本发明涉及食品加工、生物、医药、化工等领域，具体涉及一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法和应用。
背景技术：
魔芋葡甘聚糖(konjacglucomannan，简称kgm)，是由分子比l:1.5～l:1.78的葡萄糖和甘露糖残基通过β-1,4糖苷键和β-1,3糖苷键聚合而成的水溶性多糖，该糖主链的甘露糖基c-3位有β-1,3键的支链，每19个糖残基(c-6位)上连接有一个乙酰基。天然的kgm是由放射状排列的胶束组成的，其晶体结构有α型(非晶型)和β型(结晶型)两种。kgm具有较高的分子量，主要分布在20万到200万之间，重均分子量mw为5.83×105g/mol，其分子式为(c6h10o5)n，可吸水膨胀80～100倍，具有良好的增稠性能，魔芋葡甘聚糖几乎是目前研究的多糖中粘度最高的一种天然多糖，并且，kgm在碱性条件下可形成凝胶。然而，天然魔芋葡甘聚糖固有的一些缺陷，限制了其应用，如流变性较差，水溶液稳定性差、易降解，不易存放，近中性条件下形成的kgm膜抗水性很弱，在水中很快就会溶胀分解等。因此，在实际应用中，常通过脱乙酰基、酸降解、醚化、酯化、氧化、交联、接枝共聚等方法改性魔芋葡甘聚糖，这些改性均是从改变其理化性质出发，改善其性能，以便能开拓其应用范围，其中研究最多的是酯化和醚化改性
kgm通过与辛烯基琥珀酸酐(osa)进行酯化反应，从而引入了亲水的羧酸基团和疏水的烯基长链，使其具有两亲性，羧酸基团的引入使魔芋葡甘聚糖的水溶性增加、水溶液稳定性增强、热稳定性提高。烯基长链可使魔芋葡甘聚糖的耐酸、耐碱性增强。同时由于它含有一个多糖长链，在用于油/水乳状液时，亲水的羧酸基团深入水中，亲油的烯基长链深入油中，使多糖长链在油/水界面上形成一层很厚的界面膜，使乳化体系具有很好的稳定性。钟耕、孟凡冰等人已经开发出一种辛烯基魔芋葡甘聚糖酯的制备方法(zl201210412731.8)，虽然乳化效果和乳化稳定性好，但是其粘度很高，1％(质量分数)浓度，粘度就能达到30000mpa.s。在实际的生产应用中浓度过高会限制其应用，例如一些乳液产品、涂布工艺中更希望具有高浓度低粘度的性能。因此，制备低粘度的辛烯基魔芋葡甘聚糖酯也有其科学意义和应用价值，目前还未见相关的研究报道。
目前，酸降解法和酶降解法是降解多糖的主要方法，酸降解法是一种传统的降解方法，早期应用较多，但由于酸降解法反应条件十分剧烈，对设备腐蚀非常严重，对环境污染严重，且反应的稳定性和重复性较差等，目前已逐渐被淘汰。生物酶降解法是目前运用最广的方法。酶降解法以其清洁、可控性强、条件温和、对设备无腐蚀等优点被广泛应用于天然植物多糖的降解中。而kgm降解使用的酶需是能够切断β-1,4吡喃糖苷键的内切糖苷酶。目前，已用于生产的这类酶主要是β-甘露聚糖酶、β-葡聚糖酶和纤维素酶。β-甘露聚糖酶是一种能水解多种甘露聚糖(包括均一甘露聚糖、半乳甘露聚糖、半乳葡萄甘露聚糖和葡萄甘露聚糖)的主链β-1,4-d-甘露糖苷键的半纤维素酶，是一种专一性的内切水解酶。β-甘露聚糖酶的来源非常广泛，可以由微生物代谢产生，如：枯草芽孢杆菌，产紫青霉，地衣芽孢和黑曲霉等等；还有一些低等动物的肠道分泌液中也可以分离得到β-甘露聚糖酶；此外，从魔芋块茎中也可以提取得到β-甘露聚糖酶。纤维素酶是一种复合酶，它主要由3种酶构成，包括β-葡萄糖苷酶、外切葡聚糖酶(c1)和内切葡聚糖酶(c2)。β-葡聚糖酶可以由微生物代谢产生，能够有效降解β-葡聚糖分子中的β-1,4和β-1,3糖苷键，使之降解为小分子。在这三种酶中，β-甘露聚糖酶和β-葡聚糖酶比纤维素酶的专一性更强、效率更高而运用更广，陶兴无等人已经证实了这点。
微波加热是国家推广应用的一项节能技术。在密闭的反应器中，溶剂通常处于超过自身沸点的“过热”状态，可以将原本需要几个小时的反应缩短至几分钟之内完成。对于离子液体来说，微波辐射可以在几秒钟之内将其升高到200℃，这是普通加热方式难以做到的；热源不直接接触反应物或溶剂；容易控制反应参数。置于微波反应器内部的探针可以准确地监控温度和压力的变化；可以对混合物中的不同物质进行选择性加热(物质不同，介质损耗因数不同)；能进行自动化和高通量的合成。
干法和半干法连续合成反应工艺是高分子改性研究的热点，具有快速、高效、无废水排放、降耗等特点。微波法又因其热效率高，升温快，成为固(半固)相连续合成法的研究重点。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法和应用。本发明方法比传统方法省事省时、节能，且本发明通过酶法可控降解、利用微波的快速升温加热方式提高了反应速率。
本发明上述第一个目的是通过如下技术方案实现的：
一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将中性β-甘露聚糖酶均匀分散在蒸馏水中形成β-甘露聚糖酶水溶液；然后在搅拌条件下，将所述β-甘露聚糖酶水溶液均匀喷洒到魔芋葡甘聚糖(kgm)中，充分混匀后获得酶处理kgm，再将所述酶处理kgm置于密闭环境中，于55℃条件下加热反应10～20min，反应完毕后，得到酶解kgm，加入酒精浸润所述酶解kgm后在100℃微波条件下加热灭酶5～10min，最后过滤干燥；
(2)按比例将辛烯基琥珀酸酐(osa)均匀溶解在无水酒精中，形成osa酒精溶液；
(3)向步骤(1)灭酶干燥后的酶解kgm中加入适量无水碳酸钠(na2co3)，然后喷入浓度为30～40vol％的酒精溶液，混合均匀后，再向混合物中继续喷入步骤(2)制得的osa酒精溶液，再次混合均匀，将所得混合物置于箱式微波反应器中，加热至100℃恒温反应10～20min；
(4)将步骤(3)所得产物均匀分散在低浓度酒精溶液中，然后用稀酸调节ph值至6～7，再依次利用低浓度乙醇溶液和无水乙醇洗涤，分别重复洗涤4～5次后，滤去洗液，将滤饼打散，烘干，粉碎过筛后得到白色粉末，即本发明的目标产物低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯。
进一步地，上述技术方案步骤(1)中所述β-甘露聚糖酶与魔芋葡甘聚糖的用量比为(1～10)u：1g。
进一步地，上述技术方案步骤(1)中所述蒸馏水与魔芋葡甘聚糖的质量比为50～80：100。
进一步地，上述技术方案步骤(1)中所述酒精为食品级，浓度优选为70vol％。
进一步地，上述技术方案步骤(2)中所述无水酒精与辛烯基琥珀酸酐的质量比为5：1。
进一步地，上述技术方案步骤(3)中所述碳酸钠与酶解kgm的质量比为15～25：100。
进一步地，上述技术方案步骤(3)中所述低浓度酒精溶液的加入量为无水碳酸钠和酶解kgm总质量的1～1.5倍。
进一步地，上述技术方案步骤(3)中所述辛烯基琥珀酸酐(osa)与酶解kgm的质量比为3：100。
进一步地，上述技术方案步骤(4)中所述低浓度酒精溶液的浓度为30～40vol％。
进一步地，上述技术方案步骤(4)中所述过筛尺寸为80～100目。
本发明的第二个目的在于提供上述方法制得的低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的应用。
一种乳化剂，所述乳化剂包括本发明所述的低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯。
进一步地，上述技术方案，所述乳化剂可用于乳化剂乳化玉米胚芽油。
与现有技术相比，本发明涉及的一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法和应用具有如下有益效果：
(1)本发明创造性地采用天然无毒、无污染的β-甘露聚糖酶为原料，将其用于酶法降解魔芋葡甘聚糖，然后进一步将此多糖进行酯化改性，就可得到本发明的低粘度目标产物，反应可控性强，而目前对于酶法降解制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的合成工艺尚未见报道。
(2)本发明将微波加热技术应用于魔芋多糖(kgm)的改性加工，能使混合物表面与内部整体均匀加热，加热速度快、时间短、产品质量高、加热均匀，且加热过程具有自动热平衡性能，反应灵敏易于控制，热效率高，设备占地面积少等。因此本发明将微波加热应用于kgm的改性，能够达到高效、节能、减排、降耗的效果。
(3)本发明制得的目标产物辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯粘度低，在1wt％浓度条件下的粘度可低至2700mpa.s(25℃)，因此，可作为乳化剂乳化玉米胚芽油，拓宽了传统魔芋葡甘聚糖酯的应用范围。
(4)与传统反应的溶剂法相比，本方法的反应体系为半干状态，整个反应过程无废水排放，具有显著的环保效应。
具体实施方式
下面对本发明的实施案例作详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式做出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
实施例1
本实施例的一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将2000u中性β-甘露聚糖酶均匀分散在200g蒸馏水中形成β-甘露聚糖酶水溶液；然后将400gkgm和所述β-甘露聚糖酶水溶液在5000转/分钟的高速混合机中溶胀混匀，充分混匀后置于密闭环境中，在55℃条件下加热12min，再加入100g70vol％食品级的酒精浸润后，在100℃微波条件下灭酶5min后，过滤干燥。
(2)将6g辛烯基琥珀酸酐(osa)均匀溶解在30g无水酒精中，形成osa酒精溶液。
(3)称取步骤(1)干燥后的样品200g，加入30g无水na2co3混匀，然后喷入浓度为30vol％的酒精溶液230g，混合均匀后，再向混合物中喷入步骤(2)制得的osa酒精溶液，再次混合均匀，送入箱式微波反应器中，在30秒中内将温度升至70℃，持续升温并保持反应温度在100℃，持续反应10min，微波炉的功率为300w。
(4)取出反应后的混合物，加入5倍体积的低浓度酒精溶液(体积分数30％)，用1mol/l的盐酸溶液调ph至6.5后，用相同浓度的酒精溶液洗涤5次，然后再用相同体积的无水酒精洗涤4～5次，洗去副反应产生的物质和未参与反应的osa，再将样品放在50℃的鼓风干燥箱中干燥、取出，干燥后的物料经粉碎过80目筛后得到的白色粉末即为低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯，取代度为0.0126。检测其1％浓度(质量分数)的粘度为8700mpa.s(25℃)，0.5％(质量分数，下同)50ml的辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯溶液能够乳化50ml的玉米胚芽油。
实施例2
本实施例的一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将2000u中性β-甘露聚糖酶均匀分散在240g蒸馏水中形成β-甘露聚糖酶水溶液；然后将400gkgm和所述β-甘露聚糖酶水溶液在5000转/分钟的高速混合机中溶胀混匀，充分混匀后置于密闭环境中，在55℃条件下加热18min，再加入100g70vol％食品级的酒精浸润后，在100℃微波条件下灭酶8min后，过滤干燥。
(2)将6g辛烯基琥珀酸酐(osa)均匀溶解在30g无水酒精中，形成osa酒精溶液。
(3)称取步骤(1)干燥后的样品200g，加入40g无水na2co3混匀，然后喷入浓度为35vol％的酒精溶液300g，混合均匀后，再向混合物中喷入步骤(2)制得的osa酒精溶液，再次混合均匀，送入箱式微波反应器中，在30秒中内将温度升至70℃，持续升温并保持反应温度在100℃，持续反应15min，微波炉的功率为300w。
(4)取出反应后的混合物，加入5倍体积的低浓度酒精溶液(体积分数30％)，用1mol/l的盐酸溶液调ph至6.5后，用相同浓度的酒精溶液洗涤4～5次，然后再用相同体积的无水酒精洗涤4～5次，洗去副反应产生的物质和未参与反应的osa，再将样品放在50℃的鼓风干燥箱中干燥、取出，干燥后的物料经粉碎过80目筛后得到的白色粉末即为低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯，取代度为0.0151。检测其1％浓度(质量分数)的粘度为3900mpa.s(25℃)，0.5％50ml的溶液能够乳化55ml的玉米胚芽油。
实施例3
本实施例的一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将2000u中性β-甘露聚糖酶均匀分散在320g蒸馏水中形成β-甘露聚糖酶水溶液；然后将400gkgm和所述β-甘露聚糖酶水溶液在5000转/分钟的高速混合机中溶胀混匀，充分混匀后置于密闭环境中，在55℃条件下加热15min，再加入100g70vol％食品级的酒精浸润后，在100℃微波条件下灭酶10min后，过滤干燥。
(2)将6g辛烯基琥珀酸酐(osa)均匀溶解在30g无水酒精中，形成osa酒精溶液。
(3)称取步骤(1)干燥后的样品200g，加入50g无水na2co3混匀，然后喷入浓度为40vol％的酒精溶液375g，混合均匀后，再向混合物中喷入步骤(2)制得的osa酒精溶液，再次混合均匀，送入箱式微波反应器中，在30秒中内将温度升至70℃，持续升温并保持反应温度在100℃，持续反应20min，微波炉的功率为300w。
(4)取出反应后的混合物，加入5倍体积的低浓度酒精溶液(体积分数30％)，用1mol/l的盐酸溶液调ph至6.5后，用相同浓度的酒精溶液洗涤5次，然后再用相同体积的无水酒精洗涤4～5次，洗去副反应产生的物质和未参与反应的osa，再将样品放在50℃的鼓风干燥箱中干燥、取出，干燥后的物料经粉碎过80目筛后得到的白色粉末即为低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯，取代度为0.0098。检测其1％浓度(质量分数)的粘度为5300mpa.s(25℃)，0.5％50ml的溶液能够乳化45ml的玉米胚芽油。
实施例4
本实施例的一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将400g的kgm和喷入分散在蒸馏水中的400u的β-甘露聚糖酶，在5000转/分钟的高速混合机中溶胀混匀，充分混匀后在55℃条件下加热10min，再加入100g70vol％食品级的酒精浸润后，在100℃微波条件下灭酶10min后，过滤干燥。
(2)将6g辛烯基琥珀酸酐(osa)均匀溶解在30g无水酒精中，形成osa酒精溶液。
(3)称取步骤(1)干燥后的样品200g，加入35g无水na2co3混匀，然后喷入浓度为30vol％的酒精溶液250g，混合均匀后，再向混合物中喷入步骤(2)制得的osa酒精溶液，再次混合均匀，送入箱式微波反应器中，在30秒中内将温度升至70℃，持续升温并保持反应温度在100℃，持续反应12min，微波炉的功率为300w。
(4)取出反应后的混合物，加入5倍体积的低浓度酒精溶液(体积分数35％)，用1mol/l的盐酸溶液调ph至6后，用相同浓度的酒精溶液洗涤4～5次，然后再用相同体积的无水酒精洗涤4～5次，洗去副反应产生的物质和未参与反应的osa，再将样品放在50℃的鼓风干燥箱中干燥、取出，干燥后的物料经粉碎过80目筛后得到的白色粉末即为低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯，取代度为0.0106。检测其1％浓度(质量分数)的粘度为10900mpa.s(25℃)，0.5％50ml的溶液能够乳化45ml的玉米胚芽油。
实施例5
本实施例的一种利用β-甘露聚糖酶制备低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯的方法，所述方法包括如下步骤：
(1)将4000u中性β-甘露聚糖酶均匀分散在320g蒸馏水中形成β-甘露聚糖酶水溶液；然后将400gkgm和所述β-甘露聚糖酶水溶液在5000转/分钟的高速混合机中溶胀混匀，充分混匀后置于密闭环境中，在55℃条件下加热20min，再加入150g70vol％食品级的酒精浸润后，在100℃微波条件下灭酶12min后，过滤干燥。
(2)将6g辛烯基琥珀酸酐(osa)均匀溶解在30g无水酒精中，形成osa酒精溶液。
(3)称取步骤(1)干燥后的样品200g，加入45g无水na2co3混匀，然后喷入浓度为40vol％的酒精溶液350g，混合均匀后，再向混合物中喷入步骤(2)制得的osa酒精溶液，再次混合均匀，送入箱式微波反应器中，在30秒中内将温度升至70℃，持续升温并保持反应温度在100℃，持续反应16min，微波炉的功率为300w。
(4)取出反应后的混合物，加入5倍体积的低浓度酒精溶液(体积分数40％)，用1mol/l的盐酸溶液调ph至7后，用相同浓度的酒精溶液洗涤4～5次，然后再用相同体积的无水酒精洗涤4～5次，洗去副反应产生的物质和未参与反应的osa，再将样品放在50℃的鼓风干燥箱中干燥、取出，干燥后的物料经粉碎过80目筛后得到的白色粉末即为低粘度辛烯基琥珀酸魔芋葡甘聚糖酯，取代度为0.0113。检测其1％浓度(质量分数)的粘度为2700mpa.s(25℃)，0.5％50ml的溶液能够乳化45ml的玉米胚芽油。