專利名稱:魔芋葡甘低聚糖生產方法
技術領域：
本發(fā)明涉及農副產品加工技術領域：
，特別是涉及一種魔芋葡甘低聚糖生產方法。
背景技術：
功能性低聚糖(functional oligosaccharide)是由2-10個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、可到達大腸的具有促進雙歧桿菌增殖的糖類。從20世紀80年代后期開始，功能性低聚糖以其優(yōu)良的性能在世界保健食品中獨樹一幟，國際上已有十多種功能性低聚糖實現(xiàn)了工業(yè)化生產，日本在低聚糖研發(fā)領域走在世界前列，目前積極尋找低聚糖新原料、研究低聚糖的新功能、擴大其應用范圍。我國在該領域的研究始于20世紀90年代，起步較晚，但發(fā)展迅速，需求量逐年增加，目前國內投放市場的絕大多數(shù)功能性低聚糖產品均屬于普通級低聚糖，較常見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，總的來說應用的品種較少。我國正處于膳食營養(yǎng)結構迅速變化的關鍵時期，約7. 6億人處于亞健康狀態(tài)，據(jù)2010年底統(tǒng)計，2007年中國有4000萬人患糖尿病，至2010年總人數(shù)已發(fā)展到9200萬，三年間發(fā)病率猛增1. 3倍。由此國家公眾營養(yǎng)中心推動“低聚糖項目”，該項目自2007年I月16日實施。因此亟待利用科技手段開發(fā)出新型、優(yōu)質的功能性糖類，為廣大消費者的健康造福。
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，最初從酵母的細胞壁中提取獲得，后來在魔芋(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干重的60%,研究者通過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,對雙歧桿菌的增殖效果更優(yōu)，還具有抑制腫瘤轉移、抑制血糖升高、降低血脂、抗病毒及免疫調節(jié)等生理功能，這使得魔芋葡甘低聚糖在消費應用領域具有廣闊前景；另外，我國作為魔芋葡甘低聚糖原料一魔芋的主 產地，在資源方面具有很大優(yōu)勢，各地建立的魔芋種植基地或工業(yè)科技園也初成規(guī)模；而且國內多家學術研究團體正致力于魔芋葡甘低聚糖的基礎及應用研究。
近年來國內對開發(fā)高品質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，研究結果層出不窮。從目前研究結果來看，國內對魔芋葡甘低聚糖的開發(fā)主要還處于試驗階段，國內市場上基本無此類商品。從制備方法來看，普遍采用酶解法，以魔芋精粉為原料制備葡甘低聚糖，并對其水解產物成分進行分析測定，以期得到其最合適的水解條件，應用于工業(yè)化生產。
已有的研究報道包括華中農業(yè)大學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時反應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)均相對分子量5100,重均相對分子量7160。
江南大學的李劍芳等利用黑曲霉菌株(Aspergillus niger) LW-1所產生的酸性β -甘露聚糖酶對魔芋膠進行水解制備魔芋葡甘低聚糖。通過試驗研究了酶解時間、酶解溫度、魔芋膠濃度、加酶量、緩沖液PH值對水解程度的影響，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，酶解時間6 h。
湖北工學院生物工程系的李慶國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(500 r/ min) I min，酶解2 h，再用75%的工業(yè)酒精漂洗除去雜質即得到魔芋低聚糖。
中國農業(yè)科學院的王紹云首先對鮮魔芋經(jīng)行預處理，制得魔芋粗粉，再利用商業(yè)中性甘露聚糖酶降解魔芋，討論了反應時間、酶底比、反應pH和反應溫度對反應的影響，采用響應面優(yōu)化確定反應時間3.4 h，反應溫度41 °C，反應pH 7.1，酶底比為O. 49時為最佳反應參數(shù)。
湖南農業(yè)大學周海燕利用篩選出的葡甘聚糖酶的高活性菌株，對產生酶的性質進行研究。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)大學余紅英等利用枯草芽孢桿菌產生的胞外β -甘露聚糖酶水解魔芋膠，通過正交實驗回歸分析并結合工業(yè)化生產成本兩個方面考慮得出最佳的酶解條件為加酶量30 U/g，酶解時間6 h，溫度40°C，魔芋膠濃度3%，pH為水的自然pH。
除此之外，南開大學的楊文博，江南大學的徐春梅，華中科技大學的吳鳳等，均對酶法制備魔芋低聚糖進行了探索，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行酶解的。由此可見，酶法生產低聚糖產品是目前產業(yè)化的趨勢。同時，也不難看出生物發(fā)酵法與酶法的結合正成為葡甘露低聚糖制備研究的另一熱點。
魔芋葡甘低聚糖制備已申請的發(fā)明專利情況如下
“一種魔芋低聚糖的制備方法”(公開號CN1733786)公開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濾干燥得到魔芋低聚糖。
“一種高純度魔芋葡甘低聚糖生產方法”(公開號CN1760211)，通過輻照技術，采用放射源鈷60 Y -射線將魔芋葡甘聚糖大分子結構降解，經(jīng)乙醇洗滌除去雜質，再在離子交換樹脂的作用下，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，商品價值大大提聞。
“中性β—甘露聚糖酶降解魔芋精粉生產葡甘露低聚糖技術”(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2hr。
“酶酸結合水解提取魔芋葡甘低聚糖的工藝方法”(申請日2010-05-16)則是將
酶解與酸水解結合，降解魔芋葡甘聚糖。
從已有的專利申請和發(fā)表的文獻看，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，而酶解過程都要將魔芋葡甘聚糖配制成低濃度(不超過15g/100mL)的溶液，添加酶進行酶解。這類方法由于魔芋葡甘聚糖溶液反應濃度較低，生產需要的反應容器增大，且生產效率低，耗費大量的能源，使魔芋葡甘低聚糖的生產成本大大上升。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種魔芋葡甘低聚糖生產方法，該方法比傳統(tǒng)方法生產效率提高、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方法，依次通過下列步驟實現(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、相對濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應2-6 h ；
(2)將上述酶解產物采用變頻微波反應器加熱處理15-30min，使反應體系中酶的活性喪失(反應物中心溫度可達到95°C )，然后將酶解產物置于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量體積比為Ikg
3-5 L,充分攪拌后,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100目篩，即得到魔芋葡甘低聚糖成品。
本發(fā)明的優(yōu)點是酶解反應過程為半干法，酶解底物濃度大，生產效率得到大幅度提高,生產成本大大降低。
具體實施方式

實施例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、相對濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應6 h ;將上述酶解產物采用變頻微波反應器加熱處理15min，使反應體系中酶的活性喪失(中心溫度達到95°C)，然后將酶解產物放置于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量體積比為Ikg 5L,充分攪拌后，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，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)。
實施例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、相對濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應2 h ;將上述酶解產物采用變頻微波反應器加熱處理30min，使反應體系中酶的活性喪失(中心溫度達到95°C)，然后將酶解產物放置于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量體積比為Ikg :3L，充分攪拌后，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1/10，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)。
實施例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、相對濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應4 h ;將上述酶解產物采用變頻微波反應器加熱處理22min，使反應體系中酶的活性喪失(中心溫度達到95°C)，然后將酶解產物放置于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量體積比為Ikg :4L，充分攪拌后，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1/8，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)。
對所得魔芋葡甘露低聚糖組成成分分析(LC-T0F-T0F，液相-質譜-質譜法)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。
權利要求
1.一種魔芋葡甘低聚糖生產方法，其特征在于依次通過下列步驟實現(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、相對濕度85%的恒溫恒濕條件下酶解反應2-6 h ； (2)將上述酶解產物采用變頻微波反應器加熱處理15-30min，使反應體系中酶的活性喪失，然后將酶解產物置于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量體積比為Ikg 3-5 L,充分攪拌后,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2-6h，將酶解產物采用變頻微波反應器加熱處理15-30min，然后置于45℃的真空干燥箱中干燥、粉碎過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)明方法酶解反應過程為半干法，酶解底物濃度大，生產效率得到大幅度提高，生產成本大大降低。
文檔編號C12P19/14GKCN103060399SQ201310000738
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月4日
發(fā)明者鐘耕 申請人:西南大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan

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網(wǎng)址: 魔芋葡甘低聚糖生產方法 http://m.u1s5d6.cn/newsview780112.html