CN1087299C - 一种生产活性低聚木糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生产活性低聚木糖的方法。该方法以秸杆类物质为原料，通过蒸汽爆碎处理，再经水抽提、纯化、浓缩，最终得到活性低聚木糖。本法具有原料廉价易得、生产过程简单、无污染、产品得率高、生产成本低等优点。

Description

一种生产活性低聚木糖的方法

本发明涉及生产活性低聚木糖的方法。

近年来，在世界性的功能性食品热潮中，低聚糖倍受青睐。在低聚糖的分子中，由2--10个单糖以糖苷键相连接[何照范，张迪清，保健食品化学及其检测技术，中国轻工业出版社，北京，1998，14--17]。按其用途分为活性低聚糖和普通低聚糖两大类，活性低聚糖是指对人、动物和植物具有特殊生理功能的低聚糖[Bezkorovainy，A. et al.，Int. J. Biochem.，1981，13：585-592。Spiegel，J. E.，Food Technol.，1994，(1)：85--92]，其主要生理作用有：(1)不被消化吸收，提供的能量很低或根本没有，不易为腐败菌发酵；(2)肠道内双歧杆菌的活化增殖因子，抑制肠道有害腐败菌的生长；(3)不会引起龋齿，有利于口腔卫生；(4)具有膳食纤维的生理功能，但较膳食纤维易于食用；(5)部分活性低聚糖如低聚木糖、低聚半乳糖醛酸具有植物生长调节作用和诱导植物产生抗生物质的作用。而普通低聚糖如蔗糖、乳糖、麦芽糖、麦芽三糖和麦芽四糖可被消化吸收，不是肠道双歧杆菌的活化增殖因子。

活性低聚糖的特殊生理功能已引起学术界和产业界的重视，特别是活性低聚糖的双歧生长因子作用。国内销售的三株口服液、昂立一号等是以双歧杆菌为主的生态菌剂，而活性低聚糖作为双歧生长因子与生态菌剂相比，具有耐氧耐酸、能与抗生素一同服用、不易失活、生产成本低等优点[Sakai，K.，et al.，Agric. Biol. Chem.，1987，51(2)：315--322]。在日本活性低聚糖已经广泛应用于食品加工、保健品和药品中，19种活性低聚糖的销售量达4.7万吨，产值超过100亿日元[中久喜辉夫，应用糖质科学，1995，42(3)：275--283]。当前我国食品结构不够合理，功能性食品开发前景广阔。现在国内仅对麦芽低聚糖、异麦芽低聚糖和水苏糖进行了研究和生产[金其荣，食品工业，1995，(3)：5--6]。活性低聚糖的生产方法主要有5种[横田筑等，酿协，1994，89(8)：626--683]：(1)天然原料提取法----如棉子糖从甜菜汁中提取，大豆低聚糖从大豆清中提取，由于天然原料中含量低，提取法受到原料的限制。(2)酸水解天然多糖法-----由于酸水解的选择性差，在水解液中糖类复杂，不易得到特定的低聚糖。(3)化学合成法----由于生产成本高，目前仅限于低聚糖的功能研究。(4)酶工程法----利用移换酶的功能基团的转移反应或水解酶水解天然多糖。由于酶的选择性强，易获得特定的低聚糖，无污染，生产成本低，所以成为工业上实用的方法。

低聚木糖是指由2--7个木糖以β-1，4糖苷键连接构成的活性低聚糖。与其他活性低聚糖相比，具更难消化性，更强的双歧杆菌增殖活性，每人每天只需摄取0.7克就能达到整肠作用(一般活性低聚糖用量为2--10克/人/日)，对热稳定性好，耐酸性强(pH2.5)[陈瑞娟，食品与发酵工业，1993，(2)：82--90]。目前国外生产该糖主要以玉米芯、甘蔗渣、棉子壳等为原料，首先用碱抽提出木聚糖，然后用木聚糖酶水解，再经分离精制而成[富田房男，化学と生物，1992，30(3)：170--174]。该法易产生环境污染、生产过程复杂、产品得率低、生产成本高。低聚木糖已由日本三得利公司按上述方法开发生产，于1989年上市。在糖浆制品中，低聚木糖含量70％以上，售价2500日元/公斤；粉末制品中低聚木糖含量20％以上，售价1900日元/公斤。在我国尚无低聚木糖产品出售，国内仅有按上述方法进行实验室研究的报道[蔡静平等，微生物学通报，1997，24(2)：91--94]。

现有汽爆技术主要用于造纸、饲料加工、纤维板制造等方面。在本发明作出之前，国内外均无用于生产低聚木糖的报道。

本发明的目的是提供一种新的生产低聚木糖的方法。本方法克服了现有技术存在的污染环境、生产过程复杂、产品得率低、生产成本高的缺点。

本发明提供了一种生产活性低聚木糖的方法。该方法基于蒸汽爆碎处理农作物秸秆，可使其中木聚糖选择性的降解分离的特点，开辟应用物理原理制低聚木糖的新方法。农作物秸秆的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其中半纤维素的主要结构框架为聚木糖。汽爆处理可使半纤维素的聚木糖降解分离，从而使半纤维素具水溶性，经水抽提与不溶与水的纤维素和木质素分开。此可溶性半纤维素主要成分为低聚木糖，经色谱分离可将其脱色纯化，浓缩处理后得到纯净的低聚木糖。工艺流程如下：秸秆→粗切(20-30mm长)→蒸汽爆碎→水抽提→色谱分离纯化→浓缩处理→50％活性低聚木糖↓抽提渣(发酵蛋白饲料)

本发明的方法中，秸秆可以是稻草、麦草、玉米杆、玉米芯、豆秸、高粱秸、蔗渣、棉子杆等农副产品。同时也包括其它半纤维素组成成分为聚木糖的植物原料。所含聚木糖组分越高越好。

本发明的方法中，蒸汽爆碎指在一定规模的汽爆罐中装入粗切(20ˉ30mm长)的秸杆，于1.0-1.8Mpa处理2-6分钟(一般于1.5Mpa处理4分钟效果较好)，瞬间减压释放即得汽爆秸杆。

本发明的方法中，水抽提要求一定的工艺条件：汽爆秸杆浓度10ˉ20％、50ˉ80℃热水浸泡0ˉ8小时。根据原料不同，最适条件有所不同。最好采用多级抽提工艺：数次重复式抽提和连续式抽提。数次重复式抽提是指将抽提所得滤液再用于抽提新的汽爆秸秆，从而提高抽提液糖浓度。连续式抽提是指在操作过程中物料和水连续逆向投入，可以控制抽提液浓度及抽提渣中可溶物的残留量，易于自动化。

本发明的方法中，色谱法分离纯化包括采用活性炭或大孔树脂或葡聚糖凝胶等多种层析方式。依不同原料，选择使用。层析过程中对加样量、洗脱速度、洗脱剂等均可按现有技术中已知的条件进行。浓缩处理可采用纳米滤或超滤、薄膜蒸发或减压蒸发等方法。

目前国内外现有技术存在着污染环境、生产过程复杂、产品得率低、生产成本高等缺点。汽爆秸秆提取活性低聚木糖的新工艺克服了上述缺点，具有生产过程简单(简化了碱提取木聚糖、木聚糖酶的生产制备和木聚糖的酶水解过程)、无污染(固形渣作为发酵蛋白饲料原料)、产品得率高(在汽爆过程中，木聚糖没有损失，木聚糖回收率80％)、生产成本低(汽爆过程仅消耗蒸汽，其用量为0.5吨蒸汽/吨小麦秸秆)等优点。

          实施例：汽爆麦草生产活性低聚木糖

1.汽爆麦草

在1M³汽爆罐中，装入约25mm长的麦秸80Kg，于1.5Mpa处理4分钟，瞬间减压释放即得汽爆麦草。

2.水抽提已汽爆的麦草

在汽爆麦草浓度15％、75℃热水浸泡4小时条件下进行抽滤。采用四次重复式抽提，亦即将抽提所得滤液再用于抽提新的汽爆麦草。可使抽提液糖浓度达到92.6g/l。(若采用四次连续式抽提，亦即在操作过程中物料和水连续逆向投入，可使抽提液糖浓度达到35.12g/l)。

3.抽提液纯化为活性低聚木糖

将此抽提液加热浓缩至其体积的四分之一，取一定的量加到予先装好的活性炭层析柱(一般柱长为柱直径的5-10倍为宜)上，用60％酒精洗脱，收集到的洗脱液用3，5-二硝基水杨酸法检定，至不再含还原糖即可停止收集，混合含还原糖管中的洗脱液即为活性低聚木糖(此洗脱液用HPLC分析，其谱图与日本用酶解法生产的70％低聚木糖HPLC谱图一致，证明此还原糖即为低聚木糖)。

4.活性低聚木糖的浓缩处理

于40℃温度条件下，对所收集到的活性低聚木糖进行减压蒸发以除掉其中所含乙醇(可回收重复使用)，再经纳米滤即得到含活性低聚木糖50％的糖浆制品。该产品为无色透明的粘稠浆状、淡甜味、无其它异味、具较强的生物活性，相对于原料干重，活性低聚木糖的得率为10％-15％。

Claims (4)

1.一种生产活性低聚木糖的方法，其特征在于：该方法是以秸秆类物质为原料，通过蒸汽爆碎处理，再经水抽提、纯化、浓缩，最终得到活性低聚木糖；所说的蒸汽爆碎处理是指在汽爆罐中装入切碎的秸秆，于1.0---1.8Mpa处理2-6分钟，瞬间减压释放即得汽爆秸秆；所说的水抽提是指在汽爆秸秆浓度10-20％、50-80℃热水浸泡0-8小时、采用多级抽提的方式进行。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的秸秆类物质为稻草、麦草、玉米秆、玉米芯、豆秸、高梁秸、蔗渣或者棉子秆。

3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的纯化是指采用活性炭或大孔树脂或葡聚糖凝胶层析方式进行的。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所说的浓缩是指采用纳米滤或超滤、薄膜蒸发或减压蒸发进行的。