賀偉-低聚果糖介紹

低聚果糖

賀偉長沙理工目錄1低聚果糖簡介23低聚果糖的健康功效低聚果糖的生產(chǎn)技術(shù)4低聚果糖的純化技術(shù)

低聚果糖(Fructooligosaccharides，F(xiàn)OS)，又稱寡果糖，蔗果三糖族低聚糖或蔗果低聚糖，是指在蔗糖分子的果糖殘基上通過β(1-2)糖苷鍵連接1～3個果糖基而成的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖及其混合物。1.低聚果糖簡介1.1低聚果糖的分子結(jié)構(gòu)低聚果糖分子式：GFn，聚合度n=2~9。蔗果三糖：GF2

蔗果四糖：GF3

蔗果五糖：GF4由于聚合度不同產(chǎn)品所起的效果和使用量的差別，我國QB2581特別規(guī)定，聚合度超過5的不計算為低聚果糖的有效含量。GF2GF3GF4低聚果糖分子結(jié)構(gòu)蔗果三糖蔗果四糖蔗果五糖代表葡萄糖代表果糖低聚果糖分子結(jié)構(gòu)1.2低聚果糖的物理化學(xué)性質(zhì)甜度低，口味純正、清爽黏度適中低熱量非還原性，不參與美拉德反應(yīng)常溫及高溫條件下中性條件下相當(dāng)穩(wěn)定，低溫耐酸耐高溫，可以適應(yīng)常見的熱工藝吸濕性能優(yōu)于麥芽糖接近山梨醇2.1低聚果糖是典型的水溶性膳食纖維美國谷物化學(xué)家協(xié)會（AACC）給膳食纖維下的定義是：膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發(fā)酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相類似物質(zhì)的總和，包括多糖、寡糖、木質(zhì)素以及相關(guān)的植物物質(zhì)。膳食纖維具有潤腸通便、調(diào)節(jié)控制血糖濃度、降血脂等一種或多種生理功能。2.低聚果糖的健康功效2.2低聚果糖是活性益生元Gibson和Fuller提出的益生元定義是：“不消化的食物成分，并且這些成分可通過選擇性的刺激一個或者幾個結(jié)腸生理性細(xì)菌的增殖而提高活性，對宿主產(chǎn)生有益的健康效應(yīng)?！钡途酃堑慕】倒πв傻途酃峭ㄟ^雙歧桿菌的作用產(chǎn)生短鏈脂肪酸使鈣溶解短鏈脂肪酸促進(jìn)粘膜細(xì)胞對鈣的進(jìn)入促進(jìn)鈣吸收的3種可能的機理鈣被粘膜細(xì)胞吸收進(jìn)入血液，然后作為牙齒和骨骼的原料被利用。

對兒童、年長者特別有益短鏈脂肪酸增加對被稱作“CalbindingD9K”的攜鈣多肽的含量

低聚果糖最初是在植物中被發(fā)現(xiàn)的，它廣泛存在于香蕉、洋蔥、小麥、大麥、蘆筍、菊芋(洋姜)等。菊苣5%~10%婆羅門參4%~11%蘆筍1%~20%洋蔥2%~6%韭菜2%~5%牛蒡3%~6%大蒜3%~6%小麥1%~4%耶路撒冷菊芋16%~20%3.低聚果糖的生產(chǎn)技術(shù)3.1以菊芋為原料生產(chǎn)低聚果糖

以菊芋為原料酶法一步水解菊粉(又稱菊糖，Inulin)制取低聚果糖具有工藝簡單、轉(zhuǎn)化率高、副產(chǎn)物少等優(yōu)點。關(guān)鍵在于菊粉(Inulinase)的提取。

菊粉酶是β-2-1-D-呋喃果糖水解酶，有許多微生物均能合成此酶。目前國外研究較多的是酵母、黑曲霉及少數(shù)幾種細(xì)菌，而國內(nèi)研究較多的是青霉、黑曲霉和枯草芽孢桿菌。

菊芋為原料酶法生產(chǎn)低聚果糖的生產(chǎn)工藝如下：菊芋菊粉水解過濾脫色脫鹽濃縮低聚果糖酶工業(yè)上一般是利用微生物或植物中具有果糖轉(zhuǎn)移活性的酶作用于蔗糖而得的，反應(yīng)過程可用以下反應(yīng)式表示：3.2以蔗糖為原料生產(chǎn)低聚果糖果糖轉(zhuǎn)移酶的來源用來生產(chǎn)低聚果糖的轉(zhuǎn)移酶（β-果糖基轉(zhuǎn)移酶或β-呋喃果糖苷酶）一般都是由微生物獲得，主要菌種有：菌種命名黑曲霉As0023（江南大學(xué)）、SIPI602（楊正茂等人）VVTP84（江波等人）米曲霉GX0011β短梗霉出芽短梗霉FW9901(王建華等人）節(jié)桿菌節(jié)桿菌10137（朱桂蘭等人）3.2.1發(fā)酵菌體法機理：通過發(fā)酵培養(yǎng)獲得產(chǎn)酶的菌體后，將活菌體直接投入蔗糖溶液，讓菌體不斷產(chǎn)生果糖基轉(zhuǎn)移酶而起反應(yīng)缺點：菌體只可利用一次，需每天采集新鮮菌體。菌體產(chǎn)生的細(xì)胞代謝物難以除去造成污染。菌體與培養(yǎng)基一起被帶入反應(yīng)，造成后續(xù)工藝繁雜。3.2.2固定化細(xì)胞法機理：固定化細(xì)胞的方法就是將含果糖基轉(zhuǎn)移酶的細(xì)胞或菌絲體固定在載體上直接應(yīng)用于低聚果糖的生產(chǎn)方法。優(yōu)點：能夠重復(fù)利用、固定化細(xì)胞能夠增殖難點：保持固定化細(xì)胞反應(yīng)器無菌，增加糖液流速，以及去雜質(zhì)和脫色脫鹽等問題還有待解決實例：

lavin等人用從土壤中分離得到菌種Aspergillus菌絲固定化生產(chǎn)低聚果糖。低聚果糖的含量可以達(dá)到61.46%，其中，蔗果三糖占30.51％，蔗果四糖占26.48％，蔗果五糖占4.47％，蔗糖占9.56％，葡萄糖占29.05％。在此試驗條件下進(jìn)行28批發(fā)酵生產(chǎn)，固定化菌絲體沒有失活。3.2.2固定化酶法機理：固定化酶法制備低聚果糖是將果糖基轉(zhuǎn)移酶固定在載體上的方法實例：魏遠(yuǎn)安等利用該方法以殼聚糖為載體固定果糖基轉(zhuǎn)移酶制備出了含量達(dá)56.89％的低聚果糖，該固定化酶在4~8℃下保存32天其活性基本沒有變化。該制備低聚果糖方法已獲得了國家發(fā)明專利，現(xiàn)在該專利已經(jīng)應(yīng)用到低聚果糖工業(yè)化生產(chǎn)上。實例：由于酶法生產(chǎn)低聚果糖的同時生成了副產(chǎn)物葡萄糖，阻遏了蔗糖的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，因而產(chǎn)品中含有相當(dāng)量的葡萄糖和未作用的蔗糖。江波等采用兩種固定化方法，在生產(chǎn)低聚果糖的同時，將副產(chǎn)物葡萄糖異構(gòu)化或氧化，從而解除了葡萄糖的抑制作用，制備出高含量的低聚果糖。方法一，利用戊二醛和丹寧將黑曲霉細(xì)胞與葡萄糖氧化酶交聯(lián)后與海藻酸鈉結(jié)合，制成海藻酸鈣共包埋顆粒，從而制得71％的低聚果糖；方法二，采用固定化黑曲霉增殖細(xì)胞與固定化葡萄糖異構(gòu)酶協(xié)同作用方法，將50％蔗糖溶液通入柱式反應(yīng)器連續(xù)生產(chǎn)，產(chǎn)物中低聚果糖和果糖含量分別為63％和16％。4.低聚果糖的純化技術(shù)4.1我國市場低聚果糖現(xiàn)狀

按照我國輕工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB2583-2003《低聚果糖》的規(guī)定：按低聚果糖總含量分為G型和P型：低聚果糖總含量≥50％者為G型；低聚果糖總含量≥90％者為P型?！?/p>

目前，我國市場上的低聚果糖大多為G型低聚果糖，即產(chǎn)品中只含有50％左右有效成分。G型低聚果糖中含有很多副產(chǎn)品如蔗糖和葡萄糖等可消化糖，對保健沒有作用，對糖尿病人和齲齒病人更是有害而無利目前工業(yè)上常采用以蔗糖為原料生產(chǎn)低聚果糖，純度只能達(dá)到50％左右，為了獲得高純度的低聚果糖，還需進(jìn)一步純化。低純度FOS產(chǎn)品低聚果糖混合物50%左右葡萄糖和果糖25～38%蔗糖10～25%4.2FOS純化方法4.2.1納濾分離技術(shù)物質(zhì)分子量物質(zhì)分子量蔗果三糖504葡萄糖180蔗果四糖666果糖180蔗果五糖828蔗糖342納濾截留分子量：300~1000把FOS50產(chǎn)品加入4-10倍體積純凈水稀釋到濃度15-25%選用NF-300型膜件,操作壓力4-6psi

一次納濾后把分量在300道爾頓以下的葡萄糖和果糖(180)分子及在300DA左右蔗糖342分子透過而大部分蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖等則被截留，這樣便分離得純度約90%的低聚果糖。此法有部分蔗果三糖透過濾膜,收率較低。酶法與納米膜分離技術(shù)結(jié)合純度可達(dá)95%

通過篩選得到適應(yīng)FOS高糖環(huán)境且不水解FOS的酵母菌株，以消除產(chǎn)品中的副產(chǎn)物葡萄糖等，提高產(chǎn)品中低聚果糖的純度。根據(jù)江南大學(xué)江波等的研究表明，用選擇性高的、耐高糖的酵母菌SK2.003作用于干物質(zhì)25%的FOS得到低聚果糖含量為82.85%產(chǎn)品。4.2.2發(fā)酵法（酵母法）酶法與發(fā)酵法的結(jié)合應(yīng)用酵母菌普通級FOS溶液發(fā)酵液離心酵母菌一次純化果糖轉(zhuǎn)移酶二次純化

在加入果糖轉(zhuǎn)移酶進(jìn)一步作用后，F(xiàn)OS純度提高的幅度不大，原因是一次純化后溶液中蔗糖含量較低，果糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)果糖基的能力有限。4.2.3色譜層析法

色譜層析法是選用某種特性吸附載體，利用吸附層析的原理，將50％的低聚果糖通過層析而分離純化，經(jīng)吸附、水洗、解析、濃縮等過程，可得到95％以上的低聚果糖的漿和粉，分離效果較好。

4.2.3.1

凝膠過濾色譜法

因為低聚果糖相比于葡萄糖與蔗糖有較大的分子量，故可用此法將其分離。盡管此法分辨率高，但其成本太高，壓降大，不太適合大規(guī)模糖的分離。目前國內(nèi)還沒有能夠生產(chǎn)低聚果糖的凝膠出產(chǎn)。

離子交換樹脂最常用在分離各種離子，而用來分離糖類，與前者分離的原理從根本上來說是不同的，單糖之間的分離原理與低聚果糖之間的分離亦不完全相同。

根據(jù)文獻(xiàn)報道,分離低聚糖多采用AmberliteIR-120和Dowex50型樹脂，于是可以選擇凝膠型的強酸性聚苯乙烯類樹脂作為分離低聚果糖的介質(zhì)，該類樹脂的骨架為苯乙烯，交聯(lián)劑為二乙烯苯(DVB)，功能基為磺酸基(—S03)4.2.3.1

離子交換樹脂法

該法雖能夠生產(chǎn)高純度低聚果糖，但制作色譜