TWI717520B - 可溶性膳食纖維及其製備方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供了一種可溶性膳食纖維，其特徵在於，低聚木糖純度為70%以上；且所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為45%以上。本發明提供的可溶性膳食纖維具有更高含量的有效組分，對雙歧桿菌、乳酸桿菌具有更好的增殖效果，可明顯降低血糖。

Description

可溶性膳食纖維及其製備方法

本發明涉及食品技術領域，尤其涉及一種可溶性膳食纖維及其製備方法。

可溶性膳食纖維是一種能夠在熱水或溫水中溶解的一類膳食纖維，其可被腸道中多種微生物降解，但不被人體消化酶所分解。可溶性膳食纖維可維護腸道健康，增強免疫力，降低降血糖、血脂、血壓減少糖尿病發生，降膽固醇及預防心血管疾病等生理功能。

低聚木糖又稱木寡糖，是可溶性膳食纖維的一種，既可以在溫水或熱水中溶解，還可以在冷水或乙醇溶劑中溶解，其主要由2-9個木糖分子以β-1，4糖苷鍵結合而成的功能性聚合糖，其中以木二糖、木三糖、木四糖為主要有效成分。低聚木糖不能夠被人體的各種消化液分解，具有不升高血糖，降低膽固醇，雙向調節便秘和腹瀉等功能；同時可以有助於腸道功能保護，改善機體(人和動物)腸道菌群平衡，促進腸道有益細菌的生長，抑制有害微生物的繁殖，可以顯著提高雙歧桿菌等益生菌所占比例，從而促進營養礦物質吸收，提高機體免疫力，因此，作為功能性甜味劑與添加劑，可滿足所有人群，包括糖尿病、肥胖等特殊人群。

然而，目前針對不同應用領域，食品級低聚木糖還面臨許多問題。首先，純度、色澤、雜質等指標直接影響到產品外觀品質；其次，產品中功能性有效成分(木二糖、木三糖)比例較低，影響到產品的保健效果。

本發明要解決的技術問題在於提供一種可溶性膳食纖維及其製備方法，得到的可溶性膳食纖維產品具有低聚木糖純度高、色澤好、雜質少且 有效成分(木二糖、木三糖)比例高的特點。

本發明提供了一種可溶性膳食纖維，低聚木糖純度為70%以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為45%以上。

優選地，所述低聚木糖水解後，單糖組分包括：木糖70wt%~86wt%，阿拉伯糖2wt%~15wt%。

優選地，所述低聚木糖純度為80%以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為55%以上。

優選地，所述低聚木糖水解後，單糖組分包括：木糖82wt%~88wt%，阿拉伯糖1wt%~12wt%。

優選地，所述低聚木糖純度為90%以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為50%以上。

優選地，所述低聚木糖水解後，單糖組分包括：木糖83wt%~99wt%，阿拉伯糖1wt%~5wt%。

優選地，所述可溶性膳食纖維為低聚木糖糖漿或低聚木糖糖粉。

本發明還提供了一種可溶性膳食纖維的製備方法，包括：(A)對木質纖維素進行連續逆流瀝濾，分離得到固體物料；(B)對步驟(A)得到的固體物料進行橫管連續烹煮，得到烹煮後的物料；(C)將步驟(B)得到的烹煮後的物料進行木聚糖酶酶解反應，得到可溶性膳食纖維粗糖液；(D)對步驟(C)得到的粗糖液進行脫色、除鹽、過濾，得到可溶性膳食纖維糖液；(E)濃縮或乾燥，得到可溶性膳食纖維I；所述可溶性膳食纖維I中，低聚木糖純度為80%以上。

優選地，步驟(E)之後還包括：(F)對步驟(E)製備的可溶性膳食纖維I進行色譜分離，得到可溶性膳食纖維II和萃餘液；所述可溶性膳食纖維II中，低聚木糖純度為90%以上。

優選地，步驟(F)之後還包括：(G)將步驟(F)得到的萃餘液與步驟(D)得到的可溶性膳食纖維糖液複配，得到可溶性膳食纖維III；所述可溶性膳食纖維III中，低聚木糖純度為70%以上。

與現有技術相比，本發明提供了一種可溶性膳食纖維，其特徵在於，低聚木糖純度為70%以上；且所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為45%以上。本發明提供的可溶性膳食纖維具有更高的有效組分含量，對雙歧桿菌、乳酸桿菌具有更好的增殖效果，可明顯降低血糖。

本發明還提供了一種可溶性膳食纖維的製備方法，包括：(A)對木質纖維素進行連續逆流瀝濾，分離得到固體物料；(B)對步驟(A)得到的固體物料進行橫管連續烹煮，得到烹煮後的物料；(C)將步驟(B)得到的烹煮後的物料，進行木聚糖酶酶解反應，得到可溶性膳食纖維粗糖液；(D)對步驟(C)得到的粗糖液進行脫色、除鹽、過濾，得到可溶性膳食纖維糖液；(E)濃縮或乾燥，得到可溶性膳食纖維I；所述可溶性膳食纖維I中，低聚木糖純度為80%以上。本發明將連續逆流瀝濾技術與橫管連續烹煮技術應用於低聚木糖的萃取工藝，有效的削弱了原料中半纖維素大分子間的結合力，半纖維素從木質纖維素成分中游離出來。這種游離的半纖維素更有利於與木聚糖酶的結合，提高了木聚糖酶的酶解效率，與習知工藝相比，降低了木聚糖酶的使用量。同時採用木聚糖酶純化工藝，實現了木聚糖酶以內切型為主，避免了木糖苷酶等外切木聚糖酶進一步降解低聚木糖為木糖，提高了低聚木糖總收率，同時避免了纖維素酶對纖維素組分的降解，產生纖維二糖的缺點；透過篩選合適的木聚糖酶，優化了水溶性膳食纖維中的功效成分組成，提高了木二糖、木三糖為主的功效成分的比例。

圖1為本發明實施例1的流程圖；圖2為本發明實施例1製備的產品A的HPLC圖譜；圖3為本發明實施例1製備的產品B的HPLC圖譜；圖4為本發明實施例1製備的產品C的HPLC圖譜；圖5為本發明實施例1製備的產品D的HPLC圖譜；圖6是本發明實施例2製備的產品E的HPLC圖譜；圖7是本發明實施例2製備的產品F的HPLC圖譜；圖8是本發明實施例2製備的產品G的HPLC圖譜；圖9是本發明實施例2製備的產品H的HPLC圖譜；圖10是比較例1製備的產品HPLC圖譜；根據其25.170s出現的纖維二糖吸收峰，可以看出其中纖維二糖含量為1.85%；圖11是比較例2製備的產品HPLC圖譜；根據其25.175s出現的纖維二糖吸收峰，可以看出其中纖維二糖含量為2.99%；圖12是國外產品HPLC圖譜；根據其22.195s出現的纖維二糖吸收峰，可以看出其中纖維二糖含量為2.93%；圖13是實施例4中各產品對雙歧桿菌增殖效果。

本發明提供了一種可溶性膳食纖維，其特徵在於，低聚木糖純度為70%以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為45%以上。

本發明提供的可溶性膳食纖維具有更高的有效組分含量，對雙歧桿菌、乳酸桿菌具有更好的增殖效果，可明顯降低血糖。

本發明中，所述低聚木糖的純度為低聚木糖占總糖的質量含量。

本發明所提供的可溶性膳食纖維，包括低聚木糖，所述低聚木糖為糖粉或糖漿。

優選地，所述低聚木糖純度為70%以上；所述低聚木糖中，木二糖、 木三糖總含量為45%以上。

當所述低聚木糖為糖漿時，所述糖漿為黃色或淺黃色黏稠透明液體，固形物(糖的質量濃度)為70%以上；當所述低聚木糖為糖粉時，所述糖粉為白色或微黃色粉末。組分為：

木二糖質量百分含量優選為25%~60%，更優選為25%~28%；木三糖質量百分含量優選為20%~30%，更優選為20%~22%；木四糖質量百分含量優選為5%~20%，更優選為11%~13%。

所述低聚木糖水解後，組分包括但不限於：木糖70wt%~86wt%，阿拉伯糖2wt%~15wt%。

在本發明的某些具體實施例中，所述低聚木糖純度為80%以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為55%以上。優選地，木二糖質量百分含量為30%~60%，木三糖質量百分含量為25%~40%，木四糖質量百分含量為10%~30%。

所述低聚木糖水解後，組分包括但不限於：木糖82wt%~88wt%；阿拉伯糖1wt%~12wt%，優選為4wt%~10wt%。

所述低聚木糖為糖漿或糖粉。所述糖漿固形物(糖的質量濃度)為70%以上，為黃色或淺黃色黏稠透明液體，所述糖粉為白色或微黃色粉末。

在本發明的另外一些實施例中，所述低聚木糖純度為90%以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為50%以上。優選地，木二糖質量百分含量為25%~60%，更優選為27%~33%；木三糖質量百分含量為25%~40%，更優選為29%~31%；木四糖質量百分含量為10%~30%，更優選為16%~19%。

所述低聚木糖水解後，組分包括但不限於：木糖83wt%~99wt%，優選為84wt%~90wt%；阿拉伯糖1wt%~5wt%，優選為2wt%~4wt%。

所述低聚木糖為糖漿或糖粉。所述糖漿為黃色黏稠透明液體，固形物(糖的質量濃度)為70%以上；所述糖粉為白色或微黃色粉末。

本發明對所述低聚木糖的水解方法並無特殊限定，可以為本領域技術 人員熟知的水解方法，本發明優選採用酸水解的方法。

水解後，用高效液相色譜法分離並定量測定各單糖組分含量。

本發明還提供了一種可溶性膳食纖維的製備方法，包括：(A)對木質纖維素進行連續逆流瀝濾，分離得到固體物料；(B)對步驟(A)得到的固體物料進行橫管連續烹煮，得到烹煮後的物料；(C)將步驟(B)得到的烹煮後的物料進行木聚糖酶酶解反應，得到可溶性膳食纖維粗糖液；(D)對步驟(C)得到的粗糖液進行脫色、除鹽、過濾，得到可溶性膳食纖維糖液；(E)濃縮或乾燥，得到可溶性膳食纖維I；所述可溶性膳食纖維I中，低聚木糖純度為80%以上。所述低聚木糖的組分與上述純度80%以上的低聚木糖相同，在此不再贅述。

本發明以富含半纖維素的木質纖維素為原料，可以為本領域公知的木質纖維素，本發明優選為玉米芯、棉籽殼、稻殼和秸稈中的任意一種或多種，更優選為玉米芯和/或棉籽殼。

首先對木質纖維素進行連續逆流瀝濾，優選地，所述連續逆流瀝濾的具體操作為：將木質纖維素原料粉碎成長度或粒徑0.1cm~5cm的顆粒，置於連續逆流萃取器中，加入溶媒介質，原料與溶媒介質加入量的比為1g：(4~10)mL，控制溫度為30~90℃，萃取時間為20~60min，後經連續固液分離使固體物料和富含單糖的浸出液分離。所述浸出液可回收重複利用。

本發明中，所述溶媒介質為水、酸溶液、鹼溶液或有機溶劑。所述酸溶液優選為硫酸、鹽酸、甲酸和乙酸中的任意一種或幾種；所述鹼溶液優選為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水或碳酸氫鈉中的任意一種或幾種配置的水溶液；所述有機溶劑優選為乙醇和/或乙酸乙酯。

本發明採用連續逆流瀝濾技術，將原料木聚糖側鏈可溶性雜糖去除，減少產品中葡萄糖、木糖等單糖含量，提高可溶性膳食纖維產品的純度。

得到了固體物料後，本發明將上述得到的固體物料進行橫管連續烹煮，得到烹煮後的物料。

所述橫管連續烹煮具體為：將固體物料經螺旋輸送器推進橫管，形成物料塞，通入蒸氣，在蒸氣及螺旋輸送的翻動作用下進行充分混合烹煮，使原料中的半纖維素高效溶出；所述烹煮的壓力優選為0.2~1.0MPa，烹煮的時間優選為10~90min。

本發明採用橫管連續烹煮技術，降低了單糖的溶出量，提高了半纖維素木聚糖的溶出率，降低了木聚糖酶的用量，同時改善了烹煮液成分組成，提高了產品中木二糖和木三糖的比例。

橫管連續烹煮得到烹煮後的物料之後，將其進行木聚糖酶酶解反應，得到可溶性膳食纖維粗糖液。具體的，將烹煮後的物料卸壓噴入酶解罐中，向酶解罐中加入水，調整物料與水的質量比為1：(4~16)，調節其pH至3.5~6.5，加入木聚糖酶進行酶解，每千克乾物質加入木聚糖酶1×10⁴U~8×10⁴U，進行酶解反應製得可溶性膳食纖維粗糖液。

本發明中，所述木聚糖酶可以是微生物菌株透過發酵製備的木聚糖酶，也可以是市場上購買的內切木聚糖酶。本發明優選為裡氏木黴菌株經發酵、純化製備的木聚糖酶。所述裡氏木黴菌株編號為CICC 13052。

本發明優選地，所述裡氏木黴菌株經發酵、純化製備木聚糖酶的方法具體為：取2wt%~6wt%的玉米芯(20~80目)，0.25wt%~0.5wt%低聚木糖；0.25wt%~1wt%酵母萃取物；0.25wt%~1wt%蛋白腖；0.25wt%~0.5wt%酵母粉；0.02wt%~0.06wt% KH₂PO₄；0.02wt%~0.05wt% MgSO₄．7H₂O；0.01wt% FeSO₄，初始pH 6.0，製得產酶培養基；接種菌株於產酶培養基中，28~32℃，發酵培養64~84h，板框壓濾，固液分離，得木聚糖酶粗酶液。粗酶液採用超濾進行濃縮10~50倍，採用凝膠過濾層析(Sephdex G-75)進行分離，收集20000-90000Da內切木聚糖酶活性蛋白。

本發明中，所述酶解反應的溫度優選為40℃~80℃，反應時間優選為4h~20h。本發明優選地，酶解反應結束後，將體系升溫至80℃~100℃，保溫10min~60min，對木聚糖酶進行去活化處理，透過帶式擠乾機或真空轉 鼓過濾。

本發明將連續逆流瀝濾技術與橫管連續烹煮技術應用於可溶性膳食纖維的萃取工藝，有效的削弱了原料中半纖維素大分子間的結合力，使半纖維素從木質纖維素成分中游離出來。這種游離的半纖維素更有利於酶解，與習知工藝相比，提高了木聚糖酶的酶解效率，降低了木聚糖酶的使用量。同時採用木聚糖酶純化工藝，實現了木聚糖酶以內切型為主，避免了木糖苷酶等外切木聚糖酶進一步降解低聚木糖為木糖，提高了低聚木糖總收率，同時避免了纖維素酶對纖維素組分降解成纖維二糖的缺點；透過篩選合適的木聚糖酶，優化了水溶性膳食纖維中的功效成分組成，提高了木二糖、木三糖為主的功效成分的比例。

得到可溶性膳食纖維粗糖液後，對其進行脫色、除鹽、過濾，得到可溶性膳食纖維糖液；本發明對所述脫色、除鹽、過濾的方法並無特殊限定，可以為本領域技術人員熟知的方法。

本發明優選地，所述脫色的方法為活性炭脫色，所述活性炭優選為食品級活性炭，所述活性炭的添加量優選為粗糖液重量的0.1%~2%，脫色溫度優選為60~100℃，脫色時間優選為10~60min，脫色結束後進行固液分離，得到脫色後的粗糖液。

所述除鹽的方法為離子交換除鹽，具體的，經陽-陰-陽離子交換樹脂除鹽，每小時粗糖液流速優選為樹脂體積的1~5倍。

所述過濾為超濾。所述超濾膜孔徑優選為3000Da~6000Da，超濾除去大分子糖類後，即可得到可溶性膳食纖維糖液。

所述糖液經過濃縮或乾燥，即可得可溶性膳食纖維I；所述可溶性膳食纖維I中，低聚木糖純度為80%以上。

具體的，所述糖液經過濃縮，得到的可溶性膳食纖維I為低聚木糖糖漿。本發明對所述濃縮的方法並無特殊限定，可以為本領域技術人員熟知的濃縮方法，優選地，所述濃縮採用三效蒸發器濃縮，一效溫度優選為80~90℃，二效溫度優選為70~80℃，三效溫度優選為60~70℃。

所述糖液經過乾燥得到的可溶性膳食纖維I為低聚木糖糖粉。本發明對所述乾燥的方法沒有特殊限定，可以為本領域技術人員熟知的乾燥方法，本發明優選為真空帶式乾燥、真空耙式乾燥或噴霧乾燥。

本發明優選地，所述真空帶式乾燥的參數為：真空帶式乾燥機的乾燥三個加熱蒸發區，一段溫度為90~115℃，二段加熱溫度為100~115℃，三段加熱溫度為80~100℃，冷卻區溫度為10~35℃，真空為-0.08~-0.098MPa，塗布厚度為0.3~1cm。

真空耙式乾燥的參數為：加熱溫度為80~100℃，真空為-0.04~-0.096MPa，耙齒轉速為6~12rpm。

噴霧乾燥的參數為：熱風進口溫度為100~180℃，出口溫度為65~130℃。

上述製備方法得到可溶性膳食纖維I後，優選地，還包括步驟(F)：對上述製備的可溶性膳食纖維進行色譜分離，得到可溶性膳食纖維II和萃餘液；本發明所述色譜分離，優選採用模擬移動床色譜分離系統，優選的系統壓力為0.8~1.1MPa，進料糖液的質量分數為40%~60%。

所述可溶性膳食纖維II中，低聚木糖純度為90%以上。所述低聚木糖組分與上述純度90%以上低聚木糖相同，在此不再贅述。

本發明中，所述可溶性膳食纖維II也可以經過濃縮得到糖漿，或經過乾燥得到糖粉。所述濃縮或乾燥的方法同上，在此不再贅述。

所述萃餘液組分為：低聚木糖含量(木二糖-木七糖)8%~30%，葡萄糖含量5%~15%，木糖含量40%~60%，阿拉伯糖含量在20%~40%。本發明透過研究發現，所述萃餘液中富含阿拉伯糖，阿拉伯糖具有抑制蔗糖代謝和吸收的作用，可選擇性的對腸道內蔗糖酶的活性起非競爭性抑制作用，使得腸道對蔗糖的吸收明顯減少，血糖濃度也因此降低。另外，阿拉伯糖可非競爭性抑制存在於小腸黏膜的微絨毛表面(黏膜絨毛緣)的蔗糖酶等二糖分解酶，其結果是碳水化合物分解為葡萄糖或果糖的速度減緩，吸收減少，因此在抑制糖轉化為脂肪的同時，還抑制了進食後血糖值的急劇上 升(高血糖)，並可持續飽腹感，抑制食欲，達到減肥效果。

因此，本發明優選地，得到可溶性膳食纖維II和萃餘液後，還包括步驟(G)：將得到富含阿拉伯糖的萃餘液與上述製備的可溶性膳食纖維I糖液複配，得到特定比例組合的低聚木糖、阿拉伯糖可溶性膳食纖維III，不僅實現資源的有效利用，同時該組合物具有明顯降低血糖、血脂作用。

本發明優選地，所述萃餘液與可溶性膳食纖維I糖液的體積比為1：(1~7)。

所述可溶性膳食纖維III中，低聚木糖純度為70%以上。所述低聚木糖與上述純度70%以上低聚木糖相同，在此不再贅述。

本發明中，所述可溶性膳食纖維III也可以經過濃縮得到糖漿，或經過乾燥得到糖粉。所述濃縮或乾燥的方法同上，在此不再贅述。

本發明透過將萃餘液進行複配，獲得了新產品，對萃餘液進行了重複利用，實現資源的有效利用，提高了清潔生產水準，具有很好的工業利用前景。

為了進一步說明本發明，下面結合實施例對本發明提供的可溶性膳食纖維及其製備方法進行詳細描述。

實施例1

將玉米芯原料粉碎成粒徑為2cm的顆粒，置於連續逆流萃取器中，加入乙醇，原料和乙醇加入量的比為1g：5mL，控制溫度為40℃，萃取時間為30min，後經連續固液分離使固體物料和富含色素、單糖的浸出液高效分離，回收乙醇重複利用。對浸出液組分進行檢測，檢測條件為：色譜柱為Shodex sugar KS-802，流動相為超純水，柱溫80℃。浸出液高效液相色譜圖譜中，各種物質的峰面積百分比見表1，表1為本發明實施例1~2浸出液組分匯總。

固體物料經螺旋輸送器推進橫管，形成物料塞，直接通入蒸氣，在蒸氣及螺旋輸送的翻動作用下進行充分混合，烹煮壓力為0.6MPa，烹煮時間 為20min，使原料中的半纖維素高效溶出，得到溶出液和烹煮後的物料(即表格中的產品)，對二者組分進行檢測，檢測條件為：色譜柱為Shodex sugar KS-802，流動相為超純水，柱溫80℃。高效液相色譜圖譜中，各種物質的峰面積百分比見表2，表2是本發明實施例1~2溶出液以及烹煮後的物料組分匯總。

將烹煮後的物料卸壓噴入酶解罐中，向酶解罐中加入製程用水，使烹煮後的物料與製程用水的質量比為1：8，調節其pH至4.0，每千克乾物質加入3×10⁴U單位活性的木聚糖酶，酶解溫度為65℃，酶解反應時間為14h，酶解結束後升溫至90℃，保溫50min，對木聚糖酶進行去活化。後經真空轉鼓過濾，獲得可溶性膳食纖維粗糖液以及濾渣。

在製備的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量為粗糖液重量的0.3%，脫色溫度為80℃，脫色時間為30min，脫色結束後進行板框壓濾，過濾速度為12.5m³/h，控制濾液透光率大於50%，濾液進行離子交換，控制離交液的透光率大於70%，電導率小於50μs/cm，後經超濾去除大分子糖類，得可溶性膳食纖維糖液。

將上述可溶性膳食纖維糖液分為三部分，一部分經過三效濃縮得產品糖漿，三效蒸發器的溫度如下：一效溫度85℃，二效溫度75℃，三效溫度為65℃，製備得到低聚木糖糖漿，記為產品A，透過HPLC對其純度進行檢測，結果見圖2，圖2是產品A的HPLC圖譜。產品A組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為87.59%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為69.84%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

第二部分進行真空帶式乾燥，參數為：一段溫度為100℃，二段加熱溫度為105℃，三段加熱溫度為90℃，冷卻區溫度為20℃，真空度為-0.085MPa，布料速度為42L/h，塗布厚度為0.5cm，履帶速度為30m/h，製備得到低聚木糖糖粉，記為產品B，透過HPLC對其純度進行檢測，結果見圖3，圖3是產品B的HPLC圖譜，產品B組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為89.56%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為70.65%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

第三部分進行色譜分離，透過模擬移動床的色譜分離系統，控制進料 速度為0.3m³/h，系統壓力為0.9MPa，進料液糖質量分數為50%，得到可溶性膳食纖維II和萃餘液。將製備的可溶性膳食纖維II噴霧乾燥得高組分低聚木糖糖粉，記為產品C，噴霧乾燥熱風進口溫度為160℃，出口溫度為100℃，物料流量為0.9m³/h，透過HPLC對其純度進行檢測，結果見圖4，圖4是產品C的HPLC圖譜，產品C組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為97.27%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為71.39%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。將色譜分離後的萃餘液與可溶性膳食纖維糖液複配，體積比為1：5，複配糖液經真空帶式乾燥得低組分低聚木糖粉，記為產品D，真空帶式乾燥機工作參數：一段溫度為100℃，二段加熱溫度為105℃，三段加熱溫度為90℃，冷卻區溫度為20℃，真空度為-0.085MPa，布料速度為42L/h，塗布厚度為0.5cm，履帶速度為25m/h。透過HPLC對產品D的純度進行檢測，結果見圖5，圖5是產品D的HPLC圖譜，產品D組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為70.49%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為48.93%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

本實施例中所用木聚糖酶，其生產菌株為裡氏木黴Trichoderma reesei，菌株編號：CICC 13052，購自中國工業微生物菌種保藏管理中心,，木聚糖酶由該菌株經過發酵、純化製得，具體製備方法為：取2-6%玉米芯(20-80目)；0.25-0.5%低聚木糖；0.25-1%酵母萃取物；0.25-1%蛋白腖；0.25~0.5%酵母粉；0.02-0.06% KH₂PO₄；0.02~0.05% MgSO₄．7H₂O；0.01% FeSO₄，初始pH 6.0，製得產酶培養基；接種菌株於產酶培養基中，28~32℃，發酵培養64-84h，板框壓濾，固液分離，得木聚糖酶粗酶液。粗酶液採用超濾進行濃縮10~50倍，採用凝膠過濾層析(Sephdex G-75)進行分離，收集20000-90000Da蛋白，即內切性木聚糖酶。

其中，“-”為未檢測出；高聚糖指聚合度>7的聚糖。

由表1和表2可以看出，本發明透過採用連續逆流瀝濾技術，除去大部分單糖，同時採用橫管連續烹煮技術，使得溶出液中高聚糖含量高，葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等單糖含量低，進而影響酶解工序後的產物組分，同時提高了半纖維素木聚糖的溶出率，降低了木聚糖酶的用量。

實施例2：

將玉米芯原料粉碎成粒徑為4cm顆粒，置於連續逆流萃取器中，加入質量濃度為0.5%KOH水溶液，原料與水溶液加入量比為1g：8mL，控制溫度為70℃，萃取時間為40min，後經連續固液分離使固體物料和富含色素、單糖的浸出液高效分離。

固體物料經螺旋輸送器推進橫管，形成物料塞，直接通入蒸氣，在蒸氣及螺旋輸送的翻動作用下進行充分混合，烹煮壓力為0.4MPa，烹煮時間為50min，使原料中的半纖維素高效溶出。將烹煮後的物料卸壓噴入酶解罐中，向酶解罐中加入製程用水，使烹煮後的物料與製程用水的質量比為1：6，調節其pH值5.5，按照每千克乾物質的固體物料加入4×10⁴U單位活性木聚糖酶的比例，加入木聚糖酶，酶解溫度為50℃，酶解反應時間為8h，酶解結束後升溫至95℃，保溫30min，對木聚糖酶進行去活化。後經帶式擠乾機過濾，獲得可溶性膳食纖維粗糖液以及濾渣。

在製備的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量為粗糖液重量的0.36%，脫色溫度為80℃，脫色時間為30min，脫色結束後進行固液分離，過濾速度為13.75m³/h，控制濾液透光率大於50%，濾液進行離子交換，控制離交液的透光率大於70%，電導率小於50μs/cm，後經超濾去除大分子糖類，得可溶性膳食纖維糖液。

將上述可溶性膳食纖維糖液分為三部分，一部分經過三效濃縮得產品糖漿，記為產品E，三效蒸發器的溫度：一效溫度90℃，二效溫度80℃，三效溫度為70℃。透過HPLC對其純度進行檢測，結果見圖6，圖6是產品E的HPLC圖譜，產品E組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為81.63%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為72.02%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。第二部分經過真空耙式乾燥製得低聚木糖糖粉，記為產品F，工作參數：加熱溫度為95℃，真空度為-0.090MPa，耙齒轉速為6rpm。透過HPLC對其純度進行檢測，結果見圖7，圖7是產品F的HPLC圖譜，產品F組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為82.53%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為70.76%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。第三部分透過類比移動床的色譜分離系統，控制進料速度為0.25m³/h，系統壓力為 1.0MPa，進料液糖質量分數為56%，將色譜後的高組分萃取液真空帶式乾燥製備高組分低聚木糖糖粉，記為產品G，真空帶式乾燥機工作參數：一段溫度為105℃，二段加熱溫度為110℃，三段加熱溫度為95℃，冷卻區溫度為25℃，真空度為-0.090MPa，布料速度為42L/h，塗布厚度為0.3cm，履帶速度為25m/h。透過HPL℃對其純度進行檢測，結果見圖8，圖8是產品G的HPLC圖譜，產品G組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為97.15%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為73.29%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。將色譜分離後的萃餘液與可溶性膳食纖維糖液複配，體積比為1：7，複配糖液經真空耙式乾燥得低組分低聚木糖粉，記為產品H，真空耙式乾燥機工作參數：加熱溫度為90℃，真空度為-0.090MPa，耙齒轉速為8rpm。透過HPLC對其純度進行檢測，結果見圖9，圖9是產品H的HPLC圖譜，產品H組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為70.49%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為48.74%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

本實施例中所用的木聚糖酶同實施例1。

比較例1

將玉米芯原料粉碎成粒徑0.5cm的顆粒，進行高溫烹煮，溶液為製程用水，溫度為150℃，時間為40min。

將烹煮後的物料卸壓噴入酶解罐中，向酶解罐中加入製程用水，使烹煮後的物料與製程用水的質量比為1：6，調節其pH值5.5，按照每千克乾物質的固體物料加入1×10⁵U單位活性木聚糖酶的比例，河南仰韶生化工程有限公司市售食品級200000U/g的木聚糖酶，酶解溫度為50℃，酶解反應時間為8h，酶解結束後升溫至95℃，保溫30min，對木聚糖酶進行去活化。後經帶式擠乾機過濾，獲得可溶性膳食纖維粗糖液以及濾渣。

在製備的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量為粗糖液重量的0.6%，脫色溫度為80℃，脫色時間為30min，脫色結束後進行固液分離，過濾速度為6.25m³/h，控制濾液透光率大於50%，濾液進行離子交換，控制離交液的透光率大於70%，電導率小於50μs/cm，後經超濾去除大分子糖類，得可溶性膳食纖維糖液。製備得到低聚木糖糖漿，透過HPLC對其純度進行檢測，圖10為上述產品的HPLC圖譜，根據其25.170s出現的纖維二糖吸收峰， 可以看出其中纖維二糖含量為1.85%；產品組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為70.26%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為44.78%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

比較例2

將玉米芯原料粉碎成粒徑1cm的顆粒，進行蒸氣爆破預處理，參數為：壓力1.5MPa，保壓3min。將預處理的物料卸壓噴入酶解罐中，向酶解罐中加入製程用水，使烹煮後的物料與製程用水的質量比為1：6，調節其pH值5.5，按照每千克乾物質的固體物料加入9×10⁴U單位活性木聚糖酶的比例，河南仰韶生化工程有限公司市售食品級200000U/g的木聚糖酶，酶解溫度為50℃，酶解反應時間為8h，酶解結束後升溫至95℃，保溫30min，對木聚糖酶進行去活化。後經帶式擠乾機過濾，獲得可溶性膳食纖維粗糖液以及濾渣。

在製備的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量為粗糖液重量的0.8%，脫色溫度為80℃，脫色時間為30min，脫色結束後進行固液分離，過濾速度為7.5m³/h，控制濾液透光率大於50%，濾液進行離子交換，控制離交液的透光率大於70%，電導率小於50μs/cm，後經超濾去除大分子糖類，得可溶性膳食纖維糖液。製備得到糖漿，透過HPLC對其純度進行檢測，圖11為產品的HPLC圖譜，根據其25.175s出現的纖維二糖吸收峰，可以看出其中纖維二糖含量為2.99%；產品組分見表6，低聚木糖純度(X_2-7)為70.23%，木二糖、木三糖(X_2-3)含量為42.79%。表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

實施例3

1)對實施例1~2、比較例1~2活性炭添加量以及過濾速度進行對比，結果見表3，表3為實施例1~2、比較例1~2活性炭添加量以及過濾速度對比。

由表3可知：經連續逆流瀝濾處理後，脫色過程中活性炭添加量降低了40%-50%、料液板框壓濾速度提升了100%-120%，降低了脫色成本，提高了生產效率。

2)對實施例1~2、比較例1~2木聚糖酶添加量進行對比，結果見表4，表4為實施例1~2、比較例1~2木聚糖酶添加量對比。

由表4可以看出，本發明透過橫管連續烹煮預處理，使玉米芯半纖維素長鏈結構斷裂成半纖維素短鏈，更有利於木聚糖酶酶解，減少了木聚糖酶的添加量，降低了生產成本。

3)分別將實施例產品A、E及比較例1，2製備的可溶性膳食纖維糖液稀釋為一定糖質量濃度(固形物)的溶液，用1cm比色皿測定280nm、420nm處的吸光值，具體結果如表5所示，表5是實施例1~2、比較例1~2製備的糖液色值比較結果匯總。

由表5可以看出，本發明製備的低聚木糖糖漿在280nm和420nm的吸光值都得到大幅度下降，這說明本發明製備的低聚木糖產品色澤降低。

本發明中，濃度為37.5%的糖液280nm的吸光值下降17.29-18.07%，在420nm的吸光值下降25.25-26.0%；本發明中，濃度為50%的糖液280nm的吸光值下降23.18-24.27%，在420nm的吸光值下降21.50-21.83%；低聚木糖糖液色值下降，產品口感更綿軟、甘醇，成功解決了低聚木糖因色澤深而影響在某些領域的應用問題，拓寬了低聚木糖的應用範圍。

4)對實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分進行對比，結果見表6，表6為實施例1~2、比較例1~2製備的產品組分對比。

其中：X_2-7為低聚木糖純度(含量)；X_2-3為木二糖、木三糖總含量；X₇ 為木七糖及木七糖以上總含量；X₆為木六糖含量；X₅為木五糖含量；X₄為木四糖含量；X₃為木三糖含量；X₂為木二糖含量；G₂為纖維二糖含量。

國外產品為日本市售的低聚木糖。

產品A-H為實施例1、2中各產品；比較例1使用的是將比較例1製備的可溶性膳食纖維糖液進行濃縮得到的糖漿；比較例2使用的是將比較例2製備的可溶性膳食纖維糖液進行噴霧乾燥得到的糖粉。

由表6可以看出：本發明製備的可溶性膳食纖維產品中，經檢測均不含有纖維二糖，而比較例1製備的低聚木糖糖漿、比較例2製備的糖粉中以及日本市售低聚木糖產品中均含有2%左右含量的纖維二糖。木發明透過篩選合適的木聚糖酶，所製備的膳食纖維I和II產品中木二糖和木三糖所占低聚糖比例均

70%，而國外90%純度產品中木二糖和木三糖比例為51.65%；膳食纖維III中木二糖和木三糖所占低聚糖比例均

48%，而比較例製備的產品中，產品木二糖和木三糖所占低聚糖比例為42.79%-44.78%之間。本發明製備的低聚木糖產品中，木七糖所占低聚糖比例均在1%左右，而比較例製備的產品中木七糖比例在5%-10%之間，日本市售產品中，木七糖及木糖以上組分所占低聚糖比例為3.53%。

因此，本發明透過篩選合適的木聚糖酶，優化了產品的功效成分組成，提高了木二糖、木三糖為主的功效成分的比例，降低了纖維二糖、聚合度大於等於七的聚糖等雜糖的生成，獲得了比市售商品更高品質的新產品。

將實施例1~2、比較例1~2製備的產品，將樣品配製成1~10mg/ml的低聚木糖濃度，採用HCL或者H₂SO₄作為酸化劑，氫離子濃度約為0.6mol/L，100℃水解90min，然後降溫調節pH至色譜柱適宜範圍，統計對比各產品酸解後生成的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖含量情況，結果如表7所示，表7是實施例1~2、比較例1~2製備的產品酸解後單糖對比。

實施例4

取實施例1製備的產品A、C、D，以及比較例1、比較例2製備的產品，根據各產品低聚木糖純度(即低聚木糖含量)，添加相同有效含量的低聚木糖(木二糖-木七糖總量相同)，然後添加到雙歧桿菌(基礎培養基)培養基中，低聚木糖有效含量占培養基質量的0.5wt%，進行體外培養，對照組不添加低聚木糖，對照組及各產品對應雙歧桿菌增殖效果將圖13，圖13是實施例4中各產品對雙歧桿菌增殖效果。

由圖13可以看出，本發明製備的各產品對雙歧桿菌的活菌數增殖效果明顯高於比較例製備產品及不添加低聚木糖對照組。

實施例5

取實施例1製備的產品A、C、D，以及比較例1、比較例2製備的產品，根據各產品低聚木糖純度(即低聚木糖含量)，添加相同有效含量的低聚木糖(木二糖-木七糖總量相同)，即各產品中木二糖-木七糖總量相同，然後作為甜味劑加入豆漿製品中，其中，有效低聚木糖添加量為1wt%，研究各產品雙歧桿菌、乳酸桿菌體內增殖作用和對改善腸道菌群作用。

隨機抽取100人，分5組，每組服用加入不同低聚木糖產品的豆漿250ml/天，服用30天后，檢驗受試人群腸道菌群情況。實驗結果見表8，表8是實施例5中各產品對人體腸道菌群檢測結果：

由表8可知：本發明製備的低聚木糖對雙歧桿菌、乳酸桿菌具有更好的增殖效果。

實施例6

取實施例1製備的產品A、C、D，以及比較例1、比較例2製備的產品，根據各產品低聚木糖純度(即低聚木糖含量)，添加相同有效含量的低聚木糖(木二糖-木七糖總量相同)，即各產品中木二糖-木七糖總量相同，然後作為甜味劑加入到小鼠飼料中，其中，有效低聚木糖添加量為1wt%，研究各產品對小鼠血糖的影響。

動物與分組：取ICR小鼠120只，尾靜脈注射四氧嘧啶45mg/kg.Bw，製造高血糖小鼠模型：分為六組，每組20只。第一組：對照組，即普通飼料組；第二組：飼料中添加產品D低聚木糖；第三組：飼料中添加產品A低聚木糖；第四組：飼料中添加產品C低聚木糖；第五組：飼料中添加比較例1製備的低聚木糖產品；第六組：飼料中添加比較例2製備的低聚木糖，其中，有效低聚木糖添加量為1wt%。上述小鼠餵食30天后測空腹血糖(禁食8小時)實驗結果見表9；經餵食實驗後空腹及餐後2小時血糖(每只鼠用葡萄糖1.5g/kg.Bw灌胃)見表10。

由表9及表10可知：本發明製備的產品可明顯降低小鼠的血糖水準，效果優於比較例製備的產品。

由上述實施例及比較例可知，本發明透過採用連續逆流瀝濾技術以及橫管連續烹煮技術，並選取特定的酶，製備得到了特定組分的可溶性膳食纖維，對雙歧桿菌、乳酸桿菌具有更好的增殖效果，可明顯降低血糖。

以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明申請專利範圍的保護範圍內。

Claims (7)

1. 一種可溶性膳食纖維的製備方法，包括：(A)對木質纖維素進行連續逆流瀝濾，分離得到固體物料，所述連續逆流瀝濾為：將木質纖維素原料粉碎成長度或粒徑0.1cm~5cm的顆粒，置於連續逆流萃取器中，加入溶媒介質，原料與溶媒介質加入量的比為1g：(4~10)mL，控制溫度為30~90℃，萃取時間為20~60min，後經連續固液分離使固體物料和富含單糖的浸出液分離，所述溶媒介質為水、酸溶液、鹼溶液或有機溶劑；所述有機溶劑為乙醇和/或乙酸乙酯，所述酸溶液為硫酸、鹽酸、甲酸和乙酸中的任意一種或幾種，所述鹼溶液為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨水或碳酸氫鈉中的任意一種或幾種配置的水溶液；(B)對步驟(A)得到的固體物料進行橫管連續烹煮，得到烹煮後的物料，所述橫管連續烹煮為：將固體物料經螺旋輸送器推進橫管，形成物料塞，通入蒸氣，在蒸氣及螺旋輸送的翻動作用下進行充分混合烹煮，使原料中的半纖維素高效溶出；所述烹煮的壓力為0.2~1.0MPa，烹煮的時間為10~90min；(C)將步驟(B)得到的烹煮後的物料進行木聚糖酶酶解反應，將烹煮後的物料卸壓噴入酶解罐中，向酶解罐中加入水，調整物料與水的質量比為1：(4~16)，調節其pH至3.5~6.5，加入木聚糖酶進行酶解，每千克乾物質加入木聚糖酶1×10⁴U~8×10⁴U，進行酶解反應得到可溶性膳食纖維糖液粗糖液；所述木聚糖酶是微生物菌株透過發酵製備的木聚糖酶或市購的內切木聚糖酶，所述酶解反應的溫度為40℃~80℃，反應時間為4h~20h；(D)對步驟(C)得到的粗糖液進行脫色、除鹽、過濾，得到可溶性膳食纖維糖液；以及(E)濃縮或乾燥，得到可溶性膳食纖維I；所述可溶性膳食纖維I中，低聚木糖純度為80%以上。
2. 根據請求項1所述的製備方法，其中所述可溶性膳食纖維I中的低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為55%以上。
3. 根據請求項2所述的製備方法，其中所述低聚木糖水解後，單糖組分包括：木糖82wt%~88wt%，阿拉伯糖1wt%~12wt%。
4. 根據請求項1所述的製備方法，其中步驟(E)之後還包括： (F)對步驟(E)製備的可溶性膳食纖維I進行色譜分離，得到可溶性膳食纖維II和萃餘液；其中所述可溶性膳食纖維II中，低聚木糖純度為90%以上。
5. 根據請求項4所述的製備方法，其中所述可溶性膳食纖維II中的低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為50%以上，且水解後單糖組分包括：木糖83wt%~99wt%，阿拉伯糖1wt%~5wt%。
6. 根據請求項4所述的製備方法，其中步驟(F)之後還包括：(G)將步驟(F)得到的萃餘液與步驟(D)得到的可溶性膳食纖維糖液複配，得到可溶性膳食纖維III；以及所述可溶性膳食纖維III中，低聚木糖純度為70%以上。
7. 根據請求項6所述的製備方法，其中所述可溶性膳食纖維III中的低聚木糖中，木二糖、木三糖總含量為45%以上，水解後，單糖組分包括：木糖70wt%~86wt%，阿拉伯糖2wt%~15wt%。

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