一種低聚果糖的純化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低聚果糖的純化方法，菊粉經(jīng)菊粉酶酶解后得到初級低聚果糖混合液，將初級低聚果糖混合液置于反應(yīng)器中，在10～40℃條件下，加入pH5.0～8.0的磷酸緩沖鹽和葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，酶解1～20h，酶解液經(jīng)納濾膜處理，收集截留液獲得純度大于98％的低聚果糖溶液。本發(fā)明方法將蔗糖降解為單糖，再進一步地通過納濾膜去除單糖而截留聚合度大于2的果聚糖，其純度大幅提高，能超過98％。同時，將蔗糖降解為單糖后，納濾透過液中的糖均為微生物能直接利用的單糖，將其作為副產(chǎn)品應(yīng)用于發(fā)酵行業(yè)，其市場需求量巨大。
【專利說明】一種低聚果糖的純化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物化工【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種低聚果糖的純化方法，尤其涉及一種降低菊粉經(jīng)菊粉酶酶解后產(chǎn)物中二糖的含量提高產(chǎn)品低聚果糖純度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]菊粉，又名菊糖，作為植物能量的儲存方式之一，在自然界的分布十分廣泛，超過三萬種植物中可以找到其含量并為它們的能量儲備。菊粉是由果糖經(jīng)β (2-1)鍵連接而成的線性直鏈多糖，末端常帶有一個葡萄糖，聚合度DP通常為2~60之間，菊粉實際上也是多種不同聚合度果聚糖的混合物。聚合度較低(DP = 2~9)的果聚糖通常稱為低聚果糖，聚合度10~30的果聚糖通常稱為多聚果糖，聚合度高于40的果聚糖通常稱為高聚果糖。其中，菊芋和菊苣最適合作為生產(chǎn)菊粉的原料，它們來源豐富，菊粉含量高，約占其塊莖干重的70%。
[0003]低聚果糖也廣泛存在于各種植物中，是優(yōu)良的水溶性膳食纖，是完全符合益生元標(biāo)準(zhǔn)的典型雙歧因子，也是人體保健功能研究試驗最為深入詳盡的寡糖之一，以其優(yōu)越的生理功能成為近十年來國際食品市場上廣泛流行的功能性食品配料。低聚果糖甜度一般為蔗糖的30~60%，在通常的食品pH范圍(4.0~7.0)內(nèi)，低聚果糖具有相當(dāng)好的熱穩(wěn)定性，加入乳酸飲料、冷飲、果汁、果醬、水果罐頭中，在冷藏條件下，保存I~6個月仍很穩(wěn)定，故可以廣泛應(yīng)用于各種食品。相關(guān)研究表明，低聚果糖或它的代謝物沒有直接或是潛在的毒性，安全性高，且相關(guān)文件也證明低聚果糖是對人體有益的，2000年美國FDA確認低聚果糖為公認安全物質(zhì)(GRAS )。低聚果糖熱量值低，可做低能量食品，預(yù)防肥胖癥，具有調(diào)節(jié)血糖水平、降血脂、雙向調(diào)節(jié)腸道菌群防止便秘和腹瀉、抑制有毒發(fā)酵產(chǎn)物從而保護肝臟預(yù)防結(jié)腸癌、促進鈣鎂鐵等礦物質(zhì)的吸收、促進維生素的合成等功效。
[0004]由于天然植物中低聚果糖含量一般不高，目前主要通過工業(yè)化的方法來進行大規(guī)模生產(chǎn)，主要包括兩種方法:一種是在蔗糖分子的果糖基上通過β (2-1)糖苷鍵連接1-η個果糖基而成的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖、蔗果六糖及其混合物，這種工藝是1983年首先由日本研究成功的，但該工藝的反應(yīng)過程中含有反應(yīng)副產(chǎn)物葡萄糖、果糖和較多量的反應(yīng)底物蔗糖等可消化糖，對于一些特殊人群如糖尿病人和齲齒病人是不利的；另一種是以菊苣或菊芋提取的菊粉為原料，經(jīng)酶解或酸解而生成的聚合度3-9的果聚糖，這種低聚糖中的果糖分子是以β (2-1)糖苷鍵連接而成，其結(jié)構(gòu)形式主要是Fn型(F是果糖分子，η是果糖分子數(shù)目，如F1、F2、F3、F4、Fn)，此外也含有一定量GFn型的蔗果型低聚果糖，GFn型和Fn型具有非常相似的物理和化學(xué)性質(zhì)。菊粉在酶解過程中也有副產(chǎn)物葡萄糖、果糖和蔗糖等可消化糖。上述兩種生產(chǎn)工藝，單糖在下游分離過程中通過納濾膜能去除，然而在保證聚合度3-9的果聚糖不透過納濾膜的前提下，二糖也有大量截留，導(dǎo)致最終產(chǎn)品低聚糖純度偏低，因此選擇一種合適的方式降低低聚果糖中二糖的含量且不影響聚合度大于2的GFn型低聚果糖，制備高純度低聚果糖成為該產(chǎn)業(yè)及研究者的研究熱點。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低聚果糖的純化方法，酶法降低菊粉酶酶解產(chǎn)物中二糖含量從而提高低聚果糖純度的方法，獲得高品質(zhì)低聚果糖產(chǎn)品。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種低聚果糖的純化方法，菊粉經(jīng)菊粉酶酶解后得到初級低聚果糖混合液，將初級低聚果糖混合液置于反應(yīng)器中，在10~40°C條件下，加入lmol/L、pH5.0~8.0的磷酸緩沖鹽和葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，酶解I~20h，酶解液經(jīng)納濾膜處理，收集截留液獲得純度大于98%的低聚果糖溶液。
[0008]其中，溫度條件優(yōu)選在30~40°C，最優(yōu)選30V。
[0009]其中，磷酸緩沖鹽的pH優(yōu)選在6.0~7.0，最優(yōu)選ρΗ7.0。
[0010]其中，酶解時間優(yōu)選8~20h，最優(yōu)選14h。
[0011]其中，所述的初級低聚果糖混合液，其中低聚果糖的純度為50~80%。
[0012]其中，葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的添加量為I~10U/g，優(yōu)選4~10U/g，最優(yōu)選4U/g。
[0013]葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的酶活的定義:1分鐘能夠降解Ig蔗糖為1-磷酸葡萄糖和果糖所需的酶量為1U。 [0014]其中，PH5.0~8.0的磷酸緩沖鹽，其組分為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀和磷酸鉀的任意一種或幾種的組合。PH5.0~8.0的磷酸緩沖鹽的用量根據(jù)初級低聚果糖混合液中蔗糖的濃度計算，使反應(yīng)體系中的蔗糖與磷酸鹽摩爾比為0.9~1.1，優(yōu)選摩爾比為I。
[0015]其中，所述的納濾膜，其截留分子量為150~500Da，優(yōu)選350~500Da，最優(yōu)選350Dao
[0016]其中，納濾膜處理后透過液即單糖溶液通過MVR蒸發(fā)器處理濃縮，蒸出的水用于納濾膜濃縮液的洗濾用水及納濾膜洗膜用水。
[0017]本發(fā)明選擇的葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶能夠降解二糖生成單糖且對聚合度高于2的GFn型(一分子葡萄糖與η分子果糖連接)低聚果糖無影響。
[0018]本發(fā)明的低聚果糖的純化方法，加入葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶酶解后，使得初級低聚果糖混合液中的單糖和聚合度3-9的果聚糖不發(fā)生變化，但是蔗糖轉(zhuǎn)化為單糖；利用通過截留分子量在150~500Da的納濾膜去除單糖，從而得到純度>98%高純度低聚果糖。
[0019]有益效果:本發(fā)明基于菊粉經(jīng)菊粉酶酶解后的初級低聚果糖中蔗糖濃度較高，直接采用納濾膜過濾時，蔗糖的去除率很低，通過一種溫和的酶催化反應(yīng)，將蔗糖降解為單糖，進一步地通過納濾膜去除單糖而截留聚合度大于2的果聚糖，其純度大幅提高，能超過98%。另一方面，將蔗糖降解為單糖后，納濾透過液中的糖均為微生物能直接利用的單糖，將其作為副產(chǎn)品應(yīng)用于發(fā)酵行業(yè)，其市場需求量巨大；采用先進的MVR蒸發(fā)器，其效率相當(dāng)于超過20效的多效蒸發(fā)器，因此節(jié)能性高，且蒸發(fā)水純度高，可直接用于納濾系統(tǒng)用水。
【具體實施方式】
[0020]根據(jù)下述實施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，實施例所描述的內(nèi)容僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會限制權(quán)利要求書中所詳細描述的本發(fā)明。
[0021]實施例1:
[0022]取兩種不同級別的初級低聚果糖混合液100mL(l號和2號純度分別是50%和80%，蔗糖含量為0.lmol/L)于酶反應(yīng)器中，葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶為5U/g，酶反應(yīng)溫度30°C，lmol/L的pH為7.0的磷酸緩沖鹽IOmL反應(yīng)時間在8h，反應(yīng)后的產(chǎn)物通過截留分子量為350Da的納濾膜處理，酶處理前后及納濾處理后產(chǎn)品中單糖、二糖和低聚果糖的含量見表
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[0023]表1初級低聚果糖酶處理前后及納濾處理后的效果
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種低聚果糖的純化方法，菊粉經(jīng)菊粉酶酶解后得到初級低聚果糖混合液，其特征在于，將初級低聚果糖混合液置于反應(yīng)器中，在10~40°C條件下，加入lmol/L、pH5.0~8.0的磷酸緩沖鹽和葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，酶解I~20h，酶解液經(jīng)納濾膜處理，收集截留液獲得純度大于98%的低聚果糖溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低聚果糖的純化方法，其特征在于，所述的初級低聚果糖混合液，其中初級低聚果糖混合液中，低聚果糖的純度為50~80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低聚果糖的純化方法，其特征在于，葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶的添加量為I~10U/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低聚果糖的純化方法，其特征在于，pH5.0~8.0的磷酸緩沖鹽，其組分為磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀和磷酸鉀的任意一種或幾種的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低聚果糖的純化方法，其特征在于，pH5.0~8.0的磷酸緩沖鹽的用量根據(jù)初級低聚果糖混合液中蔗糖的濃度計算，使反應(yīng)體系中的蔗糖與磷酸鹽摩爾比為0.9~1.1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低聚果糖的純化方法，其特征在于，所述的納濾膜，其截留分子量為150~500Da。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低聚果糖的純化方法，其特征在于，納濾膜處理后透過液即單糖溶液通過MVR蒸發(fā)器處理濃縮，蒸出的水用于納濾膜濃縮液的洗濾用水及納濾膜洗膜用水。
【文檔編號】C07H1/06GK103980382SQ201410232931
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】馬江鋒, 姜岷, 韋策, 呂浩, 張敏, 李干祿, 吳昊 申請人:南京工業(yè)大學(xué)