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低聚半乳糖作为功能性低聚糖目前受到世界广泛关注,它是由3~10个分子半乳糖和葡萄糖组成的一类寡糖,能高效地促进双歧杆菌的生长。低聚半乳糖的合成主要是以乳糖为原料,通过β-半乳糖苷酶的转半乳糖苷反应获得。乳清一直被当作废液排掉,既浪费资源又污染环境,乳糖在浓缩乳清中占70%以上。世界每年乳清产量很高,我国的乳品工业尚不发达,但乳清的生产量将迅速提高,迫切需要寻找一种有效的方法处理乳清(乳糖)。本论文通过对β-半乳糖苷酶固定化,固定化酶的特性,双相体系中固定化酶催化乳清粉合成低聚半乳糖,低聚半乳糖对动物钙吸收的影响等的研究,得到以下主要结论:
(1)用海藻酸钙包埋,戊二醛进行交联,对β-半乳糖苷酶固定化研究表明:该法简便,酶的活力回收率较高,安全性好。当海藻酸钠浓度为4%,戊二醛浓度为0.3%,加酶量为30mL,氯化钙浓度为2%,高岭土浓度为3%,酶珠的粒径为2mm时,固定化酶活力高,机械强度较好。
(2)固定化酶的酶学性质研究表明:酶固定化以后对热、pH的耐受范围变宽,但最佳反应温度与pH与游离酶相同;固定化酶在4℃冰箱中放置8周后仍能保持80%以上的酶活,固定化酶间歇反应4次后,酶活是初始酶活的75%,表明酶的贮存稳定性和操作稳定性较好。
(3)试验表明:游离酶的Km=16.7mmol/L,Vmax=5.56μml/(L.min);固定化以后酶的Km=12.9mmol/L,Vmax=11.78μmol/(L.min),固定化酶的Km值比游离酶变小,说明固定化后对底物的亲和力增强了。
(4)通过研究固定化酶在有机溶剂中的稳定性,有机溶剂对合成GOS影响和水分含量的选择,确定了两相体系为乙酸乙酯:环已烷:水=45:45:10(v/v)
(5)单因素实验和正交实验结果显示:以乳清粉为底物合成低聚半乳糖的最佳条件为:乳清粉浓度为35%,温度55℃,pH为5.5,加酶量为50U/g(乳清粉),验证实验结果表明最佳条件下GOS得率可达到30.5%。
(6)试验表明:用乳清粉为底物合成低聚半乳糖时,对GOS得率影响的因素主次顺序为:乳清粉浓度>温度>加酶量>pH。方差分析显示:乳清粉浓度的影响极显著,温度和加酶量的影响显著,而pH值影响不显著。
(7)研究了低聚半乳糖对小鼠钙吸收的影响,试验结果表明:低聚半乳糖能促进小鼠对钙的吸收利用,提高钙吸收率和钙储留率。