專利名稱:魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)副產(chǎn)品加工技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
功能性低聚糖(functional oligosaccharide)是由2-10個(gè)相同或不同的單糖以糖苷鍵聚合而成、不被人體胃酸、胃酶降解、不在小腸吸收、可到達(dá)大腸的具有促進(jìn)雙歧桿菌增殖的糖類。從20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始，功能性低聚糖以其優(yōu)良的性能在世界保健食品中獨(dú)樹(shù)一幟，國(guó)際上已有十多種功能性低聚糖實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，日本在低聚糖研發(fā)領(lǐng)域走在世界前列，目前積極尋找低聚糖新原料、研究低聚糖的新功能、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。我國(guó)在該領(lǐng)域的研究始于20世紀(jì)90年代，起步較晚，但發(fā)展迅速，需求量逐年增加，目前國(guó)內(nèi)投放市場(chǎng)的絕大多數(shù)功能性低聚糖產(chǎn)品均屬于普通級(jí)低聚糖，較常見(jiàn)的低聚糖有低聚異麥芽糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚木糖、大豆低聚糖等，總的來(lái)說(shuō)應(yīng)用的品種較少。我國(guó)正處于膳食營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)迅速變化的關(guān)鍵時(shí)期，約7. 6億人處于亞健康狀態(tài)，據(jù)2010年底統(tǒng)計(jì)，2007年中國(guó)有4000萬(wàn)人患糖尿病，至2010年總?cè)藬?shù)已發(fā)展到9200萬(wàn)，三年間發(fā)病率猛增1. 3倍。由此國(guó)家公眾營(yíng)養(yǎng)中心推動(dòng)“低聚糖項(xiàng)目”，該項(xiàng)目自2007年I月16日實(shí)施。因此亟待利用科技手段開(kāi)發(fā)出新型、優(yōu)質(zhì)的功能性糖類，為廣大消費(fèi)者的健康造福。
葡甘低聚糖是由葡萄糖和甘露糖以β_1，4糖苷鍵連接組成的雜聚寡糖，最初從酵母的細(xì)胞壁中提取獲得，后來(lái)在魔芋(Amorphophallus Konjac K. Koch)植物中發(fā)現(xiàn)了高含量的魔芋葡甘聚糖Ofo/U'ac中葡甘聚糖含量可達(dá)干重的60%,研究者通過(guò)控制魔芋葡甘聚糖非徹底降解獲得不同聚合度的魔芋葡甘低聚糖oligosaccharide, K0S),此種低聚糖兼具多種特殊生理功能,與其他功能性低聚糖相比,對(duì)雙歧桿菌的增殖效果更優(yōu)，還具有抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、抑制血糖升高、降低血脂、抗病毒及免疫調(diào)節(jié)等生理功能，這使得魔芋葡甘低聚糖在消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊前景；另外，我國(guó)作為魔芋葡甘低聚糖原料一魔芋的主 產(chǎn)地，在資源方面具有很大優(yōu)勢(shì)，各地建立的魔芋種植基地或工業(yè)科技園也初成規(guī)模；而且國(guó)內(nèi)多家學(xué)術(shù)研究團(tuán)體正致力于魔芋葡甘低聚糖的基礎(chǔ)及應(yīng)用研究。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)開(kāi)發(fā)高品質(zhì)魔芋葡甘低聚糖的研究不斷升溫，各大高校、科研單位紛紛與企業(yè)聯(lián)手，研究結(jié)果層出不窮。從目前研究結(jié)果來(lái)看，國(guó)內(nèi)對(duì)魔芋葡甘低聚糖的開(kāi)發(fā)主要還處于試驗(yàn)階段，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上基本無(wú)此類商品。從制備方法來(lái)看，普遍采用酶解法，以魔芋精粉為原料制備葡甘低聚糖，并對(duì)其水解產(chǎn)物成分進(jìn)行分析測(cè)定，以期得到其最合適的水解條件，應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。
已有的研究報(bào)道包括華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的張迎慶等利用纖維素酶制備魔芋葡甘低聚糖，其最適條件為10 g魔芋精粉、500 U纖維素酶加入到0.2 mol/L醋酸一醋酸鈉的緩沖液(pH值為5. 0) IOOmL中40°C時(shí)反應(yīng)2 h后，用50%的乙醇溶液去雜，取濾渣真空濃縮制得KGM低聚糖，其分子量主要分布在數(shù)均相對(duì)分子量5100,重均相對(duì)分子量7160。
江南大學(xué)的李劍芳等利用黑曲霉菌株(Aspergillus niger) LW-1所產(chǎn)生的酸性β -甘露聚糖酶對(duì)魔芋膠進(jìn)行水解制備魔芋葡甘低聚糖。通過(guò)試驗(yàn)研究了酶解時(shí)間、酶解溫度、魔芋膠濃度、加酶量、緩沖液PH值對(duì)水解程度的影響，并確定酶解的最佳工藝條件為魔芋膠濃度150 g/L，加酶量50 IU/g值(魔芋膠)，酶解溫度50°C，酶解時(shí)間6 h。
湖北工學(xué)院生物工程系的李慶國(guó)等以魔芋精粉為原料，確定了利用商業(yè)酶制備魔芋低聚糖的最適條件為將魔芋精粉10 g投入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器圓底燒瓶中，加入O. 2 molPL醋酸-醋酸鈉的緩沖液(PH值為5. 0)100 mL和纖維素酶500 U，恒溫40°C，間隔15min旋轉(zhuǎn)(500 r/ min) I min，酶解2 h，再用75%的工業(yè)酒精漂洗除去雜質(zhì)即得到魔芋低聚糖。
中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院的王紹云首先對(duì)鮮魔芋經(jīng)行預(yù)處理，制得魔芋粗粉，再利用商業(yè)中性甘露聚糖酶降解魔芋，討論了反應(yīng)時(shí)間、酶底比、反應(yīng)pH和反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)的影響，采用響應(yīng)面優(yōu)化確定反應(yīng)時(shí)間3.4 h，反應(yīng)溫度41 °C，反應(yīng)pH 7.1，酶底比為O. 49時(shí)為最佳反應(yīng)參數(shù)。
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)周海燕利用篩選出的葡甘聚糖酶的高活性菌株，對(duì)產(chǎn)生酶的性質(zhì)進(jìn)行研究。最后，用該粗酶液降解魔芋精粉制備魔芋葡甘低聚糖，按1:300的質(zhì)量添加魔芋精粉，50°C作用10 h，制成葡甘低聚糖漿，再經(jīng)噴霧干燥制成糖粉。
·[0010]廣東工業(yè)大學(xué)余紅英等利用枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的胞外β -甘露聚糖酶水解魔芋膠，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)回歸分析并結(jié)合工業(yè)化生產(chǎn)成本兩個(gè)方面考慮得出最佳的酶解條件為加酶量30 U/g，酶解時(shí)間6 h，溫度40°C，魔芋膠濃度3%，pH為水的自然pH。
除此之外，南開(kāi)大學(xué)的楊文博，江南大學(xué)的徐春梅，華中科技大學(xué)的吳鳳等，均對(duì)酶法制備魔芋低聚糖進(jìn)行了探索，其主要方法都是配制低濃度的魔芋葡甘聚糖溶液加入酶進(jìn)行酶解的。由此可見(jiàn)，酶法生產(chǎn)低聚糖產(chǎn)品是目前產(chǎn)業(yè)化的趨勢(shì)。同時(shí)，也不難看出生物發(fā)酵法與酶法的結(jié)合正成為葡甘露低聚糖制備研究的另一熱點(diǎn)。
魔芋葡甘低聚糖制備已申請(qǐng)的發(fā)明專利情況如下
“一種魔芋低聚糖的制備方法”(公開(kāi)號(hào)CN1733786)公開(kāi)了一種魔芋低聚糖的制備方法。該方法采用紫外光照射魔芋精粉水溶膠，經(jīng)凍干或噴霧干燥或乙醇沉淀過(guò)濾干燥得到魔芋低聚糖。
“一種高純度魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法”(公開(kāi)號(hào)CN1760211)，通過(guò)輻照技術(shù)，采用放射源鈷60 Y -射線將魔芋葡甘聚糖大分子結(jié)構(gòu)降解，經(jīng)乙醇洗滌除去雜質(zhì)，再在離子交換樹(shù)脂的作用下，除去葡萄糖，獲得純度在85%以上，葡萄糖含量3%以下的低聚糖，商品價(jià)值大大提聞。
“中性β—甘露聚糖酶降解魔芋精粉生產(chǎn)葡甘露低聚糖技術(shù)”(CN1408879)的酶解條件為20%底物濃度、150u/g酶量、40-50°C、pH5. 0-7. O、反應(yīng)2hr。
“酶酸結(jié)合水解提取魔芋葡甘低聚糖的工藝方法”(申請(qǐng)日2010-05-16)則是將
酶解與酸水解結(jié)合，降解魔芋葡甘聚糖。
從已有的專利申請(qǐng)和發(fā)表的文獻(xiàn)看，使用魔芋葡甘聚糖為原料制備魔芋葡甘低聚糖，有物理法(如輻照)、化學(xué)法(如酸水解)和生物法(如酶解)等，其中主要為酶解法，而酶解過(guò)程都要將魔芋葡甘聚糖配制成低濃度(不超過(guò)15g/100mL)的溶液，添加酶進(jìn)行酶解。這類方法由于魔芋葡甘聚糖溶液反應(yīng)濃度較低，生產(chǎn)需要的反應(yīng)容器增大，且生產(chǎn)效率低，耗費(fèi)大量的能源，使魔芋葡甘低聚糖的生產(chǎn)成本大大上升。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法，該方法比傳統(tǒng)方法生產(chǎn)效率提高、節(jié)能、酶解效果好。
本發(fā)明所述的一種魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法，依次通過(guò)下列步驟實(shí)現(xiàn)
(1)取魔芋粉加入PH6. O的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，魔芋粉與pH 6. O的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液的質(zhì)量體積比為Ikg :0. 5-2. 3 L，然后以1500 U/g魔芋粉的量加入β -甘露聚糖酶，攪拌均勻后，置于55°C、相對(duì)濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應(yīng)2-6 h ；
(2)將上述酶解產(chǎn)物采用變頻微波反應(yīng)器加熱處理15-30min，使反應(yīng)體系中酶的活性喪失(反應(yīng)物中心溫度可達(dá)到95°C )，然后將酶解產(chǎn)物置于45°C的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料經(jīng)粉碎過(guò)100目篩后得到淡黃色粉末；
(3)將得到的淡黃色粉末溶于蒸餾水中，淡黃色粉末與蒸餾水的質(zhì)量體積比為Ikg
3-5 L,充分?jǐn)嚢韬?于6000r/min離心20 min,去除不溶物,將上清液真空蒸發(fā)濃縮至原體積的1/12 1/8，加入乙醇使體系中乙醇的體積比濃度為90%，醇沉I h，10000 r/min離心20min，得90%乙醇濃度沉淀物，于45°C _75°C烘干并回收乙醇，干燥物經(jīng)粉碎、過(guò)100目篩，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是酶解反應(yīng)過(guò)程為半干法，酶解底物濃度大，生產(chǎn)效率得到大幅度提高,生產(chǎn)成本大大降低。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1
取IOkg魔芋粉，加入5L pH 6.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，然后以1500 U/g(U為酶活力國(guó)際單位)魔芋粉的量加入β -甘露聚糖酶，快速攪拌均勻后，置于55°C、相對(duì)濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應(yīng)6 h ;將上述酶解產(chǎn)物采用變頻微波反應(yīng)器加熱處理15min，使反應(yīng)體系中酶的活性喪失(中心溫度達(dá)到95°C)，然后將酶解產(chǎn)物放置于45°C的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料經(jīng)粉碎過(guò)100目篩后得到淡黃色粉末；將得到的淡黃色粉末溶于蒸餾水中，淡黃色粉末與蒸餾水的質(zhì)量體積比為Ikg 5L,充分?jǐn)嚢韬?，?000r/min離心20 min，去除不溶物，將上清液真空蒸發(fā)濃縮至原體積的1/12，加入乙醇使體系中乙醇的體積比濃度為90%，醇沉I h，10000 r/min離心20 min,得90%乙醇濃度沉淀物，于45°C烘干并回收乙醇，干燥物經(jīng)粉碎、過(guò)100目篩，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。成品得率為70%(以魔芋粉計(jì))。
實(shí)施例2
取IOkg魔芋粉，加入23L pH 6. O的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，然后以1500 U/g(U為酶活力國(guó)際單位)魔芋粉的量加入β -甘露聚糖酶，快速攪拌均勻后，置于55°C、相對(duì)濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應(yīng)2 h ;將上述酶解產(chǎn)物采用變頻微波反應(yīng)器加熱處理30min，使反應(yīng)體系中酶的活性喪失(中心溫度達(dá)到95°C)，然后將酶解產(chǎn)物放置于45°C的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料經(jīng)粉碎過(guò)100目篩后得到淡黃色粉末；將得到的淡黃色粉末溶于蒸餾水中，淡黃色粉末與蒸餾水的質(zhì)量體積比為Ikg :3L，充分?jǐn)嚢韬?，?000r/min離心20 min，去除不溶物，將上清液真空蒸發(fā)濃縮至原體積的1/10，加入乙醇使體系中乙醇的體積比濃度為90%，醇沉I h，10000 r/min離心20 min,得90%乙醇濃度沉淀物，于75°C烘干并回收乙醇，干燥物經(jīng)粉碎、過(guò)100目篩，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。成品得率為72%(以魔芋粉計(jì))。
實(shí)施例3
取IOkg魔芋粉，加入15L pH 6. O的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，然后以1500 U/g(U為酶活力國(guó)際單位)魔芋粉的量加入β -甘露聚糖酶，快速攪拌均勻后，置于55°C、相對(duì)濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應(yīng)4 h ;將上述酶解產(chǎn)物采用變頻微波反應(yīng)器加熱處理22min，使反應(yīng)體系中酶的活性喪失(中心溫度達(dá)到95°C)，然后將酶解產(chǎn)物放置于45°C的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料經(jīng)粉碎過(guò)100目篩后得到淡黃色粉末；將得到的淡黃色粉末溶于蒸餾水中，淡黃色粉末與蒸餾水的質(zhì)量體積比為Ikg :4L，充分?jǐn)嚢韬?，?000r/min離心20 min，去除不溶物，將上清液真空蒸發(fā)濃縮至原體積的1/8，加入乙醇使體系中乙醇的體積比濃度為90%，醇沉I h，10000 r/min離心20 min,得90%乙醇濃度沉淀物，于60°C烘干并回收乙醇，干燥物經(jīng)粉碎、過(guò)100目篩 ，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。成品得率為71%(以魔芋粉計(jì))。
對(duì)所得魔芋葡甘露低聚糖組成成分分析(LC-T0F-T0F，液相-質(zhì)譜-質(zhì)譜法)顯示，該低聚糖中最小分子量的糖為葡甘露二糖，最大的為葡甘露十糖，是甘露二糖到甘露十糖的混合物，屬于低聚糖的分子量范疇。
權(quán)利要求
1.一種魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法，其特征在于依次通過(guò)下列步驟實(shí)現(xiàn) (1)取魔芋粉加入PH6. O的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，魔芋粉與pH 6. O的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液的質(zhì)量體積比為Ikg :0. 5-2. 3 L，然后以1500 U/g魔芋粉的量加入β -甘露聚糖酶，攪拌均勻后，置于55°C、相對(duì)濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應(yīng)2-6 h ； (2)將上述酶解產(chǎn)物采用變頻微波反應(yīng)器加熱處理15-30min，使反應(yīng)體系中酶的活性喪失，然后將酶解產(chǎn)物置于45°C的真空干燥箱中干燥，干燥后的物料經(jīng)粉碎過(guò)100目篩后得到淡黃色粉末； (3)將得到的淡黃色粉末溶于蒸餾水中，淡黃色粉末與蒸餾水的質(zhì)量體積比為Ikg 3-5 L,充分?jǐn)嚢韬?于6000r/min離心20 min,去除不溶物,將上清液真空蒸發(fā)濃縮至原體積的1/12 1/8，加入乙醇使體系中乙醇的體積比濃度為90%，醇沉I h，10000 r/min離心20min，得90%乙醇濃度沉淀物，于45°C _75°C烘干并回收乙醇，干燥物經(jīng)粉碎、過(guò)100目篩，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。
專利摘要
一種魔芋葡甘低聚糖生產(chǎn)方法，先將魔芋粉加入pH6.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液與β-甘露聚糖酶酶解反應(yīng)2-6h，將酶解產(chǎn)物采用變頻微波反應(yīng)器加熱處理15-30min，然后置于45℃的真空干燥箱中干燥、粉碎過(guò)100目篩后得到淡黃色粉末，然后溶于蒸餾水中，最后經(jīng)離心、真空蒸發(fā)濃縮、醇沉、烘干、粉碎等步驟，得到魔芋葡甘低聚糖成品。本發(fā)明方法酶解反應(yīng)過(guò)程為半干法，酶解底物濃度大，生產(chǎn)效率得到大幅度提高，生產(chǎn)成本大大降低。
文檔編號(hào)C12P19/14GKCN103060399SQ201310000738
公開(kāi)日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2013年1月4日
發(fā)明者鐘耕 申請(qǐng)人:西南大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan