CN111748047B - 一种怀山药寡糖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于寡糖的制备领域，具体涉及一种怀山药寡糖的制备方法。该制备方法包括以下步骤：1)将怀山药粉和双氧水混合，保湿静置，然后添加氢氧化钠溶液混合，得到混合体系；2)将混合体系进行挤压膨化，将挤压膨化所得挤出物进行水提，将水提液过滤除杂，留取滤过液；3)将滤过液进行浓缩，得到怀山药寡糖浓缩液；或者将滤过液进行浓缩，再经喷雾干燥制得怀山药寡糖干粉。本发明的怀山药寡糖的制备方法，挤压膨化和碱性双氧水可起到协同作用，显著促进化学键的断裂，使得结合态的寡糖游离出来，利于提取。同时也会使较大分子的多糖的糖苷键断裂而成为较小分子的寡糖，提高寡糖提取率。

Description

一种怀山药寡糖的制备方法

技术领域

本发明属于寡糖的制备领域，具体涉及一种怀山药寡糖的制备方法。

背景技术

寡糖是指由2-10个相同或不同的单糖通过糖苷键连接聚合而成的直链或支链的低度聚合糖。可分为功能性低聚糖和普通低聚糖。功能性低聚糖在自然界分布广泛，种类繁多，因其具有低热量、肠道益生、防便秘、降低血清胆固醇、增强机体免疫力、抗肿瘤等特点，成为功能性食品生产中重要的基础原料与食品添加剂，现已被世界许多国家的工业生产所用。

怀山药是良好的食药兼用的天然保健食品，但在怀山药收获的时候，规格不达标的残次品都被浪费，即便是规格达标产品也会因产量和市场情况，多有滞销和变质等浪费情况，加大怀山药的深加工，是充分利用这一宝贵天然保健食品的最佳途径。怀山药用于制备寡糖，提取产量高，单产成本相对较低，所得寡糖品质优，保健功效好。

申请公布号为CN103467614A的中国发明专利申请公开了一种山药低聚糖的提取工艺，其是将原料干燥粉碎后，通过脱脂、乙醇浸提、减压浓缩、膜分离、浓缩、干燥等步骤。使用醇提工艺，不仅提取率低，而且提取过程使用的有机溶剂乙醇回收不完全，对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种怀山药寡糖的制备方法，其可提高怀山药寡糖得率，而且不使用有机溶剂，无溶剂回收压力，环境污染小。

为实现上述目的，本发明的怀山药寡糖的制备方法的技术方案是：

一种怀山药寡糖的制备方法，包括以下步骤：

1)将怀山药粉和双氧水混合，保湿静置，然后添加氢氧化钠溶液混合，得到混合体系；控制混合体系中，H₂O₂的质量占比为2-4％，NaOH的质量占比为2-5％，水的质量占比为12-14％；

2)将混合体系进行挤压膨化，将挤压膨化所得挤出物进行水提，将水提液过滤除杂，留取滤过液；

3)将滤过液进行浓缩，得到怀山药寡糖浓缩液；或者将滤过液进行浓缩，再经喷雾干燥制得怀山药寡糖干粉。

焦作产怀山药可选择新鲜的怀山药、收获时规格不达标的细小怀山药段及没有腐烂变质的怀山药残片等。

本发明的怀山药寡糖的制备方法，挤压膨化提供高压高剪切作用，对糖苷键有切断作用；双氧水和氢氧化钠溶液组合形成的碱性双氧水提供了有利的pH条件和游离羟基供应，可提供充足的氧自由基攻击化学键，有利于化学键的断裂。挤压膨化和碱性双氧水可起到协同作用，显著促进化学键的断裂，使得结合态的寡糖游离出来，利于提取。同时也会使较大分子的多糖的糖苷键断裂而成为较小分子的寡糖，提高寡糖提取率。

为提高寡糖得率，优选的，步骤1)中，按重量份计，100份怀山药粉，加入质量含量为30％的双氧水8-15份，加入氢氧化钠2-5份，水3-10份。

步骤1)中，保湿静置的时间为20-60min。通过保湿静置可使双氧水充分浸润到怀山药组织内部，有利于提取过程的进行。

步骤2)中，挤压膨化采用双螺杆挤压膨化机，设定工作温度为130℃-220℃，螺杆转速为9-20Hz。采用以上优选参数，可获得更高的寡糖得率。

为进一步提高水提效率，优化水提效果，优选的，步骤2)中，所述水提包括将挤出物和水混合，过胶体磨，然后搅拌浸泡1-5h。优选的，水提过程的用水量为：100重量份怀山药粉制得的所述挤出物，用水800-1500份。

步骤2)中，所述过滤除杂包括微滤和纳滤，所述微滤所用微滤膜的孔径为1-5μm，所述纳滤所用纳滤膜的孔径为1nm。采用该除杂方式，除杂效率高，而且可有效去除大分子可溶性成分。步骤3)中，所述浓缩为反渗透浓缩。

微滤膜过滤主要是去除溶液中的不溶性沉淀物质，有利于后期进行的超滤。其过滤孔径范围在1-5μm均可，经此次过滤后，还要进行超滤，所以，过滤级别并不影响最终结果。实际生产中常见的膜孔径为5μm和1μm中空纤维膜两个型号，选用1μm或5μm均可。

此处纳滤目的是为了过滤掉溶液中分子量较大的可溶性的多糖或蛋白等成分，仅保留分子量在1500u以下的寡糖成分。根据此目的，结合实际生产选择1nm的膜，如果改用较大孔径的膜(例如2nm)，将会导致滤过物中混入分子量超过寡糖分子量范围的多糖成分。

反渗透浓缩的原理和上述微滤或超滤的原理基本一样，但所用的膜通过孔径不同，反渗透膜的孔径在0.1nm(或以下)，在此过滤孔径下，在压力的作用下，只有水分子(极少量无机盐离子也会透过)可克服渗透压透过滤膜，实现对溶液的浓缩。此法浓缩可实现批量、低温、连续分级浓缩，效率较高，适合工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。

一、本发明的怀山药寡糖的制备方法的具体实施例

实施例1

本实施例的怀山药寡糖的制备方法，包括以下步骤：

1)对收获后的怀山药或其残次品进行除杂、清洗、护色和干燥，然后进行粉碎，过60目筛，得怀山药粉待用。取怀山药粉100份，置入搅拌器内，开启搅拌器后向怀山药粉均匀喷洒9份的30％(质量分数，下同)的双氧水，搅拌均匀后关闭搅拌器，盖好盖子，保湿静置50min。取9份去离子水，加入4份的氢氧化钠，充分溶解。重新开启搅拌机，将上述溶解好的氢氧化钠溶液喷洒到怀山药粉上，搅拌均匀，得到混合体系。

经换算后，混合体系中，怀山药的质量占比为82％，H₂O₂的质量占比为2.2％，NaOH的质量占比为3.3％，水的质量占比为12.5％。

2)将混合体系送入双螺杆挤压膨化机，设定Ⅲ区温度(工作温度，即出口处温度)170℃，螺杆转速12Hz，进行双螺杆挤出加工。将所得挤出物加入到1100份去离子水中，混合后的浆液过胶体磨，而后转入带搅拌的储罐中进行搅拌浸泡4小时。

3)将步骤2)浸泡好的浆液通过连续离心机进行分离，收集上清液，并调节pH值至5。将调整好pH值的液体通过1微米PP棉过滤，然后进行1纳米纳滤，留取滤过液。对滤过液进行反渗透浓缩，将所得浓缩液喷雾干燥制得寡糖干粉。

实施例2

本实施例的怀山药寡糖的制备方法，包括以下步骤：

1)对收获后的怀山药或其残次品进行除杂、清洗、护色和干燥，然后进行粉碎，过60目筛，得怀山药粉待用。取怀山药粉100份，置入搅拌器内，开启搅拌器后向怀山药粉均匀喷洒12份的30％的双氧水，搅拌均匀后关闭搅拌器，盖好盖子，保湿静置40min。取7份去离子水，加入4份的氢氧化钠，充分溶解。重新开启搅拌机，将上述溶解好的氢氧化钠溶液喷洒到怀山药粉上，搅拌均匀，得到混合体系。

经换算后，混合体系中，怀山药的质量占比为81.3％，H₂O₂的质量占比为2.9％，NaOH的质量占比为3.3％，水的质量占比为12.5％。

2)将混合体系送入双螺杆挤压膨化机，设定Ⅲ区温度170℃，螺杆转速12Hz，进行双螺杆挤出加工。将上述挤出物加入到1200份去离子水中，混合后的浆液过胶体磨，而后转入带搅拌的储罐中进行搅拌浸泡4小时。

3)将上述浸泡好的浆液通过连续离心机进行分离，收集上清液，并调节pH值至5。将上述调整好pH值的液体通过1微米PP棉过滤，然后进行1纳米纳滤，留取滤过液。

对上述滤过液进行反渗透浓缩，将所得浓缩液喷雾干燥制得寡糖干粉。

实施例3

本实施例的怀山药寡糖的制备方法，包括以下步骤：

1)对收获后的怀山药或其残次品进行除杂、清洗、护色和干燥，然后进行粉碎，过60目筛，得怀山药粉待用。取怀山药粉100份，置入搅拌器内，开启搅拌器后向怀山药粉均匀喷洒15份的30％的双氧水，搅拌均匀后关闭搅拌器，盖好盖子，保湿静置30min。取5份去离子水，加入4份的氢氧化钠，充分溶解。重新开启搅拌机，将上述溶解好的氢氧化钠溶液喷洒到怀山药粉上，搅拌均匀，得到混合体系。

经换算后，混合体系中，怀山药的质量占比为80.6％，H₂O₂的质量占比为3.6％，NaOH的质量占比为3.2％，水的质量占比为12.5％。

2)将混合体系送入双螺杆挤压膨化机，设定Ⅲ区温度170℃，螺杆转速12Hz，进行双螺杆挤出加工。将上述挤出物加入到1400份去离子水中，混合后的浆液过胶体磨，而后转入带搅拌的储罐中进行搅拌浸泡4小时。

3)将上述浸泡好的浆液通过连续离心机进行分离，收集上清液，并调节pH值至5。将上述调整好pH值的液体通过1微米PP棉过滤，然后进行1纳米纳滤，留取滤过液。

对上述滤过液进行反渗透浓缩，将所得浓缩液喷雾干燥制的寡糖干粉。

实施例4-10

本实施例的怀山药寡糖的制备方法，与实施例1的制备过程基本相同，步骤1)中，H₂O₂、NaOH的质量占比列于表1中。

表1实施例4-10的混合体系中各成分的质量占比

实验编号	H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>，％	NaOH，％	水，％
				实施例4	3	2	13
实施例5	3	3	13
				实施例6	3	4	13
实施例7	3	5	13
				实施例8	2	3.5	13
实施例9	3	3.5	13
				实施例10	4	3.5	13

步骤2)中，Ⅲ区温度为180℃，螺杆转速为110转/分。(转/分＝赫兹数*7.2)

其余步骤与实施例1相同。

实施例11

本实施例的怀山药寡糖的制备方法，与实施例1的制备过程基本相同，区别在于：步骤2)中，Ⅲ区温度为140℃，螺杆转速为10Hz。

实施例12

本实施例的怀山药寡糖的制备方法，与实施例1的制备过程基本相同，区别在于：步骤2)中，Ⅲ区温度为200℃，螺杆转速为20Hz。

二、实验例

怀山药中碳水化合物(淀粉、多糖、纤维、寡糖等成分)占干基成分的80％以上，剩余成分为蛋白质(15％以上)和其他少量、微量营养成分。经本法处理后，最后采用1nm孔径膜过滤，可去除绝大多数的蛋白质，理论上在透过成分中，除少量小分子成分外，主要成分为山药中原有寡糖和淀粉、多糖和纤维等碳水化合物经改性裂解而成的寡糖成分。

本实验例对实施例的方法得率(干粉质量占怀山药粉的质量)进行核算，结果如表2所示。

表2不同实施例的方法的得率

实验编号	得率，％
		实施例4	7.8
实施例5	8.9
		实施例6	9.2
实施例7	8.8
		实施例8	8.6
实施例9	9.2
		实施例10	8.9

由表2的数据可知，实施例的方法得率可稳定在9％左右，而且实施例的方法生产效率高，单位生产成本小，环境污染小，是怀山药寡糖生产的理想工艺流程。

Claims (3)

1.一种怀山药寡糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将怀山药粉和双氧水混合，保湿静置，然后添加氢氧化钠溶液混合，得到混合体系；控制混合体系中，H₂O₂的质量占比为2-4%，NaOH的质量占比为2-5%，水的质量占比为12-14%；

2）将混合体系进行挤压膨化，将挤压膨化所得挤出物进行水提，将水提液过滤除杂，留取滤过液；

3）将滤过液进行浓缩，得到怀山药寡糖浓缩液；或者将滤过液进行浓缩，再经喷雾干燥制得怀山药寡糖干粉；

所述怀山药为焦作产怀山药；

步骤1）中，保湿静置的时间为20-60min；

步骤2）中，挤压膨化采用双螺杆挤压膨化机，设定工作温度为130℃-220℃，螺杆转速为9-20Hz；所述水提包括将挤出物和水混合，过胶体磨，然后搅拌浸泡1-5h；水提过程的用水量为：100重量份怀山药粉制得的所述挤出物，用水800-1500份；所述过滤除杂包括微滤和纳滤，所述微滤所用微滤膜的孔径为1-5μm，所述纳滤所用纳滤膜的孔径为1nm。

2.如权利要求1所述的怀山药寡糖的制备方法，其特征在于，步骤1）中，按重量份计，100份怀山药粉，加入质量含量为30%的双氧水8-15份，加入氢氧化钠2-5份，水3-10份。

3.如权利要求1或2所述的怀山药寡糖的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述浓缩为反渗透浓缩。