一种生产活性低聚木糖的方法

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。

本发明涉及生产活性低聚木糖的方法。\n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。\n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。\n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]。\n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。\n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。\n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)\n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。\n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。\n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。\n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。\n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。\n          实施例：汽爆麦草生产活性低聚木糖\n1.汽爆麦草\n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。\n2.水抽提已汽爆的麦草\n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)。\n3.抽提液纯化为活性低聚木糖\n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)。\n4.活性低聚木糖的浓缩处理\n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％。