CN103131744A - 高纯植物源低聚半乳糖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高纯植物源低聚半乳糖的制备方法，由如下步骤组成：应用水提法制得糖液或是将大豆废水浓缩作为待发酵糖液，采用发酵法将糖液中的单双糖消耗掉，并将棉籽糖属功能性低聚糖结构中的果糖键断解，通过沉淀、脱色、离子交换、膜过滤等，把蛋白质、有机酸、无机盐含量降到最低的水平，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖，该低聚半乳糖由半乳二糖、半乳三糖、半乳四糖、半乳五糖组成，含量占总糖比例由发酵前的5-10%提高到70-95%。
Description
技术领域
本发明涉及一种植物源低聚半乳糖的制备方法，特别是涉及一种高纯度植物源低聚半乳糖的制备方法。
背景技术
根据半乳糖苷键链接方式的不同，低聚半乳糖分为α-低聚半乳糖和β-低聚半乳糖，植物源的低聚半乳糖即属于α-低聚半乳糖。
除具有与β-低聚半乳糖同样的增殖双歧杆菌功能以外，国内外学者还研究了α-低聚半乳糖类的其他生理功能。α-低聚半乳糖可以对肠道内毒素起到反粘附作用（Paton, J.C. & Paton, A. W. (1998), Clin. Microbiol. Revs., U, 450-479; Carlsson, K.A. (1989), Ann. Reviews Biochem., 58, 309-350），抑制致病菌如大肠杆菌等粘附在肠道的上皮细胞内。α-低聚半乳糖可以应用在乳制品、饮料、婴幼儿食品、谷类食品、面包、饼干、糖果等食品中，也可以制作成药片或胶囊用来抑制大肠杆菌毒素对肠道上皮细胞的粘附，可以在病人经过抗生素治疗后作为辅助药物来改善肠道健康（Tzortzis Georgios, Goulas Athanasios K., Goulas Theodoros, α-galactosidase from bifidobacterium bifidum and its use, PCT/GB2006/004796）。α-低聚半乳糖可作为抗炎剂、变应性疾病的预防剂或改善剂应用于功能性食品和药品中（桥本博之，园山庆，藤田孝辉等，抗炎剂、变应性疾病预防剂或改善剂及功能性食品，专利申请号：03812075.5）。
综上所述，植物源低聚半乳糖具备优良的生理功能和广阔的应用前景，本发明的目的是以含有棉籽糖属功能性低聚糖的植物或大豆废水为原料，利用发酵法制备高纯度α-低聚半乳糖，所制备的α-低聚半乳糖是由葡萄糖以α-1,6糖苷键链接1-4个半乳糖组成，包括半乳二糖、半乳三糖、半乳四糖、半乳五糖。目前国内对高纯植物源低聚半乳糖的提取技术存在工艺复杂、提取率低、活性成分纯度低等缺点。所查专利“α-低聚半乳糖的制造方法（申请号200780048226.7）”主要内容是以含有半乳糖的糖类为原料，利用属于嗜热脂肪地芽孢杆菌的微生物作为催化剂制造α-低聚半乳糖，与本方法原料不同，所用微生物不同，最终产品成分组成和纯度也不同。专利“高纯度α-1,6半乳三糖的制备方法（申请号200910087441.9）”主要内容是以草石蚕和银条为原料，利用干酵母发酵糖液得到高纯度的α-1,6半乳三糖，与本方法所用原料不同，发酵条件不同，最终产品组成也不同。专利“以水苏糖为主的棉籽糖族低聚糖及其生产方法（申请号200510071045.9）涉及一种以水苏糖为主的棉籽糖族低聚糖及其生产方法，其原料为地黄、草石蚕、地笋等植物，其生产技术主要包括对提取液用壳聚糖和活性炭配合澄清脱色等，与本方法提取技术不同，产品组成成分及纯度也不同。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高纯植物源低聚半乳糖的制造方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种高纯植物源低聚半乳糖的制备方法，由如下步骤组成：
（1）糖液制备：选择泽兰、草石蚕、丹参、地黄等富含棉籽糖属功能性低聚糖的植物为原料，将原料洗净，按原料与水质量比为1∶（4～6）的比例，加水于70℃～90℃浸提 0.5h～1.5h，榨汁；取残渣，加1-2倍于残渣质量的水，70-90℃浸提0.5h-1.0h，榨汁；混合初榨和复榨所得糖液；或是收集豆制品生产过程中产生的大豆废水，浓缩至折光为6-10°Brix作为待发酵糖液。
（2）发酵：按质量比为1000∶（4～10）∶（0.2～0.5）∶（0.4～0.8）的比例，将榨汁液、酵母膏、MgSO4·7H2O和KH2PO4混合，杀菌，冷却至常温后按1L∶（0.5-2.5）g的比例，向混合液中加入活化好的果酒酵母，28-32℃恒温摇床培养4～10h，终止发酵，得发酵液。
（3）除杂：将所述发酵液升温至95～130℃，保持5～30分钟，过滤，除去沉淀物，按5～12g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钙加入到滤液中,待沉淀完全，取上清液；
（4）脱色：按1L∶4～10g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至60～90℃，脱色30～60分钟，过滤除去活性炭；
（5）脱盐：将脱色后的液体依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂，得到精制糖液；
（6）浓缩和干燥：将所述精制糖液用微孔滤膜过滤，在45～75℃真空浓缩，干燥，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖，α-低聚半乳糖含量占总糖比例由发酵前的5-10%提高到70-95%。
所述步骤（1）优选的是：选择泽兰、草石蚕、丹参、地黄等富含棉籽糖属功能性低聚糖的植物为原料，将原料洗净，按原料与水质量比为1∶4的比例，加水于80℃浸提 1h，榨汁；取残渣，加2倍于残渣质量的水，90℃浸提0.5h，榨汁；混合初榨和复榨所得糖液；或是收集豆制品生产过程中产生的大豆废水，浓缩至折光为8°Brix作为待发酵糖液。
所述步骤（2）优选的是：按质量比为1000∶5∶0.4∶0.6的比例，将榨汁液、酵母膏、MgSO4·7H2O和KH2PO4混合，杀菌，冷却至常温后按1L∶2.0g的比例，向混合液中加入活化好的果酒酵母，28℃恒温摇床培养8h，终止发酵，得发酵液。
所述步骤（3）优选的是：将所述发酵液升温至100℃，保持20分钟，过滤，除去沉淀物，按10g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钙加入到滤液中,待沉淀完全，取上清液。
所述步骤（4）优选的是：按1L∶8g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至80℃，脱色40分钟，过滤除去活性炭。
本发明的特点：
1. 本发明采用微生物发酵法从天然植物中提取高纯度α-低聚半乳糖，发酵工艺简便可控，活性成分得率高。
2. 本发明选用的原料（泽兰等植物及大豆废水）中富含棉籽糖属功能性低聚糖，包括棉籽糖、水苏糖、毛蕊四糖及毛蕊五糖，通过添加果酒酵母，将棉籽糖、水苏糖、毛蕊四糖及毛蕊五糖结构中的果糖键断开，生成α-低聚半乳糖混合物，即由葡萄糖以α-1,6糖苷键连接1-4个半乳糖组成，包括半乳二糖、半乳三糖、半乳四糖、半乳五糖。
3. 本发明最终所得α-低聚半乳糖产品由半乳二糖、半乳三糖、半乳四糖、半乳五糖组成，α-低聚半乳糖含量占总糖比例由发酵前的5-10%提高到70-95%，具有良好的增殖肠道有益菌群功能。
4. 本发明以富含棉籽糖属功能性低聚糖的天然植物为原料制备高纯度植物源低聚半乳糖，提高了泽兰等植物的利用价值，创造了较高的社会效益；以大豆废水为原料制备高纯度植物源低聚半乳糖，减少了豆制品加工过程中的废水处理过程，实现了变废为宝。
附图说明
附图1为泽兰水提糖液发酵前的HPLC图。
附图2为泽兰水提糖液发酵后的HPLC图。
附图3为丹参水提糖液发酵前的HPLC图。
附图4为丹参水提糖液发酵后的HPLC图。
附图5为大豆废水发酵前的HPLC图。
附图6为大豆废水发酵后的HPLC图。
具体实施方式
本发明以富含棉籽糖属功能性低聚糖的天然植物或是大豆废水为原料，采用水提法制得糖液或是将大豆废水浓缩作为待发酵糖液，采用发酵法将糖液中的单双糖消耗掉，并将棉籽糖属功能性低聚糖结构中的果糖键断解，通过沉淀、脱色、离子交换、膜过滤等，把蛋白质、有机酸、无机盐含量降到最低的水平，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖，该低聚半乳糖由半乳二糖、半乳三糖、半乳四糖、半乳五糖组成，含量占总糖比例由发酵前的5-10%提高到70-95%
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种高纯度植物源低聚半乳糖的制备方法，由如下步骤组成：
（1）糖液制备：选择泽兰为原料，将原料洗净，按原料与水质量比为1∶4的比例，加水于70℃浸提 1.5h，榨汁；取残渣，加2倍于残渣质量的水，70℃浸提1.0h，榨汁；混合初榨和复榨所得糖液。
（2）发酵：按质量比为1000∶10∶0.5∶0.4的比例，将榨汁液、酵母膏、MgSO4·7H2O和KH2PO4混合，杀菌，冷却至常温后按1L∶2.0g的比例，向混合液中加入活化好的果酒酵母，28℃恒温摇床培养10h，终止发酵，得发酵液。
（3）除杂：将所述发酵液升温至121℃，保持15分钟，过滤，除去沉淀物，按10g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钙加入到滤液中,待沉淀完全，取上清液；
（4）脱色：按1L∶8g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至70℃，脱色30分钟，过滤除去活性炭；
（5）脱盐：将脱色后的液体依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂，得到精制糖液；
（6）浓缩和干燥：将所述精制糖液用微孔滤膜过滤，在60℃真空浓缩，干燥，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖，α-低聚半乳糖含量占总糖比例由发酵前的7%提高到95%。
实施例2
一种高纯度植物源低聚半乳糖的制备方法，由如下步骤组成：
（1）糖液制备：选择丹参为原料，将原料洗净，按原料与水质量比为1∶6的比例，加水于80℃浸提 1.0h，榨汁；取残渣，加1倍于残渣质量的水，80℃浸提1.0h，榨汁；混合初榨和复榨所得糖液。
（2）发酵：按质量比为1000∶6∶0.4∶0.6的比例，将榨汁液、酵母膏、MgSO4·7H2O和KH2PO4混合，杀菌，冷却至常温后按1L∶2.5g的比例，向混合液中加入活化好的果酒酵母，30℃恒温摇床培养6h，终止发酵，得发酵液。
（3）除杂：将所述发酵液升温至125℃，保持10分钟，过滤，除去沉淀物，按8g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钙加入到滤液中,待沉淀完全，取上清液；
（4）脱色：按1L∶10g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至80℃，脱色40分钟，过滤除去活性炭；
（5）脱盐：将脱色后的液体依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂，得到精制糖液；
（6）浓缩和干燥：将所述精制糖液用微孔滤膜过滤，在45℃真空浓缩，干燥，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖，α-低聚半乳糖含量占总糖比例由发酵前的10%提高到85%。
实施例3
一种高纯度植物源低聚半乳糖的制备方法，由如下步骤组成：
（1）糖液制备：收集豆制品生产过程中产生的大豆废水，浓缩至折光为8°Brix作为待发酵糖液。
（2）发酵：按质量比为1000∶4∶0.2∶0.8的比例，将榨汁液、酵母膏、MgSO4·7H2O和KH2PO4混合，杀菌，冷却至常温后按1L∶0.5g的比例，向混合液中加入活化好的果酒酵母，32℃恒温摇床培养7h，终止发酵，得发酵液。
（3）除杂：将所述发酵液升温至115℃，保持20分钟，过滤，除去沉淀物，按8g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钙加入到滤液中,待沉淀完全，取上清液；
（4）脱色：按1L∶4g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至90℃，脱色60分钟，过滤除去活性炭；
（5）脱盐：将脱色后的液体依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂，得到精制糖液；
（6）浓缩和干燥：将所述精制糖液用微孔滤膜过滤，在70℃真空浓缩，干燥，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖，α-低聚半乳糖含量占总糖比例由发酵前的5%提高到75%。
Claims (4)
1.一种高纯植物源低聚半乳糖的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：（1）糖液制备：选择富含棉籽糖属功能性低聚糖的植物为原料，将原料加水热浸提后压榨得糖液，或是选择豆制品生产过程中产生的大豆废水浓缩备用；（2）发酵：糖液中添加果酒酵母进行发酵，发酵条件为28-32℃，摇床培养4-10小时；（3）除杂；（4）脱色；（5）脱盐；（6）浓缩及喷雾干燥，得到一种高纯度植物源低聚半乳糖。
2.根据权利要求1所述的一种高纯植物源低聚半乳糖的制备方法，其特征是所述步骤（1）中富含棉籽糖属功能性低聚糖的原料包括泽兰、草石蚕、丹参、地黄等植物，糖液制备条件为：第一次加水重量为原料重量的4-6倍，70-90℃浸提0.5-1.5h，榨汁；取残渣，加1-2倍于残渣质量的水，70-90℃浸提0.5-1.0h，榨汁，混合初榨和复榨所得糖液；或是收集豆制品生产过程中产生的大豆废水，浓缩至折光为6-10°Brix作为待发酵糖液。
3.根据权利要求1所述的一种高纯植物源低聚半乳糖的制备方法，其特征是所述步骤（3）为：按质量比为1000∶（4～10）∶（0.2～0.5）∶（0.4～0.8）的比例，将糖液、酵母膏、MgSO4·7H2O和KH2PO4混合，杀菌，冷却至常温后按1L∶（0.5-2.5）g的比例，向混合液中加入活化好的果酒酵母，28-32℃恒温摇床培养4～10h，终止发酵，得发酵液。
4.根据权利要求1所述的一种高纯植物源低聚半乳糖的制备方法，其特征是所述得到的高纯植物源低聚半乳糖是一种α-低聚半乳糖混合物，由半乳二糖、半乳三糖、半乳四糖、半乳五糖组成，α-低聚半乳糖含量占总糖比例由发酵前的5-10%提高到70-95%。
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