一種魔芋葡甘聚糖的酸降解制備方法
【專利摘要】本發(fā)明關(guān)于一種魔芋葡甘聚糖的酸降解制備方法，在配有乙醇溶液的反應(yīng)罐中加入濃鹽酸，將魔芋粉在攪拌條件下加入反應(yīng)罐進(jìn)行解聚反應(yīng)，然后以氫氧化鈉中和、粗濾、離心脫水及真空干燥得到魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物。本發(fā)明的酸降解方法，容易形成產(chǎn)能，生產(chǎn)周期短；其中的溶劑酒精，限制了葡甘聚糖的溶脹，不成糊，粘度低，便于回收；本發(fā)明的方法能夠得到一定聚合度以上產(chǎn)品，不易產(chǎn)生過低聚合度產(chǎn)品，尤其不易產(chǎn)生單糖，大部分產(chǎn)物維持葡甘聚糖的形態(tài)，聚合度20以上的產(chǎn)物占大部分。
【專利說明】一種魔芋葡甘聚糖的酸降解制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化學(xué)法由魔芋粉制備魔芋葡甘聚糖的方法，特別是一種酸降解法。
【背景技術(shù)】
[0002]全世界公認(rèn) ，膳食纖維攝入不足是高血脂、心腦血管疾病、糖尿病、肥胖、便秘、月旨肪肝、痛風(fēng)、內(nèi)分泌失調(diào)等代謝性疾病的主要飲食根源，在高糖、高脂和高蛋白等高熱量膳食結(jié)構(gòu)中尤其如此。以膳食纖維改造傳統(tǒng)食品，平衡膳食，抑制過度碳水化合物、脂肪和蛋白的副作用，降低食物的血糖生成指數(shù)，保障良性代謝，有效排毒，保持健康的人體微生態(tài)環(huán)境成為健康飲食的核心訴求。
[0003]營養(yǎng)醫(yī)學(xué)界對于優(yōu)秀膳食纖維的尋覓在近一個世紀(jì)以來付出了巨大努力，但結(jié)果甚微。因?yàn)樽匀唤绲纳攀忱w維大多口感粗糙，或者不易加工，與其他食品配料的配伍性差，或者其功能有副作用，人類始終面對飲食結(jié)構(gòu)中膳食纖維不足甚至嚴(yán)重不足的問題，導(dǎo)致上述大量生活方式疾病，損失了社會生產(chǎn)力，影響人的生命生活質(zhì)量，加重了各國政府社會保障負(fù)擔(dān)。
[0004]自20世紀(jì)80年代以來，隨著中國開發(fā)魔芋產(chǎn)業(yè)，人們開始認(rèn)識了一種新型的、天然的膳食纖維，即魔芋葡萄甘露聚糖。(簡稱魔芋葡甘聚糖，Konjac glucomannan, KGM)KGM是從天南星科植物魔芋中提取的葡萄甘露聚糖，魔芋是迄今為止唯一能夠工業(yè)提取葡甘聚糖的植物，因此，凡是說葡甘聚糖都是指魔芋葡甘聚糖。為準(zhǔn)確起見，也可說魔芋葡甘聚糖。國際上都采用美國AACC (美國谷物化學(xué)家學(xué)會)對于膳食纖維的定義，定義中明確表示膳食纖維具有降血脂、降血糖和通便的有益生理功能中的一種、兩種或者全部。魔芋具有膳食纖維定義中的全部有益生理功能而沒有副作用，且口感良好，與其它食材和食品工業(yè)原料配伍性好。KGM膳食纖維抑制淀粉酶的活性，從而降低食物的血糖生成指數(shù)，使得人體可以減少糖類攝入，降低血糖峰值，減輕胰腺負(fù)擔(dān)，保持適當(dāng)饑餓感而不至饑餓，這對人體健康有著十分特殊的意義。這些有益生理功能已經(jīng)被臨床證實(shí)，并在國外逐漸得到相關(guān)管理當(dāng)局的正式認(rèn)可，允許對KGM聲稱健康功能。
[0005]根據(jù)研究，從細(xì)胞的角度看，人體不僅僅是一個“人”的細(xì)胞構(gòu)成的機(jī)體，而是一個由“人”的細(xì)胞和“共生微生物”細(xì)胞共同構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)。其中細(xì)菌的細(xì)胞數(shù)竟然是人的細(xì)胞數(shù)的10倍之多。
[0006]因此，從基因的角度看，人體內(nèi)有兩個“基因組”:一個是從父母那里遺傳來的人基因組，編碼大約25，000個基因，叫做“第一基因組”；另一個則是人體內(nèi)多達(dá)1000多種共生微生物的遺傳信息的總和，叫“微生物組”，也可稱為“元基因組”，它們所編碼的基因有100萬以上。
[0007]人在母親子宮體內(nèi)時是無菌的，出生以后才開始從環(huán)境里獲得共生微生物。大約到3歲時腸道菌群就成熟、穩(wěn)定了，人體免疫系統(tǒng)也在這時發(fā)育成熟，對腸道菌群的正常成員產(chǎn)生免疫耐受，把它們當(dāng)作身體的一部分接受下來。從此以后，腸道菌群就與人終身相伴，影響著我們的生老病死。可以說，腸道菌群是后天獲得的“第二個基因組”。
[0008]人基因組和微生物組共同作用影響人體的免疫、營養(yǎng)和代謝過程。人的健康狀況發(fā)生變化，體內(nèi)的共生微生物的組成就會發(fā)生變化；體內(nèi)共生微生物的組成的變化也會導(dǎo)致人體的健康狀況的改變。共生微生物有益生菌、有害菌和中性菌。一般認(rèn)為，強(qiáng)健人的腸道菌群基本為:有益菌75%，有害菌15%，中性菌15% (有益菌壓倒性的勝利)；普通人的腸道菌群基本為:有益菌25%，有害菌25%，中性菌50% (菌群基本平衡)；便秘人的腸道菌群基本為:有益菌15%，有害菌65%，中性菌20%(有害菌占了優(yōu)勢)，而癌癥病人的腸道菌群基本為:有益菌10%，有害菌90% (有害菌侵略成功)。有害菌的養(yǎng)料來源和人體相同，有害菌從食物殘?jiān)形杖梭w消化道未能消化吸收的營養(yǎng)；有益菌從人類不能消化吸收的膳食纖維中吸收養(yǎng)料。要維持人體健康，就是要維持人體的微生態(tài)環(huán)境有益于人體健康的平衡。全世界眾多研究和實(shí)踐證明魔芋葡甘聚糖是人體內(nèi)益生菌群的優(yōu)質(zhì)養(yǎng)料，是為益生菌群提供養(yǎng)料的首選膳食纖維。
[0009]按照營養(yǎng)學(xué)界的研究，人體對于膳食纖維是有一定需要量的，各國根據(jù)本國實(shí)際都有大致相同的推薦攝入量，中國為每人每天25-35克。有研究證實(shí)，魔芋葡甘聚糖人體起作用的攝入量為每公斤體重0.17-1.5克，實(shí)踐證明較佳攝入量為每公斤體重每天I克左右?，F(xiàn)代人類通過普通飲食遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)對膳食纖維的攝入需求。通過食用魔芋葡甘聚糖來補(bǔ)充膳食纖維正逐漸成為一種選擇。
[0010]迄今為止，魔芋作為膳食纖維來源的食用方法包括:
1、魔芋絲、塊
做法是以葡甘聚糖和水混合成糊，加入氫氧化鈣脫乙酰基，形成不可逆凝膠。這是一種傳統(tǒng)吃法，吃的主要是口感。主要問題是葡甘聚糖含量低(3-5%)，難以通過這種食品獲得足夠膳食纖維攝入，運(yùn)輸費(fèi)用高，保存期短，不易入味，攜帶不便。
[0011]2、直接食用葡甘聚糖粉末(包括膠囊、壓片)
葡甘聚糖分子量大，粘度高，吸水性強(qiáng)，膨脹率高，食后需要大量飲水，若缺水，葡甘聚糖會吸收腸道液體，易至身體不適甚至危險。若攝入量小，作用不明顯，若攝入量大，再大量飲水，容易妨礙正常進(jìn)食，造成營養(yǎng)不良。
[0012]3、少數(shù)食品中含有較多葡甘聚糖干品，但入口后粘牙，口感不適，且亦需要大量飲水。
[0013]4、食用魔芋甘露低聚糖。
[0014]但是，由于葡萄甘露聚糖的相對分子量太高，分子量的分布范圍較為集中，在水中的粘度非常大，食用時對水的需求量大，上述直接食用的方法都不可能使人體能夠安全、有效攝入足夠膳食纖維需要量。雖然已有魔芋低聚糖(甘露寡糖)問世，但魔芋葡甘聚糖做成低聚糖后，其功能局限于下消化道，對血糖和血脂改善的直接作用基本喪失，在全消化道收集毒素排出體外的功能也大打折扣。因此，一些分子量較大的葡甘聚糖，是魔芋食品中重要的組成部分。
[0015]目前，魔芋食品的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)葡甘聚糖的方法，主要是利用酶法降解技術(shù)(生物降解)，采用生物酶對純化魔芋粉進(jìn)行降解后得到葡甘聚糖。然而酶法降解技術(shù)存在降解度難以控制的不足，解聚速度過快，時間短，降解程度的可控性差，很容易直接將魔芋粉降解成分子量低于15390的葡甘聚糖甚至是單糖，因此不適合定聚合度的降解要求，也不適合制備分子量較大的葡甘聚糖。酶法降解后會有蛋白質(zhì)在其中，這在某些用途中會產(chǎn)生不利的影響，因此酶法降解后，還需要將產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)剔除，因此酶法降解制備葡甘聚糖的工序較為復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)方法降解魔芋粉得到魔芋葡甘聚糖的方法，特別是一種酸降解法。
[0017]所述制備方法步驟包括:
(1)在反應(yīng)罐中配制乙醇溶液；
(2)在上述乙醇溶液中加入濃鹽酸，攪拌使其均勻混合；
(3)解聚反應(yīng):將魔芋粉在攪拌條件下加入反應(yīng)罐，至完全分散，加熱使溫度達(dá)68°C—78°C，反應(yīng)一段時間，通過測量產(chǎn)品的粘度檢測反應(yīng)進(jìn)度，由粘度值換算成DP值，待達(dá)到預(yù)期DP時停止；
(4)中和反應(yīng):將氫氧化鈉的乙醇溶液加入反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)液混合液中，維持68°C—78°C，進(jìn)行中和反應(yīng)，以中和掉反應(yīng)液中的鹽酸；
(5)粗濾:用離心機(jī)分離濾除反應(yīng)廢液，得到待精洗的解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物； (6)離心脫水，真空干燥；升溫100-105°C殺菌，直至解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物的水分含量小于10%。
[0018]其中:步驟(1)中反應(yīng)罐內(nèi)配制的乙醇溶液濃度為45±2% (VV)0
[0019]其中:步驟(2)使用的濃鹽酸的濃度為36-38%。
[0020]其中:在粗濾步驟(5)之后還包括一個精洗步驟:用濃度80-85%的乙醇溶液，洗滌經(jīng)粗濾得到的解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物。
[0021]其中:通過重復(fù)前述(I)至(6)步驟，以及改變上述步驟(2)濃鹽酸的用量，調(diào)整產(chǎn)物中不同聚合度產(chǎn)物所占的比例。
[0022]該方法的可控性好，適合制備分子量在5265— 52650之間的較大分子量降解產(chǎn)物。
[0023]本發(fā)明提供一種酸降解法由魔芋粉制備葡甘聚糖，該方法的可控性好，適合定聚合度的降解要求，適合制備分子量較大的葡甘聚糖，不易產(chǎn)生過低聚合度產(chǎn)品，尤其不易產(chǎn)生單糖。且降解過程不會產(chǎn)生蛋白質(zhì)，無需增加蛋白質(zhì)的剔除步驟，最終產(chǎn)物的質(zhì)量可得到保證。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下以112KG、純度為74% (葡甘聚糖含量)左右的魔芋粉制備葡甘聚糖解聚產(chǎn)物的過程為例進(jìn)行說明，具體制備步驟包括:
(1)在反應(yīng)罐中配制500L濃度為45±2%(v/V)的乙醇溶液；
(2)在上述乙醇溶液中加入6000ml濃度為36-38%的化學(xué)純濃鹽酸，攪拌約十分鐘，使其均勻混合；
(3)解聚(水解)反應(yīng):將112KG規(guī)格為2AHC的魔芋粉在攪拌條件下徐徐加入反應(yīng)罐，至完全分散，開啟熱源使反應(yīng)罐加熱，在確保安全的條件下15分鐘內(nèi)升溫至68°C—78°C，開始計(jì)時，反應(yīng)60分鐘。
[0025]通過適時測量產(chǎn)品的粘度檢測反應(yīng)進(jìn)度，由粘度值換算成DP值，待達(dá)到預(yù)期DP時，可停止水解反應(yīng)，關(guān)于解聚產(chǎn)物的粘度與DP值之間的對照關(guān)系，可作試驗(yàn)形成一定對應(yīng)函數(shù)圖或曲線關(guān)系圖，以便快速找出粘度所對應(yīng)的DP (degree of proliferation)值。
[0026](4)中和反應(yīng):稱取氫氧化鈉3000g，加入45±2%乙醇溶液10kg，充分?jǐn)嚢枋箽溲趸c溶解，然后徐徐加入反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)液混合液中，維持68°C — 78°C，進(jìn)行中和反應(yīng)10分鐘，以中和掉反應(yīng)液中的鹽酸；由氫氧化鈉和鹽酸的用量比可知，鹽酸在整個反應(yīng)中并沒有消耗，只是起到催化作用。
[0027](5)粗濾:用離心機(jī)分離濾除反應(yīng)廢液，得到待精洗的解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物。
[0028](6)精洗:用450L濃度80_85%的乙醇溶液，洗滌經(jīng)粗濾得到的解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物，攪拌精洗15分鐘。
[0029](7)離心脫水，真空干燥；升溫100-105°C殺菌15分鐘，直至解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物的水分含量小于10%。
[0030](8 )重復(fù)上述(I)至(7 )過程，改變上述(2 )的濃鹽酸和(4 )的氫氧化鈉用量，獲得聚合度更高或者更低的葡甘聚糖降解產(chǎn)物。重復(fù)前述步驟多次，以及增加濃鹽酸的用量，可以得到更多更低聚合度的葡甘聚糖。
[0031]上述反應(yīng)中，用到的魔芋粉的規(guī)格為規(guī)格2AHC-080，粘度為8000cps。
[0032]HC意為高透明度，即在不經(jīng)過醇洗情況下采用物理方法做到純度最高，kgm含量為74%左右，因而同時提高透明度；080是代表顆粒度，即通過80目，這是根據(jù)最終解聚產(chǎn)物所需顆粒度決定的。`
[0033]經(jīng)檢測:上述解聚后的產(chǎn)物的產(chǎn)率達(dá)到原魔芋粉總量的70%(如果以純魔芋精粉來算，產(chǎn)率應(yīng)達(dá)到[(70%) / (74%) *100%]，且其特性如下:
分子量下降:200000-2000000 降到 5265— 52650 ；
聚合度降低:247— 2469降到6.5 — 65，聚合大于20的約占65-80% ；
粘度降低:相同濃度條件下，粘度由8000cps降到300-600cps ；
成糊需要用水大幅減少:25-100倍減少到2-10倍。
[0034]本發(fā)明的酸降解的過程，基本不影響原葡甘露聚糖的親水基“乙?；?，能保持葡甘聚糖的溶解性，1%濃度的溶液，靜置無沉淀產(chǎn)生。
[0035]經(jīng)人群試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)聚合度6.5一65的解聚產(chǎn)物(分子量在5265—52650之間)在上消化道產(chǎn)生降血脂、降血糖的生理功能得以保持，能夠隨意攝入所需要的量。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例中所采用的酸降解方法，具有至少以下優(yōu)點(diǎn)(I)容易形成產(chǎn)能；(2)生產(chǎn)周期短；(3)溶劑有酒精，限制了葡甘聚糖的溶脹，不成糊，粘度低，便于回收；(4)能夠得到一定聚合度以上產(chǎn)品，不易產(chǎn)生過低聚合度產(chǎn)品，尤其不易產(chǎn)生單糖，大部分產(chǎn)物維持葡甘聚糖的形態(tài)，聚合度20以上的產(chǎn)物占大部分。(5)相較于酶法降解，無需增加蛋白質(zhì)的剔除工序。
【權(quán)利要求】
1.一種魔芋葡甘聚糖的酸降解制備方法，其特征在于，所述制備方法步驟包括: (1)在反應(yīng)罐中配制乙醇溶液； (2)在上述乙醇溶液中加入濃鹽酸，攪拌使其均勻混合； (3)解聚反應(yīng):將魔芋粉在攪拌條件下加入反應(yīng)罐，至完全分散，加熱使溫度達(dá)68°C—78°C，反應(yīng)一段時間，通過測量產(chǎn)品的粘度檢測反應(yīng)進(jìn)度，由粘度值換算成DP值，待達(dá)到預(yù)期DP時停止； (4)中和反應(yīng):將氫氧化鈉的乙醇溶液加入反應(yīng)結(jié)束后的反應(yīng)液混合液中，維持68°C—78°C，進(jìn)行中和反應(yīng)，以中和掉反應(yīng)液中的鹽酸； (5)粗濾:用離心機(jī)分離濾除反應(yīng)廢液，得到待精洗的解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物； (6)離心脫水，真空干燥；升溫100-105°C殺菌，直至解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物的水分含量小于10%。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:反應(yīng)罐中配制的乙醇溶液濃度為45±2%(v/V)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:步驟(2)使用的濃鹽酸的濃度為36-38%。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:在粗濾步驟(5)之后還包括一個精洗步驟:用濃度80-85%的乙醇溶液，洗滌經(jīng)粗濾得到的解聚魔芋葡甘聚糖產(chǎn)物。
5.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于:通過重復(fù)前述(I)至(6)步驟，以及改變上述步驟(2)濃鹽酸的用量，調(diào)整產(chǎn)物中不同聚合度產(chǎn)物所占的比例。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述方法用于制備分子量在5265—52650之間的較大分子量的葡甘聚糖。
【文檔編號】C08B37/02GK103665182SQ201210331299
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月10日
【發(fā)明者】陳運(yùn)忠 申請人:陳運(yùn)忠