一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法和應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，所述方法以玉米皮為原料，以酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。本方法以玉米皮為原料，以酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿，不僅充分利用可再生資源，使得玉米皮能夠得到充分利用、提高其附加值、增加經(jīng)濟(jì)效益，還可以促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛的社會(huì)意義；同時(shí)，該方法以酸性電解水作為催化介質(zhì)，比傳統(tǒng)無(wú)機(jī)酸水解法相比操作簡(jiǎn)便、更加高效，并克服了無(wú)機(jī)酸水解法下游工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高、環(huán)境污染等問(wèn)題，環(huán)境友好。
【專利說(shuō)明】
一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法和應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于功能糖技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的 方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 玉米皮，是玉米加工的副產(chǎn)品，含有豐富的纖維素和半纖維素，是一種可再生木質(zhì) 纖維原料。我國(guó)每年產(chǎn)生的玉米皮約2萬(wàn)噸，目前90%以上都被用作飼料廉價(jià)出售，未得到 充分利用，附加值很低。玉米皮中半纖維素的主要形式是阿拉伯糖基木聚糖，單體是L-阿拉 伯糖和木糖，二者互為同分異構(gòu)體，同為五碳醛糖。L-阿拉伯糖和木糖作為無(wú)熱量的天然甜 料，可以選擇性抑制小腸蔗糖酶活性，阻斷蔗糖分解和吸收，從而抑制血糖升高。此外，L-阿 拉伯糖還可以抑制肥胖、促進(jìn)體內(nèi)雙歧桿菌的生長(zhǎng)，是一種功能性甜味劑。
[0003] 傳統(tǒng)降解半纖維素制取L-阿拉伯糖和木糖的辦法是酸水解、堿抽提或化學(xué)辦法輔 助酶法水解。雖然得率較高但反應(yīng)條件劇烈、對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、酸堿廢液的大量排放造成環(huán) 境污染。電解水，是指在特殊裝置中將含低濃度的電解質(zhì)水溶液經(jīng)特殊電解處理，使水的pH 值、氧化還原電位、有效氯濃度等指標(biāo)發(fā)生改變而產(chǎn)生的，具有特殊功能的酸性電解水和堿 性電解水的總稱。電解水制備簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、無(wú)腐蝕性，對(duì)人無(wú)毒、副作用，目前在食品工 業(yè)主要應(yīng)用在消毒殺菌、水產(chǎn)品保鮮等方面。
[0004] 通過(guò)檢索，發(fā)現(xiàn)如下兩篇與本發(fā)明專利申請(qǐng)相關(guān)的專利公開(kāi)文獻(xiàn)：
[0005] 1、木阿糖漿及其制備方法(CN101715940A)，公開(kāi)了一種木阿糖漿及其制備方法， 它由60-80wt %的干物質(zhì)和20-40wt %的水組成，其中，以干物質(zhì)重量為基數(shù)計(jì)，干物質(zhì)組分 重量百分比如下：木糖：56-58 %，阿拉伯糖：34-36 %，葡萄糖:0.5-4.0 %，雜質(zhì)：余量。本發(fā) 明所述得木阿糖漿，集中了木糖和阿拉伯糖的優(yōu)點(diǎn)，添加到食品中，具有降低血糖、預(yù)防肥 胖、改善糖尿病癥狀等多重功效。該糖漿可通過(guò)氫化可以進(jìn)一步生產(chǎn)復(fù)合糖醇，產(chǎn)品用途廣 泛。并且，本發(fā)明以玉米皮為原料，原料來(lái)源廣泛，受季節(jié)因素影響小，具有良好的開(kāi)發(fā)前景 和市場(chǎng)前景。
[0006] 2、一種食醋用淀粉糖漿的制備方法(CN103966280A)，包括如下步驟：（1)將玉米粒 脫除玉米皮和玉米胚，經(jīng)粉碎后，過(guò)篩，制得脫胚玉米粉；（2)將脫胚玉米粉與淀粉乳混合， 加水調(diào)漿，調(diào)節(jié)PH，然后加入耐高溫α-淀粉酶，混合均勻，制得玉米粉漿；（3)將玉米粉漿升 溫，制備粉漿液化液；（4)將粉漿液化液降溫，調(diào)節(jié)pH;加入復(fù)合糖化酶，制得液化粉漿液； (5)將液化粉漿液糖化，無(wú)糊精反應(yīng)，蒸發(fā)濃縮，即得。本發(fā)明通過(guò)添加脫胚玉米粉，彌補(bǔ)了 玉米淀粉中氮源的不足，從而較現(xiàn)有食醋用淀粉糖漿更利于醋酸的發(fā)酵生成。
[0007] 通過(guò)對(duì)比，本專利申請(qǐng)與上述專利公開(kāi)文獻(xiàn)存在本質(zhì)的不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種以玉米皮為原料制備功能 性甜味糖漿的方法，該方法的酸性電解水的使用克服了傳統(tǒng)酸水解、堿抽提等技術(shù)工藝復(fù) 雜、對(duì)設(shè)備要求高、環(huán)境污染等問(wèn)題，本發(fā)明糖漿可以添加到含有蔗糖的食品中，以降低人 體對(duì)蔗糖的吸收，抑制血糖的升高，可作為糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料。
[0009] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為：
[0010] 一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，所述方法以玉米皮為原料，以 酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。
[0011] 而且，具體步驟如下：
[0012] ⑴制備:制備酸性電解水，得到酸性電解水；
[0013] ⑵除雜:將原料玉米皮與水常壓蒸煮，去除雜質(zhì)，玉米皮與水的質(zhì)量比例為1:20~ 1:60,在溫度 80°C ~100°C 下蒸煮0· 5h ~2h，在3000r/min~5000r/min下離心 5min ~15min、 清水洗滌玉米皮至無(wú)渾濁，得到去淀粉玉米皮；
[0014] ⑶水解:使用酸性電解水水解玉米皮中聚糖，酸性電解水pH為1.9~2.3，玉米皮： 酸性電解水的固液比g:mL為1:10~1:50,在140°C~180°C下水解lOmin~50min，得到含有 L-阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和低聚糖的水解液；
[0015] ⑷發(fā)酵:使用NaOH溶液調(diào)節(jié)水解液pH為4~6，接入酒精酵母，接種量為1 %~5%， 于28°C~32°C下發(fā)酵12h~48h，待水解液中葡萄糖完全消耗后，在3000r/min~5000r/min 下離心5min~15min，除酒精酵母，取上清得發(fā)酵液；
[0016] (5)脫色:將發(fā)酵液用活性炭脫色，活性炭:發(fā)酵液的比例g :mL為1:40~1:200，在40 °C~80 °C下吸附lOmin~50min，脫色后過(guò)濾出活性炭，得脫色液；
[0017] (6)脫鹽:將脫色液稀釋2~10倍，以1. OBV/h~3. OBV/h的流速上樣，上樣量為柱體 積的2%~10%，再以1.0BV/h~3.0BV/h流速的蒸餾水進(jìn)行洗脫，將脫色液連續(xù)兩次通過(guò)陽(yáng) 離子交換樹(shù)脂-陰離子交換樹(shù)脂串聯(lián)柱進(jìn)行脫鹽除雜，脫鹽后收集得交換液；
[0018] ⑵濃縮:在50 °C~70 °C下蒸發(fā)濃縮交換液，濃縮至折光率為50 %~70 %，得到含有 阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。
[0019] 而且，所述步驟⑴中制備酸性電解水的具體步驟如下：
[0020] 使用雙槽隔膜式電解池制備酸性電解水，陰陽(yáng)極板分別為普通鈦網(wǎng)和鍍釕鈦網(wǎng)， 隔膜為陽(yáng)離子交換膜，電解質(zhì)NaCl溶液的濃度為O.lwt%~0.5wt%，在直流電壓20V~40V， 電流0.2A~1A條件下電解30min~120min，在陽(yáng)極室得到酸性電解水。
[0021] 而且，所述步驟⑵中清水為50 °C~60 °C熱水。
[0022]而且，所述步驟⑶中水解液進(jìn)行加熱處理，將水解液于50 °C~60 °C下真空蒸發(fā)，去 除水解液中的HC10、C12，濃縮至原水解液體積的50~80 %。
[0023] 而且，所述步驟⑷中的酒精酵母為T(mén)Q 21.045。
[0024]而且，所述步驟(6)中所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為001X7型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換 樹(shù)脂，所述陰離子交換樹(shù)脂為201X7型強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂;或者，所述交換液 電導(dǎo)率低于50ys/cm。
[0025] 如上所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法在制備糖尿病人和肥胖 人群的甜味食品原料中的應(yīng)用。
[0026] 本發(fā)明取得的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0027] 1、本方法以玉米皮為原料，以酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木 糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿，不僅充分利用可再生資源，使得玉米皮能夠得到充 分利用、提高其附加值，增加經(jīng)濟(jì)效益，還可以促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛的社 會(huì)意義；同時(shí)，該方法以酸性電解水作為催化介質(zhì)，比傳統(tǒng)無(wú)機(jī)酸水解法相比操作簡(jiǎn)便、更 加高效，并克服了無(wú)機(jī)酸水解法下游工藝復(fù)雜、設(shè)備要求高、環(huán)境污染等問(wèn)題，環(huán)境友好。
[0028] 2、本方法使用酒精酵母發(fā)酵去除水解液中的葡萄糖，不需要添加任何營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 操作簡(jiǎn)便，克服了色譜分離法或模擬移動(dòng)床等傳統(tǒng)分離單糖辦法操作復(fù)雜的問(wèn)題。
[0029] 3、本方法通過(guò)加熱糊化的方式使玉米皮中淀粉溶出，代替?zhèn)鹘y(tǒng)除雜工藝中淀粉酶 的使用，降低經(jīng)濟(jì)成本。
[0030] 4、本方法制備得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿中含有 33 %~37 % L-阿拉伯糖、31 %~36 %木糖和27 %~36 %低聚糖。
[0031] 5、本方法制備得到的糖漿可以添加到含有蔗糖的食品中，以降低人體對(duì)蔗糖的吸 收，抑制血糖的升高，可作為糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料，因此該方法可以應(yīng)用在 制備糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料的制備中。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為本發(fā)明中水解液發(fā)酵前后的高效液相色譜圖；其中，圖A為水解液發(fā)酵前的 高效液相色譜圖；圖B為水解液發(fā)酵后的高效液相色譜圖；
[0033]圖2為本發(fā)明中口服果葡糖漿和阿木糖漿后的血糖應(yīng)答曲線圖（Mean 土 SD，n = 12)，p〈0.05,與果葡糖漿組相比，具有顯著性差異，p〈0.01，與果葡糖漿組相比，具有極顯 著性差異；
[0034]圖3為本發(fā)明中阿木糖漿對(duì)蔗糖負(fù)荷大鼠血糖水平的影響圖(Mean 土 SD，η = 12); * ρ〈0.05,劑量組與蔗糖組相比，具有顯著性差異;#ρ〈0.01，劑量組與蔗糖組相比，具有極顯 著性差異；
[0035]圖4為本發(fā)明中單次口服阿木糖漿對(duì)蔗糖負(fù)荷大鼠 AUC的影響圖（Mean 土 SD，η = 12)，ρ〈0.05,劑量組與蔗糖組相比，具有顯著性差異，ρ〈0.01，劑量組與蔗糖組相比，具有 極顯著性差異；
[0036]圖5為本發(fā)明中阿木糖楽:的連續(xù)干預(yù)對(duì)大鼠鹿糖負(fù)荷的影響圖（Mean土SD，n = 12)，p〈0.05,與蔗糖組比較，具有顯著性差異，#p〈0.01，與蔗糖組比較，具有極顯著性差 異;#p〈0.05,與正常組比較，具有顯著性差異， ##p〈0.01，與正常組比較，具有極顯著性差異； [0037]圖6為本發(fā)明中長(zhǎng)期干預(yù)不同糖漿對(duì)大鼠0GTT的影響圖（Mean土 SD，n = 12);*p〈 0.05,與蔗糖組比較，具有顯著性差異，#p〈0.01，與蔗糖組比較，具有極顯著性差異;#p〈 0.05,與正常組比較，具有顯著性差異， ##p〈0.01，與正常組比較，具有極顯著性差異。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明；下述實(shí)施例是說(shuō)明性的，不是限定性的， 不能以下述實(shí)施例來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0039]本發(fā)明中所使用的原料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)的市售產(chǎn)品；本發(fā)明中所使用的 方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0040] 實(shí)施例1:
[0041 ] 將1000g玉米皮以1:40(g: mL)的固液比與水混合，95°C保溫蒸煮lh，在3000r/min 下離心5min，棄去上層池液，用50 °C~60 °C熱水反復(fù)清洗濾渣至無(wú)混池，得到去淀粉玉米 皮，離心甩干。
[0042]將去淀粉玉米皮按l:40(g:mL)的固液比加入pH為2.0的酸性電解水，于180°C下反 應(yīng)40min，得到含有L-阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和低聚糖的水解液。
[0043]將水解液于60°C下蒸發(fā)濃縮，去除水解液中的HC10、Cl2，濃縮至原體積的80%，調(diào) 節(jié)水解液pH至5.5,滅菌后以3%的接種量接入酒精酵母，于30°C下發(fā)酵24h，待水解液中葡 萄糖完全消耗后，在3000r/min下離心5min離心除菌，除酒精酵母，取上清得發(fā)酵液。
[0044] 在發(fā)酵液中以l:50(g:mL)的固液比添加活性炭，在50°C下保溫40min，脫色后過(guò)濾 出活性炭，得脫色液。
[0045]將脫色液連續(xù)兩次通過(guò)陽(yáng)-陰離子交換串聯(lián)柱，將脫色液稀釋2倍，以1.0BV/h的流 速上樣，上樣量為柱體積的2%，再以1. 〇BV/h流速的蒸餾水進(jìn)行洗脫，脫鹽后收集得交換 液。
[0046]在60°C下蒸發(fā)濃縮交換液至折光率為60%，得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的 混合的功能性甜味糖漿。
[0047] 實(shí)施例2:
[0048] 一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，所述方法以玉米皮為原料，以 酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。
[0049] 具體步驟如下：
[0050] ⑴制備:制備酸性電解水，得到酸性電解水；
[0051 ]其中，所述制備酸性電解水的具體步驟如下：
[0052]使用雙槽隔膜式電解池制備酸性電解水，陰陽(yáng)極板分別為普通鈦網(wǎng)和鍍釕鈦網(wǎng)， 隔膜為陽(yáng)離子交換膜，電解質(zhì)NaCl溶液的濃度為O.lwt%~0.5wt%，在直流電壓20V~40V， 電流0.2A~1A條件下電解30min~120min，在陽(yáng)極室得到酸性電解水；
[0053]⑵除雜:將原料玉米皮與水常壓蒸煮，去除雜質(zhì)，玉米皮與水的質(zhì)量比例為1:20， 在溫度80°C下蒸煮0.5h，在3000r/min下離心5min、清水洗滌玉米皮至無(wú)渾池，得到去淀粉 玉米皮；
[0054]⑶水解:使用酸性電解水水解玉米皮中聚糖，酸性電解水pH為1.9，固液比g :mL為 1:10，在140°C下水解lOmin，得到含有L-阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和低聚糖的水解液；
[0055]所述水解液進(jìn)行加熱處理，將水解液于50 °C下真空蒸發(fā)，去除水解液中的HC10、 Cl2,濃縮至原水解液體積的50 % ;
[0056] ⑷發(fā)酵:使用NaOH溶液調(diào)節(jié)水解液pH為4,接入酒精酵母TQ 21.045,接種量為1%， 于28°C下發(fā)酵12h，待水解液中葡萄糖完全消耗后，在3000r/min下離心5min，除酒精酵母， 取上清得發(fā)酵液；
[0057] (5)脫色：將發(fā)酵液用活性炭脫色，活性炭：發(fā)酵液的比例g :mL為1:40，在40 °C~80 °C下吸附lOmin，脫色后過(guò)濾出活性炭，得脫色液；
[0058] (6)脫鹽:將脫色液連續(xù)兩次通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂-陰離子交換樹(shù)脂串聯(lián)柱進(jìn)行脫 鹽除雜，將脫色液稀釋2倍，以1.0BV/h~的流速上樣，上樣量為柱體積的2%，再以1.0BV/h 流速的蒸餾水進(jìn)行洗脫，脫鹽后收集得交換液；
[0059] 所述步驟(6)中所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為001X7型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂， 所述陰離子交換樹(shù)脂為201X7型強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂;或者，所述交換液電導(dǎo) 率低于50ys/cm;
[0060]⑵濃縮:在50°C下蒸發(fā)濃縮交換液，濃縮至折光率為50%，得到含有阿拉伯糖、木 糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。
[0061 ] 實(shí)施例3:
[0062] 一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，所述方法以玉米皮為原料，以 酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。 [0063] 具體步驟如下：
[0064]⑴制備:制備酸性電解水，得到酸性電解水；
[0065]⑵除雜:將原料玉米皮與水常壓蒸煮，去除雜質(zhì)，玉米皮與水的質(zhì)量比例為1:40， 在溫度90 °C下蒸煮lh，在4000r/min下離心10min、清水洗滌玉米皮至無(wú)渾濁，得到去淀粉玉 米皮；
[0066]⑶水解:使用酸性電解水水解玉米皮中聚糖，酸性電解水pH為2，固液比g :mL為1: 30，在160°C下水解30min，得到含有L-阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和低聚糖的水解液；
[0067] ⑷發(fā)酵:使用NaOH溶液調(diào)節(jié)水解液pH為5，接入酒精酵母，接種量為3%，于30°C下 發(fā)酵30h，待水解液中葡萄糖完全消耗后，在4000r/min下離心10min，除酒精酵母，取上清得 發(fā)酵液；
[0068] (5)脫色:將發(fā)酵液用活性炭脫色，活性炭:發(fā)酵液的比例g :mL為1:100，在60 °C下吸 附30min，脫色后過(guò)濾出活性炭，得脫色液；
[0069] (6)脫鹽:將脫色液連續(xù)兩次通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂-陰離子交換樹(shù)脂串聯(lián)柱進(jìn)行脫 鹽除雜，將脫色液稀釋6倍，以2.OBV/h的流速上樣，上樣量為柱體積的6%，再以2.OBV/h流 速的蒸餾水進(jìn)行洗脫，脫鹽后收集得交換液；
[0070] ⑵濃縮:在60°C下蒸發(fā)濃縮交換液，濃縮至折光率為60%，得到含有阿拉伯糖、木 糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。
[0071] 實(shí)施例4:
[0072] 一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，所述方法以玉米皮為原料，以 酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。 [0073] 具體步驟如下：
[0074] ⑴制備:制備酸性電解水，得到酸性電解水；
[0075] 所述制備酸性電解水的具體步驟如下：
[0076] 使用雙槽隔膜式電解池制備酸性電解水，陰陽(yáng)極板分別為普通鈦網(wǎng)和鍍釕鈦網(wǎng)， 隔膜為陽(yáng)離子交換膜，電解質(zhì)NaCl溶液的濃度為0.5wt%，在直流電壓40V，電流1A條件下電 解120min，在陽(yáng)極室得到酸性電解水；
[0077]⑵除雜:將原料玉米皮與水常壓蒸煮，去除雜質(zhì)，玉米皮與水的質(zhì)量比例為1:60， 在溫度l〇〇°C下蒸煮2h，在5000r/min下離心15min、清水洗滌玉米皮至無(wú)渾池，得到去淀粉 玉米皮；
[0078]⑶水解:使用酸性電解水水解玉米皮中聚糖，酸性電解水pH為2.3，固液比g :mL為 1:50，在180°C下水解50min，得到含有L-阿拉伯糖、木糖、葡萄糖和低聚糖的水解液；
[0079]所述水解液進(jìn)行加熱處理，將水解液于50 °C~60 °C下真空蒸發(fā)，去除水解液中的 HC10、C12，濃縮至原水解液體積的50~80 % ;
[0080] ⑷發(fā)酵:使用NaOH溶液調(diào)節(jié)水解液pH為6,接入酒精酵母TQ 21.045,接種量為5%， 于32°C下發(fā)酵48h，待水解液中葡萄糖完全消耗后，在5000r/min下離心15min，除酒精酵母， 取上清得發(fā)酵液；
[0081 ] (5)脫色:將發(fā)酵液用活性炭脫色，活性炭:發(fā)酵液的比例g :mL為1: 200，在80 °C下吸 附50min，脫色后過(guò)濾出活性炭，得脫色液；
[0082] (6)脫鹽:將脫色液連續(xù)兩次通過(guò)陽(yáng)離子交換樹(shù)脂-陰離子交換樹(shù)脂串聯(lián)柱進(jìn)行脫 鹽除雜，將脫色液稀釋10倍，以3.OBV/h的流速上樣，上樣量為柱體積的10%，再以3.OBV/h 流速的蒸餾水進(jìn)行洗脫，脫鹽后收集得交換液；
[0083] 所述所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為001X7型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，所述陰離 子交換樹(shù)脂為201X7型強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂;或者，所述交換液電導(dǎo)率低于50μ s/cm；
[0084] ⑵濃縮:在70°C下蒸發(fā)濃縮交換液，濃縮至折光率為70%，得到含有阿拉伯糖、木 糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。
[0085] 本發(fā)明以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法的相關(guān)檢測(cè)結(jié)果：
[0086] 1、電解水法與硫酸法水解玉米皮效果的比較
[0087]準(zhǔn)確稱取去淀粉玉米皮lg，分別加入pH為2.0的酸性電解水(現(xiàn)用現(xiàn)制）和硫酸溶 液，以1: 30(g:mL)的料液比，密封至水熱合成反應(yīng)爸，在180°C下反應(yīng)30min，以蒸餾水作為 對(duì)照，測(cè)定三種水解液中總糖、還原糖、葡萄糖、L-阿拉伯糖和D-木糖的含量，考察相同條件 下不同酸溶液對(duì)玉米皮水解效果的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
[0088]表1硫酸法與電解水法水解去淀粉玉米皮比較（％干物質(zhì)重）
[0089]
[0090] 從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，酸性電解水法水解略比硫酸水解完全，水解液中以還原糖 為主，未水解完全的多糖含量極少。經(jīng)電解水處理玉米皮后，水解液中L-阿拉伯糖和木糖的 含量高于硫酸水解法，但葡萄糖得率卻很低，其原因可能是半纖維素相比纖維素更容易被 酸性電解水水解。酸性電解水在水解半纖維素方面的優(yōu)越性，可以歸因于酸性電解水中大 量的Cl'HClO和Cl 2和其較高的氧化還原電勢(shì)，但其水解機(jī)制尚不明確。目前從植物原料中 提取半纖維素最常用的方法是酸水解或堿抽提，而硫酸水解法也因其高效水解率成為水解 植物纖維最常用的方法。硫酸水解雖然高效，但因其具有強(qiáng)氧化型和強(qiáng)腐蝕性，因而操作危 險(xiǎn)、對(duì)設(shè)備要求高，并且污染環(huán)境。本發(fā)明的電解水法水解玉米皮作為一種新型水解辦法， 以玉米皮為原料，以酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合 的功能性甜味糖漿，不僅充分利用可再生資源，使得玉米皮能夠得到充分利用、提高其附加 值，增加經(jīng)濟(jì)效益，還可以促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有廣泛的社會(huì)意義，并且在得率 上相比硫酸法略勝一籌，并且制備簡(jiǎn)單、更加高效、價(jià)格低廉、無(wú)腐蝕性并且環(huán)境友好，具有 深遠(yuǎn)的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)意義。
[0091 ] 2、對(duì)玉米皮水解液和發(fā)酵液進(jìn)行高效液相色譜分析
[0092] 對(duì)玉米皮水解液和發(fā)酵液進(jìn)行高效液相色譜分析，譜圖如圖1所示。經(jīng)酒精酵母特 異性發(fā)酵后，葡萄糖含量已低于檢測(cè)線不能檢出，同時(shí)L-阿拉伯糖和木糖的含量并未損失。 同時(shí)，從圖1中也可以看出，本方法制備得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性 甜味糖漿中含有33 %~37 % L-阿拉伯糖、31 %~36 %木糖和27 %~36 %低聚糖。
[0093] 3、阿木糖漿（即為本發(fā)明方法制備得到的功能性甜味糖漿)對(duì)大鼠餐后血糖的影 響
[0094] 3.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物
[0095]健康SPF級(jí)SD雄性大鼠84只，體重250 ± 20g，購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限 公司（合格證號(hào)：SCXK(京)2014-0001)。所有大鼠均喂養(yǎng)于天津科技大學(xué)清潔級(jí)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)房 (環(huán)境設(shè)施合格證號(hào)：SYXK(津)2006-0005)，環(huán)境溫度為（22 ± 2) °C、濕度為40 % -60 %，于12 小時(shí)光照交替的環(huán)境中飼養(yǎng)，自由攝水、采食，適應(yīng)一周后開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。
[0096] 3.2動(dòng)物分組及受試物的干預(yù)
[0097]將大鼠按體重隨機(jī)分為以下7組，每組12只。于每天同一時(shí)間進(jìn)行灌胃，每日一次， 連續(xù)6周。具體分組及干預(yù)情況見(jiàn)表2。灌胃量為4ml/kg，每5天于固定時(shí)間稱重一次并記錄 重量。
[0098]表2動(dòng)物的分組及受試物的干預(yù)
[0099]
[0100] 3.3阿木糖漿對(duì)大鼠餐后血糖的影響
[0101] 3.3.1 口服同劑量果葡糖漿、阿木糖漿對(duì)大鼠餐后血糖的變化
[0102] 大鼠禁食12-16h，尾尖取血，測(cè)定空腹血糖，分別口服給予2g/kg的果葡糖漿（以果 糖含量計(jì)）、阿木糖漿（以L-阿拉伯糖含量計(jì)），于口服后的0.51 1、111、211測(cè)定血糖值，繪制血 糖應(yīng)答曲線，如圖2所示。大鼠口服阿木糖漿后，各時(shí)間點(diǎn)血糖水平均極顯著地低于果葡糖 漿組(P〈〇. 01)。已有研究證明果葡糖漿與許多餐后高血糖而引起的慢性疾病密切相關(guān)，如 肥胖、胰島素抵抗等。本文以農(nóng)業(yè)廢棄物玉米皮為原料，制備功能性甜味糖漿，操作簡(jiǎn)便、經(jīng) 濟(jì)合理且環(huán)境友好，可作為糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料。
[0103] 3.3.2大鼠蔗糖負(fù)荷實(shí)驗(yàn)
[0104] 3.3.2.1單次口服阿木糖漿對(duì)大鼠餐后血糖的變化
[0105] 將大鼠于灌胃的第一天之前禁食12-16h，尾尖取血，測(cè)定空腹血糖后，各組口服給 予4g/kg的蔗糖建立餐后高血糖模型，同時(shí)劑量組分別給予不同劑量的阿木糖漿。于口服蔗 糖后的〇.51 1、111、211測(cè)定血糖值，繪制血糖應(yīng)答曲線，計(jì)算曲線下面積以1]〇，如圖3、4所示， 其中計(jì)算公式為：
[0106] AUC= 1/4X (Oh血糖值+0·5h血糖值)+1/4X (0·5h血糖值+lh血糖值)+1/2 X (lh血 糖值+2h血糖值）。
[0107] 同時(shí)計(jì)算劑量組各時(shí)間點(diǎn)血糖抑制率和AUC抑制率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其中計(jì) 算公式分別為：
[0108] 各時(shí)間點(diǎn)血糖抑制率％ = (1-) X 100% (以0 · 5h為例）
[0109] AUC 抑制率％ = (1-X/S)X100%
[oho]從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，三種劑量的阿木糖漿對(duì)蔗糖攝入引起的血糖升高均有極顯著的 抑制作用(P〈〇.01)。同時(shí)，與蔗糖組相比，阿木糖漿添加低、中、高劑量組血糖應(yīng)答曲線下面 積極顯著性降低(P〈〇.01)，表現(xiàn)出良好的劑量依賴性。
[0111] 計(jì)算各時(shí)間點(diǎn)血糖抑制率和血糖應(yīng)答曲線面積的抑制率，從表3可以看出，在蔗糖 負(fù)荷0.5h后，阿木糖漿可以迅速有效的抑制蔗糖分解引起的血糖水平的上升，而lh后，血糖 抑制率有增無(wú)減，表明阿木糖漿不僅可以在短時(shí)間內(nèi)抑制蔗糖攝入而引起的血糖上升，還 可以較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)地抑制血糖的上升。除此以外，隨著阿木糖漿劑量的增加，AUC抑制率 上升，并呈劑量依賴性。
[0112] 表3蔗糖負(fù)荷大鼠的血糖抑制率(Mean土 SD，η = 12，％ )
[0113]
[0114] 3.3.2.2連續(xù)口服阿木糖漿對(duì)大鼠餐后血糖的變化
[0115] 大鼠按表2干預(yù)6周后，進(jìn)行蔗糖負(fù)荷實(shí)驗(yàn)，計(jì)算各組AUC，與單次口服阿木糖漿對(duì) 大鼠餐后血糖的變化做比較，探究連續(xù)口服阿木糖漿對(duì)大鼠餐后血糖變化的影響，研究阿 木糖漿連續(xù)干預(yù)6周后的有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，大鼠連續(xù)干預(yù)六周 后，蔗糖組的AUC相比正常組顯著性上升(ρ〈0.05)，原因可能是連續(xù)攝入蔗糖刺激了小腸蔗 糖酶活性增強(qiáng)，因此蔗糖在小腸內(nèi)更加快速地分解吸收從而導(dǎo)致AUC顯著性上升。此外，鹿 糖添加阿木糖漿連續(xù)干預(yù)6周后，阿木糖漿并未失去對(duì)蔗糖餐后血糖抑制的有效性，依然可 以極顯著地降低AUC(p〈0.01)，甚至在長(zhǎng)期的中高劑量干預(yù)下，抑制效果要優(yōu)于第一次口 月艮，表現(xiàn)出一定的劑量依賴性。而阿木糖漿組在蔗糖負(fù)荷后AUC與正常組相比基本無(wú)差異(p >0.05)，表明單一口服阿木糖漿對(duì)大鼠蔗糖負(fù)荷能力并無(wú)顯著影響，因此阿木糖漿對(duì)蔗糖 的抑制分解作用僅表現(xiàn)在與蔗糖同服時(shí)。
[0116] 3.3.2.3 口服葡萄糖糖耐量實(shí)驗(yàn)
[0117] 大鼠按表2干預(yù)6周后，禁食12_16h，尾尖取血，測(cè)定空腹血糖后，各組口服給予 2.5g/kg的葡萄糖，于口服葡萄糖后的0.5h、111、211測(cè)定血糖值，計(jì)算AUC，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所 示。結(jié)果表明：與正常組相比，果葡糖漿組的葡萄糖耐受能力極顯著性下降(p〈〇.01)，而阿 木糖漿可以顯著性提高葡萄糖耐受(P〈〇.05)。同時(shí)蔗糖組的葡萄糖耐受能力與正常組相比 也顯著性地下降(p〈0.05)，而三種添加量的阿木糖漿則可以極顯著地提高下降的葡萄糖耐 受能力(P〈〇.01)，并表現(xiàn)出一定的劑量依賴性，其中中、高劑量組的葡萄糖耐受力甚至要高 于正常組。
[0118] 3.3.2.4生理生化指標(biāo)的測(cè)定
[0119] 大鼠按表2干預(yù)6周后，禁食12_16h，眼眶取血。離心取血清，測(cè)定血清中糖化血清 蛋白、肌酐、尿素氮、天門(mén)冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶含量，按南京建成生物工 程研究所測(cè)試盒說(shuō)明書(shū)操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由數(shù)據(jù)可看出，連續(xù)6周攝入果葡糖漿和 蔗糖可以對(duì)正常大鼠造成不同程度的肝損傷和腎損傷。與正常組相比，果葡糖漿組血清中 糖化血清蛋白含量、天門(mén)冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶活力極顯著性升高（P〈 0.01)，肌酐和尿素氮含量雖然沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性差異，但也有不同程度地增加。蔗糖組糖 化血清蛋白含量顯著性升高（P〈〇. 05)，血清丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶活力極顯著性增強(qiáng)（p〈 〇. 01 )，其他三項(xiàng)指標(biāo)也有不同程度地增加。此外，與正常組相比，阿木糖漿組的五項(xiàng)血清指 標(biāo)雖然沒(méi)有顯著性差異，但也有不同程度地下降。蔗糖添加阿木糖漿低、中、高劑量組糖化 血清蛋白含量、尿素氮和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶活力極顯著地降低(P〈〇.01)，其他兩項(xiàng)指標(biāo)與 蔗糖組相比雖然沒(méi)有顯著性差異，但也有不同程度地降低，呈劑量依賴性。L-阿拉伯糖和木 糖攝入后在盲腸內(nèi)被微生物發(fā)酵，并不參與機(jī)體代謝，因此連續(xù)攝入阿木糖漿不僅不會(huì)增 加肝腎負(fù)擔(dān)，還可以通過(guò)抑制蔗糖分解一定程度地緩解因蔗糖攝入而引起的肝、腎損傷。
[0120] 表4大鼠血清中生理生化指標(biāo)(Mean 土 SD，η = 12)
[0121]
[0122] 注，ρ〈0.05,與蔗糖組比較，具有顯著性差異，#ρ〈0.01，與蔗糖組比較，具有極顯 著性差異Λ〈〇.05,與正常組比較，具有顯著性差異， ##ρ〈0.01，與正常組比較，具有極顯著 性差異。
[0123] 由此可以看出，本方法制備得到的糖漿可以添加到含有蔗糖的食品中，以降低人 體對(duì)蔗糖的吸收，抑制血糖的升高，可作為糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料，因此該方 法可以應(yīng)用在制備糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料的制備中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:所述方法以玉米皮 為原料，以酸性電解水為催化介質(zhì)，水解得到含有阿拉伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性 甜味糖漿。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:具 體步驟如下： ⑴制備:制備酸性電解水，得到酸性電解水； ⑵除雜：將原料玉米皮與水常壓蒸煮，去除雜質(zhì)，玉米皮與水的質(zhì)量比例為1:20~1: 60，在溫度 80°C ~100°C 下蒸煮0 · 5h~2h，在3000r/min~5000r/min下離心 5min ~15min、清 水洗滌玉米皮至無(wú)渾濁，得到去淀粉玉米皮； (3)水解:使用酸性電解水水解玉米皮中聚糖，酸性電解水pH為1.9~2.3，玉米皮:酸性 電解水的固液比g: mL為1:10~1:50,在140°C~180°C下水解1 Omin~50min，得到含有L-阿 拉伯糖、木糖、葡萄糖和低聚糖的水解液； ⑷發(fā)酵:使用NaOH溶液調(diào)節(jié)水解液pH為4~6，接入酒精酵母，接種量為1 %~5%，于28 °C~32°C下發(fā)酵12h~48h，待水解液中葡萄糖完全消耗后，在3000r/min~5000r/min下離 心5min~15min，除酒精酵母，取上清得發(fā)酵液； (5) 脫色:將發(fā)酵液用活性炭脫色，活性炭:發(fā)酵液的比例g:mL為1:40~1: 200，在40°C~ 80°C下吸附lOmin~50min，脫色后過(guò)濾出活性炭，得脫色液； (6) 脫鹽:將脫色液稀釋2~10倍，以1. OBV/h~3. OBV/h的流速上樣，上樣量為柱體積的 2 %~1 〇 %，再以1. 〇BV/h~3.0BV/h流速的蒸餾水進(jìn)行洗脫，將脫色液連續(xù)兩次通過(guò)陽(yáng)離子 交換樹(shù)脂-陰離子交換樹(shù)脂串聯(lián)柱進(jìn)行脫鹽除雜，脫鹽后收集得交換液； (7) 濃縮:在50°C~70°C下蒸發(fā)濃縮交換液，濃縮至折光率為50%~70%，得到含有阿拉 伯糖、木糖和低聚糖的混合的功能性甜味糖漿。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:所 述步驟⑴中制備酸性電解水的具體步驟如下： 使用雙槽隔膜式電解池制備酸性電解水，陰陽(yáng)極板分別為普通鈦網(wǎng)和鍍釕鈦網(wǎng)，隔膜 為陽(yáng)離子交換膜，電解質(zhì)NaCl溶液的濃度為O.lwt%~0.5wt%，在直流電壓20V~40V，電流 0.2A~1A條件下電解30min~120min，在陽(yáng)極室得到酸性電解水。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:所 述步驟⑵中清水為50 °C~60 °C熱水。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:所 述步驟⑶中水解液進(jìn)行加熱處理，將水解液于50°C~60°C下真空蒸發(fā)，去除水解液中的 HC10、C12，濃縮至原水解液體積的50~80 %。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:所 述步驟⑷中的酒精酵母為T(mén)Q 21.045。7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖漿的方法，其特征在于:所 述步驟(6)中所述陽(yáng)離子交換樹(shù)脂為001X7型強(qiáng)酸性苯乙烯系陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，所述陰離子 交換樹(shù)脂為201 X 7型強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹(shù)脂;或者，所述交換液電導(dǎo)率低于50ys/ cm〇8. 如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的以玉米皮為原料制備功能性甜味糖楽;的方法在制備 糖尿病人和肥胖人群的甜味食品原料中的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】A23L33/125GK105996044SQ201610394206
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】張澤生, 徐夢(mèng)瑩, 孫明哲, 高云峰, 王田心
【申請(qǐng)人】天津科技大學(xué)