贺伟-低聚果糖介绍

低聚果糖

贺伟长沙理工目录1低聚果糖简介23低聚果糖的健康功效低聚果糖的生产技术4低聚果糖的纯化技术

低聚果糖(Fructooligosaccharides，FOS)，又称寡果糖，蔗果三糖族低聚糖或蔗果低聚糖，是指在蔗糖分子的果糖残基上通过β(1-2)糖苷键连接1～3个果糖基而成的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖及其混合物。1.低聚果糖简介1.1低聚果糖的分子结构低聚果糖分子式：GFn，聚合度n=2~9。蔗果三糖：GF2

蔗果四糖：GF3

蔗果五糖：GF4由于聚合度不同产品所起的效果和使用量的差别，我国QB2581特别规定，聚合度超过5的不计算为低聚果糖的有效含量。GF2GF3GF4低聚果糖分子结构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结构1.2低聚果糖的物理化学性质甜度低，口味纯正、清爽黏度适中低热量非还原性，不参与美拉德反应常温及高温条件下中性条件下相当稳定，低温耐酸耐高温，可以适应常见的热工艺吸湿性能优于麦芽糖接近山梨醇2.1低聚果糖是典型的水溶性膳食纤维美国谷物化学家协会（AACC）给膳食纤维下的定义是：膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。膳食纤维具有润肠通便、调节控制血糖浓度、降血脂等一种或多种生理功能。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提出的益生元定义是：“不消化的食物成分，并且这些成分可通过选择性的刺激一个或者几个结肠生理性细菌的增殖而提高活性，对宿主产生有益的健康效应。”低聚果糖的健康功效由低聚果糖通过双歧杆菌的作用产生短链脂肪酸使钙溶解短链脂肪酸促进粘膜细胞对钙的进入促进钙吸收的3种可能的机理钙被粘膜细胞吸收进入血液，然后作为牙齿和骨骼的原料被利用。

对儿童、年长者特别有益短链脂肪酸增加对被称作“CalbindingD9K”的携钙多肽的含量

低聚果糖最初是在植物中被发现的，它广泛存在于香蕉、洋葱、小麦、大麦、芦笋、菊芋(洋姜)等。菊苣5%~10%婆罗门参4%~11%芦笋1%~20%洋葱2%~6%韭菜2%~5%牛蒡3%~6%大蒜3%~6%小麦1%~4%耶路撒冷菊芋16%~20%3.低聚果糖的生产技术3.1以菊芋为原料生产低聚果糖

以菊芋为原料酶法一步水解菊粉(又称菊糖，Inulin)制取低聚果糖具有工艺简单、转化率高、副产物少等优点。关键在于菊粉(Inulinase)的提取。

菊粉酶是β-2-1-D-呋喃果糖水解酶，有许多微生物均能合成此酶。目前国外研究较多的是酵母、黑曲霉及少数几种细菌，而国内研究较多的是青霉、黑曲霉和枯草芽孢杆菌。

菊芋为原料酶法生产低聚果糖的生产工艺如下：菊芋菊粉水解过滤脱色脱盐浓缩低聚果糖酶工业上一般是利用微生物或植物中具有果糖转移活性的酶作用于蔗糖而得的，反应过程可用以下反应式表示：3.2以蔗糖为原料生产低聚果糖果糖转移酶的来源用来生产低聚果糖的转移酶（β-果糖基转移酶或β-呋喃果糖苷酶）一般都是由微生物获得，主要菌种有：菌种命名黑曲霉As0023（江南大学）、SIPI602（杨正茂等人）VVTP84（江波等人）米曲霉GX0011β短梗霉出芽短梗霉FW9901(王建华等人）节杆菌节杆菌10137（朱桂兰等人）3.2.1发酵菌体法机理：通过发酵培养获得产酶的菌体后，将活菌体直接投入蔗糖溶液，让菌体不断产生果糖基转移酶而起反应缺点：菌体只可利用一次，需每天采集新鲜菌体。菌体产生的细胞代谢物难以除去造成污染。菌体与培养基一起被带入反应，造成后续工艺繁杂。3.2.2固定化细胞法机理：固定化细胞的方法就是将含果糖基转移酶的细胞或菌丝体固定在载体上直接应用于低聚果糖的生产方法。优点：能够重复利用、固定化细胞能够增殖难点：保持固定化细胞反应器无菌，增加糖液流速，以及去杂质和脱色脱盐等问题还有待解决实例：

lavin等人用从土壤中分离得到菌种Aspergillus菌丝固定化生产低聚果糖。低聚果糖的含量可以达到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％。在此试验条件下进行28批发酵生产，固定化菌丝体没有失活。3.2.2固定化酶法机理：固定化酶法制备低聚果糖是将果糖基转移酶固定在载体上的方法实例：魏远安等利用该方法以壳聚糖为载体固定果糖基转移酶制备出了含量达56.89％的低聚果糖，该固定化酶在4~8℃下保存32天其活性基本没有变化。该制备低聚果糖方法已获得了国家发明专利，现在该专利已经应用到低聚果糖工业化生产上。实例：由于酶法生产低聚果糖的同时生成了副产物葡萄糖，阻遏了蔗糖的进一步转化，因而产品中含有相当量的葡萄糖和未作用的蔗糖。江波等采用两种固定化方法，在生产低聚果糖的同时，将副产物葡萄糖异构化或氧化，从而解除了葡萄糖的抑制作用，制备出高含量的低聚果糖。方法一，利用戊二醛和丹宁将黑曲霉细胞与葡萄糖氧化酶交联后与海藻酸钠结合，制成海藻酸钙共包埋颗粒，从而制得71％的低聚果糖；方法二，采用固定化黑曲霉增殖细胞与固定化葡萄糖异构酶协同作用方法，将50％蔗糖溶液通入柱式反应器连续生产，产物中低聚果糖和果糖含量分别为63％和16％。4.低聚果糖的纯化技术4.1我国市场低聚果糖现状

按照我国轻工行业标准QB2583-2003《低聚果糖》的规定：按低聚果糖总含量分为G型和P型：低聚果糖总含量≥50％者为G型；低聚果糖总含量≥90％者为P型。”

目前，我国市场上的低聚果糖大多为G型低聚果糖，即产品中只含有50％左右有效成分。G型低聚果糖中含有很多副产品如蔗糖和葡萄糖等可消化糖，对保健没有作用，对糖尿病人和龋齿病人更是有害而无利目前工业上常采用以蔗糖为原料生产低聚果糖，纯度只能达到50％左右，为了获得高纯度的低聚果糖，还需进一步纯化。低纯度FOS产品低聚果糖混合物50%左右葡萄糖和果糖25～38%蔗糖10～25%4.2FOS纯化方法4.2.1纳滤分离技术物质分子量物质分子量蔗果三糖504葡萄糖180蔗果四糖666果糖180蔗果五糖828蔗糖342纳滤截留分子量：300~1000把FOS50产品加入4-10倍体积纯净水稀释到浓度15-25%选用NF-300型膜件,操作压力4-6psi

一次纳滤后把分量在300道尔顿以下的葡萄糖和果糖(180)分子及在300DA左右蔗糖342分子透过而大部分蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖等则被截留，这样便分离得纯度约90%的低聚果糖。此法有部分蔗果三糖透过滤膜,收率较低。酶法与纳米膜分离技术结合纯度可达95%

通过筛选得到适应FOS高糖环境且不水解FOS的酵母菌株，以消除产品中的副产物葡萄糖等，提高产品中低聚果糖的纯度。根据江南大学江波等的研究表明，用选择性高的、耐高糖的酵母菌SK2.003作用于干物质25%的FOS得到低聚果糖含量为82.85%产品。4.2.2发酵法（酵母法）酶法与发酵法的结合应用酵母菌普通级FOS溶液发酵液离心酵母菌一次纯化果糖转移酶二次纯化

在加入果糖转移酶进一步作用后，FOS纯度提高的幅度不大，原因是一次纯化后溶液中蔗糖含量较低，果糖转移酶转果糖基的能力有限。4.2.3色谱层析法

色谱层析法是选用某种特性吸附载体，利用吸附层析的原理，将50％的低聚果糖通过层析而分离纯化，经吸附、水洗、解析、浓缩等过程，可得到95％以上的低聚果糖的浆和粉，分离效果较好。

4.2.3.1

凝胶过滤色谱法

因为低聚果糖相比于葡萄糖与蔗糖有较大的分子量，故可用此法将其分离。尽管此法分辨率高，但其成本太高，压降大，不太适合大规模糖的分离。目前国内还没有能够生产低聚果糖的凝胶出产。

离子交换树脂最常用在分离各种离子，而用来分离糖类，与前者分离的原理从根本上来说是不同的，单糖之间的分离原理与低聚果糖之间的分离亦不完全相同。

根据文献报道,分离低聚糖多采用AmberliteIR-120和Dowex50型树脂，于是可以选择凝胶型的强酸性聚苯乙烯类树脂作为分离低聚果糖的介质，该类树脂的骨架为苯乙烯，交联剂为二乙烯苯(DVB)，功能基为磺酸基(—S03)4.2.3.1

离子交换树脂法

该法虽能够生产高纯度低聚果糖，但制作色谱