CN1185351C - 低聚糖和反式阿魏酸的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低聚糖和反式阿魏酸的制备方法。以麦麸、米糠、蔗渣、豆皮、甜菜渣等多糖含量高的植物细胞壁物质工业下脚料为原料，在多糖水解酶和阿魏酸酯酶协同作用下，同时生产出低聚糖和反式阿魏酸。所用原料为农副产品，不耗费粮食资源，且原料来源广泛，提取率高，大大降低了生产成本；整个加工过程作用条件温和，不使用酸碱等化学物质，不会改变产品的天然性质，对环境污染小。

Description

低聚糖和反式阿魏酸的制备方法

技术领域

本发明涉及低聚糖的制备方法及反式阿魏酸的制备方法，尤其是同时制备低聚糖和反式阿魏酸的方法。

背景技术

低聚糖是一类重要的功能性食品，它具有下述功能：低热量或不产生热量，具有减肥效果；不能为口腔微生物利用，不造成龋齿，适合于制备儿童糖果；代谢途径与胰岛素无关，是糖尿病人的理想食品；是肠道有益微生物特别是双歧杆菌的良好基质，因而能改善肠道生态，抑制肠道中病原菌生长，促进肠道蠕动、防止便秘，防治结肠癌、提高人体免疫力(刺激免疫细胞产生免疫球蛋白)等。由于低聚糖具有特殊功能，在保健食品的生产和销售中，目前低聚糖在国际上占据了首位。生产低聚糖的方法主要有提取法和合成法。前者指直接从植物材料中提取低聚糖。由于植物低聚糖含量低，故采用提取法制备低聚糖成本较高，目前该法应用不十分普遍，产品仅限于大豆低聚糖等少量产品。合成法包括化学合成和酶法合成。化学合成法专一性差，很难获得期望的产品，因此还未进入应用阶段。酶法合成是利用淀粉、蔗糖、葡萄糖和乳糖等为原料，通过特定的酶处理，获得糖苷键连接位置确定的产品如低聚异麦芽糖、低聚蔗果糖等。我国目前低聚糖生产主要采用酶法合成，虽进展很快，但也存在一些问题。一是品种较单一，主要为低聚异麦芽糖、蔗果糖；二是因为技术不过关，低聚糖含量一般为40～50％，致使产品中葡萄糖残留较多，还不完全适合糖尿病人食用；三是以葡萄糖、蔗糖为原料，争夺粮食资源。

反式阿魏酸具有下述功能：抗氧化、抗血栓、降血脂、抗动脉粥样硬化、治疗冠心病、心绞痛等由动脉粥样硬化引起的疾病、抗菌消炎、抗突变防癌、调节免疫、提高人体精子活力和运动性、清除亚硝酸盐等作用。目前在美国、日本已允许用作食品添加剂，它在医药(如心血康)、食品(如太太口服液、运动食品、防腐剂、抗氧化剂)和化妆品(防晒霜)工业中用途广泛。反式阿魏酸的生产方法包括化学合成法和碱解法。化学合成法采用香兰醛和丙二酸为原料，以无水吡啶为溶剂，哌啶作催化剂，通过缩合反应获得。但该法获得的阿魏酸是顺式和反式阿魏酸的混合物，且反应时间较长(长达3周)，溶剂用量大，产率也很低。目前商品化反式阿魏酸的生产完全靠从米糠油提取谷维素，再通过碱解获得。米糠油中谷维素含量较低，仅占米糠油的1.5％～2.8％，这也是目前反式阿魏酸生产成本高，价格昂贵的主要原因。

公开号为CN1266633的发明专利申请公布了一种以玉米芯、玉米秸杆、稻草等作为原料，采用酶法制备低聚木糖的方法。该方法将原料用碱在室温及高温时搅拌浸提，制备出半纤维素溶液后再加入木聚糖酶处理，获得低聚木糖产品。这种方法由于在处理过程中加入了碱，破坏了反式阿魏酸，只生产了低聚木糖。

公开号为CN1268955的发明专利申请公布了利用阿魏酸酯酶提取了半纤维素的方法，产品是长链多糖分子，未能制备出低聚糖。

2001年第12期在《粮食与饲料工业》杂志上发表的题为《小麦加工副产品—麸皮的综合利研究》叙述了小麦麸皮的综合利用，其中利用淀粉酶、蛋白酶和低聚糖酶制备低聚糖，并采用高温、高压处理制备出含阿魏酸的抗氧化剂，但未能同时采用酶法制备出反式阿魏酸，文中也未提及对蔗渣、豆皮等工业下脚料的利用。

1999年第4期在《林业化工通讯》杂志上发表的题为《新型功能性低聚糖的生产与研究》叙述了功能性低聚糖的生产制备方法及各自的特点，其中提及用黑曲霉制备低聚糖，介绍了利用玉米芯、蔗渣、麸皮等为原料制备木低聚糖，并未提及同时可制备阿魏酸。

1998年某第4期在《广西轻工业》杂志上发表的题为《木聚糖水解酶的研究进展》介绍了木聚糖酶的特性、作用机制、诱导合成、高产菌株筛选，其中提及阿魏酸酯酶作用于麦麸，只有在β-木聚糖酶存在的情况下才能释放出阿魏酸。未提及将蔗渣、麦麸、豆皮等多糖含量高的工业下脚料降解产生低聚糖，同时制备阿魏酸。

2001年第1期在《甘蔗糖业》杂志上发表的题为《低聚果糖的开发与应用展望》介绍了低聚糖的制备和应用展望，提及利用双酶法生产低聚果糖，但未提及将蔗渣、麦麸、豆皮等多糖含量高的工业下脚料降解产生低聚糖，同时制备阿魏酸。

我国是粮食、糖蔗生产大国，2001年产小麦2亿多吨，稻谷1亿8千多万吨，甘蔗7700万吨，按麦麸占14％、米糠占18％、蔗渣占25％算，麦麸和米糠产量都超过3000万吨，蔗渣产量为1900多万吨。目前米糠、麦麸的综合利用率不到20％，后者基本上为工业废料。这些下脚料细胞壁多糖的含量都在50％以上，反式阿魏酸含量为0.5～1.4％(为米糠油的30％～50％)，如能采用适当方法降解则可获得低聚糖和反式阿魏酸。

发明内容

本发明的目的就是提供一种能直接利用麦麸、米糠、蔗渣、豆皮、甜菜渣等多糖含量高的植物细胞壁物质工业下脚料为原料，同时生产低聚糖和反式阿魏酸的加工方法。

为达上述目的，本发明采用以下的技术方案：

以蔗渣、米糠、麦麸、甜菜渣或豆皮为原料，进行粉碎和高压蒸煮后，把多糖水解酶和阿魏酸酯酶混合后同时加入原料中进行酶解，其中，酶的混合液中多糖水解酶的浓度为0.05％～2％，阿魏酸酯酶的浓度为0.05％～1.0％；原料与酶液的质量与体积比为1∶8～15；酶解的反应温度为28～52℃，pH值为3.0～8.0，反应时间为1～8小时，得含低聚糖和反式阿魏酸的酶解液；

用乙酸乙酯对所述酶解液进行萃取，脂相经离心干燥得反式阿魏酸，水相经脱色、离子交换和浓缩得低聚糖浆。

本发明的科学依据如下：麦麸、米糠、蔗渣、豆皮、甜菜渣等工业下脚料都为植物细胞壁物质，阿魏酸以酯键与碳水化合物和木质素结合，从而将其交联。阿魏酸酯酶可将阿魏酸从多糖上水解出来，一些多糖水解酶则可将多糖水解成低分子糖类(低聚糖)。但是，由于阿魏酸将多糖和木质素交联形成致密结构，单独采用其中的任一种酶处理，都会因酶分子很难渗入到细胞壁分子内部而致水解效率不高。本发明采用聚糖酶和阿魏酸酯酶协同作用，使无酯键交联的多糖链和阿魏酸酯键依次暴露出来，则可达到彻底水解细胞壁多糖的目的。

采用本发明的方法，能直接利用麦麸、米糠、蔗渣、豆皮、甜菜渣等多糖含量高的工业下脚料为原料，同时生产出低聚木糖、低聚阿拉伯糖和低聚阿拉伯木糖等多种低聚糖和反式阿魏酸。由于根据植物细胞壁物质的结构特点选用了两类酶协同作用，低聚糖的释放率比单独采用阿拉伯木聚糖酶或木聚糖酶高出2倍多。实验证明：麦麸多糖降解成低聚糖的转化率达82.3％，阿魏酸释放率达80％；蔗渣多糖的转化率达68％，阿魏酸释放率达72.5％，大大提高了生产效率。所用原料为农副产品，不耗费粮食资源，且原料来源广泛，大大降低了生产成本，同时解决了困扰许多企业的下脚料处理问题，社会意义重大。获得的产品除表现出低聚糖固有的保健功能外，因它还连接了一些酚酸和黄酮，其生物活性比常用的低聚糖高。整个加工过程作用条件温和，不使用酸碱等化学物质，不会改变产品的天然性质，对环境污染小。

附图说明

图1是阿魏酸与阿拉伯木聚糖形成交联的一部分的结构图，图中，A为阿拉伯木聚糖酶作用部位，B为阿魏酸酯酶的作用部位。

具体实施方式

1、阿魏酸酯酶的制备：

以黑曲霉斜面孢子为菌种发酵生产。

2、原料的预处理：

将麦麸、米糠、蔗渣、豆皮或甜菜渣干燥至含水量5％～10％，粉碎至80～300目，再采用以下处理措施。

①脱脂：

麦麸、米糠需要脱脂，具体方法为：粉碎的材料按1∶5～10(w/v)加入正己烷或丙酮，在50～80℃下浸提0.5～2小时除去脂肪。

②去蛋白质：豆皮或脱脂后的麦麸、米糠按下述方法去除蛋白质：按1∶8～15(w/v)加入蛋白酶溶液(中性蛋白酶浓度0.5％～8％，木瓜蛋白酶0.05～5％)，在pH值6.5下反应0.5～4小时，离心或过滤。

③蒸煮：将蔗渣、甜菜渣或经过上述处理后的米糠、麦麸、豆皮加水(1∶5～15，w/v)调成匀浆，采用蒸汽蒸煮0.5～3小时，蒸汽压力为0.1～0.5MPa，冷却，离心，干燥至含水量5％～10％后粉碎过80～300目筛。

3、酶解：

酶解工艺流程如下：

预处理原料→加混合酶液→离心→超滤→滤液

①酶解条件：混合后的酶液中，多糖水解酶(阿拉伯木聚糖酶或阿拉伯聚糖酶或木聚糖酶或纤维素酶)的浓度为0.05％～2％，阿魏酸酯酶的浓度为0.05％～1.0％。物料与酶液的比为1∶8～15(w/v)，反应温度为28～52℃ ，pH值为3.0～8.0，反应时间为1～8小时。

②固液分离：离心(2000～4000rpm)后超滤，具体操作条件为：无机膜或有机膜，膜截留分子量10～20kd，压力0.1～0.5MPa，温度10～40℃。透过液为低聚糖和阿魏酸混合物，截留液为可再利用的酶液。

4、低聚糖和阿魏酸的分离和制备：

工艺流程如下：

①萃取：

滤液加入0.2～1.5倍体积(v/v)的乙酸乙酯，搅拌萃取0.5～2小时，萃取1～5次，收集脂相于贮罐中。

②阿魏酸的制备：将脂相抽入真空罐，在真空度为0.01～0.06MPa、温度45～85℃下蒸去乙酸乙酯，残渣加入10～100倍(w/v)pH1～3的酸化水，慢速搅拌(120～200rpm)30min，静置20～120min，离心，真空干燥(真空度0.01～0.05MPa，温度50～90℃)。

③低聚糖浆的制备：乙酸乙酯萃取后的水相，调节pH至2.0～7.5，在25～70℃下脱色10～120min，板框过滤，滤液分别过阳离子交换柱和阴离子交换柱后，在真空度为0.01～0.06MPa、温度45～85℃下将滤液浓缩至低聚糖含量达50％～80％的糖浆。

Claims (1)

1、一种低聚糖和反式阿魏酸的制备方法，以蔗渣、米糠、麦麸、甜菜渣或豆皮为原料，其特征在于：

原料进行粉碎和高压蒸煮后，把多糖水解酶和阿魏酸酯酶混合后同时加入原料中进行酶解，其中酶的混合液中多糖水解酶的浓度为0.05％～2％，阿魏酸酯酶的浓度为0.05％～1.0％；原料与酶液的质量与体积比为1∶8～15；酶解的反应温度为28～52℃，pH值为3.0～8.0，反应时间为1～8小时，得含低聚糖和反式阿魏酸的酶解液；

用乙酸乙酯对所述酶解液进行萃取，脂相经离心干燥得反式阿魏酸，水相经脱色、离子交换和浓缩得低聚糖浆。