CN105087717A - 一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，属于食品加工技术领域；该方法是利用β-甘露聚糖酶预先配制酶溶液，酶添加量为每克魔芋粉添加200-300IU，在40-60℃、pH4.5-7.0酸性条件下水解魔芋精粉，形成魔芋甘露寡糖悬浮液，再通过固定化酵母技术水解甘露寡糖水溶液，除去单糖，形成以寡糖为主的水溶液，通过过滤和膜技术处理后，获得澄清寡糖溶液，最后利用高速离心喷雾干燥设备在180-210℃条件下喷雾干燥获得魔芋寡糖粉剂产品；本方法水解时间短，耗能少，制备的魔芋寡糖收率为70％以上，而且产物纯度高，单糖低，保健效果好，适宜于工业化生产。

Description

一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法

技术领域

本发明涉及一种魔芋寡糖的制备方法，具体涉及一种酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，属于食品加工技术领域。

背景技术

随着食品工业的迅速发展和人民生活水平的不断提高，人们越来越注意到饮食对自身健康水平的影响，因而食品消费观念也在逐渐发生变化，目前消费趋势正转向具有合理营养和保健功能的营养健康食品。保健食品(功能食品)的概念也正是在此基础上发展起来的，并已逐渐成为当今世界食品工业发展的新潮流。

寡糖具有保健食品的全部属性，被称为第三代保健食品的代表。作为保健食品，寡糖具有促进双歧杆菌增殖、抗龋齿、防肥胖、防止胆固醇积累等功效，特别是随着抗生素(antibiotics)在防治胃肠道感染方面的局限性被越来越多的认识到，人们开始寻找抗生素的替代品。非吸收性寡糖(non-digestableoligosaccharide)是最有前途的益生素(prebiotics)，具有抑制肠道致病菌、促进肠蠕动、分解有害物质、产生维生素、促进蛋白质吸收和提高人体免疫力的作用。许多寡糖可有效改善肠道功能，使便秘、腹泻等症状缓解，而且对抑制血糖增高、调节血压和降低血脂以及提高机体免疫力等方面作用明显，因此，功能食品将是一个市场极大的新型产业。

随着科学的进步，人体肠道菌群中结构平衡与人体健康状况的相关性已被认识和接受，维护有益菌群在肠道中的稳定优势和稳定状态是近20年来国内外的重要课题。研究发现，双歧杆菌以及乳杆菌是人体及温血动物肠道内最重要的有益菌，随着年龄增长和饮食结构的变化、疾病发生后各种药物的使用等原因，人体肠道内的双歧杆菌及其有益菌群逐渐减少，特别是经受重大疾病之后，大量的不同种类的药物进入体内(肠道)，使这些有益菌生长和发育受到极大阻碍。因此迅速恢复和保持肠道内双歧杆菌的优势状态，对提高机体健康水平及抗衰老等具有重要意义。

魔芋寡糖是一种低聚甘露糖，是指含有2-10个分子单糖通过糖苷键连接形成直链或支链的低度聚合糖，其特点是难以被胃肠消化吸收，甜度低，热量低，是一种功能性食品添加剂。寡糖的功能主要有：(1)提高人体肠道微生态平衡，(2)抑制肠道病原微生物增殖，(3)促进肠道内营养物质的吸收，(4)抗氧化功能，(5)增强机体免疫力；寡糖还可以有效缓解乳糖不耐受症状，使乳糖转化为乳酸，通过调节肠道pH值和结肠发酵能力来改善消化功能，提高各种营养素的利用率。目前魔芋寡糖采用的生产方法有4种：(1)直接从原料中提取获得；(2)利用转移酶和水解酶的糖基转移作用进行生产；(3)利用微生物发酵制备和酶法水解制备获得；(4)采用化学合成。

甘露寡糖原料资源丰富，功能优异，具有明显的竞争优势，可广泛应用于保健食品、医药、饲料等领域，因而，其在寡糖产业中将起到示范作用，具有广阔的市场前景。甘露寡糖来源于甘露聚糖的产物，而甘露聚糖在魔芋中又占有很大的比重。甘露聚糖(mannan)是非淀粉多糖中的一种，是以β-1,4-D-吡喃甘露糖苷键连接的线状多糖，如果主链某些残基被葡萄糖取代，或半乳糖通过1,6-α糖苷键与甘露糖残基相连形成分枝，则成为异甘露糖，主要有葡甘露聚糖(glucomannan)、半乳甘露聚糖(galactomannan)和半乳葡甘露聚糖(galactoglucomannan)。这些物质构成了植物半纤维素的第二大组分，并广泛存在于自然界，如干椰子肉的胚乳、象牙棕榈树的坚果、瓜儿豆、田菁胶、洋槐、咖啡树以及魔芋块茎中。β-甘露聚糖及其衍生物是豆科植物细胞壁固有的组分之一，β-甘露聚糖及其衍生物溶于水后可形成凝胶状，具有高亲水性，易膨胀，从而使消化道内容物具有较强的黏性，抵制肠道的蠕动，影响消化，单胃动物肠道中不能分泌相关的消化酶，导致了β-甘露聚糖及其衍生物不能被消化分解，因而不能被动物体作为营养成分利用，此外，表面带负电荷的β-甘露聚糖在溶液中极易与带相反电荷的养分物质结合，影响营养成分的吸收，最终对动物的生长及生产性能造成负面影响。

魔芋低聚糖(Mannoligosaccharides,MOS)是β-甘露聚糖酶水解魔芋多糖的产物。魔芋多糖的主要成分为魔芋葡萄甘露聚糖(KonjacGlucomannan,KGM)，含量可达到70～80％，分子量为20×10⁴～20×10⁵(随魔芋精粉原料来源不同而异)，由于其相对分子量较高，性能不稳定，被水解后的产物——甘露低聚糖不被人体胃肠道消化，但可以促进双歧杆菌增殖并抑制有害菌群生长，改善人体肠道功能，其性能优于大豆低聚糖和半乳糖基转移低聚糖，并且克服了以往抗生素、益生素等的不足，用量少，纯天然，无残留且稳定性强，因此具有极大的代替抗生素的潜力，作为一种新型、天然的食品和饲料添加剂已逐渐引起社会的广泛关注。

自1998年全球的寡糖产量已达13万吨，创造了300亿美元的功能食品市场，100亿美元的功能饲料市场，而寡糖药物更展现了无限商机，寡糖农药、寡糖肥料同样引人注目，寡糖已成为全球生物技术产业中突出的亮点。我国寡糖产业具有独特的发展特色与资源优势，在健康、农业、环境等领域需求潜力巨大，寡糖将很快在我国成为新型产业。

中国发明“一种魔芋寡糖含片”，申请号201010140154.2，公开了一种用魔芋胶制备魔芋寡糖粉，魔芋寡糖粉经压片得到魔芋寡糖含片的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，目前制备魔芋寡糖是利用魔芋原料配置一定浓度的魔芋胶，通过微生物发酵制备，该方案会形成水解时间长，水解产物低，溶液搅拌困难，容器利用率低的技术缺陷，本发明克服现有技术的不足，利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉获得收率为70％以上的魔芋寡糖粉剂。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下：

一种利用酸性β-甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用酸调节水pH值为4.5-7.0，加热到40-60℃，按照200-300IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入魔芋粉的重量占整个反应体系的15-25％(质量比)，操作要求整个加料时间在20min以内，酶水解反应60min，水解温度为40-60℃，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋甘露寡糖悬浮液转移到另一反应釜中，加入5％的固定化酵母，水解魔芋甘露寡糖悬浮液，除去单糖，反应时间30-60min，避免酵母产生其他代谢产物，形成以寡糖为主的水溶液；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，并通过中空纤维膜处理获得清亮魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

对魔芋寡糖水溶液通过在入口温度为180-210℃，出口温度要保证在75-80℃条件下，采用18000r/min的雾化转速的高速离心干燥设备进行干燥，能获得收率70％以上的魔芋甘露寡糖粉剂，含水5％以下。

本发明的有益效果是：

(1)本方法采用酸性β-甘露聚糖酶作为水解魔芋精粉用酶，由于反应条件在酸性条件下进行，可加速β-甘露聚糖酶的催化速度，同时在酸性条件下可破坏魔芋精粉中的生物碱，降低形成的寡糖溶液中生物碱的不良气味，降低阈值；

(2)水解时间短，每次酶解时间60min；

(3)反应温度为40-60℃，条件温和，耗能少，形成的水解产物粘度低，有流动性，制备的魔芋寡糖收率为70％以上，而且产物纯度高，单糖低，保健效果好，适宜于工业化生产；

(4)采用高速离心喷雾干燥设备干燥，形成的产物收率高。

附图说明

图1反应温度对β-甘露聚糖酶活力的影响；

图2pH对β-甘露聚糖酶活力的影响。

具体实施方式

下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用盐酸调节水pH值为4.5，加热到40℃，按照200IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入魔芋粉的重量占整个反应体系的15％(质量浓度)，操作要求整个加料时间为20min以内，酶水解反应60min，水解温度为40℃，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋甘露寡糖悬浮液转移到另一反应釜中，加入制备好的5％固定化酵母水解魔芋甘露寡糖悬浮液，除去单糖，反应时间30min，避免酵母产生其他代谢产物，形成以寡糖为主的水溶液；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，并通过中空纤维膜处理获得清亮魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

对魔芋寡糖水溶液通过在入口温度为180℃，出口温度要保证在75℃条件下，采用18000r/min的雾化转速的高速离心干燥设备进行干燥，能获得收率70％以上的魔芋甘露寡糖粉剂，含水5％以下。

实施例2

一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用酸调节水pH值为7.0，加热到60℃，按照300IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入魔芋粉的重量占整个反应体系的25％(质量浓度)，操作要求整个加料时间为20min以内，酶水解反应60min，水解温度为60℃，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋甘露寡糖悬浮液转移到另一反应釜中，加入制备好的5％固定化酵母水解魔芋甘露寡糖悬浮液，除去单糖，反应时间60min，避免酵母产生其他代谢产物，形成以寡糖为主的水溶液；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，并通过中空纤维膜处理获得清亮魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

对魔芋寡糖水溶液通过在入口温度为210℃，出口温度要保证在80℃条件下，采用18000r/min的雾化转速的高速离心干燥设备进行干燥，能获得收率70％以上的魔芋甘露寡糖粉剂，含水5％以下。

实施例3

一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用酸调节水pH值为5.5，加热到50℃，按照250IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入魔芋粉的重量占整个反应体系的20％(质量浓度)，操作要求整个加料时间为20min以内，酶水解反应60min，水解温度为50℃，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋甘露寡糖悬浮液转移到另一反应釜中，加入制备好的5％固定化酵母水解魔芋甘露寡糖悬浮液，除去单糖，反应时间45min，避免酵母产生其他代谢产物，形成以寡糖为主的水溶液；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，并通过中空纤维膜处理获得清亮魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

对魔芋寡糖水溶液通过在入口温度为195℃，出口温度要保证在78℃条件下，采用18000r/min的雾化转速的高速离心干燥设备进行干燥，能获得收率70％以上的魔芋甘露寡糖粉剂，含水5％以下。

实施例4

一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用酸调节水pH值为6.0，加热到45℃，按照230IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入魔芋粉的重量占整个反应体系的18％(质量浓度)，操作要求整个加料时间为20min以内，酶水解反应60min，水解温度为45℃，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋甘露寡糖悬浮液转移到另一反应釜中，加入制备好的5％固定化酵母水解魔芋甘露寡糖悬浮液，除去单糖，反应时间40min，避免酵母产生其他代谢产物，形成以寡糖为主的水溶液；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，并通过中空纤维膜处理获得清亮魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

对魔芋寡糖水溶液通过在入口温度为200℃，出口温度要保证在76℃条件下，采用18000r/min的雾化转速的高速离心干燥设备进行干燥，能获得收率70％以上的魔芋甘露寡糖粉剂，含水5％以下。

实施例5

一种利用酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用酸调节水pH值为6.5，加热到55℃，按照280IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入魔芋粉的重量占整个反应体系的23％(质量浓度)，操作要求整个加料时间为20min以内，酶水解反应60min，水解温度为55℃，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋甘露寡糖悬浮液转移到另一反应釜中，加入制备好的5％固定化酵母水解魔芋甘露寡糖悬浮液，除去单糖，反应时间50min，避免酵母产生其他代谢产物，形成以寡糖为主的水溶液；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，并通过中空纤维膜处理获得清亮魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

对魔芋寡糖水溶液通过在入口温度为195℃，出口温度要保证在78℃条件下，采用18000r/min的雾化转速的高速离心干燥设备进行干燥，能获得收率70％以上的魔芋甘露寡糖粉剂，含水5％以下。

通过以上实施例可知，本试验开发的β-甘露聚糖酶在30-60℃、pH4.5-7.0范围内有良好的稳定性，见图1和图2。

Claims (6)

1.一种酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)酶液的制备：

预先在反应釜中加入去离子水，用酸调节水pH值为4.5-7.0，加热到40-60℃，按照200-300IU/g魔芋精粉的比例配置β-甘露聚糖酶水溶液，搅拌混合均匀；

(2)魔芋精粉水解：

开启低速搅拌，将魔芋精粉缓慢加入到β-甘露聚糖酶水溶液中，随着反应釜中的魔芋粉吸水膨胀，粘度加大，可适当停止加入魔芋粉，一旦变稀，继续加入魔芋粉，要求加入的魔芋粉重量占整个反应体系的15-25％(质量浓度)，操作要求整个加料时间在20min以内，酶水解反应60min，得到魔芋寡糖水解产物；

(3)魔芋寡糖水解产物除糖处理：

将魔芋寡糖水解产物转移到另一反应釜中，加入制备好的固定化酵母，加入量为总反应液的5％，降解30-60min，去除单糖；

(4)过滤澄清：

将酵母去除单糖的魔芋寡糖水溶液通过食品级板框过滤，过滤后的溶液通过中空纤维膜处理获得清亮的魔芋寡糖水溶液；

(5)魔芋寡糖干燥：

将清亮的魔芋寡糖水溶液通过高速离心干燥设备进行干燥，获得魔芋寡糖粉剂。

2.根据权利要求1所述一种酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，其特征在于：步骤(1)所述的酸采用盐酸或柠檬酸。

3.根据权利要求1所述一种酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，其特征在于：步骤(2)所述的魔芋精粉水解的水解温度为40-60℃。

4.根据权利要求1所述一种酸性甘露聚糖酶水解魔芋精粉制备魔芋寡糖的方法，其特征在于：步骤(5)所述的高速离心干燥设备入口温度180-210℃，出口温度75-80℃，转速采用18000r/min的雾化转速。

5.一种魔芋寡糖粉剂，其特征在于：采用权利要求1-4任意一项所述方法制备得到的魔芋寡糖粉剂。

6.根据权利要求5所得一种魔芋寡糖制剂，其特征在于：所述魔芋寡糖制剂含水率为5％以下。