CN102965408B

CN102965408B - 一种甘薯复合功能寡糖及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN102965408B
Application number: CN201210368057.8A
Authority: CN
Inventors: 石波; 李金启; 彭晴; 梁平; 刘沙沙; 董向艳
Original assignee: Hebei Kona Biological Science & Technology Co ltd; Feed Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Hebei Kona Biological Science & Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: CN102965408A

Abstract

本发明公开了一种甘薯复合功能寡糖及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）经破碎后的甘薯渣与水混合后进行剪切乳化，然后经过滤得到甘薯渣粉；（2）向所述甘薯渣粉中加入水得到甘薯渣浆液，向所述浆液中加入内切型纤维素酶、木聚糖酶和果胶裂解酶进行酶解反应；过滤所述酶解反应的生成液，得滤液即得。本发明采用高剪切乳化处理对甘薯渣的物理结构具有较大的破坏作用，得到的甘薯渣粉的颗粒最小，因而使底物甘薯渣粉暴露出了更多的酶结合位点，同时在酶水解反应时也可以增加底物与酶的接触面积和接触几率，从而有利于酶解反应的进行。本发明的甘薯复合功能寡糖可用于制备白羽肉鸡饲料，以及制备提高大豆中大豆抗毒素含量的植物诱导剂。

Description

一种甘薯复合功能寡糖及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及一种甘薯复合功能寡糖及其制备方法与应用，属于饲料添加剂和植物生长调节剂技术领域。

背景技术

我国是甘薯种植大国，年产量已达1亿万吨左右，是目前世界上产量最多的国家。甘薯生产已成为农民的一个主要经济来源。甘薯渣是甘薯淀粉加工过程中生成的下脚料，其年产量已达到2.4亿多吨。甘薯渣中含有35％左右的纤维素、23％左右的半纤维素和13％左右的果胶，是制备复合功能寡糖的极佳原料。但是我国目前对于甘薯渣的利用和加工，仅仅直接将其简单作为牛饲料利用，其潜在的巨大经济效益没有展现出来。

甘薯复合功能寡糖是指由甘薯纤维寡糖、甘薯木寡糖、甘薯果胶寡糖组成的混合体，对于动物和植物机体的生长和健康具有特殊的功效，主要体现在：①促进人和动物肠道有益菌生长与繁殖，直接吸附肠道病原菌，排除肠道毒素；②增强人、动物和植物的免疫功能和抗病能力；③对人和动物具有降脂效应，能改善脂质代谢，增进矿物元素的吸收，降低血氨浓度等。由于独特的生理功能功效，甘薯复合功能寡糖作为重要的功能性添加剂被人们所认知，并将被广泛应用于食品、保健品和饲料等多个领域。

目前有关制备功能性寡糖的技术几乎全部采用单一寡糖的制备方式，即采用单一生物酶来降解相关的多糖底物，以获得所需的功能寡糖产品。其不足在于生产效率低下，生产成本过高，生产过程中产生的废弃物数量巨大，使得目前功能性寡糖产品仅应用于食品、保健品中的高端领域，严重限制了其推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种甘薯复合功能寡糖及其制备方法与应用。

本发明所提供的一种甘薯复合功能寡糖的制备方法，包括如下步骤：

(1)经破碎后的甘薯渣与水混合后进行剪切乳化，然后经过滤得到甘薯渣粉；

(2)向所述甘薯渣粉中加入水得到甘薯渣浆液，向所述浆液中加入内切型纤维素酶、木聚糖酶和果胶裂解酶进行酶解反应；过滤所述酶解反应的生成液，得滤液即为所述甘薯复合功能寡糖。

上述的制备方法中，步骤(1)中，所述甘薯渣与水的质量份数比为1∶(400～1000)，具体可为1∶600、1∶800或1∶1000；所述剪切乳化的转速为8000rpm～12000rpm，具体可为8000rpm、9000rpm或10000rpm，所述剪切乳化的次数为3～5，具体可为2次或3次，每次剪切乳化的时间为5～15min，具体可为7min或10min。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述甘薯浆液的质量百分含量为0.5～2％，具体可为0.5％、1％或2％。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述酶解反应的温度为35℃～55℃，具体可为40℃～50℃、40℃、45℃或50℃，时间为3h～6h，具体可为4h、5h或6h；所述酶解反应的pH值为3.0～6.0，具体可为4.0～6.0、4.0、5.0或6.0。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述内切型纤维素酶的酶活为3～5万U/g，所述木聚糖酶的酶活为3.5～5.5万U/g，所述果胶裂解酶的酶活为4～5万U/ml；

所述内切型纤维素酶、木聚糖酶、果胶裂解酶与甘薯渣的质量份数比为(0.4～0.6)∶(0.3～0.5)∶(0.1～0.3)∶(0.5～2)。

上述的制备方法中，所述方法还包括对所述滤液依次进行脱色、除杂、浓缩和干燥的步骤。

上述的制备方法中，所述脱色步骤采用粉末状活性炭进行脱色，所述脱色的温度为90℃～100℃，具体可为90℃、95℃或100℃，时间为20～40min，具体可为25min、35min或40min；所述粉末活性炭的用量为所述滤液的质量的0.1％～2％，具体可为0.8％～2％、0.8％、1％或2％；

所述除杂步骤采用强酸性阳离子交换树脂或强碱性阴离子交换树脂进行除杂，如强酸性阳离子交换树脂如D72等和强碱性阴离子交换树脂如D201×7。

本发明还提供了由上述方法制备的甘薯复合功能寡糖。

本发明还提供了上述的甘薯复合功能寡糖在制备白羽肉鸡饲料中的应用；在制备白羽肉鸡饲料时，所述甘薯复合功能寡糖的添加量可为0.1％～2％，如0.5％。

本发明还提供了上述的甘薯复合功能寡糖在制备提高大豆中大豆抗毒素含量的植物诱导剂中的应用；如采用甘薯复合寡糖的添加量为1％的植物诱导剂诱导大豆时，可获得含有0.32mg/g大豆抗毒素的大豆粉。

本发明具有如下优点：

(1)采用高剪切乳化处理对甘薯渣的物理结构具有较大的破坏作用，得到的甘薯渣粉的颗粒最小，因而使底物甘薯渣粉暴露出了更多的酶结合位点，同时在酶水解反应时也可以增加底物与酶的接触面积和接触几率，从而有利于酶解反应的进行。

(2)按照甘薯渣中多糖的组成和结构特征，选择一定比例的复合酶对其进行同步水解，一锅法制备生产甘薯复合寡糖，对于提高酶的功效和利用效率，减少生产操作工艺流程和过程，降低生产成本，提高生产效率，最大程度的获得目标甘薯复合寡糖产物，具有极大的优越性。

附图说明

图1为本发明制备甘薯复合功能寡糖的流程示意图。

图2为本发明制备的甘薯复合功能寡糖的TLC谱图，其中Lane1代表葡萄糖，Lane2代表半乳糖醛，Lane3代表纤维二糖，Lane4果胶酶酶解产物，Lane5代表纤维素酶酶产物，Lane6复合酶酶解产物。

图3为本发明实施例4中检测大豆抗毒素含量的HPLC图谱。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1、制备甘薯复合功能寡糖

制备过程的流程图如图1所示。

(1)100Kg甘薯渣破碎，按固液质量比1∶800的比例加入水，用高剪切混合乳化机于8000r/min下剪切乳化3次，每次10min，板框压滤机过滤，得到精制化的甘薯渣粉。

(2)将上述预处理的甘薯渣粉用水调制成质量百分含量为1％的浆液，泵入15吨酶水解反应釜中，然后加入调配好的复合酶，即50Kg酶活4万U/g的内切型纤维素酶(宁夏夏盛实业集团有限公司生产的浓缩型纤维素酶，以下实施例中相同)、40Kg酶活4万U/g的木聚糖酶(宁夏夏盛实业集团有限公司生产的浓缩型木聚糖酶，以下实施例中相同)、20Kg酶活5万U/ml的果胶裂解酶(宁夏夏盛实业集团有限公司生产的夏盛果胶酶，以下实施例中相同)。用1M的HCl溶液和1M的NaOH溶液调节反应体系的pH为4.0左右，在反应温度50℃下反应时间4h。

(3)将反应生成液泵入板框压滤机中进行过滤，收集滤液，按体积量加入0.8％的粉末活性炭，95℃下脱色35min；过滤后，将糖液分别过D72阳离子交换树脂和D201×7阴离子交换树脂后，水洗脱液合并进行真空浓缩，得到质量含量为70％的甘薯复合寡糖溶液；将此糖液进行喷雾干燥，得到78.6Kg以纤维寡糖、木寡糖和果胶寡糖为主的甘薯复合寡糖产品，寡糖含量≥91％。

寡糖含量是通过Somogyi方法方法测定的，具体步骤为：

取反应生成液5ml置于Φ21×230(mm×mm)试管中，加入5ml 8％H2SO4溶液。混匀，100℃沸水浴中反应2hr，自然冷却至室温，移入25ml容量瓶中，5mlDW冲洗试管并入容量瓶中，滴加1～2滴0.1％酚酞指示剂，用9％NaOH溶液滴至溶液刚刚呈浅桃红色，用DW定容至25ml。

取上述定容液5ml(糖含量0.2～2mg；空白为5mlDW)加入Φ21×230(mm×mm)试管中，然后加入5ml Somogyi试剂，混匀，100℃沸水浴中反应15min后，在流动冷水浴中冷却至室温，加入2ml 2％KI溶液、1.5ml1M H₂SO₄溶液，混匀，用0.005M Na₂S₂O₃溶液进行滴定，接近终点时加入1-2滴1％淀粉指示剂，继续滴定至终点(亮兰色)。

总糖糖含量按如下公式计算：

A＝(B-T)×F₁×F₂

A：总糖量(mg)；

B：滴定空白所耗0.005M Na₂S₂O₃溶液体积(ml)；

T：滴定样品所耗0.005M Na₂S₂O₃溶液体积(ml)；

F₁：0.005M Na₂S₂O₃溶液校正因子；

F₂：Somogyi试剂校正因子。

寡糖含量＝总糖量×0.85，0.85为经典换算系数。

本实施例制备的甘薯复合寡糖的TLC谱图(展开剂为正丁醇∶乙酸∶水(5∶2∶3(v/v)，显色剂：5％硫酸乙醇溶液)如图2所示，由图可得知，甘薯复合寡糖主要以纤维二糖和果胶二糖为主，同时含有纤维三糖和纤维四糖。

实施例2、制备甘薯复合功能寡糖

制备过程的流程图如图1所示。

(1)100Kg甘薯渣破碎，按固液比1∶1000的比例加入水，用高剪切混合乳化机于9000r/min下剪切乳化2次，每次10min，板框压滤机过滤，得到精制化的甘薯渣粉。

(2)将上述预处理的甘薯渣用水调制成质量百分含量为2％的浆液，泵入15吨酶水解反应釜中，然后加入调配好的复合酶，即55Kg酶活4万U/g的纤维素酶、45Kg酶活4万U/g的木聚糖酶、22Kg酶活5万U/ml的果胶裂解酶。用1M的HCl溶液和1M的NaOH溶液调节反应体系的pH为5.0左右，在反应温度45℃下反应时间5h。

(3)将反应生成液泵入板框压滤机中进行过滤，收集滤液，按体积量加入1％的粉末活性炭，100℃下脱色25min，过滤后，将糖液分别过D72阳离子交换树脂和D201×7阴离子交换树脂后，水洗脱液合并进行真空浓缩，得到质量含量为70％的甘薯复合寡糖溶液。将此糖液进行喷雾干燥，得到76.3Kg以纤维寡糖、木寡糖和果胶寡糖为主的甘薯复合寡糖产品，寡糖含量≥90％(测定方法同实施例1中记载的方法)。

实施例3、制备甘薯复合功能寡糖

制备过程的流程图如图1所示。

(1)100Kg甘薯渣破碎，按固液比1∶600的比例加入水，用高剪切混合乳化机于10000r/min下剪切乳化3次，每次7min，板框压滤机过滤，得到精制化的甘薯渣粉。

(2)将上述预处理的甘薯渣用水调制成质量百分含量为0.5％的浆液，泵入15吨酶水解反应釜中，然后加入调配好的复合酶，即40Kg酶活4万U/g的纤维素酶、35Kg酶活4万U/g的木聚糖酶、18Kg酶活5万U/ml的果胶裂解酶。用1M的HCl溶液和1M的NaOH溶液调节反应体系的pH为6.0左右，在反应温度40℃下反应时间6h。

(3)将反应生成液泵入板框压滤机中进行过滤，收集滤液，按体积量加入2％的粉末活性炭，90℃下脱色40min，过滤后，将糖液分别过D72阳离子交换树脂和D201×7阴离子交换树脂后，水洗脱液合并进行真空浓缩，得到质量含量为65％的甘薯复合寡糖溶液。将此糖液进行喷雾干燥，得到77.2Kg以纤维寡糖、木寡糖和果胶寡糖为主的甘薯复合寡糖产品，寡糖含量≥92％(测定方法同实施例1中记载的方法)。

实施例4、甘薯复合功能寡糖在提高大豆中的大豆抗毒素的含量中的应用

称取50g大豆，用150mL75％的乙醇消毒3min，再用150mL的无菌水淋洗3次，每次2min，然后用250mL无菌水浸泡5h。将泡好的豆子，分为两片子叶，在每片子叶上用刀挖出约2mm×4mm的伤口，于伤口内滴加60μL质量百分含量为1％的实施例1中制备的甘薯复合寡糖的水溶液，将其放入装有无菌水浸湿的灭菌滤纸的培养皿里，1个培养皿放10枚左右的大豆，将培养皿在黑暗中于温度25℃，湿度50％条件下培养3天，干燥，粉碎，HPLC检测，大豆中大豆抗毒素含量HPLC谱图如图3所示，获得含有0.32mg/g大豆抗毒素的大豆粉。

上述HPLC检测的条件为：C₁₈反相色谱柱(4.6mm×250mm，5μm)；

流动相：A液为乙酸水溶液(pH＝3.0)，B液为100％乙腈：梯度洗脱：0～17min，0％乙腈～45％乙腈；17～27min，45％乙腈～90％乙腈；27～33min，90％乙腈，上述均为体积比；

流速：1.0mL/min；柱温：40℃；紫外检测波长：285nm；进样量：10μL。

实施例5、甘薯复合功能寡糖在提高白羽肉鸡的生产性能中的应用

选取选择健康的1日龄的AA白羽肉鸡。

试验设计4个处理，每个处理2个重复。每个组220只鸡，分别为：A饲喂基础日粮的对照组，B饲喂质量添加量为0.1％的甘薯复合寡糖实验组，C饲喂质量添加量为0.5％的甘薯复合寡糖实验组，D饲喂质量添加量为1％的甘薯复合寡糖实验组。

基础日粮为商品肉鸡饲料(辽宁禾丰牧业股份有限公司生产的肉小鸡料、肉中鸡料和肉大鸡料)，共饲喂45天时间。

甘薯复合寡糖对肉鸡生产性能的影响如表1所示：

表1甘薯复合寡糖对肉鸡生产性能的影响

从表1中可以看出，饲料中添加0.5％(质量)的甘薯复合功能寡糖对于提高白羽肉鸡生产性能具有较好的功效。

Claims

1.一种甘薯复合功能寡糖的制备方法，包括如下步骤：

（1）经破碎后的甘薯渣与水混合后进行剪切乳化，然后经过滤得到甘薯渣粉；所述甘薯渣与水的质量份数比为1：（400～1000）；所述剪切乳化的转速为8000rpm～12000rpm，所述剪切乳化的次数为3～5，每次剪切乳化的时间为5～15min；

（2）向所述甘薯渣粉中加入水得到甘薯渣浆液，向所述浆液中加入内切型纤维素酶、木聚糖酶和果胶裂解酶进行酶解反应；过滤所述酶解反应的生成液，得滤液即为所述甘薯复合功能寡糖；所述甘薯浆液的质量百分含量为0.5～2%；所述酶解反应的温度为35℃～55℃，时间为3h～6h；所述酶解反应的pH值为3.0～6.0；所述内切型纤维素酶的酶活为3～5万U/g，所述木聚糖酶的酶活为3.5～5.5万U/g，所述果胶裂解酶的酶活为4～5万U/ml；所述内切型纤维素酶、木聚糖酶、果胶裂解酶与甘薯渣的质量份数比为（0.4～0.6）：（0.3～0.5）：（0.1～0.3）：（0.5～2）。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述方法还包括对所述滤液依次进行脱色、除杂、浓缩和干燥的步骤。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述脱色步骤采用粉末状活性炭进行脱色，所述脱色的温度为90℃～100℃，时间为20～40min；所述粉末活性炭的用量为所述滤液的质量的0.1%～2%。

所述除杂步骤采用强酸性阳离子交换树脂或强碱性阴离子交换树脂进行除杂。

4.权利要求1-3中任一项所述方法制备的甘薯复合功能寡糖。

5.权利要求4所述的甘薯复合功能寡糖在制备白羽肉鸡饲料中的应用。

6.权利要求5所述的甘薯复合功能寡糖在制备提高大豆中大豆抗毒素含量的植物诱导剂中的应用。