一种低聚甘露糖的制备方法与流程

本发明涉及低聚甘露糖的制备方法。

背景技术：

半乳甘露聚糖胶体大多存在于豆科植物种子的胚乳中，资源丰富，具有较好的水溶性且在较稀的溶液中仍有较高的粘度。但由于半乳甘露聚糖胶粘度高而限制了它在食品和医药上的应用。因此需要对半乳甘露聚糖进行降解改性，从而实现其高值化利用。研究表明，半乳甘露聚糖分子结构上主链由β-(1→4)-糖苷键连接的d-吡喃甘露糖组成，d-半乳糖以侧链形式通过α-(1→6)-糖苷键连接到甘露糖主链上。

低聚甘露糖是用含有半乳甘露聚糖(c6h10o5)n(n代表平均聚合度)的原料采用一系列方法制备的一种低聚糖。低聚甘露糖是近几年发展起来的一种功能性低聚糖，聚合度2-4的低聚甘露糖具有显著的双歧杆菌增殖效果。低聚甘露糖是唯一能结合肠道内外源性病菌的新型功能性低聚糖，它能结合病原菌的绒状菌毛，防止病原菌附在肠壁上。随着人们对低聚甘露糖的功能性认识的提高，低聚甘露糖的应用领域越来越广，它的市场需求也将逐年增加，发展前景十分广阔。

低聚甘露糖常用的制备方法有直接酶解法、酸水解法和物理降解法。直接酶解法以β-甘露糖酶直接作用于半乳甘露聚糖，但通常酶活性较低，导致低聚甘露糖得率低，而且酶纯化过程复杂、酶解时间长、粘度导致底物浓度不能过高等限制了大规模的工业化生产。物理降解法包括微波、超声、辐照、动态高压流变法。操作简单但对设备要求高，不适合大规模的工业化生产。酸水解法是以酸直接作用于半乳甘露聚糖制备低聚甘露糖，常用的酸有硫酸、盐酸、三氟乙酸。酸解法效率较高且高底物浓度不会抑制反应，但无机酸对设备腐蚀严重且低聚甘露糖选择性低。在现有的酸水解生产低聚甘露糖的工艺中，用的酸大多是硫酸和盐酸等对设备腐蚀严重的酸且低聚甘露糖得率低。

技术实现要素：

为了提高低聚甘露糖生产效率、提高产品选择性，本发明提供一种低甘露聚糖的制备方法，其利用乙酸水解半乳甘露聚糖生产低聚甘露糖，具有良好的工业应用前景。

具体而言，本发明低聚甘露糖的制备方法包括：将半乳甘露聚糖溶液进行高压流体纳米匀质处理，然后加入乙酸进行降解反应；或者，进一步还包括在降解反应结束后减压浓缩回收乙酸，将浓缩液喷雾干燥后获得低聚甘露糖。

本发明所述高压流体纳米匀质处理可采用本领域常规设备，例如高压流体纳米匀质机。

进一步地，所述高压流体纳米均质压力为190-210mpa，优选为200mpa。通常优选均质2-3次。

本发明意外地研究发现，通过对半乳甘露聚糖进行高压流体纳米匀质处理可以将半乳甘露聚糖大分子分散溶解均匀从而显著提高乙酸降解效率，乙酸降解液中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度得以显著提高，并且还提高了低聚甘露糖中的总糖含量。

本发明研究发现，与常用的硫酸、盐酸、三氟乙酸等酸水解法相比，本发明采用乙酸降解半乳甘露聚糖可以显著提高低聚甘露糖得率，并显著减轻了对于设备的腐蚀，未反应的乙酸可通过蒸发等物理方法回收。

进一步地，研究发现，所用乙酸浓度优选为2-6m，降解反应温度优选为120-140℃，降解反应时间优选为1-4h。在本发明较佳的实施方式中，所用乙酸浓度为5-6m，降解反应温度为120-130℃，降解反应时间为1-2h。在该条件下可以提高降解效率，并提高甘露二糖和甘露三糖的得率。

进一步地，研究发现，所用乙酸与半乳甘露聚糖的质量比优选为0.7:1-1.5:1，更优选为1.2:1-1.5:1。在该条件下可以缩短降解反应时间，提高甘露二糖和甘露三糖的得率。

本发明所述半乳甘露聚糖溶液可用本领域常规方法制备，其浓度通常在80-100g/l。

本发明所述半乳甘露聚糖溶液也可是从野皂荚或野皂荚多糖胶(粉)中提取而得。

野皂荚分布于我国河北、河南、山西、山东和陕西等地，野皂荚多糖胶来源于豆科皂荚属的灌木和小乔木野皂荚豆胶的胚乳部分，具有潜在的工业应用前景。本发明对野皂荚原料和纯化后的野皂荚胶粉(水合醇沉提取得到的野皂荚胶粉)进行了组分分析，结果如表1所示。与野皂荚原料相比，纯化后的野皂荚胶粉中半乳甘露聚糖含量大于91.85％，因此提纯后的半乳甘露聚糖可以作为一种生产低聚甘露糖的理想原料。

表1野皂荚多糖胶粉和纯化多糖的组分分析

为了提高从野皂荚或野皂荚多糖胶粉中提取半乳甘露聚糖的提取效率，并提高以其为原料后续制备低聚甘露糖的得率及品质，本发明还对提取半乳甘露聚糖的方法进行了研究。优选地，将野皂荚或野皂荚多糖胶粉在60-80℃水中溶解水合2-4h，水合结束后离心分离取上清液，然后加等体积的无水乙醇，醇沉后离心分离，沉淀即为半乳甘露聚糖；加入适量水即可制成半乳甘露聚糖溶液。优选地，上述水合反应中野皂荚或野皂荚多糖胶粉与水的重量比为1％-3％。在本发明优选实施方式中，上述水合反应的温度为70℃，水合时间为3h，醇沉时间为2h。

本发明还包括上述方法制备的低聚甘露糖，其中甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖含量高，纯度高，可用于食品和保健食品等领域，具有质量稳定、杂质含量低等优点。

有益效果：

(1)野皂荚胶粉中含有丰富的半乳甘露聚糖，且半乳甘露聚糖分子量是已发现原料中最低的，是制备低聚甘露糖的理想原料。

(2)采用水合及醇沉方法可有效去除野皂荚多糖胶中的杂质，离心分离后的上清液通过减压蒸馏回用过程水和乙醇，无废水排放。

(3)离心分离后的半乳甘露聚糖经高压流体纳米匀质机均质，直接加乙酸水解，水解均匀，水解速度快。

(4)与盐酸、硫酸、三氟乙酸等无机酸相比，乙酸属于有机酸，对设备腐蚀小且易于回收。

(5)在乙酸法水解半乳甘露聚糖制备低聚甘露糖过程中，反应时间短，且乙酸能显著提高低聚甘露糖得率。

(6)水解液体减压浓缩可回收大部分乙酸，进一步喷雾干燥后可得到高纯度的低聚甘露糖产品。

附图说明

图1为本发明实施例1-3工艺流程图。

图2、图3分别为实施例1及对比例1乙酸水解液的高效液相色谱图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件，或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可通过正规渠道商购买得到的常规产品。

以下所用工业野皂荚多糖胶粉由河北涉供集团公司提供，其中半乳甘露聚糖含量为72.6％，葡聚糖含量为3.6％，蛋白质含量为10.1％，灰分含量为0.5％。

以下实施例1-3工艺流程图参见图1。

实施例1

本实施例首先提供半乳甘露聚糖的制备方法，包括：取6g工业野皂荚多糖胶胶粉，用300g的70℃水合3h，离心除去水不溶物，然后取上清按1:1(v/v)在搅拌下加无水乙醇，静置2h后离心分离，沉淀即为半乳甘露聚糖。上清液可减压蒸馏回收乙醇和水。

本实施例还提供低聚甘露糖的制备方法，包括：将本实施例制备的半乳甘露聚糖加水制成浓度10％的溶液，通过高压流体纳米均质机在200mpa下均质处理，均质处理过的半乳甘露聚糖胶移入反应釜中，加入20ml5m乙酸，在130℃下反应2h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本实施例得到的乙酸水解液采用高效液相色谱分析(见图2，m2：甘露二糖，m3：甘露三糖；m4:甘露四糖)，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为39g/l，其中甘露二糖为13.3g/l，甘露三糖为13.2g/l，甘露四糖为12.5g/l。

本实施例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为93.6％。

实施例2

本实施例提供低聚甘露糖的制备方法，与实施例1的区别仅在于将高压流体纳米均质处理后的半乳甘露聚糖移入反应釜中，加入20ml6m乙酸，在120℃下反应2h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本实施例得到的乙酸水解液采用高效液相色谱分析，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为32.7g/l，其中甘露二糖为10.4g/l，甘露三糖为11.7g/l，甘露四糖为10.6g/l。

本实施例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为93.3％。

实施例3

本实施例提供低聚甘露糖的制备方法，与实施例1的区别仅在于将高压流体纳米均质处理后的半乳甘露聚糖移入反应釜中，加入20ml6m乙酸，在130℃下反应1h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本实施例得到的乙酸水解液采用高效液相色谱分析，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为30.5g/l，其中甘露二糖为9.6g/l，甘露三糖为11.3g/l，甘露四糖为9.6g/l。

本实施例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为93.1％。

对比例1

本对比例提供低聚甘露糖的制备方法，与实施例1的区别仅在于半乳甘露聚糖溶液未经高压流体纳米均质处理，而是直接移入反应釜中，加入20ml5m乙酸，在130℃下反应2h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本对比例得到的乙酸水解液采用高效液相色谱分析(见图3，m2：甘露二糖，m3：甘露三糖；m4:甘露四糖)，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为8.5g/l，其中甘露二糖为6.2g/l，甘露三糖为2.3g/l，没有检测到甘露四糖。低聚甘露糖总得率、甘露二糖得率和甘露三糖均显著低于实施例1-3。

本对比例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为86.3％，显著低于实施例1-3。

对比例2

本对比例提供低聚甘露糖的制备方法，与实施例1的区别仅在于半乳甘露聚糖溶液未经高压流体纳米均质处理，而是直接移入反应釜中，加入20ml6m乙酸，在130℃下反应2h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本对比例得到的乙酸水解液采用高效液相色谱分析，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为9.5g/l，其中甘露二糖为6.9g/l，甘露三糖为2.6g/l，没有检测到甘露四糖。低聚甘露糖总得率、甘露二糖得率和甘露三糖均显著低于实施例1-3。

本对比例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为87.5％，显著低于实施例1-3。

对比例3

取6g野皂荚多糖胶粉装入反应釜中，加入20ml5m乙酸，在130℃下反应2h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本对比例得到的乙酸水解液采用高效液相色谱分析，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为9.2g/l，其中甘露二糖为3.5g/l，甘露三糖为3.4g/l，甘露四糖为2.3g/l。低聚甘露糖总得率、甘露二糖得率和甘露三糖均显著低于实施例1-3。

本对比例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为72.5％，显著低于实施例1-3。

对比例4

本对比例提供低聚甘露糖的制备方法，与实施例1的区别仅在于加入20ml5m盐酸，在130℃下反应2h，得到乙酸降解液；该降解液经过真空浓缩回收乙酸，进一步通过喷雾干燥获得低聚甘露糖。

将本对比例得到的盐酸水解液采用高效液相色谱分析，其中低聚甘露糖(甘露二糖、甘露三糖、甘露四糖)总浓度为9.3g/l，其中甘露二糖为7.4g/l，甘露三糖为0.1g/l，没有检测到甘露四糖。低聚甘露糖总得率、甘露二糖得率和甘露三糖均显著低于实施例1-3。

本对比例制得的低聚甘露糖产品中总糖含量为90.6％，低于实施例1-3。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。