CN103382493B - 一种快速生产高纯度低聚甘露糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用纯化的β-甘露聚糖酶酶解魔芋精粉中的葡甘露聚糖，快速生产出95％纯度的低聚甘露糖的方法。本发明运用纯化的高活性的甘露聚糖酶水解魔芋精粉中的葡甘露聚糖为低聚甘露糖，对酶解液进行微滤去杂澄清、超滤和纳滤脱色脱盐纯化，再经浓缩离心式喷雾干燥生产出高纯度的低聚甘露糖。整个过程为物理处理过程，省去了离心、沉淀、离子交换等步骤，操作简单，分离效果好，无污染，减化了生产工艺，进一步降低了能耗，节约生产成本。产品可广泛应用于食品、医药、饲料行业中。

Description

一种快速生产高纯度低聚甘露糖的方法

技术领域

本发明涉及用于食品工业的高纯度低聚甘露糖的快速生产方法。

背景技术

低聚糖或称寡糖(0ligosaccharide)，是由2～20个单糖通过糖苷键连接形成的直链或支链的低度聚合糖，有功能性低聚糖和普通性低聚糖两大类。蔗糖、乳糖和麦芽糖等都属于普通低聚糖，它们可以被机体消化吸收。功能低聚糖包括低聚果糖、低聚甘露糖、低聚木糖、果寡糖和大豆低聚糖等，它们不能被人或其他单胃动物直接利用，但可以促进动物后段肠道内有益菌的增殖，特别是双歧杆菌的增殖，从而提高动物机体的免疫力，增强动物健康。目前应用的低聚糖主要有低聚甘露糖(MOS)、果寡糖(FOS)、低聚木糖(XOS)等。生物医学专家多年的研究证实，低聚糖作为一类结构明确、理化性质稳定、工业化生产条件易行的低糖链物质，具有低热、稳定、安全无毒等良好的理化特性，具有增强免疫力，抗病防病，改善肠道健康状况。因此，人们对低聚糖产品造福人类寄予了厚望。生物医学专家们普遍认为，低聚糖及其衍生物必将为人类健康创造出像抗生素诞生一样的辉煌。

低聚甘露糖又称甘露寡糖(Mannos-oligosacccharides，MOS)，是由甘露糖与葡萄糖以β-1.4糖苷键连接，糖分子聚合度为2～10，形成分枝链的的高端功能性糖。低聚甘露糖的形态为白色或淡黄色粉末，味微甜。其低吸潮性优于所有低聚糖，加之粘度低、耐酸、耐热，在pH2.3～8.0的范围内较稳定，100℃加热1h不分解。其水分活度与葡萄糖一致，贮存于-10℃也不结冰。热值几乎为零(不产生能量，对糖尿病人和肥胖病人无副作用)，可方便在食品中的加工。

低聚甘露糖是一种新型功能性低聚糖(益生元)，在低聚糖分类中属于极品。由于它不仅具有低热、稳定、安全无毒等良好的理化性质，还具有保护肠道和提高免疫力等作用，低聚甘露糖其独特的生理功能受到人们的关注和认可。低聚甘露糖应用领域较为广泛，它做为一种优良的食品配料，可开发出多种具有增强免疫力，抗病防病，改善肠道健康状况的功能性食品。此外，以低聚甘露糖为基础生产的饲料添加剂，在提高幼龄动物增重率和饲料效率方面有显著功效。

低聚甘露糖广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田莆胶及多种微生物细胞壁内(葡甘露聚糖)。可通过使用酶催化技术来降解魔芋中的葡甘露聚糖而生产出高纯度的低聚甘露糖。中科院微生物所与云南合作应用碱性菌进行过中试及小规模化生产，性能较差，成本高，尚未进行商品化生产。在国际上，欧美等国限于资源，采用化学合成的方法和从酿酒酵母细胞壁分离提取低聚甘露糖，如美国Alltech公司利用合成法生产的低聚甘露糖纯度为90％，聚合度为2～4，性能较差，规模较小，成本很高，市场价格为90美元/千克。酵母细胞壁分离提取的低聚甘露糖，纯度为25～30％，聚合度仅为2～3，性能更差，价格为20美元/千克。在日本市场上，高纯度低聚糖的价格是普通级的5～10倍，80％纯度的低聚木糖价格为65～70美元/千克。国内采用酶法技术生产高纯度低聚甘露糖企业是武汉东方天琪生物工程有限公司，他们用甘露聚糖酶解魔芋粉，采用离心机分离、硅藻土沉淀、离子交换、多次膜过滤、浓缩和喷雾干燥，生产出高纯度的低聚甘露糖。虽然他们可以工业化生产低聚甘露糖，但他们的生产工艺较复杂，特别是他们的甘露聚糖酶发酵活力仍低于3000IU/ml，生产成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种用纯化的β-甘露聚糖酶酶解魔芋精粉中的葡甘露聚糖，直接通过微滤和纳滤，快速生产出95％纯度的低聚甘露糖的方法。

本发明是这样实现的，具体方法为：

1.将纯化的高活性的甘露聚糖酶先加入去离子水中，再加入15～20％(v/w)魔芋精粉(加料时充分搅拌)。酶和魔芋精粉的比例为1000～1500IU∶1克。降解条件为温度45～50℃，反应3～4小时。当魔芋精粉中的葡甘露聚糖水解率达到90～95％时停止反应；

2.利用陶瓷膜(膜孔径0.2μm)进行微滤处理得到滤微液；

3.滤微液进一步超滤：技术要求为陶瓷超滤膜10nm(对应截留分子量20000Da)，工作温度26～49℃，压力0.1～0.12Mpa，物料流速1000L/h，洗涤工作温度52～60℃。

4.超滤液进入纳滤和反渗透处理，进行脱盐、脱单糖、脱色、浓缩等。一级纳滤选择截流分子量为1000的纳滤膜，二级纳滤选择截流分子量为200的纳滤膜。经过二级纳滤的截流液进入真空浓缩，而纳滤滤过液则进入反渗透系统。

5.经真空浓缩和离心式喷雾干燥得到高纯度的低聚甘露糖，液相色谱和质谱的检测结果表明，总糖为97％以上，低聚甘露糖(三糖-八糖)大于95％。

本发明运用纯化的高活性的甘露聚糖酶水解魔芋精粉中的葡甘露聚糖，进行微滤、超滤和纳滤后，生产出高纯度的低聚甘露糖，省去了离心、沉淀、离子交换等步骤，减化了工艺，进一步降低了能耗，节约生产成本。

具体实施方式

以下的实施例便于更好地理解本发明。

实施例一

1.魔芋粉的酶解：

(1)将350L去离子水加入500L的酶解罐中，开搅拌，升温至50℃保温。水的pH为6.5～7.5。

(2)当水温升至50℃时，加入β-甘露聚糖酶液500ml(酶活性为15万IU/ml)，搅拌均匀。

(3)等酶液混匀后，迅速加入魔芋精粉52.5kg(魔芋精粉∶水的比例为15∶100)。加料时充分搅拌。加完料后，停搅拌，混合液成凝固态。温度控制在45～50℃。

(4)保温(45～50℃)液化1小时后，开始搅拌，转速控制在100r/min，并开始少量通气。

(5)恒温酶解中间取样测还原糖含量，4h后当魔芋粉的水解率达到90～95％时停止反应，此混合液为“酶解原液”。

2.酶解原液的微滤：

利用膜孔径为0.2μm陶瓷膜进行微滤处理，去掉酶解原液大的颗粒物质和杂质，达到酶解原液的澄清，得到滤微液。

3.用陶瓷超滤膜10nm(对应截留分子量20000Da)对滤微液进一步超滤纯化和初步浓缩，工作温度为26～49℃，压力0.1～0.12Mpa，物料流速1000L/h，洗涤工作温度52～60℃。超滤收率可达95.5％。

4.超滤液的纳滤：

超滤液进入纳滤和反渗透处理，进一步脱盐、脱单糖、脱色、浓缩等。一级纳滤选择截流分子量为1000的纳滤膜，二级纳滤选择截流分子量为200的纳滤膜，工作温度40～45℃，压力1.5～1.8Mpa，通量15～20L/min。经过二级纳滤的截流液进入真空浓缩。而纳滤滤过液则进入反渗透系统，选择只能透过水分子的膜，用膜分离设备分离出纯净水。

5.真空浓缩：

利用二效自由流降漠蒸发器对低聚甘露糖浆进行浓缩，浓缩前物料浓度约为10％～15％，浓缩后固形物浓度可达40～50％，蒸发温度56℃，真空度85Kpa，出料温度＜50℃。

6.离心式喷雾干燥：

用饱和蒸汽加热空气，采用脉冲式布袋回收干燥装置对低聚甘露糖浆进行干燥处理。要求总进料量：1000kg/h，雾化器转速：12000～13000r/min。喷雾干燥入口温度为190℃，出口温度为90℃。液相色谱和质谱的检测结果表明，低聚甘露糖的总糖含量为97％以上，低聚甘露糖(三糖-八糖)大于95％。

Claims (1)

1.一种生产低聚甘露糖的方法，其生产工艺为：

1）将纯化的甘露聚糖酶先加入去离子水中，再加入15～20%w/v魔芋精粉,加料时充分搅拌;酶和魔芋精粉的比例为1000～1500IU∶1克；降解条件为温度50℃，反应3～4小时；当魔芋精粉中的葡甘露聚糖水解率达到90～95%时停止反应，得到酶解原液；

2）利用膜孔径为0.2μm的陶瓷膜对步骤1）中所述的酶解原液进行微滤处理得到微滤液；

3）利用膜孔径为10nm的陶瓷超滤膜对步骤2）中的微滤液进行超滤处理，得到超滤液；所述超滤处理的工作温度为26～49℃，压力为0.1～0.12Mpa，物料流速为1000L/h，洗涤工作温度52～60℃；

4）利用纳滤和反渗透处理对步骤3）所得到的超滤液进行脱盐、脱单糖、脱色、浓缩；

所述纳滤为两级纳滤；

选用截留分子量为1000Da的纳滤膜对所述超滤液进行一级纳滤，获得一级纳滤截留液和一级纳滤滤过液；

将所述一级纳滤滤过液进行二级纳滤，获得二级纳滤截留液和二级纳滤滤过液；所述二级纳滤选择截留分子量为200Da的纳滤膜；

所述二级纳滤截留液进入真空浓缩；纳滤滤过液进入反渗透系统；

5）经真空浓缩和离心式喷雾干燥得到高纯度的低聚甘露糖，液相色谱和质谱的检测结果表明，总糖为97%以上，低聚甘露糖大于95%。