低聚果糖生产工艺

洋姜（菊芋） 洋姜 学名：菊芋 Helianthus tuberosus L．。属菊科向日葵属一年生草本植物。菊芋以地下块茎供食。菊芋的块茎中含丰富的菊糖，为果糖多聚物质，对糖尿病有一定的辅助疗效。栽培粗放，有发展前景。近年研究发现：每100克块茎中含水分79.8克，粗蛋白0.1克，脂肪0.1克，碳水化合物16.6克，粗纤维0.6克，灰分2.8克，钙49毫克，磷119毫克，铁8.4毫克，维生素b10.13毫克，维生素b20.06毫克，尼克酸0.6毫克，维生素c 6毫克，并含丰富的菊糖、多缩戊糖、淀粉等物质，洋姜对血糖具有双向调节作用，即一方面可使糖尿病患者血糖降低，另一方面又能使低血糖病人血糖升高。 研究显示，洋姜中含有一种与人类胰腺里内生胰岛素结构非常近似的物质，当尿中出现尿糖时，食用洋姜可以控制尿糖，说明有降低血糖作用。当人出现低血糖时，食用洋姜后同样能够得到缓解． 来源 菊粉, 又名菊糖, 作为植物能量的储存方式之一, 在自然界的分布十分广泛, 超过三万种植物中可以找到其含量并为它们的能量储备。某些细菌和真菌中也含有菊粉, 但主要来源是植物,一些常见植物中菊粉含量如表1所示:               表1　植物中菊粉含量(湿重)               植物名称                      菊粉含量(%)                 小麦                              1～4                 洋葱                              2～6                 韭菜                              3～10                 天冬                            10～15                 菊苣                            13～18                 菊芋                            14～17                 大蒜                              9～16                 香蕉                            0.3～0.7               蒲公英                            12～15               婆罗门参                            4～11           大丽花                            15～20 菊粉及低聚果糖的主要特性     （1）调节肠胃功能   （2）提高免疫力   （3）排毒养颜   （4）改善脂质代谢   （5）促进矿物质吸收   （6）有利于维生素合成   （7）防止龋齿   （8）适宜于糖尿病人食用 产品   菊粉（粉剂）、低聚果糖（糖浆及粉剂）、高纯度果糖（糖浆）。              以洋姜为原料酶法生产低聚果糖的生产工艺如下：     洋姜块基→菊粉→酶解（边反应边分离）→脱色→脱盐→浓缩→低聚果糖 对双歧菌的激活作用（Biffidus Promoter） 低聚果糖被认为是我们饮食中最有效的双歧杆菌生长活性剂。广泛的研究已经证明摄入适量的低聚果糖会大大增加（5到10倍以上）肠道内有益双歧杆菌的数量，同时可以使有害细菌减少，同时达到润肠通便的效果。这是因为低聚果糖能促进双歧杆菌的代谢，提高其活性，并抑制有害菌繁殖。 生产技术     以洋姜为原料经酶部分水解再经纯化精制处理获得。 项目建设条件 主要设备：发酵、过滤、分离、浓缩设备等。 主要能源：水：50m3/h；电：总装机容量600kw；汽：4T/h锅炉 建筑面积：主车间面积500～800M2，辅助库房和办公用房。 生产定员：依设备自动化程度不同需35～50人。 建设规模 拟建设规模年产500吨，总投资400万元。 经济效益分析 生产成本为7000元/吨，销售价格9500～10000元/吨，利税2500～3000元/吨。 酶解菊粉生产低聚果糖 工艺流程   菊芋根  清洗  切片或磨碎  灭酶  温水浸提    （pH值为8-10）或榨汁 分离    清液局部酶解  低聚果糖溶液    脱色    浓缩    干燥    成品 主要的操作       粗酶液的制备 培养基（k/l）  菊糖10，（NH4）2HPO48，KC10.5，MgSO4·7H2O 0.5，FeSO4·7H2O 0.03，玉米浆15，pH值7.0。50ml置于250ml三角瓶中后灭菌。 菌种  从土壤中分离的一种菌株№，65 培养方法：45℃、120rpm培养60h。 酶液分离  将上述培养后的菌液离心得清液，再经渗透、膜分离（30 000Da），获得粗酶液。 酶活测定  将菊粉溶于0.1M醋酸缓冲液（pH值5.5））制成浓度为2%的溶液，取该溶液2ml，加入粗酶液0.5ml并用缓冲液稀释至5.0ml，55℃反应60min后，于100℃、10min灭酶，生成的还原糖数量用3、5-二硝基水杨酸比色法测定。 酶单位定义为：在上述条件下6 每分钟催化菊糖水解生成1μmol还原糖的酶量。 低聚果糖的制备 菊芋根的汁或干粉都可直接作为原料使用，粗酶液的使用量为15U/g-25U/g菊粉。酶水解反应在带搅拌的反应器内进行，如将菊芋粉慢慢地投入到反应器内，在不断搅拌中，同时喷淋60℃的热水与粗酶液的混合液，最后加入55℃温水以使反应体系内水含量为60%。然后在55℃条件下反应20h-25h，水解产物经浓缩、干燥即得产品，产物中FOC含量达70%以上。若以纯菊糖为原料并对其酶解粗产物进行分离处理，则所得产物中FOS含量可达95%以上。 低聚果糖，又称果寡糖或蔗果低聚糖，分子式（G-F-Fn,n=1,2,3,其中G为葡萄糖，F为果糖）。是由1-3个果糖基通过β-1，2糖苷键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖，蔗果四糖和蔗果五糖等一组低聚糖的总称。其广泛存在于香蕉，大蒜，蜂蜜，洋葱等食物之中利用专利保存菌株出芽短梗霉Aureobasidium pullulans FW9901（CGMCC0436）发酵生产果糖基转移酶，利用该酶催化蔗糖特异性合成高纯度低聚果糖（FOS）聚果糖的生产  自从1950年，Bacon等人在研究酵母转化酶时，发现此酶具有转化生成蔗果低聚糖的功能后，人们开始对低聚果糖的工业化生产进行了深入地研究。      目前，在低聚果糖的生产中主要采用三种工艺方法：        1，酶解法：      以菊粉为原料，通过控制酶的水解度水解生成的果寡糖混合物，此法生成的低聚果糖链较长。        2，深层液体发酵法      以50%-60%蔗糖溶液为底物，直接运用黑曲霉发酵产生的β-呋喃果糖苷酶转化生成低聚果糖液。        3，固定化酶法生产      其实此法和发酵法机理一样，其首先运用海藻酸钠和氯化钙等试剂将黑曲霉孢子固定化做成颗粒，即为固定化酶。将此酶按比例投入50%蔗糖溶液中反应 ，然后过滤分离，将酶与糖液分开，固定化酶可反复使用。      可以看出，在上述工艺方法中，都受到了酶促反应平衡理论的影响，这也就使得反应产物中低聚果糖含量不能达到较高水平。事实上，在一次性转化中一 般仅能达到50G型低聚果糖产品的组分。      在国内，由于低聚果糖产业起步较晚，生产技术也相对落后，高纯度低聚果糖的生产工艺还在摸索起步阶段。为了提高低聚果糖的纯度，人们不断地寻求有效的方法，有的从酶促反应的角度出发，在发酵产物中通过降低副产物葡萄糖的含量，促使反应向产物方向进行的方法来提高低聚果糖的含量，但是效果并不太理想。另外新技术的应用特别是色谱技术和膜分离技术等分离方法的应用为生产高纯度低聚果糖带来了曙光，但却由于成本高，效率低，技术不成熟或分离不彻底等原因一直没有在国内工业上普及开来。