速的0.5~0.8倍，直至透过液中无多肽排出，终止这个反应。
[0016](2)对于连续补料的酶膜耦合反应系统
[0017]I)向反应釜中加入底物溶液；
[0018]2)加酶进行酶解-膜分离耦合反应，并连续补充底物溶液；
[0019]3)后期补水，降低循环泵转速，直至反应结束。
[0020]在本发明所述步骤I)中，将一定底物浓度的鱼鳞胶原蛋白溶液装入反应釜，调节反应液pH和温度到设定的值，开启超滤装置循环泵循环5min，停止循环装置，此时超滤装置和管道均充满料液。
[0021 ] 在本发明所述步骤2)中，再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中按照酶与底物的比例加入适量的蛋白酶，再次开启循环泵，开始酶解-膜分离耦合反应，反应过程中保持酶解反应温度 和反应液PH值，收集透过液。在排肽的同时，以同样的速度向反应釜中连续补充鱼鳞胶原蛋白溶液，以保持反应釜液面高度不变。
[0022]在本发明所述步骤3)中，超滤压力上升到装置的限定值，开始向反应釜中补充清水，一段时间后将循环泵转速降低到高速的0.5~0.8倍，直至透过液中无多肽排出，终止这个反应。
[0023]本发明的优点是:通过后期降低循环速度的方式，改善酶膜耦合反应底物的转化率，提高反应效率。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，但发明的实施方式不限于此。
[0025]实施例1
[0026]取浓度为3%的鱼鳞胶原蛋白溶液400mL加入酶解反应器内，调节反应液pH9.0、调节反应温度55°C，开启超滤装置循环泵，让蛋白溶液通过截留分子量为3kDa的纤维素平板膜，5min后停止循环，此时超滤装置和管道均充满料液。再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中加入底物1.5%的蛋白酶Alcalase2.4L。再次开启循环泵，料液以150r / min的转速循环，开始酶解-膜分离耦合反应，反应过程中保持酶解反应温度和反应液pH值，收集透过液。反应15min后，将循环泵转速降低到98r / min，继续耦合反应20min，终止反应。测定发现，蛋白质的转化率96%，单位酶产肽量为143g。
[0027]实施例2
[0028]取浓度为3%的鱼鳞胶原蛋白溶液400mL加入酶解反应器内，调节反应液pH9.0、调节反应温度55°C，开启超滤装置循环泵，让蛋白溶液通过截留分子量为3kDa的纤维素平板膜，5min后停止循环，此时超滤装置和管道均充满料液。再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中加入底物1.5%的蛋白酶Alcalase2.4L。再次开启循环泵，料液以170r / min的转速循环，开始酶解-膜分离耦合反应，反应过程中保持酶解反应温度和反应液pH值，收集透过液。反应15min后，将循环泵转速降低到85r / min，继续耦合反应25min，终止反应。测定发现，蛋白质的转化率91 %，单位酶产肽量为139g。
[0029]实施例3
[0030]取浓度为3%的鱼鳞胶原蛋白溶液400mL加入酶解反应器内，调节反应液pH9.0、调节反应温度55°C，开启超滤装置循环泵，让蛋白溶液通过截留分子量为3kDa的纤维素平板膜，5min后停止循环，此时超滤装置和管道均充满料液。再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中加入底物1.5%的蛋白酶Alcalase2.4L。再次开启循环泵，料液以150r / min的转速循环，开始酶解-膜分离耦合反应，反应过程中保持酶解反应温度和反应液PH值，收集透过液。在排肽的同时，以同样的速度向反应釜中连续补充鱼鳞胶原蛋白溶液，以保持反应釜液面高度不变。当超滤压力上升到装置的限定值时，开始向反应釜中补充清水，IOmin后将循环泵转速降低100%，直至透过液中无多肽排出，终止这个反应。测定发现，蛋白质的转化率95%，单位酶产肽量258g。[0031]实施例4
[0032]取浓度为3%的鱼鳞胶原蛋白溶液400mL加入酶解反应器内，调节反应液pH9.0、调节反应温度55°C，开启超滤装置循环泵，让蛋白溶液通过截留分子量为3kDa的纤维素平板膜，5min后停止循环，此时超滤装置和管道均充满料液。再向反应器内补充料液到开始的液面高度，并向反应釜中加入底物1.5%的蛋白酶Alcalase2.4L。再次开启循环泵，料液以150r / min的转速循环，开始酶解-膜分离耦合反应，反应过程中保持酶解反应温度和反应液PH值，收集透过液。在排肽的同时，以同样的速度向反应釜中连续补充鱼鳞胶原蛋白溶液，以保持反应釜液面高度不变。当超滤压力上升到装置的限定值时，开始向反应釜中补充清水，15min后将循环泵转速降低120%，直至透过液中无多肽排出，终止这个反应。测定发现，蛋白质的转化率98%，单位酶产肽量263g。
【权利要求】
1.一种变速循环酶膜耦合反应系统，其特征在于酶解-膜分离耦合反应系统中反应液在反应釜与分离膜之间变速循环。
2.根据权利要求1所述的一种变速循环酶膜耦合反应系统，其特征在于反应液采取先高速循环后低速循环 的变速策略，低速是高速的0.5~0.8倍。
【文档编号】C12M1/12GK103540528SQ201310484423
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】马海乐, 何荣海, 骆琳, 黄六容, 程宇 申请人:镇江五棵松生物科技有限公司, 江苏大学