CN103060399A - 魔芋葡甘低聚糖生产方法 - Google Patents

Abstract

一种魔芋葡甘低聚糖生产方法，先将魔芋粉加入pH6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液与β-甘露聚糖酶酶解反应2-6h，将酶解产物采用变频微波反应器加热处理15-30min，然后置于45℃的真空干燥箱中干燥、粉碎过100目筛后得到淡黄色粉末，然后溶于蒸馏水中，最后经离心、真空蒸发浓缩、醇沉、烘干、粉碎等步骤，得到魔芋葡甘低聚糖成品。本发明方法酶解反应过程为半干法，酶解底物浓度大，生产效率得到大幅度提高，生产成本大大降低。

Description

魔芋葡甘低聚糖生产方法

技术领域

本发明涉及农副产品加工技术领域，特别是涉及一种魔芋葡甘低聚糖生产方法。

背景技术

功能性低聚糖（functional oligosaccharide）是由2-10个相同或不同的单糖以糖苷键聚合而成、不被人体胃酸、胃酶降解、不在小肠吸收、可到达大肠的具有促进双歧杆菌增殖的糖类。从20世纪80年代后期开始，功能性低聚糖以其优良的性能在世界保健食品中独树一帜，国际上已有十多种功能性低聚糖实现了工业化生产，日本在低聚糖研发领域走在世界前列，目前积极寻找低聚糖新原料、研究低聚糖的新功能、扩大其应用范围。我国在该领域的研究始于20世纪90年代，起步较晚，但发展迅速，需求量逐年增加，目前国内投放市场的绝大多数功能性低聚糖产品均属于普通级低聚糖，较常见的低聚糖有低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、大豆低聚糖等，总的来说应用的品种较少。我国正处于膳食营养结构迅速变化的关键时期，约7.6亿人处于亚健康状态，据2010年底统计，2007年中国有4000万人患糖尿病，至2010年总人数已发展到9200万，三年间发病率猛增1.3倍。由此国家公众营养中心推动“低聚糖项目”，该项目自2007年1月16日实施。因此亟待利用科技手段开发出新型、优质的功能性糖类，为广大消费者的健康造福。

葡甘低聚糖是由葡萄糖和甘露糖以β-1,4糖苷键连接组成的杂聚寡糖，最初从酵母的细胞壁中提取获得，后来在魔芋（Amorphophallus Konjac K.Koch）植物中发现了高含量的魔芋葡甘聚糖（Konjac Glucomannan），球茎中葡甘聚糖含量可达干重的60%，研究者通过控制魔芋葡甘聚糖非彻底降解获得不同聚合度的魔芋葡甘低聚糖（Konjac oligosaccharide,KOS），此种低聚糖兼具多种特殊生理功能，与其他功能性低聚糖相比，对双歧杆菌的增殖效果更优，还具有抑制肿瘤转移、抑制血糖升高、降低血脂、抗病毒及免疫调节等生理功能，这使得魔芋葡甘低聚糖在消费应用领域具有广阔前景；另外，我国作为魔芋葡甘低聚糖原料—魔芋的主产地，在资源方面具有很大优势，各地建立的魔芋种植基地或工业科技园也初成规模；而且国内多家学术研究团体正致力于魔芋葡甘低聚糖的基础及应用研究。

近年来国内对开发高品质魔芋葡甘低聚糖的研究不断升温，各大高校、科研单位纷纷与企业联手，研究结果层出不穷。从目前研究结果来看，国内对魔芋葡甘低聚糖的开发主要还处于试验阶段，国内市场上基本无此类商品。从制备方法来看，普遍采用酶解法，以魔芋精粉为原料制备葡甘低聚糖，并对其水解产物成分进行分析测定，以期得到其最合适的水解条件，应用于工业化生产。

已有的研究报道包括：华中农业大学的张迎庆等利用纤维素酶制备魔芋葡甘低聚糖，其最适条件为：l0 g魔芋精粉、500 U纤维素酶加入到0.2 mol/L醋酸—醋酸钠的缓冲液（pH值为5.0）100mL中 40℃时反应2 h后，用50%的乙醇溶液去杂，取滤渣真空浓缩制得KGM低聚糖，其分子量主要分布在数均相对分子量5100，重均相对分子量7160。

江南大学的李剑芳等利用黑曲霉菌株（Aspergillus niger）LW-1所产生的酸性β-甘露聚糖酶对魔芋胶进行水解制备魔芋葡甘低聚糖。通过试验研究了酶解时间、酶解温度、魔芋胶浓度、加酶量、缓冲液pH值对水解程度的影响，并确定酶解的最佳工艺条件为：魔芋胶浓度150 g/L，加酶量50 IU/g值（魔芋胶），酶解温度50℃，酶解时间6 h。

湖北工学院生物工程系的李庆国等以魔芋精粉为原料，确定了利用商业酶制备魔芋低聚糖的最适条件为：将魔芋精粉10 g 投入旋转蒸发器圆底烧瓶中, 加入0. 2 molPL 醋酸- 醋酸钠的缓冲液( pH 值为5. 0)100 mL 和纤维素酶500 U，恒温40℃ ， 间隔15 min 旋转( 500 r/ min) 1 min，酶解2 h，再用75%的工业酒精漂洗除去杂质即得到魔芋低聚糖。

中国农业科学院的王绍云首先对鲜魔芋经行预处理，制得魔芋粗粉，再利用商业中性β-甘露聚糖酶降解魔芋，讨论了反应时间、酶底比、反应pH和反应温度对反应的影响，采用响应面优化确定反应时间3.4 h，反应温度41℃，反应pH 7.1，酶底比为0.49时为最佳反应参数。

湖南农业大学周海燕利用筛选出的葡甘聚糖酶的高活性菌株，对产生酶的性质进行研究。最后，用该粗酶液降解魔芋精粉制备魔芋葡甘低聚糖，按1:300的质量添加魔芋精粉，50℃作用10 h，制成葡甘低聚糖浆，再经喷雾干燥制成糖粉。

广东工业大学余红英等利用枯草芽孢杆菌产生的胞外β-甘露聚糖酶水解魔芋胶，通过正交实验回归分析并结合工业化生产成本两个方面考虑得出最佳的酶解条件为：加酶量30 U/g，酶解时间6 h，温度40℃，魔芋胶浓度3%，pH为水的自然pH。

除此之外，南开大学的杨文博，江南大学的徐春梅，华中科技大学的吴凤等，均对酶法制备魔芋低聚糖进行了探索，其主要方法都是配制低浓度的魔芋葡甘聚糖溶液加入酶进行酶解的。由此可见，酶法生产低聚糖产品是目前产业化的趋势。同时，也不难看出生物发酵法与酶法的结合正成为葡甘露低聚糖制备研究的另一热点。

魔芋葡甘低聚糖制备已申请的发明专利情况如下：

“一种魔芋低聚糖的制备方法”（公开号：CN1733786）公开了一种魔芋低聚糖的制备方法。该方法采用紫外光照射魔芋精粉水溶胶，经冻干或喷雾干燥或乙醇沉淀过滤干燥得到魔芋低聚糖。

“一种高纯度魔芋葡甘低聚糖生产方法”（公开号： CN1760211），通过辐照技术，采用放射源钴60γ-射线将魔芋葡甘聚糖大分子结构降解，经乙醇洗涤除去杂质，再在离子交换树脂的作用下，除去葡萄糖，获得纯度在85％以上，葡萄糖含量3％以下的低聚糖，商品价值大大提高。

“中性β—甘露聚糖酶降解魔芋精粉生产葡甘露低聚糖技术”( CN1408879)的酶解条件为20%底物浓度、150u/g酶量、40-50℃、pH5.0-7.0、反应2hr。

“酶酸结合水解提取魔芋葡甘低聚糖的工艺方法” ( 申请日：2010-05-16)则是将酶解与酸水解结合，降解魔芋葡甘聚糖。

从已有的专利申请和发表的文献看，使用魔芋葡甘聚糖为原料制备魔芋葡甘低聚糖，有物理法（如辐照）、化学法（如酸水解）和生物法（如酶解）等，其中主要为酶解法，而酶解过程都要将魔芋葡甘聚糖配制成低浓度（不超过15g/100mL）的溶液，添加酶进行酶解。这类方法由于魔芋葡甘聚糖溶液反应浓度较低，生产需要的反应容器增大，且生产效率低，耗费大量的能源，使魔芋葡甘低聚糖的生产成本大大上升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种魔芋葡甘低聚糖生产方法，该方法比传统方法生产效率提高、节能、酶解效果好。

本发明所述的一种魔芋葡甘低聚糖生产方法，依次通过下列步骤实现：

（1）取魔芋粉加入pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，魔芋粉与pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的质量体积比为1kg：0.5-2.3 L，然后以1500 U/g魔芋粉的量加入β-甘露聚糖酶，搅拌均匀后，置于55℃、相对湿度85%的恒温恒湿条件下酶解反应2-6 h；

（2）将上述酶解产物采用变频微波反应器加热处理15-30min，使反应体系中酶的活性丧失（反应物中心温度可达到95℃），然后将酶解产物置于45℃的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过100目筛后得到淡黄色粉末；

（3）将得到的淡黄色粉末溶于蒸馏水中，淡黄色粉末与蒸馏水的质量体积比为1 kg：3-5 L，充分搅拌后，于6000r/min 离心20 min，去除不溶物，将上清液真空蒸发浓缩至原体积的1/12~1/8，加入乙醇使体系中乙醇的体积比浓度为90%，醇沉1 h，10000 r/min离心20 min，得90%乙醇浓度沉淀物，于45℃-75℃烘干并回收乙醇，干燥物经粉碎、过100目筛，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。

本发明的优点是：酶解反应过程为半干法，酶解底物浓度大，生产效率得到大幅度提高，生产成本大大降低。

具体实施方式

实施例1

取10kg魔芋粉，加入5L pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，然后以1500 U/g（U为酶活力国际单位）魔芋粉的量加入β-甘露聚糖酶，快速搅拌均匀后，置于55℃、相对湿度85%的恒温恒湿条件下酶解反应6 h；将上述酶解产物采用变频微波反应器加热处理15min，使反应体系中酶的活性丧失（中心温度达到95℃），然后将酶解产物放置于45℃的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过100目筛后得到淡黄色粉末；将得到的淡黄色粉末溶于蒸馏水中，淡黄色粉末与蒸馏水的质量体积比为1kg：5L，充分搅拌后，于6000r/min 离心20 min，去除不溶物，将上清液真空蒸发浓缩至原体积的1/12，加入乙醇使体系中乙醇的体积比浓度为90%，醇沉1 h，10000 r/min离心20 min，得90%乙醇浓度沉淀物，于45℃烘干并回收乙醇，干燥物经粉碎、过100目筛，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。成品得率为70%（以魔芋粉计）。

实施例2

取10kg魔芋粉，加入23L pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，然后以1500 U/g（U为酶活力国际单位）魔芋粉的量加入β-甘露聚糖酶，快速搅拌均匀后，置于55℃、相对湿度85%的恒温恒湿条件下酶解反应2 h；将上述酶解产物采用变频微波反应器加热处理30min，使反应体系中酶的活性丧失（中心温度达到95℃），然后将酶解产物放置于45℃的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过100目筛后得到淡黄色粉末；将得到的淡黄色粉末溶于蒸馏水中，淡黄色粉末与蒸馏水的质量体积比为1kg：3L，充分搅拌后，于6000r/min 离心20 min，去除不溶物，将上清液真空蒸发浓缩至原体积的1/10，加入乙醇使体系中乙醇的体积比浓度为90%，醇沉1 h，10000 r/min离心20 min，得90%乙醇浓度沉淀物，于75℃烘干并回收乙醇，干燥物经粉碎、过100目筛，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。成品得率为72%（以魔芋粉计）。

实施例3

取10kg魔芋粉，加入15L pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，然后以1500 U/g（U为酶活力国际单位）魔芋粉的量加入β-甘露聚糖酶，快速搅拌均匀后，置于55℃、相对湿度85%的恒温恒湿条件下酶解反应4 h；将上述酶解产物采用变频微波反应器加热处理22min，使反应体系中酶的活性丧失（中心温度达到95℃），然后将酶解产物放置于45℃的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过100目筛后得到淡黄色粉末；将得到的淡黄色粉末溶于蒸馏水中，淡黄色粉末与蒸馏水的质量体积比为1kg：4L，充分搅拌后，于6000r/min 离心20 min，去除不溶物，将上清液真空蒸发浓缩至原体积的1/8，加入乙醇使体系中乙醇的体积比浓度为90%，醇沉1 h，10000 r/min离心20 min，得90%乙醇浓度沉淀物，于60℃烘干并回收乙醇，干燥物经粉碎、过100目筛，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。成品得率为71%（以魔芋粉计）。

对所得魔芋葡甘露低聚糖组成成分分析（LC-TOF-TOF，液相-质谱-质谱法）显示，该低聚糖中最小分子量的糖为葡甘露二糖，最大的为葡甘露十糖，是甘露二糖到甘露十糖的混合物，属于低聚糖的分子量范畴。

Claims (1)

1.一种魔芋葡甘低聚糖生产方法，其特征在于依次通过下列步骤实现：

（1）取魔芋粉加入pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，魔芋粉与pH 6.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液的质量体积比为1kg：0.5-2.3 L，然后以1500 U/g魔芋粉的量加入β-甘露聚糖酶，搅拌均匀后，置于55℃、相对湿度85%的恒温恒湿条件下酶解反应2-6 h；

（2）将上述酶解产物采用变频微波反应器加热处理15-30min，使反应体系中酶的活性丧失，然后将酶解产物置于45℃的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料经粉碎过100目筛后得到淡黄色粉末；

（3）将得到的淡黄色粉末溶于蒸馏水中，淡黄色粉末与蒸馏水的质量体积比为1 kg：3-5 L，充分搅拌后，于6000r/min 离心20 min，去除不溶物，将上清液真空蒸发浓缩至原体积的1/12~1/8，加入乙醇使体系中乙醇的体积比浓度为90%，醇沉1 h，10000 r/min离心20 min，得90%乙醇浓度沉淀物，于45℃-75℃烘干并回收乙醇，干燥物经粉碎、过100目筛，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。