专利名称：水苏糖及其生产方法
技术领域：
本发明涉及一种功能性低聚糖--水苏糖及其生产方法，尤其涉及以水苏属植物为原料经提取精制得到的水苏糖，还涉及该水苏糖的生产方法。
水苏糖作为一种双歧因子低聚糖，是由半乳糖-半乳糖-葡萄糖-果糖构成的四糖，较广泛存在于天然植物中，其结构是在一分子蔗糖的葡萄糖侧结合了两分子半乳糖，属低聚半乳糖，可简写成D-半乳糖α-1→6D-半乳糖α-1→6D-葡萄糖α-1→2β-D-果糖的形式。近年来研究证实，作为功能性低聚糖，在名目众多的双歧因子低聚糖中，除低聚木糖外，一般低聚糖平均一日的保健量为8～15g，而以水苏糖为主(可能包括少量棉子糖和毛蕊花糖在内)的α型低聚半乳糖的平均日保健量仅需0.5～3g，可见其生理活性及效果之好。这种α型低聚半乳糖的保健功能除通过双歧杆菌等在肠内大量增殖来体现外，还有促进肠内短链脂肪酸增加和抑制致癌物形成及综合性改善肠道环境的作用，并具有提高钙、镁等微量元素吸收的效能。具体地说，水苏糖、棉子糖经口摄入后能直接到达大肠，通过促进其中双歧杆菌、乳杆菌的大量增殖，形成双歧杆菌的优势菌丛和增加肠内短链脂肪酸，使肠道酸性化，从而抑制腐败产物的生成，抑制胆固醇上升等导致的综合性改善肠道环境，防治腹泻、便秘与改善大便性状等功效，同时发挥保健和美容的作用。
水苏糖低甜(仅为蔗糖甜度的22％)、低热值，大量摄入不致胖，对血糖和胰岛素分泌无刺激，而且较耐热，通常加热不超过140℃时不会分解，即使在酸性条件下加热亦分解不多，较蔗糖和低聚果糖稳定，所以可用于饮料和酸性食品中。在动物试验中发现水苏糖、棉子糖等低聚半乳糖有促进钙、镁等无机盐吸收的作用；在大鼠试验中发现，其对半乳糖胺引发的实验性肝障碍起到有效抑制，同时还发现这类糖能抑制肠内产生亚硝基化合物，降低致癌性。
水苏糖作为一种功能性低聚糖，在当前的世界性保健热潮中可以说是独树一帜，日益引起世人的关注。在本发明以前，水苏糖主要来源于大豆，如日本报导的大豆低聚糖糖浆，其总糖中包括水苏糖24％，棉子糖8％，蔗糖39％，果糖及葡萄糖16％，其他糖13％。该产品已被日本厚生省批准为特定保健用食品，也是获得美国FDA首先认可的安全无毒的低聚糖制品。国内有报导的同类产品也是大豆低聚糖(如石家庄亚美保健食品厂生产的双歧增殖口服液)，其中棉子糖和水苏糖总含量仅≥0.65～1.39/100ml。
也就是说，目前已有报导的大豆低聚糖制品中，作为功能性低聚糖的水苏糖和棉子糖在其制品总糖中含量最高仅为32％，该含量是由提取用的大豆原料的成份所决定，故难以在不大幅增加成本的前提下从工艺上实现突破。由于产品中有用低聚糖的含量低，当用作保健食品特别是低糖保健品，势必影响其保健功效，所以，寻找新的原料，生产高质量的低聚糖产品已成为本领域的热点课题。
本发明目的在于提供一种水苏糖制品，其来自与现有技术不同的原料，即水苏属植物，制品中以水苏糖为主的低聚半乳糖含量占总糖的60～90wt％，且该低聚半乳糖含有量的70％以上为水苏糖。
本发明的另一个目的在于提供以水苏属植物为原料生产上述水苏糖制品的工艺方法，生产制备出其中功能性低聚糖含量远高于现有技术产品的水苏糖产品。
本发明还提供了所述水苏糖制品的几种产品型式及其制法和应用。
本发明所提供的水苏糖制品，是以水苏属植物为原料提取精制而成。检测结果表明，水苏属植物的肉质块茎普遍含有低聚糖，其成分为蔗糖和在蔗糖的葡萄糖侧链连接了1至数个半乳糖的低聚半乳糖，如棉子糖(三糖)，水苏糖(四糖)，毛蕊花糖(五糖)及含半乳糖更多的六糖及高于六糖的低聚糖，其中尤以水苏糖为多，约占总糖的50～90％。本发明提供的水苏糖正是来源于这样的天然植物原料，经提取分离得到的产品中功能性低聚半乳糖含有量占其总糖的60～90％，且该低聚半乳糖含有量的70％以上为水苏糖。
水苏属植物中的多数作物品种都可用作本发明水苏糖制品的原料，包括如草石蚕、银条、蜗儿菜、地蚕等作物。
依据应用领域和需要，本发明的水苏糖制品可以包括糖浆、口服液和固体干粉等剂型；其中糖浆是指浓度为65～80％，优选70～75％的浓缩糖浆，其具体浓度可以按要求控制浓缩操作来满足。口服液产品中水苏糖等功能性糖浓度为15～30％，一般为30％。固体粉末则是指水分在5％以下的白色粉末状产品。不论哪种形式的产品，其中的功能性低聚糖含有量均占其总糖的60～90％，且该低聚半乳糖含有量的70％以上为水苏糖。口服液可供直接服用，浓缩糖浆和固体粉末通常可用作食品和保健品生产的中间原料，亦可直接作保健品或药用。
本发明还提供以水苏属植物为原料生产水苏糖的方法，该方法包括的步骤有(1)压榨原料提取榨汁；(2)加热上述榨汁除去沉淀物，滤液中加入澄清剂进行澄清，并收取上清液；(3)在上述清液中加入其固形物含量4～10％的活性炭，加热至60～80℃，脱色30～60分钟；(4)脱色后的糖液依序经过阳-阴离子交换树脂，使经离子交换后的出柱糖液最终浓度6～14％，电导率在50μs/cm以下；(5)经上述离子交换后的精制糖液于45～75℃真空浓缩。
由于本发明所用水苏属植物原料为一年收获一次，所以在原料收获季节可采用新鲜原料经破碎后直接压榨提取(也可视原料不同先蒸煮)，在非收获季节则可采用经日晒或烘干方法制成的干料，通常干制后的原料含水量在10～15％，此时生产中需要先加水浸泡或蒸煮后再压榨提取，依据本发明实施方案，优选先加入原料重量3～6倍的水浸泡4～12小时或蒸煮10～30分钟，然后进行压榨。
不论采用新鲜原料还是干料，生产中压榨后的残渣一般加水搅匀进行洗涤压榨1～3次，收取榨汁，直至其中含有的糖组分大部分被提取出来，最后的渣可作饲料或制造食物纤维等用。
上述压榨提取液的组成包含了大量的未知成份，是一个褐色的混浊液体，其中除糖类外还夹杂有蛋白质、氨基酸、有机酸、树脂质、色素、生物碱、胶体物和有机、无机盐类等大量非糖成份，所以在进行脱色及精制前，先将压榨提取的糖液加热，一则起杀菌作用，二则使其中能发生热变性的成份，例如蛋白质等凝固沉降(必要时可调整pH)，经过滤被除去。
经过加热过滤后的滤液一般仍较混浊，然后再使用适当的澄清剂进一步除杂，该澄清剂的使用根据实际需要确定，本发明对所述澄清剂的种类和使用量没有特别限定，但优选可以包括无机酸、无机碱、硅藻土、酸性白土等物质。酸和碱用于在需要时调整物料的pH值，使一些杂质在一定pH下形成沉淀后除去，可以加入中和剂如碳酸钙或氢氧化钙，用于中和糖液中的无机酸、有机酸等，使之生成沉淀除去。也可以使用硅藻土，搅拌使之吸附提取液中的某些不纯物，如果胶、维生素、某些色素等，并能较快地使溶液澄清，去除其中大部分悬浮固形物；另一种较优选的澄清剂是酸性白土，试验结果显示，其具有一定的吸附和脱色能力，是某些生物碱、维生素等成份的有效吸附剂，实际生产中硅藻土的加入量可以是所处理榨汁中固形物含量的5～10％，酸性白土的使用量为榨汁固形物含量的4～12％，且上述澄清剂可以只使用一种或顺序使用若干种。
本发明提取糖液为褐色，所以除杂后还需脱色，本发明优选的脱色方法为先使用活性炭脱除大部分色素，然后经过离子交换树脂在精制的同时彻底脱除残余色素。活性炭脱色时，活性炭的加入量为糖液中固形物含量的4～10％，脱色时的加热温度在60～80℃，脱色时间30～60分钟；也可以分次脱色，以降低活性炭用量。
脱色后的糖液一般为较淡的棕黄色，本发明方案采用离子交换树脂对其精制，目的是较彻底地去除其中的不纯物(主要是氨基酸、残存蛋白质、游离生物碱等含氮化合物，还有部分色素和大部分的盐类等)，使最终的浓缩糖浆色浅、味正，品质经久不变。进入离子交换柱的糖液为上述已经过脱色处理去除了大部分色素，但仍有一定颜色(棕黄)，仍带有原料固有的甜咸鲜等复杂味质，电导率高达4000～5000μs/cm，糖度约10～15％的糖溶液。根据本发明实施方案，该糖溶液再经过阳-阴离子交换树脂精制，本发明优选使用的离子交换树脂包括苯乙烯系凝胶或大孔离子交换树脂、或医用或制糖专用树脂。要求出柱糖液最终浓度应达到6～14％，电导率在50μs/cm以下。过柱精制的参数设计和条件可在该限定内根据实际需要来调整和改变，在具体操作中优选阳-阴离子交换树脂设计为组合型式，可以包括强酸阳树脂-弱碱阴树脂、或强酸阳树脂-弱碱阴树脂-强碱阴树脂的型式，使待处理糖液顺序通过各交换柱而得到精制。
精制后的糖液于45～75℃真空浓缩到要求浓度，最好于45～65℃真空浓缩，以避免溶液颜色变深，特别是浓缩时间较长的情况下。
本发明提供的产品形式可以是糖浆、口服液和固体粉末等形式。经真空浓缩得到的浓缩糖浆，按照用途和需要其浓度可以在浓缩过程中控制实现，即浓缩至30～40％的糖浆可调配成含水苏糖等功能性低聚糖30％的口服液；浓缩至70～75％的浓缩糖浆作为糖浆产品；而真空浓缩的糖液经喷雾干燥则成为含水量在5％以下的粉末产品，通常料液进口浓度15～55％，进风温度150～180℃。
附
图1所示为本发明以水苏属植物为原料生产水苏糖的工艺流程图。
综上所述可以得出，本发明技术方案的实施将具有以下优点和效果1、原料易得，生产成本低。在本发明以前，水苏属植物主要被民间作为食用蔬菜，对其深一层开发应用没有引起重视，本发明人在对其成分进行深入分析探索的基础上，首次以该植物为原料，提取分离出以水苏糖为主要成分的功能性低聚糖，为该植物的深加工利用提出了新的途径。水苏属植物具有很强的生命力，对土壤和肥料要求不高，适于土质欠肥沃的沙土地等较贫困地区种植，其大面积推广种植不会产生与粮食等作物争地的矛盾，而且该植物在生长中根系发达，枝叶茂盛，有利固沙保土，即推广种植还能起到改善生态，保护环境的作用；这种植物还具有产量高，种植成本低的特点，所以说本发明的实施可以带动发展该作物的推广种植，充分发挥土地效益，为农民提供了一个脱贫致富的新途径。反过来也为水苏糖的工业化生产提供了充足的原料。
2、本发明采用了与现有技术不同的原料，生产的水苏糖产品中的功能低聚糖(以水苏糖为主含少量棉子糖)含量远高于目前的大豆低聚糖，据发明人在试验阶段的结果，其含量可高达80～90％，而产品中高热量高甜度糖的含量低，所以本发明的水苏糖制品更具有低甜、低热量的特点，且对血糖和胰岛素无刺激，尤其更适于肥胖者和糖尿病患者服用。本发明产品既可直接作为保健品摄取，亦可作为保健食品的原料广泛应用于饮料、糖果、糕点、奶制品、冷饮、调味品、疗效食品等多领域，也可开发作为药用原料。
3、本发明在提出适宜的生产原料的前提下，提出一套科学合理的并适合国情的生产工艺，即以现代分离精制技术为核心的水苏糖的工业化生产方法，本方法对原料中糖的提取率可稳定达到70％以上，在各种优选条件下的提取率可高达90％。
以下通过实施例详细介绍本发明的实施方案，但并不以此限定本发明的实施范围。
实施例1干制的草石蚕300克，冲洗后加1800ml水煮沸40分钟，经压榨过滤，得到的榨汁浓度11.5％，榨渣再加1000ml水洗涤并压榨得浓度2.5％的糖液，弃去渣，将二部分榨汁合并，得到约2500ml棕褐色、且较浑浊的压榨提取液，糖浓度8.5％，加热煮沸之，然后静置除去沉淀，加入糖液固形物含量6％的硅藻土，搅匀后静置沉降，除去沉淀，在清液中加入其固形物含量的8％的酸性白土，加热至90℃，搅拌30分钟后再次沉降过滤，清液中再加其固形物含量10％的活性炭(一次加入或分两次加入)，在60～80℃下脱色20～40分钟，过滤得浅黄绿色液体，其糖浓度7.5％，电导率约4800μs/cm。该脱色液顺序通过强酸阳离子树脂001柱和大孔弱碱阴离子树脂D-709柱进行离子交换，得到近无色、浓度约6.8％的糖液2000ml，测得其电导率25μs/cm，采用真空薄膜浓缩，温度控制55℃，得到浓度65％的糖浆200ml。该糖浆浅黄色、清亮、味甜无异味，经高压液相色谱检测，所含各种糖的成份及比例见下表
实施例2新鲜草石蚕500g，洗净，先破碎，再经压榨得到200ml榨汁，浓度20％，榨渣中加水800ml搅匀后静置，再压榨得二次榨汁750ml，浓度9.3％，合并榨汁，如实施例1加硅藻土和酸性白土处理，再加活性炭4％脱色处理，得浓度8.5％的脱色液890ml，同实施例1采用离子交换树脂精制，得浓受6.0％的清净糖液910ml，经60℃真空浓缩得浓度为70％的浅色糖浆76ml，其中的水苏糖等功能性低聚糖含量占总糖量的88.2％。
实施例3新鲜银条700g蒸汽蒸10分钟，压榨得浓度18.5％的粗糖液450ml，榨渣再加350ml水洗涤压榨得到7％浓度的榨汁300ml，二批榨汁合并煮沸10分钟，静置过滤，得650ml浓度15.5％的清液，加入固形物含量6％的酸性白土，加热至90℃，搅拌30分钟，澄清过滤，滤液中再加固形物含量4％的活性炭，70℃下脱色30分钟，过滤得700ml糖浓度12.7％的脱色液，其电导约3000μs/cm，该脱色液顺序通过强酸阳离子树脂001-弱碱阴离子树脂D-709-强碱阴离子树脂711组合离子交换柱处理，得到清净无色的过柱液800ml，糖浓度10.1％，电导率20μs/cm，真空浓缩至浓度70％，得浓缩糖浆110ml，为浅黄色、甜味纯正。
样品经高压液相色谱检测，其中各种糖成份的含量见下表
实施例4风干银条1000g，加水3000ml煮沸20分钟，压榨，残渣加水1500ml洗涤2次，再压榨，榨汁合并，共4020ml，浓度15.4％。榨汁加热至约80℃，加Ca(OH)2溶液调pH至8.5～9.0澄清过滤，滤液用稀的硫酸调pH至6.0～7.0后，加热至80℃，加入固形物含量的6％的酸性白土和6％活性炭，处理40分钟后过滤，得浓度14.0％的脱色液约4000ml，测得电导率5200μs/cm，该脱色液顺序通过D-001强酸阳离子树脂和D-301弱碱阴离子树脂及D-201强碱阴离子树脂交换柱，收集过柱糖液约4160ml，浓度10.6％，电导率27μs/cm。于60℃下真空浓缩至34％浓度，经装瓶、封盖、灭菌，制成口服液，每支10g，其中含水苏糖等功能性低聚糖约3g。
实施例5干制银条50kg，加水150升，煮20分钟，然后压榨，渣再加水洗涤压榨2次，榨汁合并，共得228升，浓度12.5％。将榨汁液加热至80℃，加Ca(OH)2溶液调pH至8.5，澄清后抽出清液，沉淀压滤，滤液并入清液，再加硫酸调整该清液pH至6.0～7.0，加入固形物含量6％的酸性白土和6％的活性炭，80℃下处理40分钟，过滤得到浓度10.0％的脱色液，其电导率4500μs/cm，体积约240升，通过阳树脂D-001-阴树脂IRA-96离子交换柱，得到精制糖液约230升，其浓度8.0％，电导率30～40μs/cm，60～65℃下真空浓缩，一部分浓缩至30～35％，装瓶制成口服液产品，一部分浓缩至70～75％后装桶成为浓缩糖浆制品。其糖成分如下二糖(蔗糖) 8.20％三糖(棉子糖)3.36％四糖(水苏糖)88.44％。
实施例6如实施例5所述的经离子交换柱精制后的糖液，真空浓缩至24％，取40升喷雾干燥，转速18000～22000r.p.m，进风温度150～180℃，出口温度80～90℃，得白色、颗粒均匀、流动性良好的粉末9.5kg，无臭，味微甜，经检测，含水量5％以下，水苏糖含量87.82％。
实施例7如实施例5所述的经离子交换柱精制后的糖液，真空浓缩至50％，取5.0升进行喷雾干燥，得干粉2210克。
权利要求
1.一种水苏糖制品，是以水苏属植物为原料提取精制而成。
2.如权利要求1所述的水苏糖制品，其中的低聚半乳糖占总糖含量的60～90wt％，且其70％以上为水苏糖。
3.如权利要求1所述的水苏糖制品，其中所说的水苏属植物包括草石蚕、银条、蜗儿菜、地蚕。
4.如权利要求1、2或3所述的水苏糖制品，其包括糖浆、口服液或固体粉末剂型。
5.水苏糖的生产方法，其特征在于以水苏属植物为原料，生产方法包括(1)压榨原料提取榨汁；(2)加热上述榨汁除去沉淀物，滤液中加入澄清剂进行澄清，并收取上清液；(3)在上述清液中加入其固形物含量4～10％的活性炭，加热至60～80℃，脱色30～60分钟；(4)脱色后的糖液依序经过阳-阴离子交换树脂，使经离子交换后的出柱糖液最终浓度6～14％，电导率在50μs/cm以下；(5)经上述离子交换后的精制糖液于45～75℃真空浓缩。
6.如权利要求5所述的水苏糖生产方法，其中，采用经过干制的原料，先加入原料重量3～6倍的水浸泡4～12小时或蒸煮10～30分钟，然后压榨。
7.如权利要求5所述的水苏糖生产方法，其中，使用的澄清剂包括无机酸、无机碱、榨汁固形物含量5～10％的硅藻土或榨汁固形物含量4～12％的酸性白土。
8.如权利要求5所述的水苏糖生产方法，其中，所述的阳-阴离子交换树脂包括苯乙烯系凝胶或大孔离子交换树脂、或医用或制糖专用树脂。
9.如权利要求5所述的水苏糖生产方法，其还包括真空浓缩的糖液进行喷雾干燥制成粉末产品。
10.权利要求1至4的水苏糖制品在保健食品和药品制备中的用途。
全文摘要
一种水苏糖制品,以水苏属植物为原料提取精制而成,其中的低聚半乳糖占总糖含量的60～90wt%,且其70%以上为水苏糖,其生产方法包括原料的榨取,榨汁的除杂澄清,脱色精制和真空浓缩。本发明提供的水苏糖制品包括糖浆、口服液和固体粉末剂型,可供直接服用或作为保健品和药用原料。
文档编号C07H3/00GK1300857SQ9912498
公开日2001年6月27日 申请日期1999年12月23日 优先权日1999年12月23日
发明者陈瑞娟, 何龙, 张锡清 申请人:中国食品发酵工业研究所