专利名称：以魔芋精粉为原料生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法
技术领域：
本发明涉及以魔芋精粉为原料一步制造天然表面活性剂——脂酰葡甘聚糖醛酸钠的生物化学技术。
脂酰葡甘聚糖醛酸钠是一种安全性极高的多功能天然表面活性剂，具有良好的增稠、保湿、持水、保型、成膜和乳化作用，良好的耐高温、耐碱及冻融稳定性，因而可用于制药、食品、陶瓷、铸造、建筑及化学工业中，作界面活性剂使用。魔芋(Amorphophallas Konjac)中的主要成分葡甘聚糖(Konjacmannan)含量达50％,1吨魔芋可生产0.7吨魔芋精粉，魔芋精粉中葡甘聚糖(Konjac Glncomannan简称KGM)占80％以上，其次还含有淀粉、纤维素、蛋白质、游离还原糖等。研究证明，魔芋葡甘聚糖具有减肥作用，对血清胆固醇，肝胆固醇和中性脂肪的上升有明显的抑制作，并且调节代谢正常化和增强免疫功能，被广泛应用于保健食品和医药上作强化剂，应用现代生物化工技术将魔芋精粉进一步转化为新型表面活性剂，对开发魔芋资源具有重要意义。
本发明的目的是提供一种以魔芋精粉为原料生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法。
实现上述目的的技术路线是先将魔芋精粉进行酶解醇洗予处理，然后酸解氧化制成低聚葡甘聚糖醛酸，在催化剂存在下酯化成脂酰葡甘聚糖醛酸，再用碱中和制成脂酰葡甘聚糖醛酸钠产品。其反应原理是
式中n葡萄糖∶甘露糖的摩尔比1∶2m纤维素酶酶解分支度K酸解常数R:-COH35C17具体工艺步骤是1、魔芋精粉加入其体积10倍体积以上的含2％吐温80的0.2M醋酸-酯酸钠缓冲液、或者灭菌生理盐水，再加入纤维素酶(Ec3.2.1.4)配成酶活500-1500n，于40℃下搅拌酶解3小时，然后加入酶解液等体积的95％酒精漂洗过滤去杂质，得脱支魔芋葡甘聚糖过滤物备用，或者再将滤饼用80％和无水酒精脱水干燥得干粉备用；2、往1所得脱支魔芋葡甘聚糖中加入其体积10-20倍体积的4.2％-13.0％HCl溶液，并加入同HCl溶液体积的5％H2O2，在40-70℃酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸；3、往2所得魔芋葡甘聚糖醛酸中加入硬脂酸C17H35COOH，其加入量是魔芋葡甘聚糖醛酸与硬脂酸重量比为1∶2，并加入催化剂H2SO4，催化剂H2SO4量为硬脂酸重量的1.5％-3.0％，在50-90℃搅拌酯化蒸干水分；4、酯化反应终止时，加入NaOH溶液中和酸液至PH7.0-8.0，加去离子水，在70±5℃搅拌乳化3小时以上，配成含固量10％的乳剂脂酰葡甘聚糖醛钠产品。
魔芋精粉酶解、醇洗、干燥的优选条件是魔芋精粉加入其体积10倍体积的含2％吐温80PH5.5-6.0的0.2M醋酸-醋酸钠缓冲液或者灭菌生理盐水，加入纤维素酶Ec3.2.1.4配成酶活500n，在40℃下搅拌反应大于3小时酶解。加入酶解液等体积的95％酒精洗涤过滤，过滤的滤饼用80％和无水酒精在40℃下搅拌脱水、过滤弃去滤液，于70℃干燥箱内干燥，得脱支魔芋葡甘聚糖干粉。
脱支魔芋葡甘聚糖酸解、氧化的优选条件是脱支魔芋葡甘聚糖中加入其体积10倍体积的5％HCl溶液，并徐徐(如滴加)加入同HCl溶液体积相等的5％H2O2，在70℃下搅拌3小时以内酸解氧化、魔芋葡甘聚糖酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸。
魔芋葡甘聚糖醛酸酯化的优选条件是，魔芋葡甘聚糖醛酸加硬脂酸C17H35COOH后，徐徐加入硬脂酸重量1.5％的催化剂H2SO4，在70℃下搅拌酯化蒸干为止。
用本发明的方法，魔芋精粉经酶解醇洗脱水干燥后的脱支魔芋葡甘聚糖得率达80％-90％，酸解氧化为低聚魔芋葡甘聚糖醛酸的得率在90％以上，酯化中和后可得含固形物10％的乳剂脂酰葡甘聚糖醛酸钠成品。其HLR值约9.0，可以配制O/W和W/O型乳浊液，是一种通用型的表面活性剂，其工艺简单、操作方便、经济。
实施例1魔芋精粉加纤维素酶的酶解试验在5升三颈烧瓶中，按魔芋KGM与0.2M醋酸-醋酸钠(PH5.5-6.0)缓冲液的体积比为1∶10投料，分别添加纤维素酶Ec3.2.1.4，配成酶活500n,1000n、1500n、恒温40℃、以500r/mln的速度搅拌、间隔15分钟搅拌1分钟，各处理1-5小时，检测其粘度(CP)、还原糖mg/ml量，结果见
图1(图1是不同纤维素酶活力酶解KGM特性的比较曲线图)从图1可以看出，加入不同酶活力单位(n)纤维素酶，魔芋甘聚糖的粘度都有明显地下降，酶活力越高，魔芋葡甘聚糖的粘度下降越快，所用时间越短，而还原糖含量越高。酶活1500n粘度下降为1000CP以下需1.2小时，但还原糖升高达20mg/ml。酶活1000n时，粘度下降为1000CP以下需1.8小时，还原糖上升到17.5mg/ml。只有酶活500n时，粘度下降为1000CP时需3小时，还原糖最少为12.3mg/ml，故选酶活500n、反应3小时可以达到降低KGM粘度和酶解还原糖的双重目的，同时也是最经济有效的酶解KGM脱支途径。
实施例2，魔芋葡甘聚糖酸解与氧化试验用浓度5％HCl酸解，以H2O2为氧化剂，采用正交法、设计七因素，二个位级见(表1)，按L8(27)正交表进行实验(见表2)以低聚KGM醛酸转化率为指标进行比较分析。从表2结果可以看出，K1和K2的大小反应了该因素二个位级对转化率影响的强弱，极差R则判定了各因素二位级对转化率影响的总体效应，可见对反应转化率影响较大的为6号试验。其因素是HCl、H2O2体系中的水、反应温度、加酸和氧化剂方式，在这四人因素中可形成较确定的结论是HCl、H2O2体系中有水、采用滴加H2O2方式对转化率提高有利、温度70℃反应5小时比在40℃反应10小时对提高转化率有利。
其中氧化成醛酸的含量用硫酸-卡唑颜色反应法测定。
实施例3，低聚魔芋葡甘聚糖醛酸的酯化试验为了同步找出较优工艺条件，对魔芋葡甘聚糖酸解氧化试验因素直观分析，其中魔芋葡甘聚糖用量，盐酸用量和反应温度变化可认为无影响。在安排酯化试验时，即可把KGM用量、酸解酸用量、反应温度固定在一个水平，搜索其他因素的影响，以酯化反应效率(R、E)％为指标进行比较分析，找出酯化时间、酯化催化剂用量、硬脂酸用量比与恒定酯化温度因素的影响，分三位级(见表3)按L9(34)正交进行实验(见表4)，表中酯化反应效率是按20mg硬脂酸为标准算出的酯化容量进行换算的结果。
从表4中结果看出最佳工艺条件是A2、B3、C2、D2即硬脂酸用量42.06mg/100ml，反应时间3小时、催化剂H2SO4用量为0.6ml、反应温度70℃。通过KGM酸解、氧化的低聚KGM醛酸实际得率换算，即KGM与硬脂酸的质量比为1∶2(重量比)，添加硬脂酸质量的1.5％H2SO4作催化剂，反应3小时以上，其酯化反应效率可达95％以上。
实施例4-7在10升反应釜中，按前述方法及配比投入经酶解醇洗予处理的魔芋KGM∶5％盐酸∶5％过氧化氢=1∶10∶10(体积)，加热恒温70℃、搅拌酸解氧化5小时后，补加硬脂酸、催化剂H2SO4，其量为KGM醛酸(按得率折算)与硬脂酸重量比为1∶2,H2SO4量为硬脂酸1.5％、搅拌酯化3小时后，缓慢加入6MNaOH溶液中和至PH7.0，加去离子水配成固体含量10％左右的脂酰葡甘聚糖醛酸钠乳液产品，其结果见表5，其质量检测平均数据是外观乳白色乳液，酯值163，酸值58，总糖46.2％、含钠量7.8％、砷≤3mg/kg、重金属以Pb计≤10mg/kg，固体含量10.73％。
实施例8称取酶解醇洗魔芋葡甘聚糖干粉(不含水)100g、加入5％HCl溶液1000ml、于10升反应釜中，恒温70℃，以1500r/mln速度搅拌，同时滴加H2O2150ml，反应3小时，补加200g硬酯酸钠及滴加4ml浓硫酸、继续保温搅拌2小时蒸干后，用6M NaOH中和至PH7.0，并补加1800ml去离子水搅拌1小时，可制成脂酰葡甘聚糖醛酸钠乳剂3kg。
实施例9取酶解醇洗魔芋葡甘聚糖溶胶(为离心产物含水份60％)1kg，加浓盐酸90ml于10升反应釜中，恒温70℃，以1500r/mln速度搅拌，同时滴加195ml H2O2反应3小时，补加800g硬脂酸及75ml浓硫酸，去离子水700ml，继续保温搅拌2小时蒸干后，用6M NaOH中和至PH7.0，补加8.7kg去离子水，保温搅拌1小时，即制成脂酰葡甘聚糖醛酸钠乳剂12kg。
实施例10称取酶解酯洗魔芋葡甘聚糖未干燥颗粒(过滤滤瓶，含水10％)100g，加入5％HCl溶液890ml，于10升反应釜中，恒温70℃，以1500r/mln速度搅拌，同时滴加135ml H2O2，反应3小时，补加180g硬脂酸及2.7ml浓硫酸，继续保温2小时蒸干后，用6MNaOH中和至PH7.0后，补加1600ml去离子水，保温搅拌1小时，即可制成脂酰葡甘聚糖醛酸钠乳剂2.6kg。
表1魔芋KGM酸解与氧化因素位级表
<p><p>表2 L8(2T)KGM酸解、氧化结果
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表4 L9(34)酯化KGM醛酸的试验结果
表5从魔芋KGM制脂酰葡甘聚糖醛酸的结果
权利要求
1.一种以魔芋精粉为原料生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是步骤如下(1)魔芋精粉加入其体积10倍体积以上的含2％吐温80的0.2M醋酸-醋酸钠缓冲液、或者灭菌生理盐水，再加入纤维素酶(Ec3、2、1、4)配成酶活500-1500n，于40℃下搅拌酶解3小时，然后加入酶解液等体积的95％酒精漂洗过滤去杂质，得脱支魔芋葡甘聚糖过滤物备用，或者再将滤饼用80％和无水酒精脱水干燥得干粉备用；(2)往(1)所得脱支魔芋葡甘聚糖中加入其体积10-20倍体积的4.2％-13.0％HCl溶液，并加入同HCl溶液体积的5％H2O2，在40-70℃酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸；(3)往(2)所得魔芋葡甘聚糖醛酸中加入硬脂酸C17H35COOH，其加入量是魔芋葡甘聚糖醛酸与硬脂酸重量比为1∶2，并加入催化剂H2SO4，催化剂H2SO4量为硬脂酸重量的1.5％-3.0％，在50-90℃搅拌酯化蒸干水分；(4)酯化反应终止时，加入NaOH溶液中和酸液至PH7.0-8.0，加去离子水，在70±5℃搅拌乳化3小时以上，配成含固量10％的乳剂脂酰葡甘聚糖醛钠产品。
2.如权利要求1所述的生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是魔芋精粉加入其体积10倍体积的2％吐温80PH5.5-6.0的0.2M醋酸-醋酸钠缓冲液，或者灭菌生理盐水。加入纤维素酶Ec3.2.1.4配成酶活500n，在40℃下每搅拌酶解反应大于3小时。
3.如权利要求1、2所述的生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是酶解完的酶解液加入其等体积的95％酒精，在40±2℃下搅拌漂洗过滤去杂。
4.如权利要求3所述的生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是魔芋精粉酶解漂洗过滤去杂质的滤饼用80％和无水酒精在40℃下搅拌脱水，过滤弃去滤液，于70℃干燥箱内干燥，得脱支魔芋葡甘聚糖干粉。
5.如权利要求1所述的生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是脱支魔芋葡甘聚糖，加入其体积10倍体积的5％HCl溶液，并加入同HCl溶液体积相等的5％H2O2，在70℃下搅拌3小时以内酸解氧化成低聚魔芋葡甘聚糖醛酸。
6.如权利要求1或5所述的生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是5％H2O2的加入采用徐徐加入方式。
7.如权利要求1所述的生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法，其特征是魔芋葡甘聚糖醛酸加硬酯酸后，徐徐加入硬脂酸重量1.5％的催化剂H2SO4，在70℃下搅拌酯化蒸干为止。
全文摘要
一种以魔芋精粉为原料生产脂酰葡甘聚糖醛酸钠的方法。该方法将魔芋精粉经酶解醇洗预处理得到的魔芋葡甘聚糖(Konjac Glucomannan简称KGM),与4.2%—13.0%HCl溶液按体积比为1∶10—20,并徐徐加入同HCl溶液体积的5%H
文档编号C08B37/00GK1218055SQ9812162
公开日1999年6月2日 申请日期1998年10月6日 优先权日1998年10月6日
发明者干信 申请人:干信