CN103665182A - 一种魔芋葡甘聚糖的酸降解制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种魔芋葡甘聚糖的酸降解制备方法，在配有乙醇溶液的反应罐中加入浓盐酸，将魔芋粉在搅拌条件下加入反应罐进行解聚反应，然后以氢氧化钠中和、粗滤、离心脱水及真空干燥得到魔芋葡甘聚糖产物。本发明的酸降解方法，容易形成产能，生产周期短；其中的溶剂酒精，限制了葡甘聚糖的溶胀，不成糊，粘度低，便于回收；本发明的方法能够得到一定聚合度以上产品，不易产生过低聚合度产品，尤其不易产生单糖，大部分产物维持葡甘聚糖的形态，聚合度20以上的产物占大部分。

Description

一种魔芋葡甘聚糖的酸降解制备方法

技术领域

本发明涉及一种化学法由魔芋粉制备魔芋葡甘聚糖的方法，特别是一种酸降解法。

背景技术

全世界公认，膳食纤维摄入不足是高血脂、心脑血管疾病、糖尿病、肥胖、便秘、脂肪肝、痛风、内分泌失调等代谢性疾病的主要饮食根源，在高糖、高脂和高蛋白等高热量膳食结构中尤其如此。以膳食纤维改造传统食品，平衡膳食，抑制过度碳水化合物、脂肪和蛋白的副作用，降低食物的血糖生成指数，保障良性代谢，有效排毒，保持健康的人体微生态环境成为健康饮食的核心诉求。

营养医学界对于优秀膳食纤维的寻觅在近一个世纪以来付出了巨大努力，但结果甚微。因为自然界的膳食纤维大多口感粗糙，或者不易加工，与其他食品配料的配伍性差，或者其功能有副作用，人类始终面对饮食结构中膳食纤维不足甚至严重不足的问题，导致上述大量生活方式疾病，损失了社会生产力，影响人的生命生活质量，加重了各国政府社会保障负担。

自20世纪80年代以来，随着中国开发魔芋产业，人们开始认识了一种新型的、天然的膳食纤维，即魔芋葡萄甘露聚糖。（简称魔芋葡甘聚糖，Konjac glucomannan， KGM）KGM是从天南星科植物魔芋中提取的葡萄甘露聚糖，魔芋是迄今为止唯一能够工业提取葡甘聚糖的植物，因此，凡是说葡甘聚糖都是指魔芋葡甘聚糖。为准确起见，也可说魔芋葡甘聚糖。国际上都采用美国AACC（美国谷物化学家学会）对于膳食纤维的定义，定义中明确表示膳食纤维具有降血脂、降血糖和通便的有益生理功能中的一种、两种或者全部。魔芋具有膳食纤维定义中的全部有益生理功能而没有副作用，且口感良好，与其它食材和食品工业原料配伍性好。KGM膳食纤维抑制淀粉酶的活性，从而降低食物的血糖生成指数，使得人体可以减少糖类摄入，降低血糖峰值，减轻胰腺负担，保持适当饥饿感而不至饥饿，这对人体健康有着十分特殊的意义。这些有益生理功能已经被临床证实，并在国外逐渐得到相关管理当局的正式认可，允许对KGM声称健康功能。

根据研究，从细胞的角度看，人体不仅仅是一个“人”的细胞构成的机体，而是一个由“人”的细胞和“共生微生物”细胞共同构成的复杂系统。其中细菌的细胞数竟然是人的细胞数的10倍之多。

因此，从基因的角度看，人体内有两个“基因组”：一个是从父母那里遗传来的人基因组，编码大约25,000个基因，叫做“第一基因组”；另一个则是人体内多达1000多种共生微生物的遗传信息的总和，叫“微生物组”，也可称为“元基因组”，它们所编码的基因有100万以上。

人在母亲子宫体内时是无菌的，出生以后才开始从环境里获得共生微生物。大约到3岁时肠道菌群就成熟、稳定了，人体免疫系统也在这时发育成熟，对肠道菌群的正常成员产生免疫耐受，把它们当作身体的一部分接受下来。从此以后，肠道菌群就与人终身相伴，影响着我们的生老病死。可以说，肠道菌群是后天获得的“第二个基因组”。

人基因组和微生物组共同作用影响人体的免疫、营养和代谢过程。人的健康状况发生变化，体内的共生微生物的组成就会发生变化；体内共生微生物的组成的变化也会导致人体的健康状况的改变。共生微生物有益生菌、有害菌和中性菌。一般认为，强健人的肠道菌群基本为：有益菌75%，有害菌15%，中性菌15%（有益菌压倒性的胜利）；普通人的肠道菌群基本为：有益菌25%，有害菌25%，中性菌50%（菌群基本平衡）；便秘人的肠道菌群基本为：有益菌15%，有害菌65%，中性菌20%（有害菌占了优势），而癌症病人的肠道菌群基本为：有益菌10%，有害菌90%（有害菌侵略成功）。有害菌的养料来源和人体相同，有害菌从食物残渣中吸收人体消化道未能消化吸收的营养；有益菌从人类不能消化吸收的膳食纤维中吸收养料。要维持人体健康，就是要维持人体的微生态环境有益于人体健康的平衡。全世界众多研究和实践证明魔芋葡甘聚糖是人体内益生菌群的优质养料，是为益生菌群提供养料的首选膳食纤维。

按照营养学界的研究，人体对于膳食纤维是有一定需要量的，各国根据本国实际都有大致相同的推荐摄入量，中国为每人每天25-35克。有研究证实，魔芋葡甘聚糖人体起作用的摄入量为每公斤体重0.17-1.5克，实践证明较佳摄入量为每公斤体重每天1克左右。现代人类通过普通饮食远远不能实现对膳食纤维的摄入需求。通过食用魔芋葡甘聚糖来补充膳食纤维正逐渐成为一种选择。

迄今为止，魔芋作为膳食纤维来源的食用方法包括：

1、魔芋丝、块

做法是以葡甘聚糖和水混合成糊，加入氢氧化钙脱乙酰基，形成不可逆凝胶。这是一种传统吃法，吃的主要是口感。主要问题是葡甘聚糖含量低（3-5%），难以通过这种食品获得足够膳食纤维摄入，运输费用高，保存期短，不易入味，携带不便。

2、直接食用葡甘聚糖粉末（包括胶囊、压片）

葡甘聚糖分子量大，粘度高，吸水性强，膨胀率高，食后需要大量饮水，若缺水，葡甘聚糖会吸收肠道液体，易至身体不适甚至危险。若摄入量小，作用不明显，若摄入量大，再大量饮水，容易妨碍正常进食，造成营养不良。

3、少数食品中含有较多葡甘聚糖干品，但入口后粘牙，口感不适，且亦需要大量饮水。

4、食用魔芋甘露低聚糖。

但是，由于葡萄甘露聚糖的相对分子量太高，分子量的分布范围较为集中，在水中的粘度非常大，食用时对水的需求量大，上述直接食用的方法都不可能使人体能够安全、有效摄入足够膳食纤维需要量。虽然已有魔芋低聚糖（甘露寡糖）问世，但魔芋葡甘聚糖做成低聚糖后，其功能局限于下消化道，对血糖和血脂改善的直接作用基本丧失，在全消化道收集毒素排出体外的功能也大打折扣。因此，一些分子量较大的葡甘聚糖，是魔芋食品中重要的组成部分。

目前，魔芋食品的生产厂家生产葡甘聚糖的方法，主要是利用酶法降解技术（生物降解），采用生物酶对纯化魔芋粉进行降解后得到葡甘聚糖。然而酶法降解技术存在降解度难以控制的不足，解聚速度过快，时间短，降解程度的可控性差，很容易直接将魔芋粉降解成分子量低于15390的葡甘聚糖甚至是单糖，因此不适合定聚合度的降解要求，也不适合制备分子量较大的葡甘聚糖。酶法降解后会有蛋白质在其中，这在某些用途中会产生不利的影响，因此酶法降解后，还需要将产物中的蛋白质剔除，因此酶法降解制备葡甘聚糖的工序较为复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学方法降解魔芋粉得到魔芋葡甘聚糖的方法，特别是一种酸降解法。

所述制备方法步骤包括：

（1）在反应罐中配制乙醇溶液；

（2）在上述乙醇溶液中加入浓盐酸，搅拌使其均匀混合；

（3）解聚反应：将魔芋粉在搅拌条件下加入反应罐，至完全分散，加热使温度达68℃—78℃，反应一段时间，通过测量产品的粘度检测反应进度，由粘度值换算成DP值，待达到预期DP时停止；

（4）中和反应：将氢氧化钠的乙醇溶液加入反应结束后的反应液混合液中，维持68℃—78℃，进行中和反应，以中和掉反应液中的盐酸；

（5）粗滤：用离心机分离滤除反应废液，得到待精洗的解聚魔芋葡甘聚糖产物；

（6）离心脱水，真空干燥；升温100-105℃杀菌，直至解聚魔芋葡甘聚糖产物的水分含量小于10%。

其中：步骤（1）中反应罐内配制的乙醇溶液浓度为45±2%（^V/V）。

其中：步骤（2）使用的浓盐酸的浓度为36-38%。

其中：在粗滤步骤（5）之后还包括一个精洗步骤：用浓度80-85%的乙醇溶液，洗涤经粗滤得到的解聚魔芋葡甘聚糖产物。

其中：通过重复前述（1）至（6）步骤，以及改变上述步骤（2）浓盐酸的用量，调整产物中不同聚合度产物所占的比例。

该方法的可控性好，适合制备分子量在5265—52650之间的较大分子量降解产物。

本发明提供一种酸降解法由魔芋粉制备葡甘聚糖，该方法的可控性好，适合定聚合度的降解要求，适合制备分子量较大的葡甘聚糖，不易产生过低聚合度产品，尤其不易产生单糖。且降解过程不会产生蛋白质，无需增加蛋白质的剔除步骤，最终产物的质量可得到保证。

具体实施方式

以下以112KG、纯度为74%（葡甘聚糖含量）左右的魔芋粉制备葡甘聚糖解聚产物的过程为例进行说明，具体制备步骤包括：

（1）在反应罐中配制500L浓度为45±2%（^V/V）的乙醇溶液；

（2）在上述乙醇溶液中加入6000ml浓度为36-38%的化学纯浓盐酸，搅拌约十分钟，使其均匀混合；

（3）解聚（水解）反应：将112KG规格为2AHC的魔芋粉在搅拌条件下徐徐加入反应罐，至完全分散，开启热源使反应罐加热，在确保安全的条件下15分钟内升温至68℃—78℃，开始计时，反应60分钟。

通过适时测量产品的粘度检测反应进度，由粘度值换算成DP值，待达到预期DP时，可停止水解反应，关于解聚产物的粘度与DP值之间的对照关系，可作试验形成一定对应函数图或曲线关系图，以便快速找出粘度所对应的DP（degree of proliferation）值。

（4）中和反应：称取氢氧化钠3000g，加入45±2%乙醇溶液10kg，充分搅拌使氢氧化钠溶解，然后徐徐加入反应结束后的反应液混合液中，维持68℃—78℃，进行中和反应10分钟，以中和掉反应液中的盐酸；由氢氧化钠和盐酸的用量比可知，盐酸在整个反应中并没有消耗，只是起到催化作用。

（5）粗滤：用离心机分离滤除反应废液，得到待精洗的解聚魔芋葡甘聚糖产物。

（6）精洗：用450L浓度80-85%的乙醇溶液，洗涤经粗滤得到的解聚魔芋葡甘聚糖产物，搅拌精洗15分钟。

（7）离心脱水，真空干燥；升温100-105℃杀菌15分钟，直至解聚魔芋葡甘聚糖产物的水分含量小于10%。

（8）重复上述（1）至（7）过程，改变上述（2）的浓盐酸和（4）的氢氧化钠用量，获得聚合度更高或者更低的葡甘聚糖降解产物。重复前述步骤多次，以及增加浓盐酸的用量，可以得到更多更低聚合度的葡甘聚糖。

上述反应中，用到的魔芋粉的规格为规格2AHC-080，粘度为8000cps。

HC意为高透明度，即在不经过醇洗情况下采用物理方法做到纯度最高，kgm含量为74%左右，因而同时提高透明度；080是代表颗粒度，即通过80目，这是根据最终解聚产物所需颗粒度决定的。

经检测：上述解聚后的产物的产率达到原魔芋粉总量的70%（如果以纯魔芋精粉来算，产率应达到[(70%)/(74%)*100%]，且其特性如下：

分子量下降：200000-2000000降到5265—52650；

聚合度降低：247—2469降到6.5—65，聚合大于20的约占65-80%；

粘度降低：相同浓度条件下，粘度由8000cps降到300-600cps；

成糊需要用水大幅减少：25-100倍减少到2-10倍。

本发明的酸降解的过程，基本不影响原葡甘露聚糖的亲水基“乙酰基”，能保持葡甘聚糖的溶解性，1%浓度的溶液，静置无沉淀产生。

经人群试验后，发现聚合度6.5—65的解聚产物（分子量在5265—52650之间）在上消化道产生降血脂、降血糖的生理功能得以保持，能够随意摄入所需要的量。

本发明实施例中所采用的酸降解方法，具有至少以下优点（1）容易形成产能；（2）生产周期短；（3）溶剂有酒精，限制了葡甘聚糖的溶胀，不成糊，粘度低，便于回收；（4）能够得到一定聚合度以上产品，不易产生过低聚合度产品，尤其不易产生单糖，大部分产物维持葡甘聚糖的形态，聚合度20以上的产物占大部分。（5）相较于酶法降解，无需增加蛋白质的剔除工序。

Claims (6)

1.一种魔芋葡甘聚糖的酸降解制备方法,其特征在于，所述制备方法步骤包括：

（1）在反应罐中配制乙醇溶液；

（2）在上述乙醇溶液中加入浓盐酸，搅拌使其均匀混合；

（3）解聚反应：将魔芋粉在搅拌条件下加入反应罐，至完全分散，加热使温度达68℃—78℃，反应一段时间，通过测量产品的粘度检测反应进度，由粘度值换算成DP值，待达到预期DP时停止；

（4）中和反应：将氢氧化钠的乙醇溶液加入反应结束后的反应液混合液中，维持68℃—78℃，进行中和反应，以中和掉反应液中的盐酸；

（5）粗滤：用离心机分离滤除反应废液，得到待精洗的解聚魔芋葡甘聚糖产物；

（6）离心脱水，真空干燥；升温100-105℃杀菌，直至解聚魔芋葡甘聚糖产物的水分含量小于10%。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：反应罐中配制的乙醇溶液浓度为45±2%（^V/V）。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）使用的浓盐酸的浓度为36-38%。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在粗滤步骤（5）之后还包括一个精洗步骤：用浓度80-85%的乙醇溶液，洗涤经粗滤得到的解聚魔芋葡甘聚糖产物。

5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于：通过重复前述（1）至（6）步骤，以及改变上述步骤（2）浓盐酸的用量，调整产物中不同聚合度产物所占的比例。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法用于制备分子量在5265—52650之间的较大分子量的葡甘聚糖。