本发明涉及精细化工，具体地说是一种工业化制备分子量可控的右旋糖酐的酶学方法。
背景技术：
1、众所周知，右旋糖酐是若干葡萄糖经过脱水后以多种α型糖苷键连接构成的高分子多糖聚合物，目前广泛应用于制药、食品、农牧业、工业等领域。酶法合成右旋糖酐具有稳定性好、品质均一、分子量易控制等优点，是继发酵法之后研究最多的方法。其基本原理是由特定的细菌分泌右旋糖酐蔗糖酶催化水解蔗糖为葡萄糖基和果糖，然后将葡萄糖基聚合成不同分子量的右旋糖酐。工业上，采用酶法合成右旋糖酐正在被很多企业所采用，pharmacia 等一些国外企业已经可生产出高品质的右旋糖酐，国内企业生产的右旋糖酐质量还有待进一步提高。
2、近年来，国内外学者也对于制备右旋糖酐及其分子量调控等研究进行了探索，研究了右旋糖酐分子量与体系中酶含量、蔗糖浓度以及发酵条件等的关系，市售的右旋糖酐大多用于医药以及日化品，其分子量最高不超过80万，超高分子量（大于100万）的右旋糖酐的制备尚停留在实验室阶段，更高分子量（超过800万）且对分子量分布可控的右旋糖酐的产业化制备尚未见报道。
3、专利公开号cn101392280 b， 名称为一种制备多糖生物絮凝剂的酶学方法中存在的问题是：酶的活性过高（450~480iu/ml）以及蔗糖溶液浓度过高(0.44mol/l-0.8mol/l)，导致在实际生产过程中，反应过于迅速和局部集中，底物利用率较低，转化率只有35-40%，粗产物分子结构不稳定，有效成分的分子量分布指数高（3.0~5.0），另外，专利没有提出分子量的具体数值范围及对更多分子量区间的精确化控制方法。
4、以前的酶法制备过程中，由于菌的碳源和酶的底物都是蔗糖，且在制备酶的过程中，存在菌体的残留清除不彻底，导致菌体不断产酶，酶会提早催化合成右旋糖酐，生成的高分子右旋糖酐与酶、菌进行包裹缠绕，难以制得高纯度的游离的右旋糖苷酶，酶的活性也会降低，在后续右旋糖酐的生产过程中，蔗糖的转化率偏低、产物分子量、分子结构不可控，不稳定且杂质多。
5、另外，针对高分子量右旋糖酐的降解工艺，以前主要采用酸解，反应速度快，产物分子量分布指数高，且引入大量氯离子，可重复性差，产品应用领域狭窄。
6、副产物废液中含有果糖、低聚糖以及未反应的蔗糖等，固含在1-3%左右，在回收方面，采用浓缩和提纯分离等工序，生产成本相当昂贵，因产量大，其回收再利用也是需要面临和解决的重大问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、酶的活性高、底物转化率高、产物分子结构稳定、生产成本低、副产物可回收利用的工业化制备分子量可控的右旋糖酐的酶学方法。
2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种工业化制备分子量可控的右旋糖酐的酶学方法，其特征在于酶学方法的步骤如下：
4、（1）、右旋糖酐蔗糖酶的制备与纯化：
5、将离心、洗涤处理后的肠膜明串珠菌菌株，接种斜面培养基上，选出高产的优质菌株，然后将优质菌株接种于液体培养基中，最后10倍比例放大接种在发酵培养基中，并逐级放大，通入少量的消毒空气，于25-28℃条件下搅拌发酵24-25小时，ph下降至4.5-5.0期间，酶的活力达到300-500u/ml，即停止发酵，发酵后的发酵液通过沉降型管式离心机离心沉淀，过滤，检查菌体残留量，上清液为右旋糖酐蔗糖酶溶液，收集在洁净无菌的容器中，存放在4℃冷室内备用；
6、（2）、右旋糖酐的酶法合成：
7、常温下，在反应釜中配制底物浓度为70-150g/l的蔗糖水溶液，然后加入质量百分含量为0.5%的氯化钙溶液10ml/l，然后加入步骤（1）的右旋糖酐蔗糖酶溶液20-30ml/l，搅拌均匀后，用30%的醋酸缓冲溶液调ph为5.2-5.4，将反应体系升温至26-28℃，开动锚式搅拌桨，初始搅拌转速为30-35r/min，连续搅拌4h后，每搅拌0.5-1h停0.5-1h，共搅拌12-16h；后续搅拌转速为40-50r/min，每搅拌1-2h停1-2h，共搅拌16-20h，最终得到右旋糖酐粗产物；
8、本发明所述的步骤（2）合成后的右旋糖酐粗产物反应体系进行加热灭菌，升温至80-90℃持续搅拌1h，进行酶解，酶解方法为：反应体系降温至50-60℃，投加内切右旋糖酐酶0.6-0.9ml/l，快速搅拌1-1.5h，搅拌速度为40-50r/min，得到纯度高、分子量分布指数为1.0-1.2的产物和副产物废液。
9、本发明所述的步骤（2）合成后的右旋糖酐粗产物反应体系进行加热灭菌，升温至80-90℃持续搅拌1h，进行酸解，酸解方法为：在80-90℃温度下，投加2.6-3.0ml/l的浓盐酸，快速搅拌1-1.5h，搅拌速度为40-50r/min，然后降温至60℃以下，得到分子量分布指数为2.0-4.0的产物和副产物废液。
10、本发明所述的步骤（2）得到右旋糖酐粗产物稀释至物料浓度为1%-2%，然后经过不同过滤孔径的超滤膜使成品中还原糖含量低于1%，并获得不同分子量分布指数的右旋糖酐终产物，最后经过强制循环蒸发器，进行浓缩处理，得到不同固含的水剂，或将产物经过真空带式干燥机，得到粉剂，及浓缩后的水分。
11、本发明所述的步骤（1）中斜面培养基的组成成分为蔗糖、蛋白胨、磷酸二氢钾、琼脂和酵母粉，各组成成分的含量为蔗糖20 g/l、蛋白胨2.5 g/l、磷酸二氢钾 5.0g/l、琼脂20 g/l、酵母粉 5.0 g/l。
12、本发明所述的步骤（1）中液体培养基的组成成分为蔗糖、蛋白胨、磷酸二氢钾、酵母膏、无机盐，各组成成分的含量为:蔗糖20-25 g/l、蛋白胨3.0 g/l、磷酸二氢钾 5.0-10g/l、酵母膏5.0-10 g/l、无机盐0.23 g/l，无机盐以溶液形式添加，其溶液固含46g/l。
13、本发明所述的无机盐的组成成分为硫酸镁、氯化钙、硫酸亚铁、硫酸锰、氯化钠，各组成成分的配比含量为硫酸镁0.2 g/l、氯化钙0.05 g/l、硫酸亚铁0.01 g/l、硫酸锰0.01g/l、氯化钠 0.01 g/l。
14、本发明所述的步骤（1）中发酵培养基的组成成分为蔗糖、黄豆提取物、磷酸二氢钾、酵母膏、无机盐，各组成成分的配比含量为蔗糖20-30 g/l、黄豆提取物2.5-3.0 g/l、磷酸二氢钾 10-15 g/l、酵母膏5.0-10g/l、无机盐0.28 g/l,其中，无机盐以溶液形式添加，其溶液固含28g/l。
15、本发明所述的无机盐的组成成分为硫酸镁、硫酸亚铁、硫酸锰、氯化钠，各组成成分的配比含量为硫酸镁0.2 g/l、硫酸亚铁0.01 g/l、硫酸锰0.01 g/l、氯化钠0.01 g/l。
16、本发明所述的副产物废液连同浓缩后的水分混合后，进入厌氧发酵环节，发酵6-10天后，运至污水处理厂用作反硝化处理工艺中的优质碳源。
17、与以往技术相比本发明有益效果如下：
18、1、通过菌种培养和制酶工艺的优化，解决了传统酶法工艺过程中的菌体干扰、酶的提前催化等问题导致的酶的活性低、杂质多等问题，制备了高纯度的游离右旋糖酐蔗糖酶，使酶的活性更高可达500u/ml。
19、2、通过对底物浓度、酶投加量、体系ph、搅拌转速、反应温度、反应时间等各项技术指标的优化改进，底物的转化率由以前的35-40%提高至85%以上，产物有效成分的分子量分布指数由以前的3.0-5.0降至1.0-1.5。
20、3、本发明的产物分子量可通过工艺参数的调整，精确做到50万-1000万，产物分子结构更加稳定，可适用于3000升及以上容量的反应釜。
21、4、依据应用领域的需求，不同分子量区间的粗产物通过进一步水解工艺控制，可有针对性的制备所需分子量及其分布的产品。选用酶解工艺制备的产品分子量分布指数为1.0-1.2且有效成分含量高，产品可用于医药、化妆品以及色谱填料等领域；酸解工艺制备的产物分子量分布指数为2.0-4.0，生产成本低，产品可用作水处理絮凝剂、土壤改良剂、油井钻泥添加剂以及矿选药剂等，使用效果更显著。
22、5、采用超滤膜组合循环工艺替代原始的乙醇等有机溶剂提纯分离工艺，降低了生产成本，更加绿色低碳环保。
23、6、针对副产物废液的回收，研究发现，其中固含的cod当量约为1.1，经过厌氧发酵6-10天后，可用于污水处理中的反硝化处理工艺中的优质碳源，避免了分离、浓缩、干燥等高成本处理措施，直接变废为宝，实现资源化再利用。
24、7、本发明由于采用上述工艺方法，具有工艺简单、酶的活性高、底物转化率高、产物分子结构稳定、生产成本低、副产物可回收利用等优点。