本發(fā)明涉及一種納米細(xì)化技術(shù)，還涉及利用該技術(shù)制備的低聚糖及其在腸道健康中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

納米(英語(yǔ)：nanometre)是長(zhǎng)度單位，國(guó)際單位制符號(hào)為nm。原稱毫微米，就是10^-9米(10億分之一米)，即10^-6毫米(1000000分之一毫米)。如同厘米、分米和米一樣，是長(zhǎng)度的度量單位。相當(dāng)于4倍原子大小，比單個(gè)細(xì)菌的長(zhǎng)度還要小。國(guó)際通用名稱為nanometer，簡(jiǎn)寫nm。

現(xiàn)在的科學(xué)研究表明，顆粒的粒徑會(huì)影響藥物在體內(nèi)的分布，粒徑＜5μm的微?？梢酝ㄟ^肺，粒徑＜300nm的微?？梢赃M(jìn)入血液循環(huán)，粒徑＜100nm的微?？梢赃M(jìn)入骨髓，納米藥物更容易通過胃、腸粘膜和鼻腔粘膜，使口服、鼻腔給藥、透皮吸收藥物的生物利用度得到提高。粒子的納米化能夠呈現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，具體表現(xiàn)為量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)、表面效應(yīng)等。

目前納米粒子的制備方法一般分為兩大類：物理方法和化學(xué)方法。物理方法又稱為粉碎法，它是將固體材料由大變小，即將塊狀物質(zhì)粉碎制得納米粉體粒子；化學(xué)方法又稱構(gòu)筑法，它是由下限原子、離子、分子通過成核和生長(zhǎng)兩個(gè)階段合成納米材料。以化學(xué)為基礎(chǔ)之納米粉體制造方法可以得到數(shù)納米之粉體。但制造成本有時(shí)相當(dāng)高，且不易放大，粒徑分布亦較不均勻。目前，納米粉碎設(shè)備主要有多維擺動(dòng)式高能納米球磨機(jī)、多層次分級(jí)納米球磨機(jī)、高速納米粉碎機(jī)、高速剪切超細(xì)粉碎機(jī)、氣流粉碎機(jī)、超聲波納米粉碎機(jī)等。

魔芋精粉的主要成分為魔芋多糖，又稱魔芋葡甘聚糖(kgm)，是已知植物膠中黏度最大的天然高分子多糖，平均分子量為20萬(wàn)-200萬(wàn)da(道爾頓)，外形呈白色或奶油至淡棕黃色粉末，是由分子比為1：1.6的葡萄糖和甘露糖殘基通過β-(1，4)-糖苷鍵聚合而成，在某些糖殘基c-3上存在β(1，3)糖苷鍵組成的支鏈，主鏈上每32-80個(gè)糖殘基有1個(gè)支鏈，每條支鏈有幾個(gè)至幾十個(gè)糖殘基，主鏈上大約每19個(gè)糖殘基上有一個(gè)以酯鍵結(jié)合的乙酰基。

魔芋葡甘露聚糖具有多種優(yōu)良的特性，如凝膠性、可食用性、成膜性等，故在食品、醫(yī)藥、化工等各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域有著廣泛的用途。但kgm具有溶解度低、流動(dòng)性差等特性，其應(yīng)用受到一定的限制，為進(jìn)一步提高kgm的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，通常通過物理法、化學(xué)法和生物法等手段對(duì)其進(jìn)行降解。低聚甘露糖是kgm的降解產(chǎn)物，是一種非消化性寡糖，近些年大量研究發(fā)現(xiàn)其具有調(diào)節(jié)宿主腸道微生態(tài)環(huán)境，抑制有害菌的生長(zhǎng)，增殖有益菌的作用，在國(guó)內(nèi)外飼料、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

目前低聚甘露糖多采用酸水解法、酶解法獲得，前者特異性不高，且過程涉及酸堿容易造成環(huán)境污染。而酶解法的分離純化過程復(fù)雜，并且酶解法獲得的低聚糖分子量分布較低，使得魔芋功能成分的研究、應(yīng)用及其生理功效的發(fā)揮受到了極大地限制。同時(shí)，其無法精確控制其分子量，且分子量的測(cè)定十分繁瑣，這就會(huì)損耗了大量的工作。

隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染變得越來越嚴(yán)重，人們的食物也伴隨環(huán)境污染而被污染，飲食健康問題日益嚴(yán)重。因?yàn)轱嬍辰】档膯栴}，從而使得人們的腸道健康越來越差，體內(nèi)的有益菌越來越稀少了，腸道菌群失調(diào)越來越嚴(yán)重，長(zhǎng)此以往，身體健康堪憂。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種低聚糖的納米細(xì)化制備裝置和方法，能夠通過控制細(xì)化之后產(chǎn)品的粒徑，從而精確控制粉碎細(xì)化之后產(chǎn)品的分子量，獲得分子量分布集中的低聚糖，相比于現(xiàn)有的酶解法生產(chǎn)的低聚糖，該技術(shù)方法更便捷、環(huán)保，且生產(chǎn)成本降低，更具商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：一種低聚糖的納米細(xì)化制備裝置，包括粉碎筒，所述粉碎筒內(nèi)設(shè)置有攪拌棒，所述攪拌棒上設(shè)置有上下螺旋的攪拌葉，所述粉碎筒底部設(shè)置有電機(jī)，所述電機(jī)的輸出軸和所述攪拌棒相連，所述粉碎筒底部設(shè)置有進(jìn)料管，所述粉碎筒頂部設(shè)置有出料傳送帶，所述出料傳送帶靠近所述攪拌葉的最上端，所述粉碎筒外壁上環(huán)形設(shè)置有三圈超聲波部，每圈超聲波部設(shè)置有個(gè)超聲波發(fā)生器，所述粉碎筒外設(shè)置有冷卻筒，所述冷卻筒底部設(shè)置有進(jìn)水管而上方側(cè)壁上連接有出水管，所述出料傳送帶的另一端設(shè)置于集料斗上方，所述集料斗下方連接有泵，所述泵設(shè)置有出料部，所述出料部設(shè)置有第一出料管和第二出料管，所述第一出料管連接有氣流粉碎機(jī)，所述氣流粉碎機(jī)側(cè)壁設(shè)置有第一噴氣管和第二噴氣管，所述氣流粉碎機(jī)頂部設(shè)置有第三噴氣管，所述第一噴氣管、第二噴氣管和第三噴氣管的中軸線相交于一點(diǎn)，所述第二出料管連接有第一高壓泵和第二高壓泵，所述第一高壓泵的輸出端連接所述第一噴氣管，所述第二高壓泵的輸出端連接所述第二噴氣管，所述第三噴氣管連接有第三高壓泵，所述氣流粉碎機(jī)底部設(shè)置有出料管，所述出料管連接有物料中轉(zhuǎn)部，所述物料中轉(zhuǎn)部連接所述第一高壓泵、第二高壓泵和第三高壓泵，所述物料中轉(zhuǎn)部還連接有成品倉(cāng)，所述氣流粉碎機(jī)內(nèi)設(shè)置于擋流部，所述擋流部上設(shè)置有引流斜面，所述引流斜面和所述氣流粉碎機(jī)頂部之間設(shè)置有弧形的引流弧面，所述引流弧面端部和所述第三噴氣管相連，所述粉碎筒內(nèi)設(shè)置有研磨球。

一種上述的納米細(xì)化制備裝置生產(chǎn)低聚糖的方法，包括步驟一，將物料在粉碎筒內(nèi)粉碎加工90-270分鐘，攪拌棒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3000-9000轉(zhuǎn)/分，同時(shí)啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，將超聲波的頻率控制在30-100khz；步驟二，啟動(dòng)出料傳送帶，將攪拌葉旋轉(zhuǎn)帶上來的物料輸送至集料斗內(nèi)；步驟三，啟動(dòng)泵將集料斗內(nèi)的物料通過第一出料管輸送至氣流粉碎機(jī)，以及通過第二出料管輸送至第一高壓泵；步驟四，啟動(dòng)第一高壓泵，將物料通過第一噴氣管噴入氣流粉碎機(jī)內(nèi)和從第一出料管輸出的物料相碰撞，然后停止第一高壓泵；步驟五，啟動(dòng)第二高壓泵，將物料通過第二噴氣管噴入氣流粉碎機(jī)內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第二高壓泵；步驟六，啟動(dòng)第三高壓泵，將物料通過第三噴氣管噴入氣流粉碎機(jī)內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第三高壓泵；步驟七，重復(fù)步驟三至六，重復(fù)時(shí)間60-180分鐘；步驟八，物料中轉(zhuǎn)部將從出料管收集的物料運(yùn)輸至成品倉(cāng)，成品倉(cāng)內(nèi)的物料是成品低聚糖。

一種利用上述的方法生產(chǎn)的低聚糖，所述低聚糖的粒徑為1.5-10nm，分子量分布為400-4000da。其中絕大多數(shù)的分子量為2000-3000da范圍內(nèi)。這個(gè)粒徑和分子量范圍內(nèi)的低聚糖稱之為納米低聚糖。

一種利用上述的低聚糖在改善腸道健康中的應(yīng)用，將所述低聚糖作為食品添加劑、功能性食品原料、配料、特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品原料或配料，在食用這些物品或這些物品制成的產(chǎn)品之后，腸道內(nèi)有益菌增加，有害細(xì)菌減少，從而調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡，改善腸道健康。

本發(fā)明利用納米粉碎裝置將魔芋多糖粉碎至納米級(jí)的顆粒，控制這些顆粒的粒徑，從而獲得分子量主要分布在2000-3000da內(nèi)的多糖顆粒，將這些多糖顆粒命名為納米低聚甘露糖，混入食物之中食用后，可抑制有害菌，增殖有益菌，能夠大大的改善腸道健康。這種納米級(jí)別的低聚糖可作為食品添加劑、功能性食品原料、配料、特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品原料、配料，能夠應(yīng)用在食品、醫(yī)藥和飼料領(lǐng)域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明粉碎筒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明氣流粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明氣流粉碎機(jī)氣流示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：如圖1至圖3所示，一種低聚糖的納米細(xì)化制備裝置，包括粉碎筒1，所述粉碎筒1內(nèi)設(shè)置有攪拌棒13，所述攪拌棒13上設(shè)置有上下螺旋的攪拌葉131，所述粉碎筒1底部設(shè)置有電機(jī)11，所述電機(jī)11的輸出軸12和所述攪拌棒13相連，所述粉碎筒1底部設(shè)置有進(jìn)料管14，所述粉碎筒1頂部設(shè)置有出料傳送帶15，所述出料傳送帶15靠近所述攪拌葉131的最上端，所述粉碎筒1外壁上環(huán)形設(shè)置有三圈超聲波部，每圈超聲波部設(shè)置有7個(gè)超聲波發(fā)生器23，所述粉碎筒1外設(shè)置有冷卻筒2，所述冷卻筒2底部設(shè)置有進(jìn)水管21而上方側(cè)壁上連接有出水管22，所述出料傳送帶15的另一端設(shè)置于集料斗31上方，所述集料斗31下方連接有泵3，所述泵3設(shè)置有出料部32，所述出料部32設(shè)置有第一出料管321和第二出料管322，所述第一出料管321連接有氣流粉碎機(jī)4，所述氣流粉碎機(jī)4側(cè)壁設(shè)置有第一噴氣管5和第二噴氣管6，所述氣流粉碎機(jī)4頂部設(shè)置有第三噴氣管42，所述第一噴氣管5、第二噴氣管6和第三噴氣管42的中軸線相交于一點(diǎn)，所述第二出料管322連接有第一高壓泵和第二高壓泵，所述第一高壓泵的輸出端連接所述第一噴氣管5，所述第二高壓泵的輸出端連接所述第二噴氣管6，所述第三噴氣管42連接有第三高壓泵，所述氣流粉碎機(jī)4底部設(shè)置有出料管41，所述出料管41連接有物料中轉(zhuǎn)部，所述物料中轉(zhuǎn)部連接所述第一高壓泵、第二高壓泵和第三高壓泵，所述物料中轉(zhuǎn)部還連接有成品倉(cāng)，所述氣流粉碎機(jī)4內(nèi)設(shè)置于擋流部45，所述擋流部45上設(shè)置有引流斜面44，所述引流斜面44和所述氣流粉碎機(jī)4頂部之間設(shè)置有弧形的引流弧面43，所述引流弧面43端部和所述第三噴氣管42相連，所述粉碎筒1內(nèi)設(shè)置有研磨球。

一種上述的納米細(xì)化制備裝置生產(chǎn)低聚糖的方法，包括步驟一，將物料在粉碎筒1內(nèi)粉碎加工90-270分鐘，攪拌棒13的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為3000-9000轉(zhuǎn)/分，同時(shí)啟動(dòng)超聲波發(fā)生器，將超聲波的頻率控制在30k-100khz；步驟二，啟動(dòng)出料傳送帶15，將攪拌葉131旋轉(zhuǎn)帶上來的物料輸送至集料斗31內(nèi)；步驟三，啟動(dòng)泵3將集料斗31內(nèi)的物料通過第一出料管321輸送至氣流粉碎機(jī)4，以及通過第二出料管322輸送至第一高壓泵；步驟四，啟動(dòng)第一高壓泵，將物料通過第一噴氣管5噴入氣流粉碎機(jī)4內(nèi)和從第一出料管321輸出的物料相碰撞，然后停止第一高壓泵；步驟五，啟動(dòng)第二高壓泵，將物料通過第二噴氣管6噴入氣流粉碎機(jī)4內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第二高壓泵；步驟六，啟動(dòng)第三高壓泵，將物料通過第三噴氣管42噴入氣流粉碎機(jī)4內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第三高壓泵；步驟七，重復(fù)步驟三至六，重復(fù)時(shí)間60-180分鐘；步驟八，物料中轉(zhuǎn)部將從出料管41收集的物料運(yùn)輸至成品倉(cāng)，成品倉(cāng)內(nèi)的物料是成品低聚糖。

一種利用上述的方法生產(chǎn)的低聚糖，所述低聚糖的粒徑為1.5-10nm，分子量分布為400-4000da。其中絕大多數(shù)的分子量為2000-3000da范圍內(nèi)。這個(gè)粒徑和分子量范圍內(nèi)的低聚糖稱之為納米低聚糖。

一種利用上述的低聚糖在改善腸道健康中的應(yīng)用，將所述低聚糖作為食品添加劑、功能性食品原料、配料、特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品原料或配料，在食用這些物品或這些物品制成的產(chǎn)品之后，腸道內(nèi)有益菌增加，有害細(xì)菌減少，從而調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡，改善腸道健康。

上述納米低聚糖的原料可以是富含葡甘聚糖或半乳甘露聚糖的植物原料，包括魔芋、瓜爾豆膠、槐豆膠和田菁膠。也可以選擇其他的材料，例如酵母細(xì)胞壁，用于制成所需要的低聚糖成品。

本發(fā)明的納米細(xì)化技術(shù)是混合細(xì)化的方法，通過控制機(jī)器的粉碎時(shí)間，轉(zhuǎn)速來控制粉碎后成品的粒徑。

現(xiàn)有的酶解得到的低聚甘露糖，其分子量分布比較低，大多數(shù)為400-2000da，其改善腸道生理功效的能力較低。此外，因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)下檢測(cè)多糖分子量是一個(gè)十分復(fù)雜繁瑣的過程，尤其是對(duì)酶解得到的低聚甘露糖進(jìn)行檢測(cè)分子量，更是操作復(fù)雜，成本高。

本方案中提供的裝置，生產(chǎn)的低聚甘露糖產(chǎn)品的粒徑整體分布近似于正態(tài)分布。進(jìn)過多次的檢測(cè)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)，本裝置生產(chǎn)的低聚甘露糖的粒徑處于1.5-10nm范圍內(nèi)，并且相對(duì)應(yīng)的分子量分布于400-4000da之間，其中絕大多數(shù)為2000-3000da這一分子段的低聚甘露糖，其改善腸道功能的生理功效較強(qiáng)。本裝置生產(chǎn)的低聚甘露糖，其粒徑和分子量呈現(xiàn)一種對(duì)應(yīng)關(guān)系。這就大大簡(jiǎn)化了檢測(cè)過程，只要檢測(cè)顆粒的粒徑即可，從而節(jié)省了大量的工作時(shí)間。也即，通過本裝置生產(chǎn)的低聚甘露糖，只要將粒徑控制在1.5-10nm的范圍內(nèi)，就能夠保證分子量絕大多數(shù)分布于2000-3000da之間。

本發(fā)明將物料在粉碎筒1內(nèi)粉碎加工時(shí)間為90-270分鐘，再將攪拌棒13的轉(zhuǎn)動(dòng)速度設(shè)定為3000-9000轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過初步粉碎細(xì)化之后，再將其輸送至氣流粉碎機(jī)4內(nèi)進(jìn)行為時(shí)60-180分鐘的精細(xì)粉碎細(xì)化，就能夠獲得粒徑在1.5-10nm之內(nèi)，分子量主要分布在2000-3000da之間的低聚糖顆粒。這些納米級(jí)別的低聚甘露糖具有強(qiáng)效增殖有益菌，抑制有害細(xì)菌，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡的功能。它可作為食品添加劑，功能性食品原料、配料，特殊醫(yī)學(xué)用途配方食品原料、配料等應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、飼料等領(lǐng)域。

實(shí)驗(yàn)案例：

利用小鼠分成三組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過檢測(cè)小鼠糞便內(nèi)的細(xì)菌指標(biāo)，判斷實(shí)驗(yàn)效果。

實(shí)驗(yàn)方法：

將150只雄性成年純種小鼠，隨機(jī)分成空白組、實(shí)驗(yàn)組1和實(shí)驗(yàn)組2，每組50只。

在喂食之前，無菌采取小鼠的糞便，檢查乳桿菌、雙歧桿菌、腸桿菌、腸球菌、擬桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等指標(biāo)。

空白組小鼠以正常的食物喂食，實(shí)驗(yàn)組1小鼠每天喂食添加了低聚甘露糖(酶解制備所得，純度是90％)的食物，實(shí)驗(yàn)組2小鼠每天喂食添加了納米低聚甘露糖的食物；在14天后再次檢驗(yàn)上述指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果如下表1：

表1腸道菌群檢驗(yàn)結(jié)果(logcfu/g)

*與空白組比較，p＜0.01；△與喂食前比較，p＜0.01；

與空白組比較，實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2在喂食前各檢驗(yàn)指標(biāo)數(shù)量均無顯著性差異(p＞0.05)。灌胃14d后菌群數(shù)量發(fā)生有益的變化，與空白組比較，實(shí)驗(yàn)組1，實(shí)驗(yàn)組2中的雙歧桿菌，乳桿菌的數(shù)量顯著增加，差異性極顯著(p<0.01)；腸桿菌、腸球菌、擬桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)。

在喂食前后自身相比中，空白組各試驗(yàn)指標(biāo)數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)，實(shí)驗(yàn)組1在喂食前后自身相比中，喂食后小鼠的雙歧桿菌和乳桿菌的數(shù)量顯著增加(p<0.01)，腸桿菌、腸球菌、擬桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)，實(shí)驗(yàn)組2中在喂食前后自身相比中，喂食后小鼠的雙歧桿菌，乳桿菌和擬桿菌的數(shù)量顯著增加(p<0.01)，腸桿菌、腸球菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)。喂食低聚甘露糖(酶解制備)和納米低聚甘露糖都能增殖有益菌群數(shù)量，與酶解制備的低聚甘露糖相比，納米低聚甘露糖在增殖有益菌的作用效果更明顯。

本發(fā)明的保護(hù)范圍包括但不限于以上實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，任何對(duì)本技術(shù)做出的本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易想到的替換、變形、改進(jìn)均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。