一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺的制作方法

1.本发明涉及氨基葡萄糖制备技术领域，尤其涉及一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺。


背景技术：

2.氨基葡萄糖(c6h
13
no5)是人体关节软骨基质中合成蛋白聚糖所必需的物质，通常存在于微生物、动物来源的多糖和结合多糖中。目前，氨基葡萄糖的制备以含有甲壳素的原料(如虾壳、蟹壳等)进行水解、微生物发酵法或者酶解法制备。以虾壳、蟹壳等为原料进行水解的方法需要用到大量的浓盐酸，产生大量废液，容易引起严重的环境污染问题，而且以虾壳、蟹壳等为原料制备的氨基葡萄糖存在临床应用过程中会引起过敏体质患者过敏反应的问题。而酶解法成本高、生产效率低下，不适合大规模生产应用。微生物发酵法由于产品无鱼腥味、生产周期短、产量大，环境污染小等优势成为生产氨基葡萄糖的主要方法。目前制备的氨基葡萄糖主要以盐酸盐或者硫酸盐的形式存在，氨基葡萄糖盐酸盐的性能比较稳定，但在人体中的吸收性较差，氨基葡萄糖硫酸盐由于存在硫酸根而在人体中的吸收性好，但存在强吸湿性问题，导致氨基葡萄糖硫酸盐本身不稳定、易潮解，为此，一般在氨基葡萄糖硫酸盐中加入20～30％的氨基葡萄糖盐酸盐，但导致这种氨糖产品的含盐量或含氯离子量过高的问题，不适合部分服用者。


技术实现要素：

3.针对上述提到的问题，本发明提供一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，这种工艺通过在氨基葡萄糖硫酸盐表面包覆一层疏水膜，可以有效降低氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿能力，提高其稳定性。为实现上述发明目的，本发明公开了以下技术方案：
4.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
5.(i)在微生物发酵法制备的发酵液中加入硫酸进行水解，完成后在得到的水解液中加入碱液调节至中性，得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的水解液。
6.(ii)在所述水解液中加入脱色剂，并在加热条件下进行脱色，完成后分离出脱色剂，收集液相，即得脱色液。
7.(iii)对所述脱色液进行浓缩，然后在得到的浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯和玉米油后搅拌形成乳液，然后将所述乳液进行喷雾干燥，即得表面包覆有疏水层的氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
8.在进一步的技术方案中，步骤(i)中，所述硫酸的浓度为55～65wt.％。
9.在进一步的技术方案中，步骤(i)中，加入所述硫酸后体系的硫酸浓度维持在30～38wt.％之间。通过硫酸对发酵液中的代谢产物进行水解不仅便于直接得到氨基葡萄糖硫酸盐，避免引入氯离子，而且有助于缓解浓盐酸水解时大量挥发带来的污染问题。
10.在进一步的技术方案中，步骤(i)中，所述水解的温度为65～85℃，持续时间为3～5小时。
11.在进一步的技术方案中，步骤(i)中，所述碱液包括氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等中的任意一种。
12.在进一步的技术方案中，步骤(ii)中，所述述脱色剂包括活性炭、硅藻土等中的任意一种。可选地，所述脱色剂的加入量为3～5g/l。优选地，所述脱色在40～55℃的加热条件下进行，时间为20～35min。脱色剂的主要作用是通过物理吸附去除水解液中的色素，改善产品的外观和纯度。
13.在进一步的技术方案中，步骤(iii)中，将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的40～60％之间，以增大其中氨基葡萄糖硫酸盐的浓度，便于后续喷雾干燥处理。
14.在进一步的技术方案中，步骤(iii)中，每升所述浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯5～7.8g、玉米油11.2～16g。所述蔗糖脂肪酸酯对玉米油和浓缩液中的水分均具有良好的乳化作用，经过高速搅拌后得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的乳液。
15.在进一步的技术方案中，步骤(iii)中，将所述乳液在喷雾干燥器中制备所述氨基葡萄糖硫酸盐。
16.可选地，所述喷雾干燥器的进口温度为105～115℃，进料速度为4～7ml/min，然后将得到的粉体在50～65℃真空干燥15～25min，即得所述氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
17.现有技术相比，本发明取得的有益效果包括：为了克服氨基葡萄糖硫酸盐存在吸湿能力强，导致其不稳定、易潮解的问题，本发明提出了一种通过发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，该工艺不仅具有发酵法制备氨糖产品具有的技术优势，而且通过特殊工艺在氨基葡萄糖硫酸盐颗粒表面包覆了疏水膜，有效降低了氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿能力，提高其稳定性。具体如下：首先本发明直接采用硫酸对发酵液中的代谢产物进行水解不仅便于直接得到氨基葡萄糖硫酸盐，避免引入氯离子，而且有助于缓解浓盐酸水解时大量挥发带来的污染问题。其次，本发明直接在浓缩液中加入了蔗糖脂肪酸酯和玉米油后搅拌形成乳液，然后将所述乳液进行喷雾干燥。通过上述方法，在喷雾干燥后使所述蔗糖脂肪酸酯和玉米油包覆在氨基葡萄糖硫酸盐颗粒表层形成疏水层，有效降低氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿能力，提高其稳定性。同时，上述工艺还避免了使用传统的醇沉法从浓缩液中提取氨基葡萄糖硫酸盐的方式，这种醇沉法需要在浓缩液中加入大量的乙醇使浓缩液中的氨基葡萄糖硫酸盐析出沉淀，然后分离出氨基葡萄糖硫酸盐，剩余的液相为含有大量酒精的废液，而这些废液还面临后续回收利用问题，增加了工艺复杂性和成本，而本发明的工艺直接在浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯和玉米油后进行喷雾干燥处理，无需采用醇沉法，很好地避免了上述废液的问题，而且得到了表面包覆有疏水层的高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐。
具体实施方式
18.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。现通过具体实施对本发明进一步说明。
19.下列实施例中发酵液的制备方法采用如下工艺：发酵罐中的培养基为葡萄糖25g/l、酵母浸粉20g/l、甘油5.5g/l、乳糖3g/l、硝酸钠3g/l、磷酸氢二钾1g/l、硫酸镁0.53g/l、氯化钠0.11g/l、硫酸亚铁0.03g/l。然后将工程菌(体积比3：0.6：1.5的比例混合而成的大肠杆菌、酿酒酵母、葡萄球菌)接种在上述发酵罐中进行发酵培养，设置发酵罐中的培养温度为37℃，培养时间为45h，葡萄糖的补料速度调节为3.8l/h，完成后对得到的发酵液进行
过滤，去除其中的菌体等，收集得到的滤液，备用。也可以根据实际需要采用其他适合的发酵法制备发酵液，该技术在本领域已经广泛应用。
20.实施例1
21.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
22.(i)在上述微生物发酵法制备的发酵液中加入浓度为60wt.％的硫酸溶液直至发酵液中硫酸浓度达到36wt.％，然后加热水解4.5小时，所述加热温度维持在至75
±
2℃。完成后对得到的水解液进行过滤，然后加入氢氧化钠将水解液中和至中性，即得得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的中性水解液。
23.(ii)按照4g/l的添加量在所述中性水解液中加入活性炭作为脱色剂，并在45℃脱色30min，完成后离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出水解液中的脱色剂，收集液相，即得脱色液。
24.(iii)将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的40％，即得浓缩液。然后在每升所述浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯5g、玉米油11.2g，然后以600转/min的速率机械搅拌3min形成乳液。
25.(iv)将所述乳液置于喷雾干燥器中进行喷雾干燥处理制备氨基葡萄糖硫酸盐粉体。所述喷雾干燥器的进口温度为110℃，进料速度为5ml/min，然后将得到的粉体在60℃真空干燥20min，即得所述氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
26.实施例2
27.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
28.(i)在上述微生物发酵法制备的发酵液中加入浓度为55wt.％的硫酸溶液直至发酵液中硫酸浓度达到30wt.％，然后加热水解3小时，所述加热温度维持在至85
±
2℃。完成后对得到的水解液进行过滤，然后加入碳酸钠将水解液中和至中性，即得得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的中性水解液。
29.(ii)按照5g/l的添加量在所述中性水解液中加入活性炭作为脱色剂，并在40℃脱色20min，完成后离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出水解液中的脱色剂，收集液相，即得脱色液。
30.(iii)将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的55％，即得浓缩液。然后在每升所述浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯6.5g、玉米油14g，然后以600转/min的速率机械搅拌3min形成乳液。
31.(iv)将所述乳液置于喷雾干燥器中进行喷雾干燥处理制备氨基葡萄糖硫酸盐粉体。所述喷雾干燥器的进口温度为115℃，进料速度为7ml/min，然后将得到的粉体在65℃真空干燥15min，即得所述氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
32.实施例3
33.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
34.(i)在上述微生物发酵法制备的发酵液中加入浓度为65wt.％的硫酸溶液直至发酵液中硫酸浓度达到38wt.％，然后加热水解5小时，所述加热温度维持在至65
±
2℃。完成后对得到的水解液进行过滤，然后加入碳酸氢钠将水解液中和至中性，即得得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的中性水解液。
35.(ii)按照3g/l的添加量在所述中性水解液中加入活性炭作为脱色剂，并在55℃脱
色35min，完成后离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出水解液中的脱色剂，收集液相，即得脱色液。
36.(iii)将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的60％，即得浓缩液。然后在每升所述浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯7.8g、玉米油16g，然后以600转/min的速率机械搅拌5min形成乳液。
37.(iv)将所述乳液置于喷雾干燥器中进行喷雾干燥处理制备氨基葡萄糖硫酸盐粉体。所述喷雾干燥器的进口温度为105℃，进料速度为4ml/min，然后将得到的粉体在50℃真空干燥25min，即得所述氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
38.实施例4
39.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
40.(i)在上述微生物发酵法制备的发酵液中加入浓度为60wt.％的硫酸溶液直至发酵液中硫酸浓度达到36wt.％，然后加热水解4.5小时，所述加热温度维持在至75
±
2℃。完成后对得到的水解液进行过滤，然后加入氢氧化钠将水解液中和至中性，即得得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的中性水解液。
41.(ii)按照4g/l的添加量在所述中性水解液中加入活性炭作为脱色剂，并在45℃脱色30min，完成后离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出水解液中的脱色剂，收集液相，即得脱色液。
42.(iii)将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的40％，即得浓缩液。然后在所述浓缩液中加入其体积5倍的乙醇(质量浓度95％)进行醇沉，完成后，离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出析出的氨基葡萄糖硫酸盐晶体，将其在60℃真空干燥20min，即得氨基葡萄糖硫酸盐。
43.实施例5
44.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
45.(i)在上述微生物发酵法制备的发酵液中加入浓度为55wt.％的硫酸溶液直至发酵液中硫酸浓度达到30wt.％，然后加热水解3小时，所述加热温度维持在至85
±
2℃。完成后对得到的水解液进行过滤，然后加入碳酸钠将水解液中和至中性，即得得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的中性水解液。
46.(ii)按照5g/l的添加量在所述中性水解液中加入活性炭作为脱色剂，并在40℃脱色20min，完成后离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出水解液中的脱色剂，收集液相，即得脱色液。
47.(iii)将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的55％，即得浓缩液。然后在每升所述浓缩液中加入蔗糖脂肪酸酯6.5g，然后以600转/min的速率机械搅拌3min形成乳液。
48.(iv)将所述乳液置于喷雾干燥器中进行喷雾干燥处理制备氨基葡萄糖硫酸盐粉体。所述喷雾干燥器的进口温度为115℃，进料速度为7ml/min，然后将得到的粉体在65℃真空干燥15min，即得所述氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
49.实施例6
50.一种发酵法制备高稳定性氨基葡萄糖硫酸盐的工艺，包括如下步骤：
51.(i)在上述微生物发酵法制备的发酵液中加入浓度为65wt.％的硫酸溶液直至发酵液中硫酸浓度达到38wt.％，然后加热水解5小时，所述加热温度维持在至65
±
2℃。完成
后对得到的水解液进行过滤，然后加入碳酸氢钠将水解液中和至中性，即得得到含有氨基葡萄糖硫酸盐的中性水解液。
52.(ii)按照3g/l的添加量在所述中性水解液中加入活性炭作为脱色剂，并在55℃脱色35min，完成后离心(速率10000转/min，时间为15min)分离出水解液中的脱色剂，收集液相，即得脱色液。
53.(iii)将所述脱色液水浴加热浓缩至初始体积的60％，即得浓缩液。然后在每升所述浓缩液中加入玉米油16g，然后以600转/min的速率机械搅拌5min形成乳液。
54.(iv)将所述乳液置于喷雾干燥器中进行喷雾干燥处理制备氨基葡萄糖硫酸盐粉体。所述喷雾干燥器的进口温度为105℃，进料速度为4ml/min，然后将得到的粉体在50℃真空干燥25min，即得所述氨基葡萄糖硫酸盐粉体。
55.对上述各实施例最终得到的氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿率进行测试，测试方法为：取50g所述氨基葡萄糖硫酸盐，并在通风和避光环境下放置一周，然后测试其重量，并计算相对于初始重量的变化，结果如下所示。可以看出，实施例1～3的工艺制备的氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿率明显低于实施例4～6，这是因为实施例1～3的工艺能够在氨基葡萄糖硫酸盐颗粒表面包覆疏水膜，有效降低了氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿能力，提高其稳定性。而实施例4采用的传统的醇沉法从浓缩液中提取氨基葡萄糖硫酸盐的方式，得到的氨基葡萄糖硫酸盐具有强烈的吸湿性，在空气中很容易吸水潮解，实施例5和实施例6未能在氨基葡萄糖硫酸盐颗粒表面成功制备出有效的疏水膜，导致其得到的氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿性并没有得到有效克服。
56.各实施例氨基葡萄糖硫酸盐的吸湿率测试结果
[0057] 实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6吸湿率/％0.260.170.217.586.827.04
[0058]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。