CN111394524A - 一种雪莲果果寡糖及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雪莲果果寡糖及其制备方法和应用。本发明的雪莲果果寡糖的制备方法，包括如下步骤：A)将雪莲果原料制成浆料；B)对所述浆料进行一次固液分离、澄清、二次固液分离，制得浆液；C)对所述浆液依次进行超滤、脱色、浓缩，制得果寡糖粗品；D)对所述果寡糖粗品进行纳滤，制得雪莲果果寡糖。本发明制备的雪莲果果寡糖产品中的果寡糖含量高，同时果糖、葡萄糖、蔗糖等单糖及双糖的含量低，产品中无溶剂残留，安全性高，可适用于糖尿病患者等特殊人群，能够较好地满足果寡糖产品的实际应用需求。

Description

一种雪莲果果寡糖及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及果寡糖提取技术领域，尤其是涉及一种雪莲果果寡糖及其制备方法和应用。

背景技术

果寡糖(Fructo-oligosaccharide，FOS)是聚合度为3-10的低聚果糖，主要包括蔗果三糖(GF2)、蔗果四糖(GF3)和蔗果五糖(GF4)，由1-3个果糖分子分别通过β-(2，1)糖苷键与一个蔗糖分子结合形成。果寡糖是一种功能性低聚糖，具有促进益生菌增值、缓解便秘、调节代谢、促进消化吸收、调节免疫等多种生物活性，被广泛应用于食品、饲料、医药、美容等行业，应用前景广阔。

果寡糖广泛存在于多种天然植物中，如大蒜、洋葱、芦笋等。雪莲果(Smallanthussonchifolius)又名亚贡(Yacon)，为菊科(Compositae or Asteraceae)植物家族中的一员，原产于南美洲安第斯山，是目前发现的果寡糖含量最高的天然植物。据报道，雪莲果中含有10-14％的干物质(dry matter，DM)，果寡糖的含量因品种、种植、储存等条件而不同，约占雪莲果干物质的8.0-61.9％。

国际上生产果寡糖的方法主要包括生物酶法和物理法。生物酶法主要包括：1)以蔗糖为原料通过果糖转移酶进行酶促合成；2)从天然植物如菊苣、菊芋中提取菊粉，通过内切菊粉酶使菊粉降解为低分子果寡糖；3)通过生物酶技术消耗多余的小分子糖从而使低聚糖的相对含量增加。目前，国内利用生物酶法制备果寡糖的成本较高，且产品中低聚糖的含量一般仅在50％左右；此外，生物酶法制备的果寡糖中存在大量的葡萄糖、果糖及蔗糖，因而无法适用于糖尿病患者等特殊人群。

物理法主要包括萃取法、柱层析法和膜分离法。如公开号为CN102219817A的中国专利公开了一种从雪莲果中萃取低聚果糖的方法，其采用浸出剂溶液浸提雪莲果后，在浸出液中加入极性有机溶剂萃取低聚果糖。该方法虽能在一定程度上提高低聚果糖的纯度，然而其工艺过程中采用了大量的有机溶剂，易造成溶剂残留从而存在安全隐患，不利于低聚果糖产品的实际应用。

柱层析法大多采用凝胶色谱或离子交换色谱进行，往往需要非常大的高径比才能获得较好的分离效果，其价格昂贵，不利于低聚果糖的大规模工业化生产。膜分离法通常采用纳滤膜进行，主要工艺包括浸提、脱色、脱蛋白、纳滤分离，该工艺制备的低聚果糖产品纯度较低，且掺杂有葡萄糖、果糖等，仍然无法满足低聚果糖的实际应用需求。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种雪莲果果寡糖及其制备方法和应用，该制备方法果寡糖的提取率高、不存在溶剂残留等安全隐患；同时，制得的雪莲果果寡糖中果寡糖的含量高，且单糖、双糖的含量低，可适用于糖尿病患者等特殊人群，能够较好地满足果寡糖产品的实际应用需求。

本发明一方面提供一种雪莲果果寡糖的制备方法，包括如下步骤：

A)将雪莲果原料制成浆料；

B)对所述浆料进行一次固液分离、澄清、二次固液分离，制得浆液；

C)对所述浆液依次进行超滤、脱色、浓缩，制得果寡糖粗品；

D)对所述果寡糖粗品进行纳滤，制得雪莲果果寡糖。

本发明制备方法的目的在于保证雪莲果中果寡糖提取率的同时，最大限度地提高产品中果寡糖的含量，且最大限度地降低产品中果糖、葡萄糖、蔗糖等控制成分的含量，从而制备得到高质量、适合工业化生产且适用于糖尿病患者等特殊人群的果寡糖产品。

在本发明中，若无特殊说明，含量均指的是质量含量。

本发明的制备方法以雪莲果作为原料进行果寡糖的提取，对雪莲果原料不作严格限制；优选地，所述雪莲果原料来自云南腾冲，其中含有10％-14％的干物质，果寡糖占干物质的8％-61.9％。该雪莲果原料的品质好，干物质和果寡糖等有效成分的含量高，有利于后续提取工艺的进行以及提取目标的实现，进而保证了果寡糖产品的质量。

在本发明中，可以采用本领域的常规方式将雪莲果原料制成浆料。具体地，本发明的步骤A)可以包括：将雪莲果原料清洗、去皮、切块、磨浆，制得浆料；其中，磨浆可以采用磨浆机等常规设备进行。

在本发明中，可以采用絮凝剂进行所述澄清；本发明对澄清采用的絮凝剂不作严格限制，可以采用本领域常规的絮凝剂。

优选地，本发明采用的絮凝剂为壳聚糖；其中，所述壳聚糖的脱乙酰基度为85-90％，粒度为40-60目，不溶物含量<1.0％。此外，对澄清工艺的具体条件不作严格限制，澄清可以包括：将一次固液分离后的浆料的pH值调至4.5-5.5，向浆料中加入0.01-0.05％的絮凝剂(即每100g浆料中加入0.01-0.05g的絮凝剂)，随后在40-60℃下絮凝20-40min。

上述絮凝澄清工艺能够去除浆料中的蛋白质、多糖等物质，不仅使溶液变得澄清，同时有利于后续工序的实施，从而在最大程度上提高产品中的果寡糖含量，同时降低产品中的果糖、葡萄糖、蔗糖等成分的含量。

本发明对一次固液分离和二次固液分离的方式不作严格限制，例如可以采用过滤等常规固液分离方法。具体地，本发明所述一次固液分离和二次固液分离可以分别采用10-20μm的滤膜进行。

在本发明中，超滤用于除杂，以保证后续纳滤的进液质量，进而满足本发明的整体工艺需求，提高果寡糖产品的质量。具体地，本发明所述超滤可以采用截留分子量为10000-30000的超滤膜进行；对超滤膜的材质不作严格限制，例如可以采用聚砜、醋酸纤维素、聚丙烯腈等。此外，对超滤设备也不作严格限制，例如可以采用涡卷式超滤膜管进行所述超滤，所述涡卷式超滤膜管可以包括5-10个所述超滤膜。进一步地，所述超滤条件可以包括：运行压力为0.1-0.5MPa，运行温度为35-45℃。

在本发明中，脱色用于提高产品的外观质量，同时保证后续工序的实施效果；对脱色方式不作严格限制，可以采用本领域的常规脱色方法。具体地，本发明所述脱色可以采用大孔树脂进行，优选采用ab-8型大孔吸附树脂进行。进一步地，所述脱色条件可以包括：树脂柱径高比为1：(8-12)，单次处理量为柱体积的0.1-0.2倍，流速为8-12mL/min。

本发明对浓缩方式及浓缩程度不作严格限制，浓缩方式例如减压浓缩等，浓缩程度可以为浓缩至相当于0.5-1.5g雪莲果原料/mL。

经上述处理得到的果寡糖粗品中，果寡糖含量为50-60％，果糖含量为30-35％，葡萄糖含量为5-10％，蔗糖含量为4-5％。该果寡糖粗品中的果寡糖含量较高，且果糖、葡萄糖、蔗糖等控制成分的含量低，有利于进行后续纳滤以制得满足本发明实际需求的果寡糖产品。

在本发明中，纳滤用于去除果糖、葡萄糖、蔗糖等单糖及双糖以及其它控制成分。具体地，所述纳滤可以采用截留分子量为200-1000的纳滤膜进行；对纳滤膜的材质不作严格限制，例如可以为聚醚砜、聚砜、聚偏氟乙烯等。此外，对纳滤设备不作严格限制，例如可以采用卷式膜组件、中空纤维膜组件、管式膜组件等进行。

进一步地，本发明的纳滤条件包括：运行压力为1.0-1.8MPa，运行温度为35-50℃，纯化倍数为5-10倍，循环流量使膜表面积横向流速达到1-3m/s，pH值为5-7。

经上述纳滤即制得本发明的雪莲果果寡糖(即果寡糖产品)；所述雪莲果果寡糖的果寡糖含量≥68.2％，果糖含量≤2.65％，葡萄糖含量≤0.54％，蔗糖含量≤6.26％；进一步地地，所述雪莲果果寡糖的蔗果三塘含量≥14％，蔗果四塘含量≥16％，蔗果五塘含量≥15％。

本发明制备的雪莲果果寡糖产品中果寡糖含量高，果糖、葡萄糖、蔗糖等单糖及双糖的含量低，无溶剂残留，安全性高，且可适用于糖尿病患者等特殊人群，能够较好地满足果寡糖产品的实际应用需求。

进一步地，本发明的制备方法还可以包括：对所述纳滤形成的透过液进行反渗透处理，得到糖液和透过水。经所述反渗透处理形成的糖液的果糖含量为15-30％，葡萄糖含量为2-15％，蔗糖含量为1-4％；此外，可以对所述透过水进行回用，以节省资源。

本发明另一方面提供一种雪莲果果寡糖，根据上述任一所述的制备方法制得。

本发明再一方面提供上述雪莲果果寡糖在食品、饲料或医药中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

1、本发明提供的制备方法无需采用有机溶剂，工艺条件温和，产品的安全性高，不存在溶剂残留等隐患；特别是，该制备方法果寡糖的提取率高，特别适合大规模工业化生产；

2、本发明制备的雪莲果果寡糖产品中果寡糖纯度高达68.2％以上，且果糖含量≤2.65％，葡萄糖含量≤0.54％，蔗糖含量≤6.26％，可适用于糖尿病患者等特殊人群，能够较好地满足果寡糖产品的实际应用需求。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明各实施例所采用的原料如下：

雪莲果原料：来自云南腾冲，其中含有10％-14％的干物质，果寡糖占干物质的8％-61.9％；

絮凝剂：脱乙酰基度为85-90％，粒度为40目，不溶物含量<1.0％。

实施例1

一、制备果寡糖粗品

将雪莲果原料(鲜品)清洗、去皮、切块后，用磨浆机磨成浆料，随后用10μm滤膜进行过滤，得到一次滤液。

调节上述一次滤液的pH值至5.0左右后，加入0.02％的絮凝剂，于50℃左右絮凝30min，随后用10μm滤膜进行过滤，得到二次滤液(即浆液)。

采用由5张截留分子量为20000左右、材质为聚砜的超滤膜组成的涡卷式超滤膜管对上述浆液进行超滤，超滤时运行压力为0.3MPa，运行温度为40℃，超滤膜每运行一天清洗一次，经上述超滤后得到含有果寡糖的超滤液。

采用填装有ab-8型大孔树脂的树脂柱对上述超滤液进行吸附脱色，树脂柱的径高比为1：10，将超滤液以10mL/min的流速泵入树脂柱中，一次处理量为柱体积的1/10，一次处理后，用乙醇-水梯度清洗再生；经上述脱色后得到含有果寡糖的脱色液。

对上述脱色液进行减压浓缩，至每mL浓缩液相当于1g雪莲果鲜品，得到果寡糖粗品。

二、制备雪莲果果寡糖

将上述果寡糖粗品的pH值调至6.0左右，用高压泵送入纳滤膜组件中；其中，纳滤膜组件采用卷式膜组件，组件中纳滤膜的截留分子量为350，纳滤膜的材质为聚醚砜，纳滤时运行压力为1.5MPa，运行温度为40℃，纯化倍数为8倍，循环流量使膜表面积横向流速达到3m/s，纳滤膜组件运行3天至少清洗1次；经上述纳滤后分别得到雪莲果果寡糖和透过液。

其中，将上述透过液送入反渗透系统中进行反渗透，反渗透时的操作压力为3MPa，操作温度为60℃，得到糖溶液和透过水，透过水作为工艺回水用。

经检测，上述整体工艺的果寡糖得率为68％，制得的雪莲果果寡糖产品中果糖含量为2.65％，葡萄糖含量＜0.54％，蔗糖含量为6.26％，蔗果三塘含量为14.58％，蔗果四塘含量为16.1％，蔗果五塘含量为15.28％，聚合度为6-10的低聚果糖和菊粉的含量为44.55％。

实施例2

一、制备果寡糖粗品

将雪莲果原料清洗、去皮、切块后，用磨浆机磨成浆料，随后用10μm滤膜进行过滤，得到一次滤液。

调节上述一次滤液的pH值至5.0左右后，加入0.01％的絮凝剂，于40℃左右絮凝40min，随后用10μm滤膜进行过滤，得到二次滤液(即浆液)。

采用由10张截留分子量为30000左右、材质为聚丙烯腈的超滤膜组成的涡卷式超滤膜管对上述浆液进行超滤，超滤时运行压力为0.5MPa，运行温度为35℃，超滤膜每运行一天清洗一次，经上述超滤后得到含有果寡糖的超滤液。

采用填装有ab-8型大孔树脂的树脂柱对上述超滤液进行吸附脱色，树脂柱的径高比为1：10，将超滤液以10mL/min的流速泵入树脂柱中，一次处理量为柱体积的1/10，一次处理后，用乙醇-水梯度清洗再生；经上述脱色后得到含有果寡糖的脱色液。

对上述脱色液进行减压浓缩，至每mL浓缩液相当于1g雪莲果鲜品，得到果寡糖粗品。

二、制备雪莲果果寡糖

将上述果寡糖粗品的pH值调至5.0左右，用高压泵送入纳滤膜组件中；其中，纳滤膜组件采用卷式膜组件，组件中纳滤膜的截留分子量为400，纳滤膜的材质为聚偏氟乙烯，纳滤时运行压力为1.8MPa，运行温度为35℃，纯化倍数为10倍，循环流量使膜表面积横向流速达到2m/s，纳滤膜组件运行3天至少清洗1次；经上述纳滤后分别得到雪莲果果寡糖和透过液。

其中，将上述透过液送入反渗透系统中进行反渗透，反渗透时的操作压力为2MPa，操作温度为70℃，得到糖溶液和透过水，透过水作为工艺回水用；整体工艺的果寡糖得率为68.5％。

实施例3

一、制备果寡糖粗品

将雪莲果原料清洗、去皮、切块后，用磨浆机磨成浆料，随后用10μm滤膜进行过滤，得到一次滤液。

调节上述一次滤液的pH值至5.0左右后，加入0.05％的絮凝剂，于60℃左右絮凝20min，随后用10μm滤膜进行过滤，得到二次滤液(即浆液)。

采用由8张截留分子量为10000左右、材质为醋酸纤维素的超滤膜组成的涡卷式超滤膜管对上述浆液进行超滤，超滤时运行压力为0.2MPa，运行温度为45℃，超滤膜每运行一天清洗一次，经上述超滤后得到含有果寡糖的超滤液。

采用填装有ab-8型大孔树脂的树脂柱对上述超滤液进行吸附脱色，树脂柱的径高比为1：10，将超滤液以10mL/min的流速泵入树脂柱中，一次处理量为柱体积的1/10，一次处理后，用乙醇-水梯度清洗再生；经上述脱色后得到含有果寡糖的脱色液。

对上述脱色液进行减压浓缩，至每mL浓缩液相当于1g雪莲果鲜品，得到果寡糖粗品。

二、制备雪莲果果寡糖

将上述果寡糖粗品的pH值调至7.0左右，用高压泵送入纳滤膜组件中；其中，纳滤膜组件采用卷式膜组件，组件中纳滤膜的截留分子量为450，纳滤膜的材质为聚偏氟乙烯，纳滤时运行压力为1.0MPa，运行温度为45℃，纯化倍数为5倍，循环流量使膜表面积横向流速达到1m/s，纳滤膜组件运行3天至少清洗1次；经上述纳滤后分别得到雪莲果果寡糖和透过液。

其中，将上述透过液送入反渗透系统中进行反渗透，反渗透时的操作压力为4MPa，操作温度为40℃，得到糖溶液和透过水，透过水作为工艺回水用；整体工艺的果寡糖得率为68.2％。

对照例1

除制备果寡糖粗品步骤之外，其它与实施例1基本相同；其中，本对照例制备果寡糖粗品的步骤如下：

将雪莲果原料去皮、洗净、切1-3mm薄片，称重，放入搅拌机内，加入无水乙醇和2g碳酸钙，连续搅拌5min，减压抽滤，滤渣用80％乙醇洗涤一次，减压抽滤，合并两次滤液于45℃水浴旋蒸,回收乙醇溶剂，冷冻干燥得果寡糖粗品。

经检测，本对照例制得的雪莲果果寡糖产品中低聚果糖的含量见表1。

对照例2

除制备果寡糖粗品步骤之外，其它与实施例1基本相同；其中，本对照例制备果寡糖粗品的步骤如下：

将雪莲果原料去皮、洗净、去皮、洗净、切1-3mm薄片，称重,放入搅拌机内，加入无水乙醇和2g碳酸钙，连续搅拌5min，减压抽滤，冷冻干燥得果寡糖粗品。

经检测，本对照例制得的雪莲果果寡糖产品中低聚果糖的含量见表1。

表1雪莲果果寡糖产品的低聚果糖含量

本发明通过对雪莲果果寡糖制备工艺进行优化，使得单糖去除率达到90％以上，制备出的低聚果糖产品中低聚果糖及菊粉含量占总质量的90％左右，达到了较高的纯度；同时，该工艺对单糖、二糖的去除率高，果糖、葡萄糖、蔗糖等单糖及双糖的含量低于8.91％，可适用于糖尿病患者等特殊人群，能够较好地满足果寡糖产品的实际应用需求。

雪莲果一经采收后，低聚果糖很快发生部分水解，且极易腐烂，影响了雪莲果保健作用的发挥，并且在一定程度上限制了其推广。雪莲果在国内属于一种新型的水果，市场认知度不高，销量有限；本发明将雪莲果进行深加工，制成新型保健食品，不仅可以增加雪莲果的附加产值，而且能够使广大消费者能够快捷方便地享用这种新型的保健食品；本发明的雪莲果果寡糖产品为天然植物提取物，所用原料均为环境友好型材料，工艺操作步骤简单，成本低廉，产品从色泽、口味、有效成分含量上均属上乘，具有较高的经济价值。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种雪莲果果寡糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

A)将雪莲果原料制成浆料；

B)对所述浆料进行一次固液分离、澄清、二次固液分离，制得浆液；

C)对所述浆液依次进行超滤、脱色、浓缩，制得果寡糖粗品；

D)对所述果寡糖粗品进行纳滤，制得雪莲果果寡糖；

优选地，所述果寡糖粗品的果寡糖含量为50-60％，果糖含量为30-35％，葡萄糖含量为5-10％，蔗糖含量为4-5％；

优选地，所述雪莲果果寡糖的果寡糖含量≥68.2％，果糖含量≤2.65％，葡萄糖含量≤0.54％，蔗糖含量≤6.26％；

优选地，所述雪莲果果寡糖的蔗果三塘含量≥14％，蔗果四塘含量≥16％，蔗果五塘含量≥15％。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)包括：将雪莲果原料清洗、去皮、切块、磨浆，制得浆料；

优选地，所述雪莲果原料含有10-14％的干物质，果寡糖占干物质的8％-61.9％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用絮凝剂进行所述澄清；

优选地，所述絮凝剂为壳聚糖；

优选地，所述壳聚糖的脱乙酰基度为85-90％；粒度为40-60目；不溶物含量<1.0％；

优选地，所述澄清包括：将一次固液分离后的浆料的pH值调至4.5-5.5，向浆料中加入0.01-0.05％的絮凝剂，随后在40-60℃下絮凝20-40min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述一次固液分离和所述二次固液分离分别采用10-20μm的滤膜进行。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超滤采用截留分子量为10000-30000的超滤膜进行；

优选地，所述超滤膜的材质为聚砜、醋酸纤维素或聚丙烯腈；

优选地，采用包含5-10个所述超滤膜的涡卷式超滤膜管进行所述超滤；

优选地，所述超滤条件包括：运行压力为0.1-0.5MPa，运行温度为35-45℃。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脱色采用大孔树脂进行；

优选地，所述大孔树脂为ab-8型大孔吸附树脂；

优选地，所述脱色条件包括：树脂柱径高比为1：(8-12)，单次处理量为柱体积的0.1-0.2倍，流速为8-12mL/min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳滤采用截留分子量为200-1000的纳滤膜进行；

优选地，所述纳滤膜的材质为聚醚砜、聚砜或聚偏氟乙烯；

优选地，所述纳滤采用卷式膜组件、中空纤维膜组件或管式膜组件进行；

优选地，所述纳滤条件包括：运行压力为1.0-1.8MPa，运行温度为35-50℃，纯化倍数为5-10倍，循环流量使膜表面积横向流速达到1-3m/s，pH值为5-7。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：对所述纳滤形成的透过液进行反渗透处理，得到糖液和透过水；

优选地，所述糖液的果糖含量为15-30％，葡萄糖含量为2-15％，蔗糖含量为1-4％；

优选地，对所述透过水进行回用。

9.一种雪莲果果寡糖，其特征在于，根据权利要求1-8任一所述的制备方法制得。

10.权利要求9所述的雪莲果果寡糖在食品、饲料或医药中的应用。