一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法技术

本发明专利技术公开了一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法，首先将石花菜与马来酸溶液混合，微波加热酸解以获取D

【技术实现步骤摘要】
一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法


[0001]本专利技术属于生物质降解和生物转化领域，具体涉及一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法。

技术介绍

[0002]海藻资源丰富，大型海藻可分为红藻、绿藻和褐藻。红藻组成与陆生植物有很大不同，其碳水化合物含量高达70％以上。红藻中含量最丰富的成分是多糖，包括纤维素、琼胶和卡拉胶；另外，还含有蛋白质、脂类和极微量的木质素。根据红藻所含碳水化合物组成的差异，可以将其分为琼胶类红藻和卡拉胶类红藻。
[0003]石花菜中含量最高的碳水化合物为琼胶，因此石花菜是一种琼胶类红藻。琼胶也称为琼脂，是石花菜属红藻细胞壁的主要成分，主要由琼脂糖和琼脂胶组成。其中，琼脂糖是由D
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半乳糖和3,6
‑
内醚
‑
L
‑
半乳糖通过α
‑
1,3
‑
和β
‑
1,4
‑
糖苷键交替连接组成的线形链状多糖分子，琼脂糖经化学催化或酶催化水解后，可释放D
‑
半乳糖和3,6
‑
内醚
‑
L
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半乳糖；琼脂胶主链结构与琼脂糖类似，分子质量小于琼脂糖，结构较为复杂。半乳糖酸是 D
‑
半乳糖醛基氧化产物，是一种与葡萄糖酸结构和化学性质相类似的新型醛糖酸，可以选择性替代柠檬酸作为食品酸味调节剂，可以被用于甜味剂、药物中间体以及分散剂等相关产品的开发。
[0004]目前关于石花菜的酸水解已有报道，但酸解得率不高。以常见有机酸酸解石花菜并获得高得率D
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半乳糖尚未见报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种以自然界产量丰富的可再生生物质石花菜为原料，以微波辅助马来酸催化水解制备D
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半乳糖，并利用生物催化剂进一步氧化D
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半乳糖制备半乳糖酸的方法。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法，包括如下步骤：
[0008](1)取石花菜与马来酸溶液混合均匀，加热酸解；
[0009](2)将步骤(1)反应完毕的酸解液固液分离，上清液即为含有D
‑
半乳糖的水解液，加碱中和，得到生物催化反应的底物；
[0010](3)培养恶臭假单胞菌工程菌至对数期，离心收集微生物细胞，得到生物催化剂；
[0011](4)将步骤(2)制得的底物与步骤(3)制得的生物催化剂混合，并加入碳酸钙反应，反应结束后，固液分离收集上清液，即为含有半乳糖酸的溶液。
[0012]步骤(1)中，所述的马来酸溶液质量浓度为1.5％～8％，优选2％～3％；所述石花菜与马来酸溶液的固液比为1:5～1:25g/mL，优选1:10～1:15g/mL。
[0013]步骤(1)中，优选在微波反应器中加热酸解，微波酸解反应温度为140℃～165℃，优选155℃～160℃，反应时间为20～40min，优选25～35min。
[0014]步骤(2)中，所述碱为固体氧化钙。
[0015]步骤(3)中，所述的恶臭假单胞菌工程菌按照如下方法构建得到：提取莓实假单胞菌NL20W的基因组DNA，扩增得到SEQ ID NO.1所示的目的基因，构建重组质粒电转化至恶臭假单胞菌ATCC No.47054。其中，莓实假单胞菌NL20W Pseudomonas fragi NL20W已保藏于中国典型培养物保藏中心，保藏地址：中国武汉.武汉大学，保藏日期为2021年03月17日，保藏编号为CCTCC NO:M 2021245。
[0016]步骤(4)中，反应温度为20℃～40℃，优选25℃～35℃；反应pH为5.0～8.0，优选5.3～5.8；反应转速为0～500rpm，优选250～350rpm。
[0017]步骤(4)中，所述底物和生物催化剂的用量比是：3g底物/g干重细胞～8g底物/g 干重细胞。
[0018]步骤(4)在生物催化反应容器中进行，生物催化反应容器为广口式，以双层纱布封口，反应时间范围是3～15h。
[0019]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下优势：(1)与陆生木质纤维生物质资源相比，石花菜生长迅速，资源丰富，木质素含量低，易于水解，水解液成分富含D
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半乳糖。(2)对生物质进行酸水解时通常使用无机酸，例如稀硫酸。通过无机酸水解获得的游离糖在高温处理过程容易被进一步降解。此外，无机酸还有极强的腐蚀作用。本专利技术使用的马来酸是一种常见的有机酸，价格便宜，在微波辅助条件下，较低酸浓即可获得高浓度、高得率的D
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半乳糖，酸解过程绿色环保、工艺简单。(3)本专利技术中的恶臭假单胞菌工程菌氧化D
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半乳糖速度更快，没有副产物产生。(4)以石花菜中半乳聚糖含量为基准，本专利技术所述技术方案制备的半乳糖酸得率高。
具体实施方式
[0020]根据下述实施例，可以更好地理解本专利技术。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本专利技术，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本专利技术。
[0021]石花菜中水分含量的测定方法：称取0.5g粉碎后的石花菜利用水分测定仪测定水分 (the Infrared Moisture Determination Balance FD
‑
720)。
[0022]石花菜中半乳聚糖含量的测定方法：粉碎后的石花菜去除水分，称取0.3g绝干物料加入水解瓶，加入3mL质量浓度为72％硫酸，搅拌至原料充分混合。置于30℃恒温振荡水浴锅中保温1h，每5～10min用涡旋仪振荡一次。之后，向反应液中加入84g水，混匀后于120℃条件下酸解1h。冷却后用G3玻砂过滤，滤液适当稀释，使用0.22μm 过滤膜过滤滤液，并用高效液相色谱法(HPLC)分析其中的D
‑
半乳糖含量。
[0023]半乳聚糖含量(％)＝(Cgal
×
0.9
×
V/W)
×
100％
[0024](其中，Cgal为D
‑
半乳糖的浓度，g/L；0.9为C6单糖和聚糖的转化系数；V为滤液总体积，L；W为样品的绝干重量，g)
[0025]本专利技术实施例中所述粉碎后的石花菜的水分含量为9.21％。绝干物料中，半乳聚糖含量为49.16％。
[0026]以1克粉碎后的石花菜计，所含半乳聚糖为0.446g。
[0027]D
‑
半乳糖和半乳糖酸检测方法：采用高效液相色谱法(HPLC)测定。色谱条件如下：
色谱仪：Agillent1260高效液相色谱仪；色谱柱：Coregel ION 300；进样量：10μL；流动相：0.5mM硫酸，流速：0.4mL/min；柱温：75℃；检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取石花菜与马来酸溶液混合均匀，加热酸解；(2)将步骤(1)反应完毕的酸解液固液分离，上清液即为含有D
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半乳糖的水解液，加碱中和，得到生物催化反应的底物；(3)培养恶臭假单胞菌工程菌至对数期，离心收集微生物细胞，作为生物催化剂；(4)将步骤(2)制得的底物与步骤(3)制得的生物催化剂混合，并加入碳酸钙反应，反应结束后，固液分离收集上清液，即为含有半乳糖酸的溶液。2.根据权利要求1所述的一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的马来酸溶液质量浓度为1.5％～8％；所述石花菜与马来酸溶液的固液比为1:5～1:25g/mL。3.根据权利要求1所述的一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的马来酸溶液质量浓度为2％～3％；所述石花菜与马来酸溶液的固液比为1:10～1:15g/mL。4.根据权利要求1所述的一种化学生物法相结合制备高得率半乳糖酸的方法，其特征在于，步骤(1)中，酸解反应温度为140℃～165℃，反应时间为20～40min。5.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑兆娟，金小虎，刘鹏，周凤，欧阳嘉，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：