WO2017107527A1 - 可溶性膳食纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种可溶性膳食纤维，低聚木糖纯度为70％以上；且所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为45％以上，所述可溶性膳食纤维具有更高含量的有效组分，对双歧杆菌、乳酸杆菌具有更好的增殖效果，可明显降低血糖。
Description
本申请要求于2015年12月25日提交中国专利局、申请号为201510999427.1、发明名称为“可溶性膳食纤维及其制备方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本发明涉及食品技术领域，尤其涉及一种可溶性膳食纤维及其制备方法。
可溶性膳食纤维是一种能够在热水或温水中溶解的一类膳食纤维，其可被肠道中多种微生物降解，但不被人体消化酶所分解。可溶性膳食纤维可维护肠道健康，增强免疫力，降低降血糖、血脂、血压减少糖尿病发生，降胆固醇及预防心血管疾病等生理功能。
低聚木糖又称木寡糖，是可溶性膳食纤维的一种，既可以在温水或热水中溶解，还可以在冷水或乙醇溶剂中溶解，其主要由2-9个木糖分子以β-1，4糖苷键结合而成的功能性聚合糖，其中以木二糖、木三糖、木四糖为主要有效成分。低聚木糖不能够被人体的各种消化液分解，具有不升高血糖，降低胆固醇，双向调节便秘和腹泻等功能；同时可以有助于肠道功能保护，改善机体(人和动物)肠道菌群平衡，促进肠道有益细菌的生长，抑制有害微生物的繁殖，可以显著提高双歧杆菌等益生菌所占比例，从而促进营养矿物质吸收，提高机体免疫力，因此，作为功能性甜味剂与添加剂，可满足所有人群，包括糖尿病、肥胖等特殊人群。
然而，目前针对不同应用领域，食品级低聚木糖还面临许多问题。首先，纯度、色泽、杂质等指标直接影响到产品外观品质；其次，产品中功能性有效成分(木二糖、木三糖)比例较低，影响到产品的保健效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种可溶性膳食纤维及其制备方法，得到的可溶性膳食纤维产品具有低聚木糖纯度高、色泽好、杂质少且有效成分(木二糖、木三糖)比例高的特点。
本发明提供了一种可溶性膳食纤维，低聚木糖纯度为70％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为45％以上。
优选的，所述低聚木糖水解后，单糖组分包括：
木糖70wt％～86wt％，阿拉伯糖2wt％～15wt％。
优选的，所述低聚木糖纯度为80％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为55％以上。
优选的，所述低聚木糖水解后，单糖组分包括：
木糖82wt％～88wt％，阿拉伯糖1wt％～12wt％。
优选的，所述低聚木糖纯度为90％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为50％以上。
优选的，所述低聚木糖水解后，单糖组分包括：
木糖83wt％～99wt％，阿拉伯糖1wt％～5wt％。
优选的，所述可溶性膳食纤维为低聚木糖糖浆或低聚木糖糖粉。
本发明还提供了一种可溶性膳食纤维的制备方法，包括：
(A)对木质纤维素进行连续逆流浸提，分离得到固体物料；
(B)对步骤(A)得到的固体物料进行横管连蒸蒸煮，得到蒸煮后的物料；
(C)将步骤(B)得到的蒸煮后的物料进行木聚糖酶酶解反应，得到可溶性膳食纤维粗糖液；
(D)对步骤(C)得到的粗糖液进行脱色、除盐、过滤，得到可溶性膳食纤维糖液；
(E)浓缩或干燥，得到可溶性膳食纤维I；
所述可溶性膳食纤维I中，低聚木糖纯度为80％以上。
优选的，步骤(E)之后还包括：
(F)对步骤(E)制备的可溶性膳食纤维I进行色谱分离，得到可溶性膳食纤维II和提余液；
所述可溶性膳食纤维II中，低聚木糖纯度为90％以上。
优选的，步骤(F)之后还包括:
(G)将步骤(F)得到的提余液与步骤(D)得到的可溶性膳食纤维糖液复配，得到可溶性膳食纤维III；
所述可溶性膳食纤维III中，低聚木糖纯度为70％以上。
与现有技术相比，本发明提供了一种可溶性膳食纤维，其特征在于，低聚木糖纯度为70％以上；且所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为45％以上。本发明提供的可溶性膳食纤维具有更高的有效组分含量，对双歧杆菌、乳酸杆菌具有更好的增殖效果，可明显降低血糖。
本发明还提供了一种可溶性膳食纤维的制备方法，包括：(A)对木质纤维素进行连续逆流浸提，分离得到固体物料；(B)对步骤(A)得到的固体物料进行横管连蒸蒸煮，得到蒸煮后的物料；(C)将步骤(B)得到的蒸煮后的物料，进行木聚糖酶酶解反应，得到可溶性膳食纤维粗糖液；(D)对步骤(C)得到的粗糖液进行脱色、除盐、过滤，得到可溶性膳食纤维糖液；(E)浓缩或干燥，得到可溶性膳食纤维I；所述可溶性膳食纤维I中，低聚木糖纯度为80％以上。本发明将连续逆流浸提技术与横管连蒸技术应用于低聚木糖的提取工艺，有效的削弱了原料中半纤维素大分子间的结合力，半纤维素从木质纤维素成分中游离出来。这种游离的半纤维素更有利于与木聚糖酶的结合，提高了木聚糖酶的酶解效率，与传统工艺相比，降低了木聚糖酶的使用量。同时采用木聚糖酶纯化工艺，实现了木聚糖酶以内切型为主，避免了木糖苷酶等外切木聚糖酶进一步降解低聚木糖为木糖，提高了低聚木糖总收率，同时避免了纤维素酶对纤维素组分的降解，产生纤维二糖的缺点；通过筛选合适的木聚糖酶，优化了水溶性膳食纤维中的功效成分组成，提高了木二糖、木三糖为主的功效成分的比例。
图1为本发明实施例1的流程图；
图2为本发明实施例1制备的产品A的HPLC图谱；
图3为本发明实施例1制备的产品B的HPLC图谱；
图4为本发明实施例1制备的产品C的HPLC图谱；
图5为本发明实施例1制备的产品D的HPLC图谱；
图6是本发明实施例2制备的产品E的HPLC图谱；
图7是本发明实施例2制备的产品F的HPLC图谱；
图8是本发明实施例2制备的产品G的HPLC图谱；
图9是本发明实施例2制备的产品H的HPLC图谱；
图10是比较例1制备的产品HPLC图谱；根据其25.170s出现的纤维二
糖吸收峰，可以看出其中纤维二糖含量为1.85％；
图11是比较例2制备的产品HPLC图谱；根据其25.175s出现的纤维二糖吸收峰，可以看出其中纤维二糖含量为2.99％；
图12是国外产品HPLC图谱；根据其22.195s出现的纤维二糖吸收峰，可以看出其中纤维二糖含量为2.93％；
图13是实施例4中各产品对双歧杆菌增殖效果。
本发明提供了一种可溶性膳食纤维，其特征在于，低聚木糖纯度为70％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为45％以上。
本发明提供的可溶性膳食纤维具有更高的有效组分含量，对双歧杆菌、乳酸杆菌具有更好的增殖效果，可明显降低血糖。
本发明中，所述低聚木糖的纯度为低聚木糖占总糖的质量含量。
本发明所提供的可溶性膳食纤维，包括低聚木糖，所述低聚木糖为糖粉或糖浆。
优选的，所述低聚木糖纯度为70％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为45％以上。
当所述低聚木糖为糖浆时，所述糖浆为黄色或浅黄色粘稠透明液体，固形物(糖的质量浓度)为70％以上；当所述低聚木糖为糖粉时，所述糖粉为白色或微黄色粉末。组分为：
木二糖质量百分含量优选为25％～60％，更优选为25％～28％；木三糖质量百分含量优选为20％～30％，更优选为20％～22％；木四糖质量百分含量优选为5％～20％，更优选为11％～13％。
所述低聚木糖水解后，组分包括但不限于：木糖70wt％～86wt％，阿拉伯糖2wt％～15wt％。
在本发明的某些具体实施例中，所述低聚木糖纯度为80％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为55％以上。优选的，木二糖质量百分含量为30％～60％，木三糖质量百分含量为25％～40％，木四糖质量百分含量为10％～30％。
所述低聚木糖水解后，组分包括但不限于：木糖82wt％～88wt％；阿拉伯
糖1wt％～12wt％，优选为4wt％～10wt％。
所述低聚木糖为糖浆或糖粉。所述糖浆固形物(糖的质量浓度)为70％以上，为黄色或浅黄色粘稠透明液体，所述糖粉为白色或微黄色粉末。
在本发明的另外一些实施例中，所述低聚木糖纯度为90％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为50％以上。优选的，木二糖质量百分含量为25％～60％，更优选为27％～33％；木三糖质量百分含量为25％～40％，更优选为29％～31％；木四糖质量百分含量为10％～30％，更优选为16％～19％。
所述低聚木糖水解后，组分包括但不限于：木糖83wt％～99wt％，优选为84wt％～90wt％；阿拉伯糖1wt％～5wt％，优选为2wt％～4wt％。
所述低聚木糖为糖浆或糖粉。所述糖浆为黄色粘稠透明液体，固形物(糖的质量浓度)为70％以上；所述糖粉为白色或微黄色粉末。
本发明对所述低聚木糖的水解方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的水解方法，本发明优选采用酸水解的方法。
水解后，用高效液相色谱法分离并定量测定各单糖组分含量。
本发明还提供了一种可溶性膳食纤维的制备方法，包括：
(A)对木质纤维素进行连续逆流浸提，分离得到固体物料；
(B)对步骤(A)得到的固体物料进行横管连蒸，得到蒸煮后的物料；
(C)将步骤(B)得到的蒸煮后的物料进行木聚糖酶酶解反应，得到可溶性膳食纤维粗糖液；
(D)对步骤(C)得到的粗糖液进行脱色、除盐、过滤，得到可溶性膳食纤维糖液；
(E)浓缩或干燥，得到可溶性膳食纤维I；
所述可溶性膳食纤维I中，低聚木糖纯度为80％以上。所述低聚木糖的组分与上述纯度80％以上的低聚木糖相同，在此不再赘述。
本发明以富含半纤维素的木质纤维素为原料，可以为本领域公知的木质纤维素，本发明优选为玉米芯、棉籽壳、稻壳和秸秆中的任意一种或多种，更优选为玉米芯和/或棉籽壳。
首先对木质纤维素进行连续逆流浸提，优选的，所述连续逆流浸提的具体操作为：将木质纤维素原料粉碎成长度或粒径0.1cm～5cm的颗粒，置于连续
逆流提取器中，加入溶媒介质，原料与溶媒介质加入量的比为1g:(4～10)mL，控制温度为30～90℃，提取时间为20～60min，后经连续固液分离使固体物料和富含单糖的浸出液分离。所述浸出液可回收重复利用。
本发明中，所述溶媒介质为水、酸溶液、碱溶液或有机溶剂。所述酸溶液优选为硫酸、盐酸、甲酸和乙酸中的任意一种或几种；所述碱溶液优选为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水或碳酸氢钠中的任意一种或几种配置的水溶液；所述有机溶剂优选为乙醇和/或乙酸乙酯。
本发明采用连续逆流浸提技术，将原料木聚糖侧链可溶性杂糖去除，减少产品中葡萄糖、木糖等单糖含量，提高可溶性膳食纤维产品的纯度。
得到了固体物料后，本发明将上述得到的固体物料进行横管连蒸蒸煮，得到蒸煮后的物料。
所述横管连蒸具体为：将固体物料经螺旋输送器推进横管，形成物料塞，通入蒸汽，在蒸汽及螺旋输送的翻动作用下进行充分混合蒸煮，使原料中的半纤维素高效溶出；所述蒸煮的压力优选为0.2～1.0MPa，蒸煮的时间优选为10～90min。
本发明采用横管连蒸技术，降低了单糖的溶出量，提高了半纤维素木聚糖的溶出率，降低了木聚糖酶的用量，同时改善了蒸煮液成分组成，提高了产品中木二糖和木三糖的比例。
横管连蒸得到蒸煮后的物料之后，将其进行木聚糖酶酶解反应，得到可溶性膳食纤维粗糖液。具体的，将蒸煮后的物料卸压喷入酶解罐中，向酶解罐中加入水，调整物料与水的质量比为1：(4～16)，调节其pH至3.5～6.5，加入木聚糖酶进行酶解，每千克干物质加入木聚糖酶1×104U～8×104U，进行酶解反应制得可溶性膳食纤维粗糖液。
本发明中，所述木聚糖酶可以是微生物菌株通过发酵制备的木聚糖酶，也可以是市场上购买的内切木聚糖酶。本发明优选为里氏木霉菌株经发酵、纯化制备的木聚糖酶。所述里氏木霉菌株编号为CICC 13052。
本发明优选的，所述里氏木霉菌株经发酵、纯化制备木聚糖酶的方法具体为：取2wt％～6wt％的玉米芯(20～80目)，0.25wt％～0.5wt％低聚木糖；0.25wt％～1wt％酵母提取物；0.25wt％～1wt％蛋白胨；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，制得产酶培养基；接种菌株于产酶培养基中，28～32℃，发酵培养64～84h，板框过滤，固液分离，得木聚糖酶粗酶液。粗酶液采用超滤进行浓缩10～50倍，采用凝胶过滤层析(Sephdex G-75)进行分离，收集20000-90000Da内切木聚糖酶活性蛋白。
本发明中，所述酶解反应的温度优选为40℃～80℃，反应时间优选为4h～20h。本发明优选的，酶解反应结束后，将体系升温至80℃～100℃，保温10min～60min，对木聚糖酶进行灭活处理，通过带式挤干机或真空转鼓过滤。
本发明将连续逆流浸提技术与横管连蒸技术应用于可溶性膳食纤维的提取工艺，有效的削弱了原料中半纤维素大分子间的结合力，使半纤维素从木质纤维素成分中游离出来。这种游离的半纤维素更有利于酶解，与传统工艺相比，提高了木聚糖酶的酶解效率，降低了木聚糖酶的使用量。同时采用木聚糖酶纯化工艺，实现了木聚糖酶以内切型为主，避免了木糖苷酶等外切木聚糖酶进一步降解低聚木糖为木糖，提高了低聚木糖总收率，同时避免了纤维素酶对纤维素组分降解成纤维二糖的缺点；通过筛选合适的木聚糖酶，优化了水溶性膳食纤维中的功效成分组成，提高了木二糖、木三糖为主的功效成分的比例。
得到可溶性膳食纤维粗糖液后，对其进行脱色、除盐、过滤，得到可溶性膳食纤维糖液；
本发明对所述脱色、除盐、过滤的方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的方法。
本发明优选的，所述脱色的方法为活性炭脱色，所述活性炭优选为食品级活性炭，所述活性炭的添加量优选为粗糖液重量的0.1％～2％，脱色温度优选为60～100℃，脱色时间优选为10～60min，脱色结束后进行固液分离，得到脱色后的粗糖液。
所述除盐的方法为离子交换除盐，具体的，经阳-阴-阳离子交换树脂除盐，每小时粗糖液流速优选为树脂体积的1～5倍。
所述过滤为超滤。所述超滤膜孔径优选为3000Da～6000Da，超滤除去大分子糖类后，即可得到可溶性膳食纤维糖液。
所述糖液经过浓缩或干燥，即可得可溶性膳食纤维I；所述可溶性膳食纤
维I中，低聚木糖纯度为80％以上。
具体的，所述糖液经过浓缩，得到的可溶性膳食纤维I为低聚木糖糖浆。本发明对所述浓缩的方法并无特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的浓缩方法，优选的，所述浓缩采用三效蒸发器浓缩，一效温度优选为80～90℃，二效温度优选为70～80℃，三效温度优选为60～70℃。
所述糖液经过干燥得到的可溶性膳食纤维I为低聚木糖糖粉。本发明对所述干燥的方法没有特殊限定，可以为本领域技术人员熟知的干燥方法，本发明优选为真空带式干燥、真空耙式干燥或喷雾干燥。
本发明优选的，所述真空带式干燥的参数为：真空带式干燥机的干燥三个加热蒸发区，一段温度为90～115℃，二段加热温度为100～115℃，三段加热温度为80～100℃，冷却区温度为10～35℃，真空为-0.08～-0.098MPa，涂布厚度为0.3～1cm。
真空耙式干燥的参数为：加热温度为80～100℃，真空为-0.04～-0.096MPa，耙齿转速为6～12rpm。
喷雾干燥的参数为：热风进口温度为100～180℃，出口温度为65～130℃。
上述制备方法得到可溶性膳食纤维I后，优选的，还包括步骤(F)：
对上述制备的可溶性膳食纤维进行色谱分离，得到可溶性膳食纤维II和提余液；
本发明所述色谱分离，优选采用模拟移动床色谱分离系统，优选的系统压力为0.8～1.1MPa，进料糖液的质量分数为40％～60％。
所述可溶性膳食纤维II中，低聚木糖纯度为90％以上。所述低聚木糖组分与上述纯度90％以上低聚木糖相同，在此不再赘述。
本发明中，所述可溶性膳食纤维II也可以经过浓缩得到糖浆，或经过干燥得到糖粉。所述浓缩或干燥的方法同上，在此不再赘述。
所述提余液组分为：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％。本发明通过研究发现，所述提余液中富含阿拉伯糖，阿拉伯糖具有抑制蔗糖代谢和吸收的作用，可选择性的对肠道内蔗糖酶的活性起非竞争性抑制作用，使得肠道对蔗糖的吸收明显减少，血糖浓度也因此降低。另外，阿拉伯糖可非竞争性抑制存在
于小肠粘膜的微绒毛表面(粘膜绒毛缘)的蔗糖酶等二糖分解酶，其结果是碳水化合物分解为葡萄糖或果糖的速度减缓，吸收减少，因此在抑制糖转化为脂肪的同时，还抑制了进食后血糖值的急剧上升(高血糖)，并可持续饱腹感，抑制食欲，达到减肥效果。
因此，本发明优选的，得到可溶性膳食纤维II和提余液后，还包括步骤(G)：
将得到富含阿拉伯糖的提余液与上述制备的可溶性膳食纤维I糖液复配，得到特定比例组合的低聚木糖、阿拉伯糖可溶性膳食纤维III，不仅实现资源的有效利用，同时该组合物具有明显降低血糖、血脂作用。
本发明优选的，所述提余液与可溶性膳食纤维I糖液的体积比为1:(1～7)。
所述可溶性膳食纤维III中，低聚木糖纯度为70％以上。所述低聚木糖与上述纯度70％以上低聚木糖相同，在此不再赘述。
本发明中，所述可溶性膳食纤维III也可以经过浓缩得到糖浆，或经过干燥得到糖粉。所述浓缩或干燥的方法同上，在此不再赘述。
本发明通过将提余液进行复配，获得了新产品，对提余液进行了重复利用，实现资源的有效利用，提高了清洁生产水平，具有很好的工业利用前景。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的可溶性膳食纤维及其制备方法进行详细描述。
实施例1
将玉米芯原料粉碎成粒径为2cm的颗粒，置于连续逆流提取器中，加入乙醇，原料和乙醇加入量的比为1g:5mL，控制温度为40℃，提取时间为30min，后经连续固液分离使固体物料和富含色素、单糖的浸出液高效分离，回收乙醇重复利用。对浸出液组分进行检测，检测条件为：色谱柱为Shodex sugar KS-802，流动相为超纯水，柱温80℃。浸出液高效液相色谱图谱中，各种物质的峰面积百分比见表1，表1为本发明实施例1～2浸出液组分汇总。
固体物料经螺旋输送器推进横管，形成物料塞，直接通入蒸汽，在蒸汽及螺旋输送的翻动作用下进行充分混合，蒸煮压力为0.6MPa，蒸煮时间为20min，使原料中的半纤维素高效溶出，得到溶出液和蒸煮后的物料(即表格中的产品)，对二者组分进行检测，检测条件为：色谱柱为Shodex sugar KS-802，流动相为超纯水，柱温80℃。高效液相色谱图谱中，各种物质的峰面积百分比
见表2，表2是本发明实施例1～2溶出液以及蒸煮后的物料组分汇总。
将蒸煮后的物料卸压喷入酶解罐中，向酶解罐中加入工艺水，使蒸煮后的物料与工艺水的质量比为1：8，调节其pH至4.0，每千克干物质加入3×104U单位活性的木聚糖酶，酶解温度为65℃，酶解反应时间为14h，酶解结束后升温至90℃，保温50min，对木聚糖酶进行灭活。后经真空转鼓过滤，获得可溶性膳食纤维粗糖液以及滤渣。
在制备的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量为粗糖液重量的0.3％，脱色温度为80℃，脱色时间为30min，脱色结束后进行板框过滤，过滤速度为12.5m3/h，控制滤液透光率大于50％，滤液进行离子交换，控制离交液的透光率大于70％，电导率小于50μs/cm，后经超滤去除大分子糖类，得可溶性膳食纤维糖液。
将上述可溶性膳食纤维糖液分为三部分，一部分经过三效浓缩得产品糖浆，三效蒸发器的温度如下：一效温度85℃，二效温度75℃，三效温度为65℃，制备得到低聚木糖糖浆，记为产品A，通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图2，图2是产品A的HPLC图谱。产品A组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为87.59％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为69.84％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
第二部分进行真空带式干燥，参数为：一段温度为100℃，二段加热温度为105℃，三段加热温度为90℃，冷却区温度为20℃，真空度为-0.085MPa，布料速度为42L/h，涂布厚度为0.5cm，履带速度为30m/h，制备得到低聚木糖糖粉，记为产品B，通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图3，图3是产品B的HPLC图谱，产品B组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为89.56％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为70.65％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
第三部分进行色谱分离，通过模拟移动床的色谱分离系统，控制进料速度为0.3m3/h，系统压力为0.9MPa，进料液糖质量分数为50％，得到可溶性膳食纤维II和提余液。将制备的可溶性膳食纤维II喷雾干燥得高组分低聚木糖糖粉，记为产品C，喷雾干燥热风进口温度为160℃，出口温度为100℃，物料流量为0.9m3/h，通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图4，图4是产品C
的HPLC图谱，产品C组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为97.27％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为71.39％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。将色谱分离后的提余液与可溶性膳食纤维糖液复配，体积比为1：5，复配糖液经真空带式干燥得低组分低聚木糖粉，记为产品D，真空带式干燥机工作参数：一段温度为100℃，二段加热温度为105℃，三段加热温度为90℃，冷却区温度为20℃，真空度为-0.085MPa，布料速度为42L/h，涂布厚度为0.5cm，履带速度为25m/h。通过HPLC对产品D的纯度进行检测，结果见图5，图5是产品D的HPLC图谱，产品D组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为70.49％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为48.93％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
本实施例中所用木聚糖酶，其生产菌株为里氏木霉Trichoderma reesei，菌株编号：CICC 13052，购自中国工业微生物菌种保藏管理中心,，木聚糖酶由该菌株经过发酵、纯化制得，具体制备方法为：取2-6％玉米芯(20-80目)；0.25-0.5％低聚木糖；0.25-1％酵母提取物；0.25-1％蛋白胨；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，制得产酶培养基；接种菌株于产酶培养基中，28～32℃，发酵培养64-84h，板框过滤，固液分离，得木聚糖酶粗酶液。粗酶液采用超滤进行浓缩10～50倍，采用凝胶过滤层析(Sephdex G-75)进行分离，收集20000-90000Da蛋白，即内切性木聚糖酶。
表1本发明实施例1～2浸出液组分汇总
表2是本发明实施例1～2与比较例1溶出液及产品组分比较
其中，“-”为未检测出；高聚糖指聚合度＞7的聚糖。
由表1和表2可以看出，本发明通过采用连续逆流浸提技术，除去大部分单糖，同时采用横管连蒸技术，使得溶出液中高聚糖含量高，葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等单糖含量低，进而影响酶解工序后的产物组分，同时提高了半纤维素木聚糖的溶出率，降低了木聚糖酶的用量。
实施例2：
将玉米芯原料粉碎成粒径为4cm颗粒，置于连续逆流提取器中，加入质量浓度为0.5％KOH水溶液，原料与水溶液加入量比为1g:8mL，控制温度为70℃，提取时间为40min，后经连续固液分离使固体物料和富含色素、单糖的浸出液高效分离。
固体物料经螺旋输送器推进横管，形成物料塞，直接通入蒸汽，在蒸汽及螺旋输送的翻动作用下进行充分混合，蒸煮压力为0.4MPa，蒸煮时间为50min，使原料中的半纤维素高效溶出。将蒸煮后的物料卸压喷入酶解罐中，向酶解罐中加入工艺水，使蒸煮后的物料与工艺水的质量比为1：6，调节其pH值5.5，按照每千克干物质的固体物料加入4×104U单位活性木聚糖酶的比例，加入木聚糖酶，酶解温度为50℃，酶解反应时间为8h，酶解结束后升温至95℃，保温30min，对木聚糖酶进行灭活。后经带式挤干机过滤，获得可溶性膳食纤维粗糖液以及滤渣。
在制备的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量为粗糖液重量的0.36％，脱色温度为80℃，脱色时间为30min，脱色结束后进行固液分离，过滤速度为13.75m3/h，控制滤液透光率大于50％，滤液进行离子交换，控制离交液的透光率大于70％，电导率小于50μs/cm，后经超滤去除大分子糖类，得可溶性膳食纤维糖液。
将上述可溶性膳食纤维糖液分为三部分，一部分经过三效浓缩得产品糖浆，记为产品E，三效蒸发器的温度：一效温度90℃，二效温度80℃，三效温度为70℃。通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图6，图6是产品E的HPLC图谱，产品E组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为81.63％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为72.02％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。第二部分经过真空耙式干燥制得低聚木糖糖粉，记为产品F，工作参数：加热温度为95℃，真空度为-0.090MPa，耙齿转速为6rpm。通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图7，图7是产品F的HPLC图谱，产品F组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为82.53％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为70.76％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。第三部分通过模拟移动床的色谱分离系统，控制进料速度为0.25m3/h，系统压力为1.0MPa，进料液糖质量分数为56％，将色谱后的高组分提取液真空带式干燥制备高组分低聚木糖糖
粉，记为产品G，真空带式干燥机工作参数：一段温度为105℃，二段加热温度为110℃，三段加热温度为95℃，冷却区温度为25℃，真空度为-0.090MPa，布料速度为42L/h，涂布厚度为0.3cm，履带速度为25m/h。通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图8，图8是产品G的HPLC图谱，产品G组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为97.15％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为73.29％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。将色谱分离后的提余液与可溶性膳食纤维糖液复配，体积比为1：7，复配糖液经真空耙式干燥得低组分低聚木糖粉，记为产品H，真空耙式干燥机工作参数：加热温度为90℃，真空度为-0.090MPa，耙齿转速为8rpm。通过HPLC对其纯度进行检测，结果见图9，图9是产品H的HPLC图谱，产品H组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为70.49％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为48.74％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
本实施例中所用的木聚糖酶同实施例1。
比较例1
将玉米芯原料粉碎成粒径0.5cm的颗粒，进行高温蒸煮，溶液为工艺水，温度为150℃，时间为40min。
将蒸煮后的物料卸压喷入酶解罐中，向酶解罐中加入工艺水，使蒸煮后的物料与工艺水的质量比为1：6，调节其pH值5.5，按照每千克干物质的固体物料加入1×105U单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级200000U/g的木聚糖酶，酶解温度为50℃，酶解反应时间为8h，酶解结束后升温至95℃，保温30min，对木聚糖酶进行灭活。后经带式挤干机过滤，获得可溶性膳食纤维粗糖液以及滤渣。
在制备的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量为粗糖液重量的0.6％，脱色温度为80℃，脱色时间为30min，脱色结束后进行固液分离，过滤速度为6.25m3/h，控制滤液透光率大于50％，滤液进行离子交换，控制离交液的透光率大于70％，电导率小于50μs/cm，后经超滤去除大分子糖类，得可溶性膳食纤维糖液。制备得到低聚木糖糖浆，通过HPLC对其纯度进行检测，图10为上述产品的HPLC图谱，根据其25.170s出现的纤维二糖吸收峰，可以看出其中纤维二糖含量为1.85％；产品组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为70.26％，
木二糖、木三糖(X2-3)含量为44.78％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
比较例2
将玉米芯原料粉碎成粒径1cm的颗粒，进行蒸汽爆破预处理，参数为：压力1.5MPa，保压3min。将预处理的物料卸压喷入酶解罐中，向酶解罐中加入工艺水，使蒸煮后的物料与工艺水的质量比为1：6，调节其pH值5.5，按照每千克干物质的固体物料加入9×104U单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级200000U/g的木聚糖酶，酶解温度为50℃，酶解反应时间为8h，酶解结束后升温至95℃，保温30min，对木聚糖酶进行灭活。后经带式挤干机过滤，获得可溶性膳食纤维粗糖液以及滤渣。
在制备的粗糖液加入活性炭，活性炭的添加量为粗糖液重量的0.8％，脱色温度为80℃，脱色时间为30min，脱色结束后进行固液分离，过滤速度为7.5m3/h，控制滤液透光率大于50％，滤液进行离子交换，控制离交液的透光率大于70％，电导率小于50μs/cm，后经超滤去除大分子糖类，得可溶性膳食纤维糖液。制备得到糖浆，通过HPLC对其纯度进行检测，图11为产品的HPLC图谱，根据其25.175s出现的纤维二糖吸收峰，可以看出其中纤维二糖含量为2.99％；产品组分见表6，低聚木糖纯度(X2-7)为70.23％，木二糖、木三糖(X2-3)含量为42.79％。表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
实施例3
1)对实施例1～2、比较例1～2活性炭添加量以及过滤速度进行对比，结果见表3，表3为实施例1～2、比较例1～2活性炭添加量以及过滤速度对比。
表3实施例1～2、比较例1～2活性炭添加量以及过滤速度对比
| 活性炭添加量(％) | 料液板框过滤速度(m3/h) | |
| 实施例1 | 0.3％ | 12.5 |
| 实施例2 | 0.36％ | 13.75 |
| 比较例1 | 0.6％ | 6.25 |
| 比较例2 | 0.8％ | 7.5 |
由表3可知：经连续逆流浸提处理后，脱色过程中活性炭添加量降低了40％-50％、料液板框过滤速度提升了100％-120％，降低了脱色成本，提高了
生产效率。
2)对实施例1～2、比较例1～2木聚糖酶添加量进行对比，结果见表4，表4为实施例1～2、比较例1～2木聚糖酶添加量对比。
表4实施例1～2、比较例1～2木聚糖酶添加量对比
| 项目 | 木聚糖酶添加量(U/kg干物质原料) |
| 实施例1 | 3×104U |
| 实施例2 | 4×104U |
| 比较例1 | 1×105U |
| 比较例2 | 9×104U |
由表4可以看出，本发明通过横管连蒸预处理，使玉米芯半纤维素长链结构断裂成半纤维素短链，更有利于木聚糖酶酶解，减少了木聚糖酶的添加量，
降低了生产成本。
3)分别将实施例产品A、E及比较例1，2制备的可溶性膳食纤维糖液稀释为一定糖质量浓度(固形物)的溶液，用1cm比色皿测定280nm、420nm处的吸光值，具体结果如表5所示，表5是实施例1～2、比较例1～2制备的糖液色值比较结果汇总。
表5实施例1～2、比较例1～2制备的糖液色值比较结果汇总
由表5可以看出，本发明制备的低聚木糖糖浆在280nm和420nm的吸光值都得到大幅度下降，这说明本发明制备的低聚木糖产品色泽降低。
本发明中，浓度为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％；本发明中，浓度为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，产品口感更绵软、甘醇，成功解决了低聚木糖因色泽深而影响在某些领域的应用问题，拓宽了低聚木糖的应用范围。
4)对实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分进行对比，结果见表6，表6为实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比。
表6实施例1～2、比较例1～2制备的产品组分对比
其中：X2-7为低聚木糖纯度(含量)；X2-3为木二糖、木三糖总含量；X7为
木七糖及木七糖以上总含量；X6为木六糖含量；X5为木五糖含量；X4为木四糖含量；X3为木三糖含量；X2为木二糖含量；G2为纤维二糖含量。
国外产品为日本市售的低聚木糖。
产品A-H为实施例1、2中各产品；比较例1使用的是将比较例1制备的可溶性膳食纤维糖液进行浓缩得到的糖浆；比较例2使用的是将比较例2制备的可溶性膳食纤维糖液进行喷雾干燥得到的糖粉。
由表6可以看出：本发明制备的可溶性膳食纤维产品中，经检测均不含有纤维二糖，而比较例1制备的低聚木糖糖浆、比较例2制备的糖粉中以及日本市售低聚木糖产品中均含有2％左右含量的纤维二糖。本发明通过筛选合适的木聚糖酶，所制备的膳食纤维I和II产品中木二糖和木三糖所占低聚糖比例均≥70％，而国外90％纯度产品中木二糖和木三糖比例为51.65％；膳食纤维III中木二糖和木三糖所占低聚糖比例均≥48％，而比较例制备的产品中，产品木二糖和木三糖所占低聚糖比例为42.79％-44.78％之间。本发明制备的低聚木糖产品中，木七糖所占低聚糖比例均在1％左右，而比较例制备的产品中木七糖比例在5％-10％之间，日本市售产品中，木七糖及木糖以上组分所占低聚糖比例为3.53％。
因此，本发明通过筛选合适的木聚糖酶，优化了产品的功效成分组成，提高了木二糖、木三糖为主的功效成分的比例，降低了纤维二糖、聚合度大于等于七的聚糖等杂糖的生成，获得了比市售商品更高品质的新产品。
将实施例1～2、比较例1～2制备的产品，将样品配制成1～10mg/ml的低聚木糖浓度，采用HCL或者H2SO4作为酸化剂，氢离子浓度约为0.6mol/L，100℃水解90min，然后降温调节pH至色谱柱适宜范围，统计对比各产品酸解后生成的葡萄糖、木糖、阿拉伯糖含量情况，结果如表7所示，表7是实施例1～2、比较例1～2制备的产品酸解后单糖对比。
表7实施例1～2、比较例1～2制备的产品酸解后单糖对比
| 项目 | 葡萄糖(wt％) | 木糖(wt％) | 阿拉伯糖(wt％) |
| 产品A | 4.28 | 86.97 | 8.26 |
| 产品B | 4.73 | 85.9 | 7.62 |
| 产品C | 8.87 | 87.92 | 2.91 |
| 产品D | 6.16 | 84.09 | 8.75 |
| 产品E | 5.13 | 84.97 | 7.59 |
| 产品F | 5.82 | 83.22 | 7.64 |
| 产品G | 9.08 | 87.08 | 3.59 |
| 产品H | 7.17 | 82.97 | 8.02 |
| 比较例1 | 9.73 | 78.53 | 10.52 |
| 比较例2 | 9.26 | 79.13 | 9.92 |
| 国外产品 | 11.87 | 84.21 | 3.02 |
实施例4
取实施例1制备的产品A、C、D，以及比较例1、比较例2制备的产品，根据各产品低聚木糖纯度(即低聚木糖含量)，添加相同有效含量的低聚木糖(木二糖-木七糖总量相同)，然后添加到双歧杆菌(基础培养基)培养基中，低聚木糖有效含量占培养基质量的0.5wt％，进行体外培养，对照组不添加低聚木糖，对照组及各产品对应双歧杆菌增殖效果将图13，图13是实施例4中各产品对双歧杆菌增殖效果。
由图13可以看出，本发明制备的各产品对双歧杆菌的活菌数增殖效果明显高于比较例制备产品及不添加低聚木糖对照组。
实施例5
取实施例1制备的产品A、C、D，以及比较例1、比较例2制备的产品，根据各产品低聚木糖纯度(即低聚木糖含量)，添加相同有效含量的低聚木糖(木二糖-木七糖总量相同)，即各产品中木二糖-木七糖总量相同，然后作为甜味剂加入豆浆制品中，其中，有效低聚木糖添加量为1wt％，研究各产品双歧杆菌、乳酸杆菌体内增殖作用和对改善肠道菌群作用。
随机抽取100人，分5组，每组服用加入不同低聚木糖产品的豆浆250ml/
天，服用30天后，检验受试人群肠道菌群情况。实验结果见表8，表8是实施例5中各产品对人体肠道菌群检测结果：
表8产品对人体肠道菌群检测结果(logCFU/g X±SD)
由表8可知：本发明制备的低聚木糖对双歧杆菌、乳酸杆菌具有更好的增殖效果。
实施例6
取实施例1制备的产品A、C、D，以及比较例1、比较例2制备的产品，根据各产品低聚木糖纯度(即低聚木糖含量)，添加相同有效含量的低聚木糖(木二糖-木七糖总量相同)，即各产品中木二糖-木七糖总量相同，然后作为甜味剂加入到小鼠饲料中，其中，有效低聚木糖添加量为1wt％，研究各产品对小鼠血糖的影响。
动物与分组：取ICR小鼠120只，尾静脉注射四氧嘧啶45mg/kg.Bw，制造高血糖小鼠模型：分为六组，每组20只。第一组：对照组，即普通饲料组；第二组：饲料中添加产品D低聚木糖；第三组：饲料中添加产品A低聚木糖；第四组：饲料中添加产品C低聚木糖；第五组：饲料中添加比较例1制备的低聚木糖产品；第六组：饲料中添加比较例2制备的低聚木糖，其中，有效低聚木糖添加量为1wt％。上述小鼠喂食30天后测空腹血糖(禁食8小时)实验结果见表9；经喂食实验后空腹及餐后2小时血糖(每只鼠用葡萄糖1.5g/kg.Bw灌胃)见表10。
表9本发明实施例6中低聚木糖对高血糖小鼠空腹血糖影响结果汇总
表10本发明实施例6中低聚木糖对高血糖小鼠餐后血糖影响结果汇总
由表9及表10可知：本发明制备的产品可明显降低小鼠的血糖水平，效果优于比较例制备的产品。
由上述实施例及比较例可知，本发明通过采用连续逆流浸提技术以及横管连蒸技术，并选取特定的酶，制备得到了特定组分的可溶性膳食纤维，对双歧杆菌、乳酸杆菌具有更好的增殖效果，可明显降低血糖。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
- 一种可溶性膳食纤维，其特征在于，低聚木糖纯度为70％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为45％以上。
- 根据权利要求1所述的可溶性膳食纤维，其特征在于，所述低聚木糖水解后，单糖组分包括：木糖70wt％～86wt％，阿拉伯糖2wt％～15wt％。
- 根据权利要求1所述的可溶性膳食纤维，其特征在于，所述低聚木糖纯度为80％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为55％以上。
- 根据权利要求3所述的可溶性膳食纤维，其特征在于，所述低聚木糖水解后，单糖组分包括：木糖82wt％～88wt％，阿拉伯糖1wt％～12wt％。
- 根据权利要求1所述的可溶性膳食纤维，其特征在于，所述低聚木糖纯度为90％以上；所述低聚木糖中，木二糖、木三糖总含量为50％以上。
- 根据权利要求5所述的可溶性膳食纤维，其特征在于，所述低聚木糖水解后，单糖组分包括：木糖83wt％～99wt％，阿拉伯糖1wt％～5wt％。
- 根据权利要求1～6任一项所述的可溶性膳食纤维，其特征在于，所述可溶性膳食纤维为低聚木糖糖浆或低聚木糖糖粉。
- 一种可溶性膳食纤维的制备方法，包括：(A)对木质纤维素进行连续逆流浸提，分离得到固体物料；(B)对步骤(A)得到的固体物料进行横管连蒸蒸煮，得到蒸煮后的物料；(C)将步骤(B)得到的蒸煮后的物料进行木聚糖酶酶解反应，得到可溶性膳食纤维糖液粗糖液；(D)对步骤(C)得到的粗糖液进行脱色、除盐、过滤，得到可溶性膳食纤维糖液；(E)浓缩或干燥，得到可溶性膳食纤维I；所述可溶性膳食纤维I中，低聚木糖纯度为80％以上。
- 根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤(E)之后还包括：(F)对步骤(E)制备的可溶性膳食纤维I进行色谱分离，得到可溶性膳食纤维II和提余液；所述可溶性膳食纤维II中，低聚木糖纯度为90％以上。
- 根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(F)之后还包括:(G)将步骤(F)得到的提余液与步骤(D)得到的可溶性膳食纤维糖液复配，得到可溶性膳食纤维III；所述可溶性膳食纤维III中，低聚木糖纯度为70％以上。
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