一种氨基酸修饰壳聚糖衍生物及其在提升L-乳酸光学纯度中的应用

本发明涉及生物发酵，具体涉及一种氨基酸修饰壳聚糖衍生物及其在提升l-乳酸光学纯度中的应用。

背景技术：

1、l-乳酸是发酵乳制品（酸奶、发酵乳、乳酸菌饮料等）中最主要的有机酸成分，其光学构型直接关系到产品的安全性、风味品质和货架期稳定性。人体代谢系统主要利用l-乳酸，而d-乳酸的过量摄入可能增加机体代谢负担，且婴幼儿等特定人群对d-乳酸的耐受能力更为有限。国际食品法典委员会及我国相关标准对发酵乳制品中乳酸光学构型的比例均有相应要求，d-乳酸含量偏高已成为行业关注的质量安全问题。

2、传统发酵乳制品生产中，l-乳酸的光学纯度通常在97%至99%之间，发酵液中不可避免地存在2%至3%的d-乳酸。这些d-乳酸不仅影响产品的营养安全品质，还会给产品带来不良的酸涩感和刺激性口感，削弱发酵乳制品的风味柔和度和消费者接受度。此外，发酵乳制品在储藏过程中因残留乳酸菌继续产酸，酸度持续上升导致风味劣变和凝胶结构破坏，这被称为后酸化问题，长期困扰乳品行业。

3、现有技术存在以下不足：

4、一、后酸化问题长期未得到有效解决

5、发酵乳制品在冷藏储运过程中，残留的乳酸菌仍会持续代谢乳糖生成乳酸，导致产品酸度不断上升、口感过酸、蛋白质凝胶收缩脱水，大幅缩短产品的货架期。工业上通常采用发酵终点降温、添加抑菌剂或选用弱后酸化菌株等手段来缓解后酸化，但降温无法完全终止酶活，抑菌剂不符合清洁标签趋势，弱后酸化菌株往往伴随着产酸速率的下降。

6、二、d-乳酸对品质与口感的负面影响缺乏有效干预手段

7、发酵乳制品中d-乳酸的存在不仅带来安全性顾虑，其口感阈值低于l-乳酸，同样酸度下d-乳酸含量高的产品酸涩感更明显，风味平衡性更差。然而，现有的发酵工艺优化手段主要围绕菌种筛选和发酵条件控制，缺乏在发酵过程中直接降低d-乳酸占比、提升l-乳酸光学纯度的技术路径。

8、三、壳聚糖在乳制品领域的应用局限于澄清剂或稳定剂

9、壳聚糖是甲壳素经脱乙酰化反应得到的衍生物，其分子骨架含有大量手性碳原子及氨基、羟基等活性官能团，本身具有光学活性，在乳制品及饮料加工中，壳聚糖主要用作澄清剂和稳定剂，例如在苹果乳酸饮料中添加壳聚糖可提高透光率，壳聚糖也被研究用于乳清蛋白絮凝回收和发酵乳的质构改善。然而，上述应用均局限于物理澄清或质构改良，尚未有研究利用壳聚糖及其衍生物的手性识别能力，在乳制品发酵过程中选择性吸附d-乳酸以提升l-乳酸的光学纯度，同时改善产品的风味品质和后酸化特性。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：针对现有技术中发酵乳制品中d-乳酸含量偏高影响产品安全性与感官品质、以及后酸化导致储藏期风味劣变的技术问题，本发明的目的是提供一种氨基酸修饰壳聚糖衍生物及其在提升l-乳酸光学纯度中的应用，在发酵过程中有效降低d-乳酸含量、提升l-乳酸的光学纯度，并在储藏期内一定程度上延缓d-乳酸的再度积累，从而获得d-乳酸含量低、口感柔和、后酸化程度受控的发酵乳制品。

2、技术方案：一种氨基酸修饰壳聚糖衍生物，所述氨基酸修饰壳聚糖衍生物为壳聚糖与氨基酸通过酰胺化反应接枝获得；

3、所述壳聚糖的脱乙酰度≥90%，分子量为3,000至20,000 da；

4、所述氨基酸为l-精氨酸、l-赖氨酸或l-组氨酸。

5、进一步的，所述氨基酸修饰壳聚糖衍生物的接枝率为10%至30%。

6、本发明还提供了上述氨基酸修饰壳聚糖衍生物的制备方法，包括以下步骤：

7、（1）将壳聚糖溶于稀醋酸溶液，搅拌至完全溶解，配制成壳聚糖溶液；

8、（2）向壳聚糖溶液中加入edc和nhs进行活化反应；

9、（3）加入氨基酸进行酰胺化反应，获得反应液；

10、（4）将反应液透析纯化；

11、（5）冻干，即得氨基酸修饰壳聚糖衍生物。

12、进一步的，步骤（1）中所述稀醋酸溶液的浓度为1%-2%，所述壳聚糖溶液的质量分数为1%-3%。

13、进一步的，步骤（2）中所述edc与壳聚糖氨基的摩尔比为0.5:1-2:1，edc与nhs的摩尔比为1:0.5-1:1.5，活化反应的温度为0-4℃，时间为20-40分钟。

14、进一步的，步骤（3）中所述氨基酸与壳聚糖的摩尔比为1:1-5:1，酰胺化反应的时间为12-24小时。

15、进一步的，步骤（4）中所述透析采用截留分子量为3.5 kda的透析袋，于去离子水中透析48-72小时，每6-8小时换水一次。

16、本发明还提供了上述氨基酸修饰壳聚糖衍生物在提升l-乳酸光学纯度中的应用。

17、进一步的，所述应用包括：在乳制品发酵过程中添加所述氨基酸修饰壳聚糖衍生物；所述氨基酸修饰壳聚糖衍生物在发酵过程中同时发挥代谢调控和d-乳酸选择性吸附双重功能：

18、功能一为l-乳酸的生成促进：氨基酸修饰壳聚糖衍生物作为外源添加物，对乳酸菌的代谢具有调节作用，有利于l-乳酸的生成。

19、功能二为d-乳酸的选择性吸附：壳聚糖分子骨架含有大量手性碳原子及氨基、羟基等活性官能团，本身具有光学活性。通过氨基酸修饰，可以在壳聚糖分子中引入新的手性识别位点，增强对手性化合物的选择性。氨基酸修饰壳聚糖衍生物利用其增强的手性识别能力，在发酵液中选择性吸附d-乳酸并将其从发酵体系中移除，从而使l-乳酸的光学纯度持续提升。

20、两种功能协同作用，在发酵及后续储藏过程中持续降低d-乳酸含量、提升l-乳酸的光学纯度，从而获得d-乳酸含量低、口感柔和、后酸化程度受控的发酵乳制品。

21、进一步的，所述乳制品发酵的菌株选自保加利亚乳杆菌（

lactobacillus

bulgaricus）、嗜热链球菌（

streptococcus thermophilus）、鼠李糖乳杆菌（

lactobacillus

rhamnosus）、干酪乳杆菌（

lactobacillus casei）或凝结芽孢杆菌（

bacillus coagulans）中的一种或多种。

22、进一步的，所述氨基酸修饰壳聚糖衍生物在发酵0-6小时内添加，添加量为1.0-5.0 g/l。

23、进一步的，所述氨基酸修饰壳聚糖衍生物在发酵2-4小时内添加，添加量为1.0-2.0 g/l。

24、进一步的，所述乳制品发酵的发酵温度为30-45℃，初始ph为5.5-7.0，发酵时间为6-8小时。

25、进一步的，所述乳制品发酵的初始ph为6.5。

26、进一步的，所述乳制品发酵的发酵基质为牛乳、羊乳或复原乳。

27、进一步的，所述乳制品发酵结束后，其中l-乳酸的光学纯度≥99.9%。

28、有益效果

29、（1）本发明首次将氨基酸修饰壳聚糖衍生物对d-乳酸的选择性吸附能力应用于乳制品发酵过程中，在发酵及储藏的同时将d-乳酸从体系中吸附移除，改变了传统工艺中d-乳酸含量无法在发酵过程中主动调控的技术局限。

30、（2）本发明将氨基酸修饰壳聚糖衍生物的乳酸菌代谢调节作用与d-乳酸选择性吸附功能整合于同一物质、同一过程中，两者协同作用：代谢调节有利于l-乳酸的积累，选择性吸附持续移除d-乳酸，使得发酵乳制品在发酵终点及储藏期内始终维持低d-乳酸水平和高l-乳酸光学纯度。

31、（3）d-乳酸的口感阈值低于l-乳酸，是发酵乳制品酸涩感和刺激性口感的主要来源。本发明通过原位选择性移除d-乳酸，使发酵乳的口感更加纯正柔和，风味平衡性显著提升。

32、（4）抑制后酸化，延长货架期：氨基酸修饰壳聚糖衍生物在发酵结束后仍保留在体系中，能够吸附储藏过程中乳酸菌缓慢代谢产生的新增d-乳酸，从而延缓后酸化导致的风味劣变，有利于延长产品的货架期。