本發(fā)明涉及一種納米細化技術，還涉及利用該技術制備的低聚糖及其在腸道健康中的應用。

背景技術：

納米(英語：nanometre)是長度單位，國際單位制符號為nm。原稱毫微米，就是10^-9米(10億分之一米)，即10^-6毫米(1000000分之一毫米)。如同厘米、分米和米一樣，是長度的度量單位。相當于4倍原子大小，比單個細菌的長度還要小。國際通用名稱為nanometer，簡寫nm。

現(xiàn)在的科學研究表明，顆粒的粒徑會影響藥物在體內(nèi)的分布，粒徑＜5μm的微粒可以通過肺，粒徑＜300nm的微粒可以進入血液循環(huán)，粒徑＜100nm的微?？梢赃M入骨髓，納米藥物更容易通過胃、腸粘膜和鼻腔粘膜，使口服、鼻腔給藥、透皮吸收藥物的生物利用度得到提高。粒子的納米化能夠呈現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，具體表現(xiàn)為量子尺寸效應、小尺寸效應、宏觀量子隧道效應、表面效應等。

目前納米粒子的制備方法一般分為兩大類：物理方法和化學方法。物理方法又稱為粉碎法，它是將固體材料由大變小，即將塊狀物質(zhì)粉碎制得納米粉體粒子；化學方法又稱構筑法，它是由下限原子、離子、分子通過成核和生長兩個階段合成納米材料。以化學為基礎之納米粉體制造方法可以得到數(shù)納米之粉體。但制造成本有時相當高，且不易放大，粒徑分布亦較不均勻。目前，納米粉碎設備主要有多維擺動式高能納米球磨機、多層次分級納米球磨機、高速納米粉碎機、高速剪切超細粉碎機、氣流粉碎機、超聲波納米粉碎機等。

魔芋精粉的主要成分為魔芋多糖，又稱魔芋葡甘聚糖(kgm)，是已知植物膠中黏度最大的天然高分子多糖，平均分子量為20萬-200萬da(道爾頓)，外形呈白色或奶油至淡棕黃色粉末，是由分子比為1：1.6的葡萄糖和甘露糖殘基通過β-(1，4)-糖苷鍵聚合而成，在某些糖殘基c-3上存在β(1，3)糖苷鍵組成的支鏈，主鏈上每32-80個糖殘基有1個支鏈，每條支鏈有幾個至幾十個糖殘基，主鏈上大約每19個糖殘基上有一個以酯鍵結合的乙?；?/p>

魔芋葡甘露聚糖具有多種優(yōu)良的特性，如凝膠性、可食用性、成膜性等，故在食品、醫(yī)藥、化工等各個生產(chǎn)領域有著廣泛的用途。但kgm具有溶解度低、流動性差等特性，其應用受到一定的限制，為進一步提高kgm的性能，擴大其應用范圍，通常通過物理法、化學法和生物法等手段對其進行降解。低聚甘露糖是kgm的降解產(chǎn)物，是一種非消化性寡糖，近些年大量研究發(fā)現(xiàn)其具有調(diào)節(jié)宿主腸道微生態(tài)環(huán)境，抑制有害菌的生長，增殖有益菌的作用，在國內(nèi)外飼料、食品、醫(yī)藥等領域得到了廣泛的應用。

目前低聚甘露糖多采用酸水解法、酶解法獲得，前者特異性不高，且過程涉及酸堿容易造成環(huán)境污染。而酶解法的分離純化過程復雜，并且酶解法獲得的低聚糖分子量分布較低，使得魔芋功能成分的研究、應用及其生理功效的發(fā)揮受到了極大地限制。同時，其無法精確控制其分子量，且分子量的測定十分繁瑣，這就會損耗了大量的工作。

隨著社會的發(fā)展，環(huán)境污染變得越來越嚴重，人們的食物也伴隨環(huán)境污染而被污染，飲食健康問題日益嚴重。因為飲食健康的問題，從而使得人們的腸道健康越來越差，體內(nèi)的有益菌越來越稀少了，腸道菌群失調(diào)越來越嚴重，長此以往，身體健康堪憂。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種低聚糖的納米細化制備裝置和方法，能夠通過控制細化之后產(chǎn)品的粒徑，從而精確控制粉碎細化之后產(chǎn)品的分子量，獲得分子量分布集中的低聚糖，相比于現(xiàn)有的酶解法生產(chǎn)的低聚糖，該技術方法更便捷、環(huán)保，且生產(chǎn)成本降低，更具商業(yè)競爭力。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過下述技術方案得以解決：一種低聚糖的納米細化制備裝置，包括粉碎筒，所述粉碎筒內(nèi)設置有攪拌棒，所述攪拌棒上設置有上下螺旋的攪拌葉，所述粉碎筒底部設置有電機，所述電機的輸出軸和所述攪拌棒相連，所述粉碎筒底部設置有進料管，所述粉碎筒頂部設置有出料傳送帶，所述出料傳送帶靠近所述攪拌葉的最上端，所述粉碎筒外壁上環(huán)形設置有三圈超聲波部，每圈超聲波部設置有個超聲波發(fā)生器，所述粉碎筒外設置有冷卻筒，所述冷卻筒底部設置有進水管而上方側壁上連接有出水管，所述出料傳送帶的另一端設置于集料斗上方，所述集料斗下方連接有泵，所述泵設置有出料部，所述出料部設置有第一出料管和第二出料管，所述第一出料管連接有氣流粉碎機，所述氣流粉碎機側壁設置有第一噴氣管和第二噴氣管，所述氣流粉碎機頂部設置有第三噴氣管，所述第一噴氣管、第二噴氣管和第三噴氣管的中軸線相交于一點，所述第二出料管連接有第一高壓泵和第二高壓泵，所述第一高壓泵的輸出端連接所述第一噴氣管，所述第二高壓泵的輸出端連接所述第二噴氣管，所述第三噴氣管連接有第三高壓泵，所述氣流粉碎機底部設置有出料管，所述出料管連接有物料中轉(zhuǎn)部，所述物料中轉(zhuǎn)部連接所述第一高壓泵、第二高壓泵和第三高壓泵，所述物料中轉(zhuǎn)部還連接有成品倉，所述氣流粉碎機內(nèi)設置于擋流部，所述擋流部上設置有引流斜面，所述引流斜面和所述氣流粉碎機頂部之間設置有弧形的引流弧面，所述引流弧面端部和所述第三噴氣管相連，所述粉碎筒內(nèi)設置有研磨球。

一種上述的納米細化制備裝置生產(chǎn)低聚糖的方法，包括步驟一，將物料在粉碎筒內(nèi)粉碎加工90-270分鐘，攪拌棒的轉(zhuǎn)動速度為3000-9000轉(zhuǎn)/分，同時啟動超聲波發(fā)生器，將超聲波的頻率控制在30-100khz；步驟二，啟動出料傳送帶，將攪拌葉旋轉(zhuǎn)帶上來的物料輸送至集料斗內(nèi)；步驟三，啟動泵將集料斗內(nèi)的物料通過第一出料管輸送至氣流粉碎機，以及通過第二出料管輸送至第一高壓泵；步驟四，啟動第一高壓泵，將物料通過第一噴氣管噴入氣流粉碎機內(nèi)和從第一出料管輸出的物料相碰撞，然后停止第一高壓泵；步驟五，啟動第二高壓泵，將物料通過第二噴氣管噴入氣流粉碎機內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第二高壓泵；步驟六，啟動第三高壓泵，將物料通過第三噴氣管噴入氣流粉碎機內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第三高壓泵；步驟七，重復步驟三至六，重復時間60-180分鐘；步驟八，物料中轉(zhuǎn)部將從出料管收集的物料運輸至成品倉，成品倉內(nèi)的物料是成品低聚糖。

一種利用上述的方法生產(chǎn)的低聚糖，所述低聚糖的粒徑為1.5-10nm，分子量分布為400-4000da。其中絕大多數(shù)的分子量為2000-3000da范圍內(nèi)。這個粒徑和分子量范圍內(nèi)的低聚糖稱之為納米低聚糖。

一種利用上述的低聚糖在改善腸道健康中的應用，將所述低聚糖作為食品添加劑、功能性食品原料、配料、特殊醫(yī)學用途配方食品原料或配料，在食用這些物品或這些物品制成的產(chǎn)品之后，腸道內(nèi)有益菌增加，有害細菌減少，從而調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡，改善腸道健康。

本發(fā)明利用納米粉碎裝置將魔芋多糖粉碎至納米級的顆粒，控制這些顆粒的粒徑，從而獲得分子量主要分布在2000-3000da內(nèi)的多糖顆粒，將這些多糖顆粒命名為納米低聚甘露糖，混入食物之中食用后，可抑制有害菌，增殖有益菌，能夠大大的改善腸道健康。這種納米級別的低聚糖可作為食品添加劑、功能性食品原料、配料、特殊醫(yī)學用途配方食品原料、配料，能夠應用在食品、醫(yī)藥和飼料領域。

附圖說明

圖1是本發(fā)明粉碎筒結構示意圖。

圖2是本發(fā)明氣流粉碎機結構示意圖。

圖3是本發(fā)明氣流粉碎機氣流示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細描述：如圖1至圖3所示，一種低聚糖的納米細化制備裝置，包括粉碎筒1，所述粉碎筒1內(nèi)設置有攪拌棒13，所述攪拌棒13上設置有上下螺旋的攪拌葉131，所述粉碎筒1底部設置有電機11，所述電機11的輸出軸12和所述攪拌棒13相連，所述粉碎筒1底部設置有進料管14，所述粉碎筒1頂部設置有出料傳送帶15，所述出料傳送帶15靠近所述攪拌葉131的最上端，所述粉碎筒1外壁上環(huán)形設置有三圈超聲波部，每圈超聲波部設置有7個超聲波發(fā)生器23，所述粉碎筒1外設置有冷卻筒2，所述冷卻筒2底部設置有進水管21而上方側壁上連接有出水管22，所述出料傳送帶15的另一端設置于集料斗31上方，所述集料斗31下方連接有泵3，所述泵3設置有出料部32，所述出料部32設置有第一出料管321和第二出料管322，所述第一出料管321連接有氣流粉碎機4，所述氣流粉碎機4側壁設置有第一噴氣管5和第二噴氣管6，所述氣流粉碎機4頂部設置有第三噴氣管42，所述第一噴氣管5、第二噴氣管6和第三噴氣管42的中軸線相交于一點，所述第二出料管322連接有第一高壓泵和第二高壓泵，所述第一高壓泵的輸出端連接所述第一噴氣管5，所述第二高壓泵的輸出端連接所述第二噴氣管6，所述第三噴氣管42連接有第三高壓泵，所述氣流粉碎機4底部設置有出料管41，所述出料管41連接有物料中轉(zhuǎn)部，所述物料中轉(zhuǎn)部連接所述第一高壓泵、第二高壓泵和第三高壓泵，所述物料中轉(zhuǎn)部還連接有成品倉，所述氣流粉碎機4內(nèi)設置于擋流部45，所述擋流部45上設置有引流斜面44，所述引流斜面44和所述氣流粉碎機4頂部之間設置有弧形的引流弧面43，所述引流弧面43端部和所述第三噴氣管42相連，所述粉碎筒1內(nèi)設置有研磨球。

一種上述的納米細化制備裝置生產(chǎn)低聚糖的方法，包括步驟一，將物料在粉碎筒1內(nèi)粉碎加工90-270分鐘，攪拌棒13的轉(zhuǎn)動速度為3000-9000轉(zhuǎn)/分，同時啟動超聲波發(fā)生器，將超聲波的頻率控制在30k-100khz；步驟二，啟動出料傳送帶15，將攪拌葉131旋轉(zhuǎn)帶上來的物料輸送至集料斗31內(nèi)；步驟三，啟動泵3將集料斗31內(nèi)的物料通過第一出料管321輸送至氣流粉碎機4，以及通過第二出料管322輸送至第一高壓泵；步驟四，啟動第一高壓泵，將物料通過第一噴氣管5噴入氣流粉碎機4內(nèi)和從第一出料管321輸出的物料相碰撞，然后停止第一高壓泵；步驟五，啟動第二高壓泵，將物料通過第二噴氣管6噴入氣流粉碎機4內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第二高壓泵；步驟六，啟動第三高壓泵，將物料通過第三噴氣管42噴入氣流粉碎機4內(nèi)和內(nèi)部的物料相碰撞，然后停止第三高壓泵；步驟七，重復步驟三至六，重復時間60-180分鐘；步驟八，物料中轉(zhuǎn)部將從出料管41收集的物料運輸至成品倉，成品倉內(nèi)的物料是成品低聚糖。

一種利用上述的方法生產(chǎn)的低聚糖，所述低聚糖的粒徑為1.5-10nm，分子量分布為400-4000da。其中絕大多數(shù)的分子量為2000-3000da范圍內(nèi)。這個粒徑和分子量范圍內(nèi)的低聚糖稱之為納米低聚糖。

一種利用上述的低聚糖在改善腸道健康中的應用，將所述低聚糖作為食品添加劑、功能性食品原料、配料、特殊醫(yī)學用途配方食品原料或配料，在食用這些物品或這些物品制成的產(chǎn)品之后，腸道內(nèi)有益菌增加，有害細菌減少，從而調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡，改善腸道健康。

上述納米低聚糖的原料可以是富含葡甘聚糖或半乳甘露聚糖的植物原料，包括魔芋、瓜爾豆膠、槐豆膠和田菁膠。也可以選擇其他的材料，例如酵母細胞壁，用于制成所需要的低聚糖成品。

本發(fā)明的納米細化技術是混合細化的方法，通過控制機器的粉碎時間，轉(zhuǎn)速來控制粉碎后成品的粒徑。

現(xiàn)有的酶解得到的低聚甘露糖，其分子量分布比較低，大多數(shù)為400-2000da，其改善腸道生理功效的能力較低。此外，因為現(xiàn)有技術下檢測多糖分子量是一個十分復雜繁瑣的過程，尤其是對酶解得到的低聚甘露糖進行檢測分子量，更是操作復雜，成本高。

本方案中提供的裝置，生產(chǎn)的低聚甘露糖產(chǎn)品的粒徑整體分布近似于正態(tài)分布。進過多次的檢測對比，發(fā)現(xiàn)，本裝置生產(chǎn)的低聚甘露糖的粒徑處于1.5-10nm范圍內(nèi)，并且相對應的分子量分布于400-4000da之間，其中絕大多數(shù)為2000-3000da這一分子段的低聚甘露糖，其改善腸道功能的生理功效較強。本裝置生產(chǎn)的低聚甘露糖，其粒徑和分子量呈現(xiàn)一種對應關系。這就大大簡化了檢測過程，只要檢測顆粒的粒徑即可，從而節(jié)省了大量的工作時間。也即，通過本裝置生產(chǎn)的低聚甘露糖，只要將粒徑控制在1.5-10nm的范圍內(nèi)，就能夠保證分子量絕大多數(shù)分布于2000-3000da之間。

本發(fā)明將物料在粉碎筒1內(nèi)粉碎加工時間為90-270分鐘，再將攪拌棒13的轉(zhuǎn)動速度設定為3000-9000轉(zhuǎn)/分，經(jīng)過初步粉碎細化之后，再將其輸送至氣流粉碎機4內(nèi)進行為時60-180分鐘的精細粉碎細化，就能夠獲得粒徑在1.5-10nm之內(nèi)，分子量主要分布在2000-3000da之間的低聚糖顆粒。這些納米級別的低聚甘露糖具有強效增殖有益菌，抑制有害細菌，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡的功能。它可作為食品添加劑，功能性食品原料、配料，特殊醫(yī)學用途配方食品原料、配料等應用在食品、醫(yī)藥、飼料等領域。

實驗案例：

利用小鼠分成三組進行實驗，通過檢測小鼠糞便內(nèi)的細菌指標，判斷實驗效果。

實驗方法：

將150只雄性成年純種小鼠，隨機分成空白組、實驗組1和實驗組2，每組50只。

在喂食之前，無菌采取小鼠的糞便，檢查乳桿菌、雙歧桿菌、腸桿菌、腸球菌、擬桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等指標。

空白組小鼠以正常的食物喂食，實驗組1小鼠每天喂食添加了低聚甘露糖(酶解制備所得，純度是90％)的食物，實驗組2小鼠每天喂食添加了納米低聚甘露糖的食物；在14天后再次檢驗上述指標。試驗結果如下表1：

表1腸道菌群檢驗結果(logcfu/g)

*與空白組比較，p＜0.01；△與喂食前比較，p＜0.01；

與空白組比較，實驗組1、實驗組2在喂食前各檢驗指標數(shù)量均無顯著性差異(p＞0.05)。灌胃14d后菌群數(shù)量發(fā)生有益的變化，與空白組比較，實驗組1，實驗組2中的雙歧桿菌，乳桿菌的數(shù)量顯著增加，差異性極顯著(p<0.01)；腸桿菌、腸球菌、擬桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)。

在喂食前后自身相比中，空白組各試驗指標數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)，實驗組1在喂食前后自身相比中，喂食后小鼠的雙歧桿菌和乳桿菌的數(shù)量顯著增加(p<0.01)，腸桿菌、腸球菌、擬桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)，實驗組2中在喂食前后自身相比中，喂食后小鼠的雙歧桿菌，乳桿菌和擬桿菌的數(shù)量顯著增加(p<0.01)，腸桿菌、腸球菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌數(shù)量變化均無顯著性差異(p>0.05)。喂食低聚甘露糖(酶解制備)和納米低聚甘露糖都能增殖有益菌群數(shù)量，與酶解制備的低聚甘露糖相比，納米低聚甘露糖在增殖有益菌的作用效果更明顯。

本發(fā)明的保護范圍包括但不限于以上實施方式，本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準，任何對本技術做出的本領域的技術人員容易想到的替換、變形、改進均落入本發(fā)明的保護范圍。