一种单酶法生产海藻糖的监控方法技术

本发明专利技术公开了一种单酶法生产海藻糖的监控方法，首先安装近红外实时监测与控制系统，采集样本并将各样本pH计实时测定的pH值、对应各样本高效液相色谱法测定的海藻糖含量等数据与对应采集的各样本的近红外光谱信息进行关联，建立起单酶法生产过程中单位时间内海藻糖含量及pH值的变化的定量模型并校正。利用所建立定量校正模型对单酶法生产过程中单位时间内海藻糖的含量及pH值的变化进行快速检测，利用控制系统稳定pH值在海藻糖合成酶活力最佳范围内。本发明专利技术方法不但可以对单酶法生产过程中的反应液进行实时监测，而且可自动控制pH值和海藻糖含量变化，结果准确可靠。

A monitoring method for the production of trehalose by a single enzyme method

The invention discloses a method for monitoring a single enzymatic production of trehalose, first install the near infrared real-time monitoring and control system, sample and near infrared spectral information of each sample data of each sample pH real-time determination of pH value, corresponding to the determination of samples by HPLC and the corresponding trehalose content in the association, establish quantitative model changes of trehalose content and pH enzyme in the production process of single unit time value and correction. The quantitative calibration model was applied to quickly detect the change of fucose content and pH value in unit time of single enzyme production process, and the best value range of trehalose synthase activity was achieved by controlling pH value in control system. The method can not only real-time monitor the reaction fluid in the single enzyme production process, but also automatically control the change of pH value and trehalose content, and the result is accurate and reliable.

【技术实现步骤摘要】
一种单酶法生产海藻糖的监控方法
本专利技术属于一种关于海藻糖的专利技术，更具体地讲，本专利技术涉及一种有关单酶法生产海藻糖的监测和控制的方法。
技术介绍
海藻糖Trehalose是由两分子葡萄糖以α，α-1，1-糖苷键相连而成的非还原性二糖，由于具有对生物体优良的抗逆保护作用等优良性能而被誉为“生命之糖”和“二十一世纪的新型糖类”，其大规模制造方法受到广泛关注；海藻糖的生产方法有天然生物提取法、微生物发酵法、化学合成法、基因工程法和酶转化法；目前工业化生产基本采用酶转化法，主要又分单酶法和双酶法；在单酶法生产海藻糖生产过程中，海藻糖合成酶将麦芽糖转化成海藻糖，其中海藻糖合成酶的性质决定了麦芽糖对海藻糖的转化率，该转化率的高低直接关系到后续海藻糖的结晶率及终产品海藻糖的成本；海藻糖生产企业一般用高效液相色谱HPLC来检测海藻糖的组分，以控制反应时间和产物质量，费时费事，成本较高，而且难以实时测出工艺过程中的成分变化，更难精确控制生产工艺；因此，发展形成单酶法生产海藻糖的在线监控技术，对于海藻糖生产技术进步和产品质量升级具有重大现实意义。近红外光谱near-infraredspectroscopy，NIRS分析技术是上世纪90年代发展起来的一项现代分析技术，它综合运用了计算机技术、光谱技术和化学计量等多个学科的最新研究成果，以其独特的高效、快速、成本低、环保等突出优点，在农业、食品、石油化工和制药工程等学科中得到了广泛应用；文献“酿酒酵母胞内海藻糖的提取纯化及近红外检测，骆莹，2011”首次报道了近红外快速检测酿酒酵母内海藻糖含量是可行的，但由酿酒酵母提取海藻糖属于生物提取法，在海藻糖实际生产中没有产业化价值；目前尚无利用近红外检测酶法生产海藻糖含量的报道，更无利用近红外监控海藻糖生产的报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是将单酶法生产海藻糖过程中需人工频繁进行的海藻糖含量检测改为近红外自动检测并根据其变化自动控制加碱量以实现生产最优化自动调控的目的，即提供一种方法：应用近红外实时检测单酶法生产海藻糖过程中海藻糖含量，通过计算分析其含量变化与pH值变化之间的关系建立模型并校正，进而确定加碱时间及加碱量以稳定反应液的pH值使之处于海藻糖合成酶活力最高的最适pH范围内，从而达到生产最优化自动调控的目的。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案包括：依（a）麦芽糖浆制备及pH值初调、（b）加海藻糖合成酶催化反应、（c）灭酶活、（d）脱色、（e）阴-阳离子交换、（f）浓缩、（g）结晶、（h）干燥、（i）包装流程进行单酶法生产海藻糖，在（b）加海藻糖合成酶催化反应过程中采样、利用近红外检测、建模、校正，然后将所装近红外监测和控制系统及校正模型用于催化反应在线监控，具体包括以下步骤。步骤一，安装近红外实时监测和控制系统，所述近红外实时监控系统由反应罐（1）、节流阀（2）、检测池（3）、光纤（4）、近红外光谱仪（5）、计算机（6）、加碱池（7）、节流阀（8）组成，在反应罐（1）流出口设置节流阀（2），检测池（3）两边连接光纤（4），光纤（4）与近红外光谱仪（5）连接，近红外光谱仪（5）与计算机（6）连接，计算机同时与加碱池（7）连接，加碱池（7）通过节流阀（8）与反应罐（1）相连。步骤二，生产、采样、检测、建模、校正，包括：将麦芽糖浆放入反应罐（1）内，根据所用海藻糖合成酶的性质，调好温度、初始浓度和pH值后加入海藻糖合成酶进行催化反应，催化反应结束后，对反应液进行高温灭酶活，活性碳脱色、阴-阳离子交换、浓缩、结晶、干燥、包装，即得海藻糖产品；在（b）催化反应过程中分时采样，并将用pH计实时测定各样本pH值、用高效液相色谱法实时测定各样本的海藻糖含量，用近红外光谱仪（5）经光纤（4）在检测池（3）实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，其中，光谱采集条件为：扫描波数范围4000～10000cm-1，分辨率8cm-1，扫描次数32-96次，每个样品测定2-3次，取平均光谱用于近红外建模；然后通过计算分析，建立起单酶法生产过程中单位时间内光谱变化与海藻糖含量变化，海藻糖含量变化与pH值变化相关联的定量模型并校正。步骤三，将所装近红外监测系统和校正后模型用于催化反应在线监控，当海藻糖含量增速下降到设定值时，通过加碱池（7）经节流阀（8）加碱到反应罐（1）调节pH值稳定在海藻糖酶活力最高区间。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：单酶法生产海藻糖现有技术为高效液相色谱检测海藻糖含量，费时费力，本专利技术方法可以对单酶法生产海藻糖的反应液进行实时取样，并利用近红外光谱仪实时监测反应液中的海藻糖的含量、自动调控稳定反应液的pH值，结果准确可靠，与不调控pH相比，明显提高了海藻糖得率并缩短了反应时间，与人工调控及检测相比，省时省力，既方便快捷又节省了人工，降低了监控和生产成本。附图说明图1为本专利技术近红外实时监控系统。图2为单酶法生产海藻糖反应液近红外原始光谱。图3为单酶法生产海藻糖反应液经一阶微分和平滑预处理后的近红外光谱。图4为PLS模型的校正集和预测集海藻糖的预测值与真值的关系。具体实施方式为了更好地理解本专利技术的内容，下面结合具体实施例作进一步说明；应理解，这些实施例仅用于对本专利技术进一步说明，而不用于限制本专利技术的范围；此外应理解，在阅读了本专利技术所述的内容后，该领域的技术人员对本专利技术作出一些非本质的改动或调整，仍属于本专利技术的保护范围。实施例1监控系统安装：如图1所示，安装近红外实时监测和控制系统，包括反应罐（1）、节流阀（2）、检测池（3）、光纤（4）、近红外光谱仪（5）、计算机（6）、加碱池（7）、节流阀（8）组成，在反应罐（1）流出口设置节流阀（2），检测池（3）两边连接光纤（4），光纤（4）与近红外光谱仪（5）连接，近红外光谱仪（5）与计算机（6）连接，计算机同时与加碱池（7）连接，加碱池（7）通过节流阀（8）与反应罐（1）相连。实施例2催化反应：将90%纯度的麦芽糖配成浓度为20%的麦芽糖浆放入反应罐（1）内，将反应液温度设定在34-36℃，按1：30重量比例加入来自灰色链霉菌（Streptomycesgriseus）CCTCCAA92094的海藻糖合成酶进行催化反应，该海藻糖合成酶最适pH范围为7.2-7.8。实施例3实测pH：分别对反应过程中不调pH及调pH的2个催化反应进行分时取样，用pH计实时测定各样本pH值，结果见表2。实施例4用高效液相色谱法实时测定对应各样本的海藻糖含量，结果见表2，高效液相色谱条件：氨基柱—AgelaInnovalNH2，5μm，4.6×250mm；流动相：乙腈/水，体积比为80/20；流速：1.0mL/min；检测器：视差折光检测器；进样量：10μL；柱温：35℃；参照海藻糖国标GB/T23529-2009对各样本海藻糖含量进行检测。实施例5-近红外光谱采集，仪器：用近红外光谱仪（5）经光纤（4）在检测池（3）实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，其中近红外光谱仪为美国ThermoNicolet公司AntarisⅡ型傅立叶变换近红外光谱仪，TE-InGaAs检测器，光谱采集及信息处理软件为TQanalyst软件，光谱采集条件：扫描范围4000～10000cm-1，分辨率8cm-1，扫描次数32次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单酶法生产海藻糖的监控方法，包括以下步骤，依（a）麦芽糖浆制备及pH值初调、（b）加海藻糖合成酶催化反应、（c）灭酶活、（d）脱色、（e）阴‑阳离子交换、（f）浓缩、（g）结晶、（h）干燥、（i）包装流程进行单酶法生产海藻糖，其特征在于，在（b）加海藻糖合成酶催化反应过程中采样、利用近红外检测、建模、校正，然后将所装近红外监测和控制系统及校正模型用于（b）加海藻糖合成酶催化反应在线监控，具体包括以下步骤：步骤一，安装近红外实时监测和控制系统，所述近红外实时监控系统由反应罐（1）、节流阀（2）、检测池（3）、光纤（4）、近红外光谱仪（5）、计算机（6）、加碱池（7）、节流阀（8）组成，在反应罐（1）流出口设置节流阀（2），检测池（3）两边连接光纤（4），光纤（4）与近红外光谱仪（5）连接，近红外光谱仪（5）与计算机（6）连接，计算机同时与加碱池（7）连接，加碱池（7）通过节流阀（8）与反应罐（1）相连；步骤二，生产、采样、检测、建模、校正，包括：将麦芽糖浆放入反应罐（1）内，根据所用海藻糖合成酶的性质，调好温度、初始浓度和pH值后加入海藻糖合成酶进行催化反应，催化反应结束后，对反应液进行高温灭酶活，脱色、阴‑阳离子交换、浓缩、结晶、干燥，即得海藻糖产品；在催化反应过程中分时采样，并将用pH计实时测定各样本pH值、用高效液相色谱法实时测定各样本的海藻糖含量，用近红外光谱仪（5）经光纤（4）在检测池（3）实时扫描采集各样本的近红外光谱信息，其中，光谱采集条件为：扫描波数范围4000～10000cm‑1，分辨率8cm‑1，扫描次数32‑96次，每个样品测定2‑3次，取平均光谱用于近红外建模；然后通过计算分析，建立起单酶法生产过程中单位时间内光谱变化与海藻糖含量变化，海藻糖含量变化与pH值变化相关联的定量模型并校正；步骤三，将所装近红外监测系统和校正后模型用于（b）加海藻糖合成酶催化反应在线监控，当海藻糖含量增速下降到设定值时，通过加碱池（7）经节流阀（8）加碱到反应罐（1）调节pH值稳定在海藻糖酶活力最高区间。...

【技术特征摘要】
1.一种单酶法生产海藻糖的监控方法，包括以下步骤，依（a）麦芽糖浆制备及pH值初调、（b）加海藻糖合成酶催化反应、（c）灭酶活、（d）脱色、（e）阴-阳离子交换、（f）浓缩、（g）结晶、（h）干燥、（i）包装流程进行单酶法生产海藻糖，其特征在于，在（b）加海藻糖合成酶催化反应过程中采样、利用近红外检测、建模、校正，然后将所装近红外监测和控制系统及校正模型用于（b）加海藻糖合成酶催化反应在线监控，具体包括以下步骤：步骤一，安装近红外实时监测和控制系统，所述近红外实时监控系统由反应罐（1）、节流阀（2）、检测池（3）、光纤（4）、近红外光谱仪（5）、计算机（6）、加碱池（7）、节流阀（8）组成，在反应罐（1）流出口设置节流阀（2），检测池（3）两边连接光纤（4），光纤（4）与近红外光谱仪（5）连接，近红外光谱仪（5）与计算机（6）连接，计算机同时与加碱池（7）连接，加碱池（7）通过节流阀（8）与反应罐（1）相连；步骤二，生产、采样、检测、建模、校正，包括：将麦芽糖浆放入反应罐（1）内，根据所用海藻糖合成酶的性质，调好温度、初始浓度和pH值后加入海藻糖合成酶进行催化反应，催化反应结束后，对反应液进行高温灭酶活，脱色、阴-阳离子交换、浓缩、结晶、干燥，即得海藻糖产品；在催化反应过程中分时采样，并将用pH计实时测定各样本pH值、用高效...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢定，郑瑞娜，杨倩圆，易翠平，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43