CN1389468A - 直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法,该方法以洋姜或菊苣为原料,其特征是:首先将洋姜、菊苣清洗、粉碎或切片,提取洋姜汁或菊苣汁;然后,精制,提取纯洋姜汁或纯菊苣汁;最后,用超滤膜对纯洋姜汁或纯菊苣汁进行膜分离,透过液是低聚果糖溶液,截留液是菊粉溶液,该超滤膜的孔径根据所需要的低聚果糖或菊粉的聚合度确定。本发明可以使洋姜的预处理过程大大简化,具有原料提取率、利用率提高,生产过程清洁、无污染物排放,生产周期短、效率高、成本低,得到的产品纯度高,生产过程能耗低、耗水量少,生产过程容易控制等优点,同时可根据需要选择得到多样化的产品。该方法生产的菊粉和低聚果糖产品是纯天然植物提取物,该方法得到的副产品洋姜干粉和高果糖浆都具有很高利用价值。

Description

直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法

技术领域

本发明涉及菊粉以及低聚果糖的生产方法，尤其是一种不经任何化学或生物反应以洋姜或菊苣为原料同步生产高纯度低聚果糖和高纯度、高聚合度菊粉的工业化方法。

背景技术

低聚果糖是一种混合物，本发明提到的低聚果糖是聚合度在2---9的果聚糖和蔗果聚糖的混合物(蔗果聚糖最小聚合度为3)，含量大于95％。低聚果糖是双歧杆菌的增殖因子，是一种低能量甜味剂，低聚果糖还是一种水溶性膳食纤维，能降低血清胆固醇和甘油三酯含量，摄入低聚果糖后不会引起血糖水平的波动，可作为高血压、糖尿病和肥胖症患者用甜味剂。

菊粉通常是指平均聚合度大于9的蔗果聚糖的混合物，含量在90-92％。菊粉是双歧杆菌的增殖因子，它是一种优质可溶性膳食纤维，同时还是一种天然的油脂替代品，可在不加或少加脂肪的条件下，依然保持食品原有的质构和口感。

洋姜干粉含有大量的菊粉及其它碳水化合物，它具有菊粉的所有功能，是优质的饲料添加剂。

高果糖浆在大多数情况下能代替蔗糖用于饮料或食品的生产中。

低聚果糖的生产主要有二种方法：一是蔗糖转化法，该法于1982年在日本工业化，用酶处理高浓度蔗糖溶液，得到低聚果糖干基含量55％的溶液，其余45％为果糖、葡萄糖及蔗糖，经分离提纯，得到纯度95％的低聚果糖，该法被中国企业普遍采用，如江门量子高科、云南天元等。该法由于分离提纯的难度大，中国企业基本上只能生产55％的低聚果糖产品。第二种方法是菊粉水解法，该方法目前被欧洲大量采用。这种方法是从菊苣中提取菊粉，经内切菊粉酶水解，得到低聚果糖和果糖、葡萄糖、蔗糖的混合物，经分离提纯，得到低聚果糖(含量大于95％，聚合度在2-9)。本技术被欧洲国家大量采用，如比利时的ORAFTI公司。中国有单位在研究以洋姜为原料生产低聚果糖，如天津微生物研究所，但由于酶解产物中低聚果糖的干基含量也只有55％，单糖和蔗糖含量太高，分离困难，还不能生产低聚果糖含量大于95％的产品。

本技术存在的问题：二种生产工艺存在同样的不足，既生产所用的酶仅有极少的单位能生产，成本高，反应条件苛刻，所用的酶均为混合物，酶解产物很难控制，单糖和蔗糖含量高，分离提纯难度大。

目前，工业化菊粉的生产主要是欧洲国家采用水浸提法，如cn99812695.0所公开的方法。该方法从菊苣中提取，标准菊粉平均聚合度大于9，菊粉含量在90-92％，进一步分离可得到聚合度更高、纯度更高的产品，该生产工艺被欧洲国家，如法国LEROUX公司采用。中国有单位研究用洋姜采用水浸提法生产菊粉，但得到的产品聚合度仅为5，一直没有提高聚合度的工业化生产方法。

本技术存在的问题：适合提取菊粉的原料菊苣仅在欧洲少数国家种植，中国没有原料来源。用水浸提法从菊苣中提取菊粉，需要对菊苣进行予处理，如切片或丝，为了提高提取率，需要用大量的水长时间的煮，生产周期长，提取液浓度低，设备投资大，热能消耗大。产品纯度低，菊粉含量只有90-92％。

发明内容

本发明的目的是提供一种不经任何化学或生物反应以洋姜或菊苣为原料同步生产高纯度低聚果糖和高纯度、高聚合度菊粉的工业化方法。本发明同时提供一种直接膜过滤处理洋姜汁得到纯净洋姜提取液的方法。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：一种直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，该方法以洋姜或菊苣为原料，其特征是：首先将洋姜、菊苣清洗、粉碎或切片，提取洋姜汁或菊苣汁；然后，精制，提取纯洋姜汁或纯菊苣汁；最后，用超滤膜对纯洋姜汁或菊苣汁进行膜分离，透过液是低聚果糖溶液，截留液是菊粉溶液，该超滤膜的孔径根据所需要的低聚果糖或菊粉的聚合度确定。

所述提取纯洋姜汁或纯菊苣汁的方法是用孔径0.05-0.2微米的微滤膜对洋姜汁或菊苣汁进行膜分离，透过液为纯洋姜汁或菊苣汁。

所述提取纯洋姜汁或纯菊苣汁所用微滤膜的优选规格为孔径0.05-0.1微米的无机膜。

所述超滤膜可优选截留分子量为1000-2000分子量的超滤膜。

所述分离出的菊粉溶液可直接经精制、干燥得到纯度大于98％、平均聚合度大于9的标准菊粉。

所述分离出的菊粉溶液可再经过超滤膜分离，得到的截留液经精制、干燥成为平均聚合度更高、纯度接近100％的菊粉，该膜可选择截留分子量为2000或2000以上的超滤膜。

所述分离出的低聚果糖溶液经膜分离得到的截留物中低聚果糖干基含量超过95％，透过液为浓度较低的果糖、葡萄糖、蔗糖及多糖溶液，该膜为纳滤膜，截留分子量为300-500分子量；分离出的低聚果糖溶液经精制、干燥得到纯度大于95％的低聚果糖。

所述分离出的浓度较低的果糖、葡萄糖、蔗糖及多糖溶液采用反渗透膜处理，得到的较高浓度的糖浆，再经水解得到高果糖浆。

有益效果：

1、本发明的生产过程主要采用膜分离方法完成，无任何化学或生物反应过程，无二次污染，所得到的菊粉、低聚果糖是纯天然的植物提取物，生产过程环保、节能、效率高、无污染，原料利用率100％，产品性能稳定，生产过程容易控制。

2、本发明以洋姜为原料经自动清洗，直接粉碎后，连续榨汁分离提取菊粉，处理简单，速度快，可连续生产，提取率高，提取液浓度高，不需加热，物料性能稳定。

3、本发明利用膜分离提纯洋姜或菊苣提取液，物料不需预处理，速度快，得到的滤液纯度高，生产环境干净，劳动强度低。

4、本发明利用膜分离生产低聚果糖，不需通过酶反应或化学反应，得到的低聚果糖是纯天然的植物提取物，生产速度快，成本低，得到的溶液低聚果糖含量高，提纯容易，可通过改变膜的规格和操作条件，很方便的控制所得到的产品的组成。

5、本发明利用膜分离生产的菊粉，菊粉含量大于98％，大于背景技术生产的标准菊粉的含量。

6、本发明利用膜分离菊粉溶液，可生产菊粉含量接近100％的高聚合度菊粉，解决了背景技术洋姜生产的菊粉聚合度低的问题。

附图说明附图是本发明的工艺流程图。

具体实施方式实施例1：以洋姜为原料。

工艺流程参见附图

1、提取洋姜汁：工艺流程为：

清洗：本发明采用专用的洋姜自动连续式清洗设备清洗洋姜。由于洋姜生长在土壤中，常常沾有很多泥土，洋姜表面不规则，需要采用多次清洗。先用振动筛分离掉部分泥土；其次用含水喷淋装置的绞笼输送机，边输送，边淋洗；再用滚桶式鼠笼清洗机清洗，清洗的同时向前输送；最后用绞笼输送、沥水。

粉碎：采用锤片式粉碎机直接粉碎打浆。

固液分离：采用带式压滤机或离心机进行固液分离。分离后的渣加入水，搅拌，再分离，可重复进行，以提高提取率。

渣经干燥(如管束式干燥机)、粉碎，得到洋姜干粉。

汁收集后进入下道工序。

例如：100公斤洋姜(有效物浓度18％)，经清洗、连续榨汁后，可得到120公斤洋姜汁(有效物浓度13.5％)，洋姜干粉7公斤(菊粉含量30％)。

2、膜分离提纯洋姜汁或菊苣汁：工艺流程为：

由于上道工序洋姜汁或采用热水浸提得到的菊苣汁含有大量的不溶物及可溶性大分子物质，如泥土、果胶、蛋白质、色素、纤维等，传统的过滤方式如板框过滤等操作很复杂，劳动强度高。本实施例用无机膜对上述洋姜汁进行膜分离，该无机膜的孔径在0.05-0.2微米，优选0.05-0.1微米，能完全除去菌体、固形蛋白、胶体及其它不溶物，并能除去绝大部分可溶性蛋白、色素等大分子物质，过滤方式应是高速错流过滤，膜优选无机膜，避免有机膜由于吸附果胶、蛋白质，导致通量迅速下降，该膜必须有较高强度，能承受较高过滤压力，该膜应耐酸碱以便清洗，并能承受一定的温度变化。可以采用不锈钢管式膜微滤，该膜采用316L不锈钢粉末烧结成支撑管，表面镀二氧化钛，形成有效孔径50-100纳米，该膜过滤精度0.1微米，可以除去洋姜汁或菊苣汁中的全部不溶物及大部分大分子可溶物，如泥土、果胶、蛋白质、色素、纤维等，还包括菌体，得到纯净的洋姜汁或纯净的菊苣汁。

例如：上道工序中120公斤(有效物浓度13.5％)洋姜汁经膜分离，可得到140公斤(有效物浓度11.5％)的纯洋姜提取物(膜分离需加入透析水)。

3、膜分离低聚果糖和菊粉：工艺流程为：

经提纯的洋姜汁或菊苣汁，经膜分离得到菊粉溶液和低聚果糖溶液。该膜是超滤膜，超滤膜的规格根据所需要的低聚果糖的聚合度(即分子量大小)确定。如要得到聚合度3--7的低聚果糖(分子量在504--1152)，可采用有机卷式超滤膜，可选用分离精度为1000分子量的超滤膜，经过对工艺条件的优化，可分离得到低聚果糖溶液，该低聚果糖溶液还含有少量的果糖、葡萄糖、蔗糖及多糖。

例如：上道工序中140公斤(有效物浓度11.5％)的纯洋姜提取物，经膜分离，可得32公斤(菊粉含量25％)的菊粉溶液，250公斤的低聚果糖溶液(有效物浓度3.2％)(膜分离中需加入透析水，该水是纯水)。

4、菊粉的分离：工艺流程为：

上述工序中的菊粉溶液，经精制、干燥(可采用喷雾干燥)，可得到纯度大于98％、平均聚合度大于9的标准菊粉，也可再经过膜分离，得到平均聚合度更高、纯度接近100％的菊粉。该膜可选择截留分子量为2000或2000以上的超滤膜。如要得到平均聚合度大于20(分子量3258)的产品，可选择分离精度3000分子量的膜，得到的产品纯度接近100％。

例如：上道工序中的32公斤菊粉溶液，经精制和干燥，可得到菊粉8公斥。

5、低聚果糖的提纯：工艺流程为：

工序3中的低聚果糖溶液，经膜分离除去果糖、葡萄糖、蔗糖及多糖，可得到含量超过95％的低聚果糖及浓度较低的果糖、葡萄糖、蔗糖和多糖。该膜为纳滤膜，截留分子量为500分子量，也可为300-500分子量。

例如：工序3中的低聚果糖溶液经膜分离、干燥可得低聚果糖6公斤，糖浆500公斤(浓度0.4％)，膜分离中需加入透析水，该水是纯水。

6、糖浆的浓缩：工艺流程为：

上述工序5中的浓度较低的果糖、葡萄糖、蔗糖和多糖，采用反渗透膜处理，这类膜可以截留除水以外的任何物质，因此在浓缩糖浆的同时，可得到大量的纯水，可以满足膜分离过程中对纯水的大量需要。得到的较高浓度的糖浆，再经水解得到高果糖浆，其中果糖含量大于55％。

例如：上述工序5的低浓度糖浆经膜分离，可得到2公斤糖浆(干基果糖含量大于55％，浓度77％)，约500公斤纯水。

实施例2：以菊苣为原料。

首先按照传统的方法清洗、切片，提取菊苣汁。然后按照实施例1工艺流程中工序2以后的流程进行即可。

综上所述，本发明不但新颖，而且实用，其所述工艺可以以洋姜为原料生产高纯度低聚果糖和高纯度、高聚合度菊粉，使洋姜的预处理过程大大简化，提高了原料的提取率和利用率，具有生产过程清洁、无污染物排放，生产周期短、效率高、成本低，得到的产品纯度高，生产过程能耗低、耗水量少，生产过程容易控制等优点，同时还可根据需要的选择得到多样化的产品。该方法生产的菊粉和低聚果糖产品是纯天然植物提取物，该方法得到的副产品洋姜干粉和高果糖浆都具有很高利用价值。与背景技术相比具有突出的特点和显著的进步。

Claims (8)

1、一种直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，该方法以洋姜或菊苣为原料，其特征是：首先将洋姜、菊苣清洗、粉碎或切片，提取洋姜汁或菊苣汁；然后，精制，提取纯洋姜汁或纯菊苣汁；最后，用超滤膜对纯洋姜汁或纯菊苣汁进行膜分离，透过液是低聚果糖溶液，截留液是菊粉溶液，该超滤膜的孔径根据所需要的低聚果糖或菊粉的聚合度确定。

2、按照权利要求1所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是，所述提取纯洋姜汁或纯菊苣汁的方法是用孔径0.05-0.2微米的微滤膜对洋姜汁或菊苣汁进行膜分离，透过液为纯洋姜汁或菊苣汁。

3、按照权利要求2所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是，所述提取纯洋姜汁或纯菊苣汁所用微滤膜的规格为孔径0.05-0.1微米的无机膜。

4、按照权利要求1所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是所述超滤膜可选用截留分子量为1000-2000分子量的超滤膜。

5、按照权利要求1或2或3或4所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是所述分离出的菊粉溶液可直接经精制、干燥得到纯度大于98％、平均聚合度大于9的标准菊粉。

6、按照权利要求1或2或3或4所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是所述分离出的菊粉溶液可再经过超滤膜分离，得到的截留液经精制、干燥成为平均聚合度更高、纯度接近100％的菊粉，该膜可选择截留分子量为2000或2000以上的超滤膜。

7、按照权利要求1或2或3或4所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是所述分离出的低聚果糖溶液经膜分离可得到截留物为含量超过95％的低聚果糖，透过液为浓度较低的果糖、葡萄糖、蔗糖及多糖溶液，该膜为纳滤膜，截留分子量为300-500分子量；分离出的低聚果糖溶液经精制、干燥得到纯度大于95％的低聚果糖。

8、按照权利要求7所述直接膜分离生产菊粉、低聚果糖的方法，其特征是所述分离出的浓度较低的果糖、葡萄糖、蔗糖及多糖溶液采用反渗透膜处理，得到的较高浓度的糖浆，再经水解得到高果糖浆。

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