双酶法生产葡萄糖酸锌的新工艺_李秋红

基础研究
食品研究与开发
Food Research And Development
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2014.03.004
2014 年 2 月
11 第 35 卷第 3 期
双酶法生产葡萄糖酸锌的新工艺
李秋红，阿纳斯*，李曰强，尹玉建 （西王集团有限公司，山东 滨州 256209）
Fig.2 Effect of glucose initial concentration
由图 2 可知，当葡萄糖初始浓度低于 300 g/L 时，
随着葡萄糖浓度的增加反应周期成直线性增加，此时
溶氧足够，反应周期与底物浓度成正比，即葡萄糖浓
度越高，反应周期越长；当葡萄糖初始浓度在 300 g/L ~
1.3 方法原理
0 时反应结束，记录反应周期。
葡萄糖在葡萄糖氧化酶的作用下氧化为葡萄糖 1.4.4 温度对酶促反应周期的影响
酸，过程中产生过氧化氢，过氧化氢有很强的氧化性，
酶促反应温度分别控制为 30、35、40、45、50、55 ℃，
对葡萄糖氧化酶有一定的毒害作用，过氧化氢酶的加 其他反应条件保持不变，按照 1.4.1 的过程充分反应，当
度低，设备的利用率不高，相应的会增加生产成本。因 一个适宜的反应温度，既要保证酶的活性，又要把能耗
锌是微量元素的一种，具有促进生长发育，改善 味觉的作用，是一种必需微量元素。锌缺乏时会出现 生长与智力发育低于正常，味觉、嗅觉差，厌食[1]。缺锌 时要及时补充，以前多采用硫酸锌补锌，但是硫酸锌 对胃肠道刺激作用大，容易引起恶心呕吐等现象，因 此，硫酸锌现在逐渐被葡萄糖酸锌所代替，葡萄糖酸 锌是弱酸弱碱盐，对肠道刺激远比硫酸锌小，且进入 肠道以后容易吸收，利用率高，1986 年被列为 150 种 有 发 展 前 途 的 药 品 之 一 ，是 目 前 抗 缺 锌 症 的 首 选 药 物[2]，在临床上有很大的应用。
品中制成保健食品，用食补代替药补。随着人们生活 水平的提高，人们“有病治病，无病健身”的思想，这无 疑为葡萄糖酸锌提供了更为广泛的市场。
另外，葡萄糖酸锌还可以添加在饲料中作为动物 的补锌制剂，还可以添加在化妆品中预防和治疗由于 缺锌引起的唑疮。
由于葡萄糖酸锌在各个领域的广泛应用，它的制 备研究得到越来越多的关注。据文献[3-6]记载，葡萄 糖酸锌的合成多以葡萄糖酸钙和浓硫酸为原料，制取 葡萄糖酸，然后经过纯化和氧化锌发生复分解反应制 取葡萄糖酸锌。这种工艺具有原料不易获取，操作危 险，产品纯度低等缺陷。双酶法生产葡萄糖酸锌的新 工艺可以分为两个主要工段，即葡萄糖酸锌的制备工 段和葡萄糖酸锌的结晶工段。葡萄糖酸锌的制备工 段，最重要的是酶促反应能够平稳快速地进行，实验 中最直观的反映就是反应周期。新工艺通过研究葡萄 糖初始浓度、温度、pH 和通风量对酶促反应周期的影
循环水式真空泵：巩义市英峪予华仪器厂；RE52CS-1 度为 0 时反应结束，记录反应周期。
旋转蒸发器：上海亚荣；B-260 恒温水浴锅：上海亚荣； 1.4.3 pH 对酶促反应周期的影响
GZX-9070MBE 数显鼓风干燥箱：上海博讯；JJ-1 定
配制葡萄糖初始浓度为 300 g/L，反应过程中流加
葡萄糖酸锌不仅用于医药方面，还广泛应用于食 品行业，如葡萄糖酸锌幼儿饮用水、葡萄糖酸锌奶饮 料、葡萄糖酸锌果冻等，将葡萄糖酸锌添加到各种食
作者简介：李秋红（1982—），女（汉），助理工程师，本科，研究方向： 食品生物技术。 * 通信作者：阿纳斯（1964—），男，中级工程师，博士，研究方向：玉米 深加工。
A Novel Enzymatic Process for Zinc Gluconate Production LI Qiu-hong，ANAS*，LI Yue-qiang，YIN Yu-jian
（Xiwang Group Company Limited，Binzhou 256209，Shandong，China） Abstract：A new production method for zinc gluconate production is introduced in this article. According to this method， selected enzyme of Glucose oxidase catalyzes the oxidation of glucose， as substrate， to gluconic acid in the presence of oxygen supply with simultaneous production of hydrogen peroxide （H2O2） while gluconic acid is neutralized by zinc oxide to produce zinc gluconate. The present paper studies the influences of following parameters such as glucose concentration， pH， temperature， air flow rate， and optimum crystallization conditions on zinc gluconate processing. The purity of the zinc gluconate can reach up to 99.6 %. Zinc gluconate produced using enzymatic method can be used in the area of food， pharmaceutical， feed， cosmetic industries， etc. Key words：glucose；glucose oxidase；catalase；novel process
滤得滤液，在真空度为 0.095 MPa 条件下，60 ℃蒸发浓
缩至干物浓度为 30 %（质量分数）停止。冰水浴冷却结 2 结果与讨论
晶。真空抽滤得葡萄糖酸锌晶体。所得晶体在 80 ℃下， 2.1 葡萄糖初始浓度对酶促反应周期的影响
烘干 4 h，得成品葡萄糖酸锌（实验流程见图 1）。将母
葡萄糖初始浓度对酶促反应周期的影响见图 2。
始浓度超过 340 g/L 时，反应周期明显加长，这是因为 60 ℃，过氧化氢酶的适用温度是 30 ℃~65 ℃，最适宜
葡萄糖浓度过高，反应体系溶氧降低，会降低葡萄糖 温度为 40 ℃。温度过低不利于激活酶的活性；温度过
氧化酶的活性，延缓反应的进行。但是，如果葡萄糖浓 高，会增加能耗，增加生产成本。因此要综合考虑，选择
时电动搅拌器：江苏中大仪器；DT-500 电子天平：常 100 g/L 的氧化锌悬液控制反应体系的 pH 分别为 3、
熟市金羊天平仪器厂；BCD-551WSY 双开门冰箱：青 4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8，其他反应条件保持不变，
岛海尔。
按照 1.4.1 的过程充分反应，当反应液中葡萄糖浓度为
向反应体系中缓慢加入一定浓度的氧化锌悬液，以维 他反应条件保持不变，按照 1.4.1 的过程充分反应，当
持体系正常的 pH 环境，保护酶的活性，并保证葡萄糖 反应液中葡萄糖浓度为 0 时反应结束，记录反应周期。
酸锌的最终生成。
葡萄糖氧化酶
4C5H12O5 + 3O2 + 2H2O
4C5H12O7 + 2H2O2
1.4.1 葡萄糖酸锌的制备
缩液结晶时的浓度。
配制 300 g/L 的葡萄糖溶液 6 000 mL，置于不锈钢 1.4.7 结晶温度对葡萄糖酸锌产率的影响
发酵罐中，设定酶反应温度为 35 ℃，反应过程中流加
将酶促反应获得的反应液升温灭酶，加入活性炭
100 g/L 氧化锌的悬液，调节控制 pH 在 6.0 左右，先后 脱色，过滤得滤液，60 ℃蒸发浓缩至干物浓度为 30 %
入就是为了迅速分解过氧化氢，使过氧化氢分解为水 反应液中葡萄糖浓度为 0 时反应结束，记录反应周期。
和氧气，使得葡萄糖氧化酶继续作用，并可以补充部 1.4.5 通气量对酶促反应周期的影响
分的氧气，使得氧化反应得以继续进行。反应过程中
控制通气量分别为 2、3、4、4.5、5、6、7、8 L/min，其
摘 要：介绍一种双酶法生产葡萄糖酸锌的新工艺。新工艺采用葡萄糖作为主要原料，葡萄糖氧化酶在过氧化氢酶 的协同作用下将葡萄糖氧化为葡萄糖酸，同时流加一定浓度的氧化锌悬液进行中和，最终生成葡萄糖酸锌。研究葡萄 糖浓度、pH、温度、空气流量对葡萄糖酸锌合成工艺的影响，并对葡萄糖酸锌结晶的最适宜条件进行初步研究。通过 本工艺生产的葡萄糖酸锌纯度可达 99.6 %，可用于食品、医药、饲料、化妆品等诸多领域。 关键词：葡萄糖；葡萄糖氧化酶；过氧化氢酶；新工艺
李秋红，等：双酶法生产葡萄糖酸锌的新工艺
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响，优化以上工艺条件，并通过研究结晶时葡萄糖酸 液真空浓缩至干物浓度为 30 %（质量分数） 进行二次
锌溶液的干物浓度对结晶的影响和温度对结晶产率 结晶，干燥后得葡萄糖酸锌。两次结晶的收率为 98.5 %，
的影响，优化葡萄糖酸锌结晶浓度和结晶温度。
越来越不适宜酶促反应的进行，反应周期会相应加
长；当 pH 在 5.5~6.5 之间时反应能够平稳快速的进
行。因此，pH 控制在 5.5~6.5 之间比较合适。
2.3 温度对酶促反应周期的影响
温度对酶促反应周期的影响见图 4。
32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12
30 35 40 45 50 55 反应温度/℃
图 4 氧化反应温度对反应周期的影响
340 g/L 之间时，反应会有一个较为快速稳定的周期，
Fig.4 Effect of reaction temperature