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甜菊糖是低热值的安全的天然甜味剂,酶法催化改性甜菊糖可较大程度地改善甜菊糖的甜度和味质。本文用环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase酶) Toruzyme 3.0L催化水解淀粉改性甜菊甙(St),考察了双酶法(CGTase酶和α-中温淀粉酶)和单酶法(CGTase酶)催化改性St的反应,以及常规加热和低功率微波辐射两种加热方式对转葡萄糖基反应的影响;研究了CGTase酶的固定化工艺,并应用固定化CGTase酶催化改性St。主要研究内容及结果如下:1.重结晶精制工业品甜菊糖,甲醇的结晶效果最好,结晶得到含量为87.32%的St,结晶率为67%,二次重结晶后St纯度达95.03%。酶种筛选得到CGTase酶Toruzyme 3.0L的催化活性最高;用CGTase酶Toruzyme 3.0L和α-中温淀粉酶双酶法催化水解淀粉改性St,产物为一种St-Glu1,两种St-Glu2,三种St-Glu3,四种St-Glu4和四种St-Glu5,共十四种甜菊糖衍生物;产物的后苦涩味明显改善,口感清甜。优化得到反应的最佳条件:甜菊甙0.01 g/mL,淀粉0.01 g/mL,温度60 oC,淀粉与甜菊甙的质量比1:1,CGTase酶酶活100 U/g甜菊甙,反应4 h,St转化率达到77.11%。甜度最高的St-Glu1和St-Glu2的产率最高。考察了CGTase酶的固定化工艺,AB-8大孔吸附树脂作为载体固定化CGTase酶的效果最佳。弱极性大孔吸附树脂固定化CGTase酶的效果优于非极性和极性大孔吸附树脂的效果,大孔吸附树脂固定化CGTase酶的效果优于阴离子交换树脂的效果。固定化工艺的最佳条件为温度15 oC,酶浓度与载体量的比45.6 U mL-1 g-1,摇床转速200 rpm,加酶量9.12 U/mL,固定化5 h,酶活回收率和比活分别为88.8%和81%。应用固定化CGTase酶催化水解淀粉改性St,St的转化率为68.23%;固定化CGTase酶较自由CGTase酶稳定,且可重复利用。2.研究了CGTase酶Toruzyme 3.0L单酶法催化淀粉改性St,得到5种甜菊糖衍生物St-Glu1,St-Glu2,St-Glu3,St-Glu4和St-Glu5。反应最佳条件:甜菊甙0.01 g/mL,淀粉0.01 g/mL,温度55 oC,淀粉与甜菊甙的质量比1:1,CGTase酶酶活100 U/g甜菊甙,反应1 h,St转化率最高可达71.38%。甜度最高的St-Glu1和St-Glu2的产率仍最高。比较了双酶法和单酶法催化淀粉改性St的效果,考察了单酶法和双酶法下反应初速度随St浓度的变化情况。双酶法反应下St转化的初速度和平衡转化率均高于单酶法,且双酶法下反应能够持续进行;单酶法排除了α-中温淀粉酶对反应的影响,简化了反应的动力学机制。3.本文首次在水体系中引入低功率微波辐射辅助CGTase酶Toruzyme 3.0L催化淀粉改性St,实现了水体系中微波辅助酶催化反应下酶稳定性的保持,得到5种甜菊糖衍生物St-Glu1,St-Glu2,St-Glu3,St-Glu4和St-Glu5。低功率微波辐射辅助CGTase酶Toruzyme 3.0L双酶法催化改性St,反应的最佳条件为微波功率50 W,甜菊甙0.01 g/mL,温度60 oC,淀粉与甜菊甙的质量比0.5:1,CGTase酶酶活100 U/g甜菊甙,反应1 min,St转化率为64.48%。相同条件下低功率微波辐射辅助CGTase酶Toruzyme 3.0L单酶法催化改性St,反应1 min,St转化率为56.82%。与常规加热相比,低功率微波辐射的反应速度提高了20倍,反应时间大大缩短。