一种调节肠道菌群的低分子量魔芋低聚糖的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及具有调节肠道菌群的魔芋低聚糖的制备方法，具体来说，本发明涉及 一种具有调节肠道微生物群落结构功能的低分子量的、分子量窄、工艺环保、成本低廉的魔 芋低聚糖。
【背景技术】
[0002] 人的胃肠道是一个及其复杂的微生态系统，其寄居着数量庞大、种类繁多的微生 物。这些微生物参与着人体的代谢、免疫等一系列生命活动从而维持着机体健康。一旦这 个体系平衡被打破，就会导致肠道菌群失调，进而引发甚至加重多种疾病。近年来，随着社 会经济的发展，我国居民尤其是经济发达地区膳食结构发生了巨大变化，这些地区在饮食 上倾向于高脂高热饮食、精制化的肉类食物等。加之较大的生活压力、缺乏锻炼等原因，使 得肠道亚健康状态人群日益增多。除此之外，食用添加剂在体内的长期累积(如食用色素、 食用香精等)、抗生素滥用、环境污染等多方面的因素也影响着现代人体内微生态环境，带 来了一些诸如感染、便秘等健康问题。
[0003] 魔芋低聚糖是一种非消化性寡糖，近些年大量研究发现其具有众多的生理活性作 用，在国内外饲料、食品、医药等领域得到了广泛的应用。其生理活性主要有以下几个方 面：1 :调节宿主肠道微生态环境。一方面其进入肠道后减少沙门氏菌、大肠杆菌等病原体 在肠道中定植的风险，从而抑制了有害菌在肠道内的腐败引起的腹泻等疾病，减少毒性代 谢物(如吲哚、亚硝基氨等）；另一方面，其被肠道嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等有益菌选择性地 利用，产生一些能够给人体带来强大生命力的有机酸，为共生的肠道细胞提供直接能量源， 进而刺激结粘膜细胞的生长，从而促进了微生物菌群的平衡，其促益生菌的效果高达低聚 木糖的50~100倍；2 :改善脂质、血糖代谢，降低血脂和胆固醇。低聚甘露糖进入人体后，使 有益菌大量增殖，嗜酸乳杆菌吸收胆固醇并抑制肠壁对胆固醇的吸收；双歧杆菌通过影响 0 _羟基0 _甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶的活性，控制胆固醇的合成；3 :促进微量元素 及B维生素吸收。低聚甘露糖具有截留矿物质元素Ca、Fe、Zn的能力，将矿物质带到盲肠、 结肠。盲肠、结肠正是矿物质吸收的重要场所。双歧杆菌大量繁殖，双歧杆菌可产生内源性 V B1、VB2、VB6、叶酸等。4:抗氧化。低聚甘露糖经双歧杆菌和乳酸杆菌48 h发酵产物通过增 加自由基清除和脂质过氧物来发挥抗氧化功效。因此，其被公认为新一代的保健功能因子。
[0004] 目前，魔芋低聚糖采用酸水解法、酶解法获得，前者特异性不高，且过程涉及酸碱， 容易造成环境污染。而针对酶解法获得的低聚糖分子量分布较广的缺点，很多报道采用超 滤、一步醇沉法对获得的低聚糖进行分级分离，但是前者在实际工业生产中面临着成本昂 贵(工业化超滤设备购置费至少需要十万以上)，产率较低的弊端，后者一步醇沉法虽然制 备简单、适用于大规模生产，但是单糖往往被富集在产品中，去除单糖又需要新的生产流 程，这些问题使得魔芋功能成分的研究与应用受到了限制。因此本发明设计了一种新的方 法，即通过酶解后一级醇沉加二级丙酮处理的方法，一方面生产设备需求简单，并不需要购 置特殊设备，另一方面该种方法过程中的有机溶剂可以回收重复利用，避免对环境产生污 染，具有绿色生产的优势。另外，通过此法可以获得分子量较低、分布较窄、单糖含量低、纯 度更高的魔芋低聚甘露糖混合物，采用这种更廉价地、更环保方法制备的低聚甘露糖，因此 本发明的方法更具商业竞争力。
【发明内容】
[0005] -种调节肠道菌群的魔芋低聚糖的制备方法，制备方法的步骤如下： (1)将魔芋甘露聚糖溶解于水中，按质量体积比为〇. 5%_3%，用0甘露聚糖酶水解，得 到魔芋低聚甘露糖水解液，其中加酶量按酶活与底物质量比为500_1500U/g计算。
[0006] (2)魔芋低聚甘露糖水解液灭酶后，旋转蒸发仪浓缩至原来体积的1/5-1/10,然后 在水解液中加入纯乙醇，使溶液中乙醇最终体积浓度在60%-85%之间，沉淀后，离心，取上 清，得到第一步分离液，得到含单糖较多的低聚甘露糖。
[0007] (3)将第一步分离液旋转蒸发浓缩至原来体积的1/5-1/10,然后加入2-5倍体积 丙酮，沉淀后，离心，弃去上清，取沉淀物。得到主要含魔芋甘露二糖、三糖、四糖、五糖、六糖 的低聚糖混合物。
[0008] 本发明的优点和积极效果是：本发明制备简单，制得的魔芋低聚糖分子量小、分 布较窄、工艺环保、成本低廉，同时还具有调节肠道菌群的生理功能。
【具体实施方式】[0009] 实施例1 : 1.魔芋甘露聚糖生产特定分子量魔芋低聚糖的工艺方法，具体步骤如下： (1) 将魔芋甘露聚糖经过0甘露聚糖酶水解，得到魔芋低聚甘露糖水解液，具体如下， 魔芋甘露聚糖的浓度为2%，调整pH值为7. 0,温度35°C，酶与底物的浓度比为500 U/g，酶 解水化6 h。? (2) 魔芋低聚甘露糖水解液100 °C灭酶后，旋转蒸发仪浓缩至原来体积的十分之一(约 100 mL)，在水解液中加入900 mL纯乙醇，搅拌过夜，沉淀后，离心，取上清，得到第一步分离 液。
[0010] (3)将第一步分离液旋转蒸发浓缩至原来体积的十分之一(约100 mL)，然后加入 200 mL倍体积丙酮，沉淀后，离心，弃去上清，取沉淀物，真空干燥后得到主要含魔芋甘露二 糖、三糖、四糖、五糖、六糖、七糖的低聚糖混合物，产品纯度大于95%。
[0011] 实施例2本发明研究制备获得的低聚甘露糖的调节肠道菌群的活性的小鼠实验 本实验考察了低聚甘露糖对正常小鼠肠道形态、肠道菌群的影响。具体方法为：取小 鼠50只，随机分为四组实验组和一组对照组，分别用不同剂量（lg/kg ? d，2g/kg ? d，4g/ kg ? d，8g/kg ? d)的低聚甘露糖溶液和等体积的生理盐水灌胃，连续30 d后，观察比较不 同添加量对小鼠肠道形态、盲肠内容物短链脂肪酸（SCFA)及微生物菌群的影响。结果发 现，当剂量达到添加量增加至4g/kg ? d时，总酸含量增加至103. 35±10. 08 ymol/g，有了 显著性增加（P〈〇.05);当添加量高达8g/kg，d时，总酸含量（133. 12±15. 4ymol/g)提高 极为显著（P〈〇.01)。小鼠第30天粪便样品菌落分析表明喂食魔芋低聚糖会引起肠道微生 物结构组成的变化。小鼠肠道菌群数字化和聚类分析结果发现对照组和实验组形成了一定 程度的分界，树状图明显分成了两大簇，其中最高剂量组LM0S8组全部聚在了一簇，相似性 大于60%，而其他样品聚成另外一簇，表明喂食30d后高剂量组的肠道菌群结构组成有了明 显的变化。为了进一步了解低聚甘露糖对小鼠盲肠中微生物群落结构进行分析，对群落结 构中相关条带进行了测序分析，测序结果表明喂食低聚甘露糖后产酸拟杆菌（Bacteroides acidifaciens strain)肠乳杆菌（Lactobacillus intestinalis strain)，动物乳杆菌 (Lactobacillus animal is strain)，罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri strain)和 梭菌（Clostridium sp.)等有益菌均得到增加。
[0012] 实施例3 采用不同方法制备获得的产品的区别：
[0013] 实施例4 建立了便秘型小鼠模型，喂食本发明方法获得的魔芋低聚糖1 (2-7糖）与魔芋低聚糖 2 (>7糖）24 h后，发现与魔芋低聚糖2组相比，喂食魔芋低聚糖1的小鼠粪便首粒排便时 间更短，粪便湿度提高，排便粒数、排便重量、肠道碳末推进率增加，并且魔芋低聚糖1组小 鼠的胀气情况明显少于魔芋低聚糖2组。
【主权项】
1. 一种调节肠道菌群的魔芋低聚糖的制备方法，其特征在于：制备方法的步骤如下： 将魔芋甘露聚糖溶解于蒸馏水，质量体积比为0. 5%-3%，经过P甘露聚糖酶水解，得到 魔芋低聚甘露糖水解液，其中加酶量以酶活与底物质量比为500-1500U/g计算；魔芋低聚 甘露糖水解液灭酶后，旋转蒸发仪浓缩至原来体积的1/5-1/10,然后在水解液中加入纯乙 醇，使溶液中乙醇最终体积浓度在60%-85%之间，沉淀后，离心，取上清，即含单糖较多的低 聚甘露糖；将上清液旋转蒸发浓缩至原来体积的1/5-1/10,然后加入2-5倍体积丙酮，沉淀 后，离心，取沉淀；将沉淀真空干燥，得到魔芋低聚糖。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的P甘露聚糖酶是中性P甘露聚 糖酶、酸性P甘露聚糖酶、碱性P甘露聚糖酶中的一种或几种的混合物。3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的魔芋低聚糖是甘露二糖、三糖、 四糖、五糖、六糖、七糖的混合物。
【专利摘要】本发明涉及具有调节肠道菌群的魔芋低聚糖。更具体的说，本发明涉及了一种新的方法，即通过酶解后一级醇沉加二级丙酮处理的方法，获得了一种分子量较低、分布较窄、单糖含量低、纯度更高的魔芋低聚甘露糖混合物，其步骤为：β甘露聚糖酶水解魔芋甘露聚糖，得到的魔芋低聚甘露糖水解液浓缩后加入一定体积乙醇沉淀，取上清浓缩后加入一定体积丙酮，沉淀后，离心，弃去上清，取沉淀物。得到主要含魔芋甘露二糖、三糖、四糖、五糖、六糖、七糖的低聚糖混合物。本发明所制备的魔芋低聚糖在调节肠道菌群具有一定效果。
【IPC分类】C12P19/12, C12P19/14, C12P19/04
【公开号】CN105063128
【申请号】CN201510417997
【发明人】蒋敏, 史劲松, 许正宏, 马延和, 李恒, 罗春勤
【申请人】江南大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月16日