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