一种阿拉伯木聚糖的制备方法与流程

本发明涉及一种阿拉伯木聚糖的制备方法，属于淀粉糖衍生物制备技术领域。

背景技术：

阿拉伯木聚糖作为一种新型的益生元，可以特异性地促进益生菌的增殖，尤其是对双歧杆菌的增殖作用，其效果显著优于果寡糖。近年来的研究表明，阿拉伯木聚糖对乳酸菌和芽孢杆菌的促生长作用同样优于果寡糖和葡萄糖。此外，较果寡糖等低聚糖而言，阿拉伯木聚糖更易进入肠道后段进行发酵，从而能更有效地调节后肠段的健康。因而，阿拉伯木聚糖的益生功能的研究成为了近几年的研究热点。

目前，阿拉伯木聚糖主要是从谷物中提取得到，常用的提取方法为水提取法、化学溶剂提取法、酶提取法、机械辅助提取法等。目前提取法存在操作步骤繁琐，提取率低，阿拉伯木聚糖收率低等问题。如，中国专利文献cn106317260a公开了一种从青稞谷粒中提取和纯化阿拉伯木聚糖的方法；该方法以青稞谷粒为原料，经过研磨、过筛、酶解、碱提、透析、醇沉、真空冷冻干燥、脱脂得到粗制样品，其溶解后再依次经由填料cellulosede-32和s-400洗脱得到纯化样品。该方法能有效从青稞谷粒中分离得到高纯度的阿拉伯木聚糖，粗制样品中阿拉伯木聚糖的提取率为13.8％，提纯纯度为96.08％，但该方法操作步骤复杂，仍然存在提取率相对较低，阿拉伯木聚糖收率和纯度相对较低的问题，并且不能大量生产，满足不了工业需求。又如，中国专利文献cn108191996a公开了一种玉米麸皮中阿拉伯木聚糖的制备方法，该发明以玉米淀粉加工副产物玉米麸皮为原料，经过超声波协同微波辅助碱法处理、离心、调节ph、离心、减压浓缩、醇沉、离心、冻干得到玉米麸皮阿拉伯木聚糖。该方法充分利用微波的高穿透力和高加热效率以及超声波的空化作用，极大程度上提高了多糖得率，缩短了生产周期，但仍存在阿拉伯木聚糖收率和纯度低的问题，并且不能大量生产，满足不了工业需求。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种新型阿拉伯木聚糖的制备方法。本发明制备方法简单，阿拉伯木聚糖的收率和纯度高；所制备得到的阿拉伯木聚糖具有较好的膳食纤维特性，能够有效调节肠道菌群，具有较高的耐热性和耐酸性、性能稳定等特点。

本发明的技术方案如下：

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，包括步骤：

(1)在有机酸催化下，阿拉伯糖和木糖经聚合反应得阿拉伯木聚糖粗液；

(2)向阿拉伯木聚糖粗液中加入氯化钠水溶液，混合均匀得混合液；然后经活性炭脱色、过滤、离子交换脱盐、浓缩得粗糖液；

(3)粗糖液经色谱分离提纯，得阿拉伯木聚糖糖液；

(4)所得阿拉伯木聚糖糖液经活性炭脱色、过滤、离子交换脱盐、真空浓缩、干燥即得阿拉伯木聚糖。

根据本发明优选的，步骤(1)中，所述有机酸为柠檬酸、苹果酸、醋酸、琥珀酸、酒石酸、富马酸或乳酸中的一种或两种以上的组合；所述有机酸的质量是阿拉伯糖和木糖总质量的0.5～2％。

根据本发明优选的，步骤(1)中，所述阿拉伯糖和木糖的质量比为1:1-3:1。

根据本发明优选的，步骤(1)中，所述聚合反应温度为100-150℃，聚合反应压力为(-0.5)mpa-(-0.05)mpa；优选的，所述聚合反应温度为120-140℃，聚合反应压力为(-0.2)mpa-(-0.08)mpa。

根据本发明优选的，步骤(1)中，阿拉伯糖和木糖发生聚合反应产生的料液中，当阿拉伯糖和木糖的总质量含量≤30％时，终止反应。

根据本发明优选的，步骤(2)中，所述氯化钠水溶液的质量浓度为5-20％；所述氯化钠水溶液的质量与阿拉伯木聚糖粗液的质量比为1：1-5:1。

根据本发明优选的，步骤(2)中，所述活性炭的质量是混合液干基质量的0.5-2％；所述脱色反应时间为20-40min，脱色反应温度为室温。经过活性炭脱色后的混合液，在720nm处的透光率≥98％。

根据本发明优选的，步骤(2)中，在离子交换脱盐步骤之前，还包括使用二级反渗透水调节料液中干物质的质量浓度为55-65％的步骤；优选调节料液中干物质的质量浓度为58-60％。

根据本发明优选的，步骤(2)中，所述浓缩是使粗糖液中干物质质量浓度为30％-70％。

根据本发明优选的，步骤(3)中，所述色谱分离提纯为使用大孔树脂进行分离提纯，使所得阿拉伯木聚糖糖液中木糖和阿拉伯糖的总质量含量≤10％。

优选的，所述色谱分离提纯包括步骤：以钾型阳离子大孔树脂为分离树脂，二级反渗透水为洗脱剂，于55-65℃下过柱，得阿拉伯木聚糖糖液。

根据本发明优选的，步骤(4)中，所述活性炭的质量是阿拉伯木聚糖糖液干基质量的0.05-1％；所述脱色反应时间为20-40min，脱色反应温度为室温。

根据本发明优选的，步骤(2)和(4)中，所述离子交换脱盐均包括步骤：离子交换脱盐所用树脂依次为强酸阳离子树脂、弱碱阴离子树脂、强酸阳离子树脂，将脱色、过滤后的料液以3倍树脂体积/小时的流速，在35-55℃依次通过强酸阳离子树脂、弱碱阴离子树脂、强酸阳离子树脂，进行离子交换脱盐。

根据本发明优选的，步骤(4)中，所述真空浓缩是在真空度0.01-0.1mpa，温度50-85℃条件下，浓缩至料液浓度为70-75wt％。

根据本发明优选的，步骤(4)中，所述干燥是在真空带式干燥机中干燥；所述真空带式干燥机履带传送频率为30-40hz，真空度为0.01-0.1mpa，一区温度为130-150℃，二区温度为150-170℃，三区温度为130-150℃。

本发明的技术特点及有益效果如下：

(1)本发明利用阿拉伯糖和木糖为原料，在有机酸条件下高温真空聚合，制备出高纯度的阿拉伯木聚糖；相比现有技术中的提取法，本发明方法具有操作步骤相对简单，后续色谱分离纯化简单，阿拉伯木聚糖收率和纯度高，可一次获得大量的阿拉伯木聚糖的优点，适合工业化生产。本发明优选使用真空带式干燥机对料液进行干燥，有利于得到流动性较好的目标产品。

(2)本发明制备得到的阿拉伯木聚糖具有较好的膳食纤维特性，能有效降低血糖含量，调节肠道菌群，低甜，低热量，具有较高的耐热性，不产生美拉德反应，性能更稳定。

附图说明

图1为本发明实施例1中最终产物阿拉伯木聚糖的液相色谱图。

图2为本发明对比例1中最终产物阿拉伯木聚糖的液相色谱图。

图3为本发明对比例2中最终产物阿拉伯木聚糖的液相色谱图。

其中，图中的色谱峰中，1为木糖，2为阿拉伯糖，其余峰为阿拉伯木聚糖。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步描述，但本发明保护范围不限于此。

同时下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

实施例中，阿拉伯糖，山东福田药业有限公司有售；木糖，济南圣泉集团股份有限公司有售；活性炭，江苏森森炭业科技有限公司有售。

实施例1

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，包括步骤：

(1)将阿拉伯糖、木糖和柠檬酸混合均匀，在温度130℃，-0.1mpa条件下聚合30min，取样检测料液中组分，木糖和阿拉伯糖总质量含量≤30％，结束反应，得阿拉伯木聚糖粗液；所述阿拉伯糖和木糖的质量比为2:1，所述柠檬酸的质量是阿拉伯糖和木糖总质量的1％。

(2)向阿拉伯木聚糖粗液中加入10wt％氯化钠水溶液，混合均匀得混合液；加入粉末活性炭(活性炭的质量是混合液干基质量的1％)，室温下搅拌脱色反应30min，过滤去除活性炭，脱色后料液的透光率(720nm)≥98％；使用二级反渗透水调节料液中干物质的质量浓度为59％；然后进行离子交换脱盐步骤，即：将料液以3倍树脂体积/小时的流速，依次通过强酸阳离子树脂、弱碱阴离子树脂、强酸阳离子树脂，进行离交脱盐；然后浓缩至料液干物质的浓度为55％，得粗糖液；所述氯化钠水溶液的质量与阿拉伯木聚糖粗液的质量比为3:1。

(3)以钾型阳离子大孔树脂为分离树脂，二级反渗透水为洗脱剂，于60℃下过柱，得到阿拉伯木聚糖糖液；经高效液相色谱法检测，阿拉伯木聚糖糖液中，木糖+阿拉伯糖≤10wt％，符合要求；

(4)向上述所得阿拉伯木聚糖糖液中加入粉末活性炭(粉末活性炭是阿拉伯木聚糖糖液干基质量的1％)搅拌均匀，保持30min室温进行脱色；然后采用板框压滤机过滤活性炭；将过滤后的料液以3倍树脂体积/小时的流速，在40℃下依次通过强酸阳离子树脂阳柱、弱碱阴离子树脂阴柱、强酸阳离子树脂阳柱(分别装有强酸阳离子树脂的阳柱和弱碱阴离子树脂的阴柱，采用常规方法处理再生即可)，进行离交脱盐；将过柱后的料液采用四效降膜蒸发器，在真空度0.06-0.09mpa，温度70℃下，浓缩至料液浓度为70wt％；然后于真空带式干燥机中干燥，真空带式干燥机履带传送频率为35hz，真空度为0.06-0.09mpa，一区温度为140℃，二区温度为160℃，三区温度为140℃，冷却，得到阿拉伯木聚糖粉体。

本实施例阿拉伯木聚糖的收率为65.5％，纯度为92.2％。

本实施例最终产物阿拉伯木聚糖的液相色谱图如图1所示，由图1可知，本实施例最终产物为阿拉伯木聚糖，并具有较高的纯度和收率。

实施例2

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，包括步骤：

(1)将阿拉伯糖、木糖和柠檬酸混合均匀，在温度140℃，-0.08mpa条件下聚合25min，取样检测料液中组分，木糖和阿拉伯糖总质量含量≤30％，结束反应，得阿拉伯木聚糖粗液；所述阿拉伯糖和木糖的质量比为3:1，所述柠檬酸的质量是阿拉伯糖和木糖总质量的2％。

(2)向阿拉伯木聚糖粗液中加入10wt％氯化钠水溶液，混合均匀得混合液；加入粉末活性炭(活性炭的质量是混合液干基质量的2％)，室温下搅拌脱色反应40min，过滤去除活性炭，脱色后料液的透光率(720nm)≥98％；使用二级反渗透水调节料液中干物质的质量浓度为60％；然后进行离子交换脱盐步骤，即：将料液以3倍树脂体积/小时的流速，依次通过强酸阳离子树脂、弱碱阴离子树脂、强酸阳离子树脂，进行离交脱盐；然后浓缩至料液干物质的浓度为58％，得粗糖液；所述氯化钠水溶液的质量与阿拉伯木聚糖粗液的质量比为5:1。

(3)以钾型阳离子大孔树脂为分离树脂，二级反渗透水为洗脱剂，于65℃下过柱，得到阿拉伯木聚糖糖液；经高效液相色谱法检测，阿拉伯木聚糖糖液中，木糖+阿拉伯糖≤10wt％，符合要求；

(4)向上述所得阿拉伯木聚糖糖液中加入粉末活性炭(粉末活性炭是阿拉伯木聚糖糖液干基质量的0.6％)搅拌均匀，保持40min室温进行脱色；然后采用板框压滤机过滤活性炭；将过滤后的料液以3倍树脂体积/小时的流速，在55℃下依次通过强酸阳离子树脂阳柱、弱碱阴离子树脂阴柱、强酸阳离子树脂阳柱(分别装有强酸阳离子树脂的阳柱和弱碱阴离子树脂的阴柱，采用常规方法处理再生即可)，进行离交脱盐；将过柱后的料液采用四效降膜蒸发器，在真空度0.06-0.09mpa，温度85℃下，浓缩至料液浓度为70wt％；然后于真空带式干燥机中干燥，真空带式干燥机履带传送频率为35hz，真空度为0.06-0.09mpa，一区温度为150℃，二区温度为160℃，三区温度为150℃，冷却，得到阿拉伯木聚糖粉体。

本实施例阿拉伯木聚糖的收率为65.7％，纯度为92.7％。

实施例3

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，包括步骤：

(1)将阿拉伯糖、木糖和柠檬酸混合均匀，在温度120℃，-0.2mpa条件下聚合40min，取样检测料液中组分，木糖和阿拉伯糖总质量含量≤30％，结束反应，得阿拉伯木聚糖粗液；所述阿拉伯糖和木糖的质量比为3:1，所述柠檬酸的质量是阿拉伯糖和木糖总质量的1％。

(2)向阿拉伯木聚糖粗液中加入10wt％氯化钠水溶液，混合均匀得混合液；加入粉末活性炭(活性炭的质量是混合液干基质量的1％)，室温下搅拌脱色反应30min，过滤去除活性炭，脱色后料液的透光率(720nm)≥98％；使用二级反渗透水调节料液中干物质的质量浓度为59％；然后进行离子交换脱盐步骤，即：将料液以3倍树脂体积/小时的流速，依次通过强酸阳离子树脂、弱碱阴离子树脂、强酸阳离子树脂，进行离交脱盐；然后浓缩至料液干物质的浓度为60％，得粗糖液；所述氯化钠水溶液的质量与阿拉伯木聚糖粗液的质量比为3:1。

(3)以钾型阳离子大孔树脂为分离树脂，二级反渗透水为洗脱剂，于55℃下过柱，得到阿拉伯木聚糖糖液；经高效液相色谱法检测，阿拉伯木聚糖糖液中，木糖+阿拉伯糖≤10wt％，符合要求；

(4)向上述所得阿拉伯木聚糖糖液中加入粉末活性炭(粉末活性炭是阿拉伯木聚糖糖液干基质量的1％)搅拌均匀，保持30min室温进行脱色；然后采用板框压滤机过滤活性炭；将过滤后的料液以3倍树脂体积/小时的流速，在35℃下依次通过强酸阳离子树脂阳柱、弱碱阴离子树脂阴柱、强酸阳离子树脂阳柱(分别装有强酸阳离子树脂的阳柱和弱碱阴离子树脂的阴柱，采用常规方法处理再生即可)，进行离交脱盐；将过柱后的料液采用四效降膜蒸发器，在真空度0.06-0.09mpa，温度70℃下，浓缩至料液浓度为70wt％；然后于真空带式干燥机中干燥，真空带式干燥机履带传送频率为40hz，真空度为0.06-0.09mpa，一区温度为130℃，二区温度为150℃，三区温度为130℃，冷却，得到阿拉伯木聚糖粉体。

本实施例阿拉伯木聚糖的收率为65.3％，纯度为92.4％。

实施例4

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：步骤(1)中，使用的有机酸为苹果酸；其它步骤和条件与实施例1一致。

对比例1

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：步骤(1)中，聚合反应温度为160℃；其它步骤和条件与实施例1一致。

本对比例阿拉伯木聚糖的收率为32.8％，纯度为83.45％。

本对比例最终产物阿拉伯木聚糖的液相色谱图如图2所示，由图可知，本对比例制备的阿拉伯木聚糖的纯度和收率较低。

对比例2

一种阿拉伯木聚糖的制备方法，如实施例1所述，所不同的是：步骤(1)中，聚合反应压力为0.2mpa；其它步骤和条件与实施例1一致。

本对比例阿拉伯木聚糖的收率为25.11％，纯度为80.12％。

本对比例最终产物阿拉伯木聚糖的液相色谱图如图3所示，由图可知，本对比例制备的阿拉伯木聚糖的纯度和收率较低。