CN104531809A

CN104531809A - 一种低聚果糖的制备与纯化方法

Info

Publication number: CN104531809A
Application number: CN201410730348.6A
Authority: CN
Inventors: 黄振华; 杨云
Original assignee: WEIDE (QINGHAI) BIOTECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: QINGHAI WEIDE SPECIAL SUGAR CO., LTD.
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-04-22

Abstract

本发明公开了一种低聚果糖的制备和纯化方法，属于本发明属于天然物质提取技术领域。该方法包括如下步骤：(1)菊苣洗净并捣碎，然后用果胶酶处理得到混合物；(2)将步骤(1)得到的混合物煮沸，加入菊粉酶，酶解，抽滤；(3)将步骤(2)得到的溶液通过活性炭柱，收集流出液；(4)将步骤(3)得到的混合液通过非极性大孔树脂柱，收集流出液；(5)用纳滤膜处理步骤(4)得到的低聚果糖混合液c，收集滤出液，得到纯度大于96％的低聚果糖溶液。本发明最终得到的低聚果糖溶液中低聚果糖含量高，且对苦素和苦肽的脱除效果好，操作方便，具有广阔的工业应用前景。

Description

一种低聚果糖的制备与纯化方法

技术领域

本发明属于天然物质提取技术领域，具体涉及一种低聚果糖的制备与纯化方法。

背景技术

低聚果糖又称蔗果低聚糖，是由1～3个果糖基通过β(2-1)糖苷键与蔗糖中的果糖基结合生成的蔗果三糖、蔗果四糖和蔗果五糖等的混合物；100克干重菊苣中约有60～70克菊粉，菊粉是通过线性的β-2，1-糖苷链连接的果聚糖，其末端为一蔗糖基。故以菊苣粉为原料用菊糖内切酶水解作用，经精制最终可得低聚果糖。

低聚果糖具有良好的保健作用，无毒，适合糖尿病病人使用，可以预防龋齿、调节脂类代谢、促进钙吸收、降低血清胆固醇、抑癌；并可作为双歧杆菌的增殖因子，提高人体的抗病力和免疫力；由于低聚果糖具有水溶性膳食纤维之功能，可作为流变及组织改良剂、水分保持剂等广泛应用于低热量饮料、低脂或非脂涂抹食品、酸乳、冰淇淋、巧克力等食品。

从天然产物中提取的产品往往会有苦味，其原因主要是因为提取物中含有苦素，或者在提取有效成分时某些蛋白质水解产生苦肽，菊苣中也存在一定量的苦素和苦肽，在菊苣中提取低聚果糖的过程中，如果没有经过必要的处理，菊苣产品中的将会带有苦味。这不仅降低了产品的品质，而且影响它的使用范围。目前，用于祛除苦味的方法有：1、使用羧肽酶处理苦素和苦肽，从而减弱苦味或祛除苦味；2、用乙醇萃取祛除苦素和苦肽。但是利用羧肽酶处理苦素和苦肽的方法常常会处理不完全；乙醇提取过程中会用到许多有机溶剂，而低聚果糖作为一种食品添加剂如果有有机溶剂残留将会影响产品的质量；且乙醇萃取或者用羧肽酶降解苦素和苦肽的操作复杂，成本高不适合大规模的工业化生产。因此，急需寻找一种能够高效脱除菊苣提取的低聚果糖中苦素和苦肽的方法。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，提供一种低聚果糖的制备与纯化方法，以解决现有技术低聚果糖中苦素和苦肽脱除效率不高、操作复杂的缺点。

为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种低聚果糖的制备与纯化方法，该方法包括如下步骤：

(1)菊苣洗净并捣碎，然后加入水搅拌均匀，调节pH为5～7，再加入果胶酶处理 1～5h，得到混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物煮沸，加入菊糖内切酶，酶解，抽滤，收集滤液得到低聚果糖混合液a；

(3)将步骤(2)得到的低聚果糖混合液a通过活性炭柱，收集流出液，得到低聚果糖混合液b；

(4)将步骤(3)得到的低聚果糖混合液b通过非极性大孔树脂柱，收集流出液，得到得到低聚果糖混合液c；

(5)用纳滤膜处理步骤(4)得到的低聚果糖混合液c，收集滤出液，得到纯度大于99％的低聚果糖溶液；

其中，步骤(1)中，菊苣质量与水的体积比为1kg：2～4L，优选1kg：2～3L，最优选1kg：2L。

其中，步骤(1)中，菊苣质量与果胶酶酶活的比例为1kg：100～500U，优选1kg：100～300U，最优选1kg：300U。

其中，步骤(1)中，果胶酶的处理温度为30～50℃，优选30℃。

其中，步骤(1)中，将混合物加热至沸腾，并持续加热5～20min，优选15min。

其中，步骤(2)中，菊糖内切酶的加入量为140～250U/L，优选200～250U/L，最有选200U/L。

其中，步骤(2)中，酶解过程中温度为25～45℃，优选30～35℃，最优选35℃。

其中，步骤(2)中，酶解时间为6～48h，优选24～42h，最优选30～36h。

其中，步骤(3)中，低聚果糖混合液a通过活性炭柱的流速为1～10BV/hr。

其中，步骤(4)中，所述的树脂为XAD-4、XAD-5、LSA-60、LS-803C、SD-2中的任意一种，优选LSA-60、SD-2，最优选SD-2。

其中，步骤(4)中，低聚果糖混合液b通过非极性大孔树脂柱时的流速为2～8BV/hr，优选5BV/hr。

其中，步骤(5)中，所述的纳滤膜为0.1～0.9纳米的纤维素膜，优选0.3～0.7nm纤维素膜，最优选0.5nm纤维素膜，利用该纳米纤维膜能将低聚果糖溶液中的单糖和盐离子去除。

本发明中使用的果胶酶的酶活定义为：在50℃、pH3.5条件下，1min分解果胶产生1mmol半乳糖醛酸为一个酶活单位。

本发明中使用的菊粉酶的酶活定义为：在40℃条件下，每分钟产生1mmol果糖所需的酶量为1个酶活单位。

有益效果：

本发明具有如下突出的效果：

(1)利用果胶酶处理菊苣，使菊苣细胞破碎更加完全，从而使细胞中的菊糖等糖分充分释放、溶解。

(2)利用活性炭和非极性大孔树脂对菊苣产的低聚果糖中色素、苦素和苦肽进行吸附处理，操作简单，且色素、苦素和苦肽的脱除效果好，具有重要的工业应用价值。

(3)本发明得到的低聚果糖纯度高、杂质少。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1：菊糖内切酶最佳添加量对低聚果糖产率的影响。

取500g新鲜的菊苣为原料，洗净、去皮，然后用搅拌机将其粉碎，加入1L纯水，搅拌均匀，调节pH＝5.8，加入100U果胶酶，在30℃条件下处理5h，然后煮沸15min。向各组体系中加入140U、170U、200U、220U、250U的菊糖内切酶，在30℃条件下处理24h，然后过滤去除菊苣渣，得到低聚果糖混合液。检测各实验组得到的低聚果糖混合液中低聚果糖的含量，检测结果见表1，从表1中可以看出，每500g菊苣体系中加入菊糖内切酶可以降解菊苣中的菊糖，增加低聚果糖的含量。

表1菊糖内切酶最佳添加量对低聚果糖产率的影响

实施例2：菊糖内切酶作用时间对低聚果糖产率的影响。

取500g新鲜的菊苣为原料，洗净、去皮，然后用搅拌机将其粉碎，加入1L纯水，搅拌均匀，调节pH＝5.8，加入200U果胶酶，在30℃条件下处理5h，然后煮沸15min。向各组体系中加入200U的菊糖内切酶，在30℃条件下处理6h、12h、18h、24h、30h、36h、42h、48h，然后过滤去除菊苣渣，得到低聚果糖混合液。检测各实验组得到的低聚果糖混合液中低聚果糖的含量，检测结果见表2。从表中可以看出，菊糖内切酶对菊苣的处理时间为24h～36h得到的低聚果糖产率较高，且处理时间较短，适于工业化应用。

表2菊糖内切酶作用时间对低聚果糖产率的影响

时间

6h

12h

18h

24h

30h

36h

42h

48h

低聚果糖产率

30％

45％

56％

71％

75％

78％

77％

76％

实施例3：菊糖内切酶作用温度对低聚果糖产率的影响。

取500g新鲜的菊苣为原料，洗净、去皮，然后用搅拌机将其粉碎，加入1L纯水，搅拌均匀，调节pH＝5.8，加入300U果胶酶，在30℃条件下处理5h，然后煮沸15min。向各组体系中加入200U的菊糖内切酶，分别在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃条件下处理36h，然后过滤去除菊苣渣，得到低聚果糖混合液。检测各实验组得到的低聚果糖混合液中低聚果糖的含量，检测结果见表3。从表3中可以看出，30～35℃时低聚果糖的产率较高。

表3菊糖内切酶作用温度对低聚果糖产率的影响

时间	25℃	30℃	35℃	40℃	45℃
						低聚果糖产率	65％	72％	77％	65％	59％

实施例4：低聚果糖溶液在活性炭柱中的流速对脱色效率的影响。

取500g新鲜的菊苣为原料，洗净、去皮，然后用搅拌机将其粉碎，加入1L纯水，搅拌均匀，调节pH＝5.8，加入100U果胶酶，在30℃条件下处理5h，然后煮沸15min。向各组体系中加入200U的菊糖内切酶，在35℃条件下处理36h，然后过滤去除菊苣渣，得到低聚果糖混合液。将该低聚果糖混合液通过高径比为10:1的活性炭柱，流速分别控制为1BV/hr、3BV/hr、5BV/hr、8BV/hr、10BV/hr，然后通过检测560nm处的低聚果糖混合液的吸光率来确定脱色效果。脱色率的计算方法式(1)所示：

式(1)

从表4中可以看出，流速为5BV/hr时活性炭对低聚果糖溶液的脱色效果较好。

表4低聚果糖溶液在活性炭柱中的流速对脱色效率的影响

流速(BV/hr)	透光率％	脱色率％
			0	75.3	-
1	83.1	51.2
			3	86.7	74.5
5	93.6	89.5
			8	85.3	82.9
10	82.4	88.3

实施例5：不同的大孔树脂对低聚果糖溶液脱色、脱苦效率的影响。

取500g新鲜的菊苣为原料，洗净、去皮，然后用搅拌机将其粉碎，加入1L纯水，搅拌均匀，调节pH＝5.8，加入100U果胶酶，在30℃条件下处理5h，然后煮沸15min。向各组体系中加入200U的菊糖内切酶，在35℃条件下处理36h，然后过滤去除菊苣渣，得到低聚果糖混合液。将该低聚果糖混合液通过高径比为10:1的活性炭柱，流速控制为5BV/hr，收集流出液后将低聚果糖混合液通过高径比为12:1的大孔树脂柱，流速为3BV/br，大孔树脂柱的类型为：XAD-4、XAD-5、LSA-60、LS-803C、SD-2。各种大孔树脂对低聚果糖的的脱苦率结果见表5所示，从表5中可以看出，以上物种树脂对低聚果糖的苦素和苦肽均有较好的脱除效果，其中，LSA-60、SD-2对低聚果糖的苦素、苦肽脱除效率大于95％，脱苦效果较好。以上5种大孔树脂对低聚果糖的脱色效率见表6所示，从表6中可以看出，从菊苣中提取的低聚果糖溶液经过活性炭和大孔树脂处理后，脱色率均接近100％，具有较好的脱色效果。

表5大孔树脂对低聚果糖脱苦的影响

表6大孔树脂对低聚果糖脱色的影响

实施例6：经纳滤膜处理后提取液中低聚果糖那个的含量。

实施方法同实施例5，所不同的是，经过活性炭柱、LSA-60树脂柱后再用0.1nm、0.3nm、0.5nm、0.7nm、0.9nm的纤维素膜对低聚果糖溶液进行纳滤处理，纳滤后溶液中各种糖分的含量如表7所示。

表7不同孔径的纳滤膜对低聚果糖含量的影响

	单糖(％)	二糖(％)	低聚果糖(％)
				纳滤前	14	18	68
0.1nm	2	16	82
				0.3nm	0	5	95
0.5nm	0	<1	99
				0.7nm	0	<1	99
0.9nm	0	<1	99

经过纳滤可以明显提高低聚果糖的纯度，但是实验中发现随着纤维素膜孔径的增大，低聚果糖也会有损失，纤维素弄在0.5～0.7nm时效果最好，不仅得到的低聚果糖纯度高，而且低聚果糖的损失也不多。

Claims

1.一种低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

(1)菊苣洗净并捣碎，然后加入水搅拌均匀，调节pH为5～7，再加入果胶酶处理1～5h，得到混合物；

(5)用纳滤膜处理步骤(4)得到的低聚果糖混合液c，收集滤出液，得到纯度大于99％的低聚果糖溶液。

2.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(1)中，菊苣质量与水的体积比为1kg：2～4L；

菊苣质量与果胶酶酶活的比例为1kg：100～500U。

3.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(1)中，果胶酶的处理温度为30～50℃。

4.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(1)中，将混合物加热至沸腾，并持续加热5～20min。

5.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(2)中，菊糖内切酶的加入量为140～250U/L。

6.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(2)中，酶解过程中温度为25～45℃，酶解时间为6～48h。

7.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(3)中，低聚果糖混合液a通过活性炭柱的流速为1～10BV/hr。

8.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的树脂为XAD-4、XAD-5、LSA-60、LS-803C、SD-2中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(4)中，低聚果糖混合液b通过非极性大孔树脂柱时的流速为2～8BV/hr。

10.根据权利要求1所述的低聚果糖的制备与纯化方法，其特征在于，步骤(5)中，所述的纳滤膜为0.1～0.9纳米的纤维素膜。