CN105410948A - 一种水溶性葛根纤维低聚糖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种低水溶性葛根纤维低聚糖及其制备方法，（1）采用葛根渣为原料，加水搅碎，得到葛根渣浆；（2）对葛根浆渣置于电加热油浴锅中进行蒸汽预煮，通过抽滤得到葛根纤维渣；？(3)将葛根纤维渣制成葛根纤维渣浆；(4)将葛根纤维渣浆进行两次酶水解并辅助超声处理得到葛根纤维水解液；(5)将得到的经两次酶水解后的葛根纤维水解液进行采用膜分离手段，富集了聚合度2~5的纤维低聚糖，可制备得到水溶性良好的聚合度为2~5的葛根纤维低聚糖。本发明可作为益生元应用于相关功能食品及药品，既开发了新资源也为葛根的全利用提供了一条新途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种葛根纤维低聚糖，尤其涉及一种聚合度从2~5的水溶性葛根纤维低聚糖混合物，本发明还涉及了该葛根纤维低聚糖的制备方法。
背景技术
葛根为豆科葛属植物的根，作为亦食亦药之品，在两千多年前我国第一部药物专著《神农本草经》中已有记载，是常用的传统中药，也属于我国***公布的药食共有资源。研究表明，葛根素、葛根素木糖甙、金雀异黄素、大豆甙、大豆甙元等异黄酮类化合物是其主要有效成份，具有降血脂、降血糖、降血醇、抗衰老、抗癌、抗疲劳、增强机体免疫力等生理功能，尤其以维护心脑血管健康的作用最为显著。
葛根除了鲜食和制成中药片材，主要用于生产葛根淀粉和提取黄酮类化合物。葛根不仅富含淀粉和黄酮类化合物，同时也富含膳食纤维，粉葛中膳食纤维含量达到20%左右，野葛中膳食纤维含量高达50%左右。然而，葛根中丰富的膳食纤维长期以来没有得到重视和利用，尤其体现在葛根淀粉加工及黄酮类化合物提取过程中大量膳食纤维作为垃圾丢弃或仅仅用作饲料，造成葛根资源的严重浪费。
纤维低聚糖是一种天然、安全的新型功能性低聚糖，可促进双歧杆菌及其它肠道有益菌群增殖，达到维护肠道健康、增强机体免疫力的功效。葛根纤维素经过降解可得到纤维低聚糖，是制作纤维低聚糖的良好原料。
目前，纤维低聚糖的制备主要采用酸水解和酶水解两种方法，酸水解法制备的工艺较为成熟，但是纯化工艺较为复杂、生产过程中还会产生大量的废酸，易造成环境污染，且酸水解的高温工艺还可能产生对人体有害的副产物，影响其在食品药品领域的应用；酶水解制备纤维低聚糖避免了酸水解的缺陷，但因为天然纤维素结构致密甚至形成了结晶区，从而降低纤维素酶对纤维素的可及度，导致纤维素的酶水解效率不高、纤维低聚糖得率较低。
因此，本发明以葛根生产淀粉的副产物葛根渣为原料，采用蒸汽预煮初步解开葛根渣纤维素结晶区，对物理结构松散的葛根纤维素进行超声波辅助酶水解，提高葛根纤维素的酶水解效率，并采用膜分离方法富集水解液中聚合度从2~5的葛根纤维低聚糖，得到水溶性葛根纤维低聚糖。水溶性葛根低聚糖可用作功能食品原料及相关药品辅料，并为葛根资源的充分利用提供新途径。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种水溶性葛根纤维低聚糖。
本发明的目的之二是提供上述水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法。
本发明的第一个目的是通过如下技术方案来实现的：一种低水溶性葛根纤维低聚糖，该葛根纤维低聚糖主要由聚合度为2~5的纤维低聚糖组成，具有良好的水溶性。
本发明的第二个目的是通过如下技术方案来实现的：一种水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，包含以下步骤：
1、以生产葛根淀粉的副产物葛根渣为原料，置于打浆机中加水搅碎，得到葛根渣浆；
2、将得到的葛根浆渣置于电加热油浴锅中，在80~85℃下转动浸润30~40min后，以2℃/min的速率升温至160~180℃，维持80~100min进行蒸汽预煮；蒸汽预煮结束后，待葛根浆渣冷却至常温，通过抽滤得到葛根纤维渣；
3、将得到的葛根纤维渣制成pH值4.8~5.2的葛根纤维渣浆；
4、将得到的葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，加入内切β-葡聚糖酶第一次酶水解并进行超声辅助处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液；
5、将上述第一次酶水解的葛根纤维水解液加入外切β-葡聚糖酶进行第二次酶水解并进行超声辅助处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液；
6、将得到的经两次酶水解后的葛根纤维水解液进行真空抽滤，收集滤液，将滤液通过3000Da的膜进行分离，收集透过液，浓缩干燥后即得到水溶性葛根纤维低聚糖。
进一步的，本发明用流动净化水清洗葛根渣，洗去夹杂在纤维之间的淀粉颗粒；清洗后置于离心机中甩干水分，随后置于打浆机中，加入葛根渣重量3~5倍的净化水进行搅碎。
优先的，本发明步骤2中的具体过程为：在葛根纤维渣中添加净化水，使葛根纤维渣干固物与净化水的料水重量比达到1∶15~20，并加入0.5~1M盐酸，调节pH值为4.8~5.2，得到pH值4.8~5.2的葛根纤维渣浆。
优先的，本发明步骤3中的具体过程为：先在电加热油浴锅中80~85℃下转动浸润30~40min后，以2℃/min的速率升温至160~180℃，维持80~100min进行蒸汽预煮。
优先的，本发明步骤4中的具体过程为：将葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，开启超声功率180W~230W及50℃的水浴，并加入内切β-葡聚糖酶3.0~5.0U/g，即每克葛根纤维渣干固物加酶3~5U，进行90~120min的第一次酶水解，第一次酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到90~98℃进行5~10分钟的灭酶活处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液；
优先的，本发明步骤5中的具体过程为：迅速将经第一次酶水解的葛根纤维水解液冷却至50℃并保持该温度下水浴，同时开启超声功率180W~230W，并加入外切β-葡聚糖酶1.0~2.5U/g，进行30~45min的第二次酶水解，酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到90~98℃进行5~10分钟的灭酶活处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、在原料利用方面，以生产葛根淀粉的副产物葛根渣为原料，将其中的纤维素降
解为水溶性的葛根纤维低聚糖，可作为益生元应用于相关功能食品及药品，既开发了新资源也为葛根的全利用提供了一条新途径。
2、在葛根纤维低聚糖制备工艺方面，采用蒸汽预煮的预处理方法初步解开葛根渣纤维素结晶区，并在酶水解过程中采用超声处理辅助，通过超声谐波的震动和声空化作用进一步破坏天然纤维结晶区，提高酶对纤维素的可及度，从而提高酶水解效率。
3、采用内切β-葡聚糖酶和外切β-葡聚糖酶分别酶水解的两次酶解工艺，较好地控制了葛根纤维素的水解度，有效减少葡萄糖的产生，提高了纤维低聚糖得率。
4、采用膜分离手段，富集了聚合度2~5的纤维低聚糖，可制备得到水溶性良好的葛根纤维低聚糖。
具体实施方式
实施例一
按下列步骤制备一种水溶性葛根纤维低聚糖：
1、以生产葛根淀粉的副产物葛根渣为原料，用流动净化水清洗葛根渣3遍，洗去夹杂在纤维之间的淀粉颗粒；清洗后置于离心机中甩干水分，随后置于打浆机中，加入葛根渣重量3倍的净化水进行搅碎，得到葛根渣浆。
2、将得到的葛根浆渣置于电加热油浴锅中，在85℃下转动浸润30min后，以2℃/min的速率升温至180℃，维持80min进行蒸汽预煮；蒸汽预煮结束后，待葛根浆渣冷却至常温，通过抽滤得到物理结构松散的葛根纤维渣。
3、向得到的葛根纤维渣中添加适量净化水，使葛根纤维渣干固物与净化水的料水比达到1∶15（重量比），并向其加入0.5M盐酸，调节pH值为4.8，得到pH值4.8的葛根纤维渣浆。
4、将得到的pH值4.8的葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，开启超声功率200W及50℃的水浴，并加入内切β-葡聚糖酶5.0U/g（即每克葛根纤维渣干固物加酶5U）进行90min的第一次酶水解，第一次酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到95℃进行8分钟的灭酶活处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液。
5、迅速将上述经第一次酶水解的葛根纤维水解液冷却至50℃并保持该温度下水浴，同时开启超声功率200W，并加入外切β-葡聚糖酶1.0U/g，进行40min的第二次酶水解，酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到95℃进行8分钟的灭酶活处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液。
6、趁热将得到的经两次酶水解的葛根纤维水解液进行真空抽滤，收集滤液，调节膜过滤参数为：1kg/cm2，透过量为30mL/min，将所得滤液通过截留分子量为3000Da的膜进行分离，收集透过液，进行真空浓缩，随后进行真空干燥，即可得到分子量集中在1000Da以下，主要成分为聚合度为2~5的水溶性葛根纤维低聚糖混合物。
实施例二
按下列步骤制备一种水溶性葛根纤维低聚糖：
1、以生产葛根淀粉的副产物葛根渣为原料，用流动净化水清洗葛根渣2遍，洗去夹杂在纤维之间的淀粉颗粒；清洗后置于离心机中甩干水分，随后置于打浆机中，加入葛根渣重量5倍的净化水进行搅碎，得到葛根渣浆。
2、将得到的葛根浆渣置于电加热油浴锅中，在80℃下转动浸润40min后，以2℃/min的速率升温至170℃，维持90min进行蒸汽预煮；蒸汽预煮结束后，待葛根浆渣冷却至常温，通过抽滤得到物理结构松散的葛根纤维渣。
3、向得到的葛根纤维渣中添加适量净化水，使葛根纤维渣干固物与净化水的料水比达到1∶18（重量比），并向其加入0.8M盐酸，调节pH值为5.0，得到pH值5.0的葛根纤维渣浆。
4、将得到的pH值5.0的葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，开启超声功率180W及50℃的水浴，并加入内切β-葡聚糖酶4.5U/g（即每克葛根纤维渣干固物加酶4.5U）进行100min的第一次酶水解，第一次酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到98℃进行5分钟的灭酶活处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液。
5、迅速将上述经第一次酶水解的葛根纤维水解液冷却至50℃并保持该温度下水浴，同时开启超声功率180W，并加入外切β-葡聚糖酶1.5U/g，进行35min的第二次酶水解，酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到98℃进行5分钟的灭酶活处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液。
6、趁热将得到的经两次酶水解的葛根渣浆葛根纤维水解液进行真空抽滤，收集滤液，调节膜过滤参数为：1.5kg/cm2，透过量为32mL/min，将所得上清液通过截留分子量为3000Da的膜进行分离，收集透过液，进行真空浓缩，随后进行真空干燥，即可得到分子量集中在1000Da以下，主要成分为聚合度为2~5的水溶性葛根纤维低聚糖混合物。
实施例三
按下列步骤制备一种水溶性葛根纤维低聚糖：
1、以生产葛根淀粉的副产物葛根渣为原料，用流动净化水清洗葛根渣3遍，洗去夹杂在纤维之间的淀粉颗粒；清洗后置于离心机中甩干水分，随后置于打浆机中，加入葛根渣重量4倍的净化水进行搅碎，得到葛根渣浆。
2、将得到的葛根浆渣置于电加热油浴锅中，在83℃下转动浸润35min后，以2℃/min的速率升温至160℃，维持100min进行蒸汽预煮；蒸汽预煮结束后，待葛根浆渣冷却至常温，通过抽滤得到物理结构松散的葛根纤维渣。
3、向得到的葛根纤维渣中添加适量净化水，使葛根纤维渣干固物与净化水的料水比达到1∶20（重量比），并向其加入1M盐酸，调节pH值为5.1，得到pH值5.1的葛根纤维渣浆。
4、将得到的pH值5.1的葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，开启超声功率220W及50℃的水浴，并加入内切β-葡聚糖酶4.0U/g（即每克葛根纤维渣干固物加酶4.0U）进行110min的第一次酶水解，第一次酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到90℃进行10分钟的灭酶活处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液。
5、迅速将上述经第一次酶水解的葛根纤维水解液冷却至50℃并保持该温度下水浴，同时开启超声功率230W，并加入外切β-葡聚糖酶2.0U/g，进行30min的第二次酶水解，酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到90℃进行10分钟的灭酶活处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液。
6、趁热将得到的经两次酶水解的葛根渣浆葛根纤维水解液进行真空抽滤，收集滤液，调节膜过滤参数为：2kg/cm2，透过量为35mL/min，将所得上清液通过截留分子量为3000Da的膜进行分离，收集透过液，进行真空浓缩，随后进行真空干燥，即可得到分子量集中在1000Da以下，主要成分为聚合度为2~5的水溶性葛根纤维低聚糖混合物。
以上实施例仅用于阐述本发明，而本发明的保护范围并非仅仅局限于以上实施例。本技术领域的普通技术人员依据以上本发明公开的内容和各参数所取范围，均可实现本发明的目的。
Claims (7)
1.一种低水溶性葛根纤维低聚糖，其特征在于所述葛根纤维低聚糖主要由聚合度为2~5的纤维低聚糖组成。
2.一种权利要求1所述的水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)以生产葛根淀粉的副产物葛根渣为原料，置于打浆机中加水搅碎，得到葛根渣浆；
（2）将得到的葛根浆渣置于电加热油浴锅中进行蒸汽预煮；蒸汽预煮结束后，待葛根浆渣冷却至常温，通过抽滤得到葛根纤维渣；
(3)将得到的葛根纤维渣制成pH值4.8~5.2的葛根纤维渣浆；
(4)将得到的葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，加入内切β-葡聚糖酶第一次酶水解并进行超声辅助处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液；
(5)将上述第一次酶水解的葛根纤维水解液加入外切β-葡聚糖酶进行第二次酶水解并进行超声辅助处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液；
(6)将得到的经两次酶水解后的葛根纤维水解液进行真空抽滤，收集滤液，将滤液通过3000Da的膜进行分离，收集透过液，浓缩干燥后即得到水溶性葛根纤维低聚糖。
3.根据权利要求2所述的水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，其特征在于用流动净化水清洗葛根渣，洗去夹杂在纤维之间的淀粉颗粒；清洗后置于离心机中甩干水分，随后置于打浆机中，加入葛根渣重量3~5倍的净化水进行搅碎。
4.根据权利要求2所述的水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，其特征在于步骤2中的具体过程为：在葛根纤维渣中添加净化水，使葛根纤维渣干固物与净化水的料水重量比达到1∶15~20，并加入0.5~1M盐酸，调节pH值为4.8~5.2，得到pH值4.8~5.2的葛根纤维渣浆。
5.根据权利要求2所述的水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，其特征在于步骤3中的具体过程为：先在电加热油浴锅中80~85℃下转动浸润30~40min后，以2℃/min的速率升温至160~180℃，维持80~100min进行蒸汽预煮。
6.根据权利要求2所述的水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，其特征在于步骤4中的具体过程为：将葛根纤维渣浆置于超声发生仪中，开启超声功率180W~230W及50℃的水浴，并加入内切β-葡聚糖酶3.0~5.0U/g，即每克葛根纤维渣干固物加酶3~5U，进行90~120min的第一次酶水解，第一次酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到90~98℃进行5~10分钟的灭酶活处理，得到经第一次酶水解的葛根纤维水解液。
7.根据权利要求2所述的水溶性葛根纤维低聚糖的制备方法，其特征在于步骤5中的具体过程为：迅速将经第一次酶水解的葛根纤维水解液冷却至50℃并保持该温度下水浴，同时开启超声功率180W~230W，并加入外切β-葡聚糖酶1.0~2.5U/g，进行30~45min的第二次酶水解，酶水解完成后关闭超声发生仪，将水浴温度升高到90~98℃进行5~10分钟的灭酶活处理，得到经第二次酶水解的葛根纤维水解液。
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