本发明涉及一种采用牛蒡水解制备结晶果糖的方法，属于果糖制备
技术领域：
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背景技术：
：果糖是现在常用的糖类之一，其天然存在于蜂蜜及菊芋等菊科植物中，并以游离态大量存在于各种水果的浆汁中，是水果汁的主要糖分。果糖和葡萄糖在进入人体后酵解过程并不相同，其中葡萄糖在糖酵解过程中，需己糖激酶及6—磷酸果糖激酶—1(pfki)两个关键酶的催化生成1，6—二磷酸果糖，其中pfki是糖酵解过程中最重要的限速酶，胰岛素可诱导它的生成。果糖在细胞内主要经1—磷酸果糖途径代谢，需果糖激酶和1—磷酸果糖醛梭酶两种关键酶生成1，6—二磷酸果糖，从而进入糖酵解途径。果糖激酶主要存在于肝、肾、小肠细胞中，其活性不依赖胰岛素调控。因此，与葡萄糖比较，果糖代谢具有以下特点：可绕过糖酵解的主要限速酶pfki；代谢强度取决于其浓度，在高果糖状态下，不需胰岛素也可代谢为糖原释放能量；可有效降低血糖波动，还可促进脂肪储存及脂肪氧化；尤其是结晶果糖，能作为是糖尿病、心血管和肝脏病人良好的营养甜味品。故果糖不依赖胰岛素介导进入细胞内代谢，非常适合糖尿病患者和肝病患者使用，且代谢稳定，特别适合创伤及手术患者使用。因此果糖被预测为21世纪全球代替蔗糖、葡萄糖的新型功能性糖源。医药行业对结晶果糖的需求在将不断扩大，果糖注射液属于新一代不依赖胰岛素的高能量营养输液；现有果糖的主要制备过程有以下几种：1、以苹果为原料，生产结晶果糖；2、以菊粉为原料，生产结晶果糖；3、以淀粉为原料，生产结晶果糖；4、以蔗糖为原料生产结晶果糖；这几种方式均需要较复杂的工艺流程，不仅生产效率较低，而且整体成本较高，从而无法满足市场所需的结晶果糖量，故如何简化结晶果糖制备工艺、提高结晶果糖生产效率，并且降低生产成本是本行业的研究方向。技术实现要素：针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种采用牛蒡水解制备结晶果糖的方法，无须异构化就能得到含量很高的结晶果糖，从而能简化结晶果糖制备工艺、提高结晶果糖生产效率，并且降低生产成本。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采用牛蒡水解制备结晶果糖的方法，具体步骤为：a、将新鲜牛蒡去皮，根茎切块，置于65℃烘箱中烘干后，取出粉碎成牛蒡粉待用；b、选择d061树脂(即大孔强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂)作为固体酸，将固体酸用浓度为10％以上的nacl溶液浸泡24h，浸泡后取出固体酸用60～75℃热水搅拌漂洗干净，接着用4mol/l的hcl溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并用水洗至中性，然后用4mol/l的naoh溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并再用水洗至中性，最后用1mol/l的hcl溶液对固体酸进行在线洗脱、浸泡，并用水洗至中性，完成固体酸的预处理；c、称取一定量步骤a制得的牛蒡粉，将牛蒡粉放入蒸馏水中混合均匀，形成牛蒡粉混合液，所述牛蒡粉与蒸馏水的质量体积比为1:30(g/ml)；d、牛蒡粉混合液与经过步骤b预处理后的固体酸混合形成混合浆体，固体酸与牛蒡粉混合液的体积比为1:3，将混合浆体注入旋转蒸发器进行旋转，此时使混合浆体处于真空度为0.001～0.008pa、温度为75～89℃和转速为145～179转/分进行水解，水解时间为85～115min，完成后获得果糖溶液；e、将果糖溶液进行浓缩处理，直至果糖浓缩液的果糖过饱和度达到1.1～1.4，然后测定果糖浓缩液中的果糖含量，并向果糖浓缩液中添加乙醇，乙醇的添加量相对于果糖为0.1～0.5ml/g，形成混合液，将混合液放入超声波细胞粉碎机，在超声功率为220～280w下进行超声结晶，超声时间为1～4min，完成后获得结晶果糖。优选的，所述步骤d中使混合浆体处于真空度为0.003mpa、温度为85℃和转速为166转/分进行水解，水解时间为100min。进一步，还包括脱色处理过程，具体为：选择大孔树脂(d101)、聚乙酰胺、ab-8和as其中之一作为脱色剂，将脱色剂用蒸馏水浸泡2h减压去气泡，再用去离子水洗至澄清；除去水后将脱色剂加入2mol/l的hcl搅拌4h，除去酸液，水洗至中性；再加2mol/l的naoh搅拌4h，除去碱液，水洗至中性备用；将果糖浓缩溶液与处理后的脱色剂按照100ml/20g的比例进行混合，混合均匀后放置在50℃的恒温水浴中静置3～6h后，将溶液蒸发结晶获得脱色后的果糖。如需对果糖进行脱色，能采用上述脱色过程。优选的，所述脱色剂为ab-8；所述静置时间为5h。采用这两个参数能在保证脱色效果的前提下，同时能保证果糖的获得量。优选的，所述步骤e中果糖浓缩液的果糖过饱和度达到1.2，乙醇的添加量相对于果糖为0.2ml/g，超声功率为250w，超声时间为2min。与现有技术相比，本发明采用牛蒡作为原料，其原因是牛蒡中富含菊糖，由菊糖的分子式可知菊糖是由少个的葡萄糖和多个的果糖分子键合而成，因此只要能将菊糖分解后就能得到较多的果糖，本发明先获取牛蒡粉，然后将牛蒡粉与蒸馏水混合形成牛蒡粉混合液，选择固体酸并采用nacl溶液、hcl溶液和naoh溶液依次对固体酸进行处理；将处理后的固体酸和牛蒡粉混合液按比例混合后注入旋转蒸发器内，设定水解条件的真空度、温度、转速和水解时间，水解完成后获得果糖溶液，然后再经过超声波-乙醇结晶处理最终得到结晶果糖。本发明无须异构化就能将牛蒡中的菊糖水解获得含量很高的果糖，并且结晶果糖的晶核具有较好的均匀度，从而能简化果糖制备工艺、提高果糖生产效率，并且降低生产成本。具体实施方式下面将对本发明作进一步说明。实施例1：具体步骤为：a、将新鲜牛蒡去皮，根茎切块，置于65℃烘箱中烘干后，取出粉碎成牛蒡粉待用；b、选择d061树脂作为固体酸，将固体酸用浓度为10％的nacl溶液浸泡12h，浸泡后取出固体酸用70℃热水搅拌漂洗干净，接着用4mol/l的hcl溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并用水洗至中性，然后用4mol/l的naoh溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并再用水洗至中性，最后用1mol/l的hcl溶液对固体酸进行在线洗脱、浸泡，并用水洗至中性，完成固体酸的预处理；c、称取一定量步骤a制得的牛蒡粉，将牛蒡粉放入蒸馏水中混合均匀，形成牛蒡粉混合液，所述牛蒡粉与蒸馏水的质量体积比为1:30(g/ml)；d、牛蒡粉混合液与经过步骤b预处理后的固体酸混合形成混合浆体，固体酸与牛蒡粉混合液的体积比为1:3，将混合浆体注入旋转蒸发器进行旋转，此时使混合浆体处于真空度为0.002pa、温度为75℃和转速为145转/分进行水解，水解时间为110min，完成后获得果糖溶液；e、将果糖溶液进行浓缩处理，直至果糖浓缩液的果糖过饱和度达到1.3，然后测定果糖浓缩液中的果糖含量，并向果糖浓缩液中添加乙醇，乙醇的添加量相对于果糖为0.1ml/g，形成混合液，将混合液放入超声波细胞粉碎机，在超声功率为230w下进行超声结晶，超声时间为4min，完成后获得结晶果糖。实施例2：具体步骤为：a、将新鲜牛蒡去皮，根茎切块，置于65℃烘箱中烘干后，取出粉碎成牛蒡粉待用；b、选择d061树脂作为固体酸，将固体酸用浓度为10％的nacl溶液浸泡12h，浸泡后取出固体酸用60℃热水搅拌漂洗干净，接着用4mol/l的hcl溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并用水洗至中性，然后用4mol/l的naoh溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并再用水洗至中性，最后用1mol/l的hcl溶液对固体酸进行在线洗脱、浸泡，并用水洗至中性，完成固体酸的预处理；c、称取一定量步骤a制得的牛蒡粉，将牛蒡粉放入蒸馏水中混合均匀，形成牛蒡粉混合液，所述牛蒡粉与蒸馏水的质量体积比为1:30(g/ml)；d、牛蒡粉混合液与经过步骤b预处理后的固体酸混合形成混合浆体，固体酸与牛蒡粉混合液的体积比为1:3，将混合浆体注入旋转蒸发器进行旋转，此时使混合浆体处于真空度为0.008pa、温度为88℃和转速为178转/分进行水解，水解时间为87min，完成后获得果糖溶液；e、将果糖溶液进行浓缩处理，直至果糖浓缩液的果糖过饱和度达到1.1，然后测定果糖浓缩液中的果糖含量，并向果糖浓缩液中添加乙醇，乙醇的添加量相对于果糖为0.5ml/g，形成混合液，将混合液放入超声波细胞粉碎机，在超声功率为270w下进行超声结晶，超声时间为1min，完成后获得结晶果糖。实施例3：具体步骤为：a、将新鲜牛蒡去皮，根茎切块，置于65℃烘箱中烘干后，取出粉碎成牛蒡粉待用；b、选择d061树脂作为固体酸，将固体酸用浓度为10％的nacl溶液浸泡12h，浸泡后取出固体酸用66℃热水搅拌漂洗干净，接着用4mol/l的hcl溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并用水洗至中性，然后用4mol/l的naoh溶液对固体酸进行洗脱、浸泡，并再用水洗至中性，最后用1mol/l的hcl溶液对固体酸进行在线洗脱、浸泡，并用水洗至中性，完成固体酸的预处理；c、称取一定量步骤a制得的牛蒡粉，将牛蒡粉放入蒸馏水中混合均匀，形成牛蒡粉混合液，所述牛蒡粉与蒸馏水的质量体积比为1:30(g/ml)；d、牛蒡粉混合液与经过步骤b预处理后的固体酸混合形成混合浆体，固体酸与牛蒡粉混合液的体积比为1:3，将混合浆体注入旋转蒸发器进行旋转，此时使混合浆体处于真空度为0.003pa、温度为85℃和转速为166转/分进行水解，水解时间为100min，完成后获得果糖溶液；e、将果糖溶液进行浓缩处理，直至果糖浓缩液的果糖过饱和度达到1.2，然后测定果糖浓缩液中的果糖含量，并向果糖浓缩液中添加乙醇，乙醇的添加量相对于果糖为0.2ml/g，形成混合液，将混合液放入超声波细胞粉碎机，在超声功率为250w下进行超声结晶，超声时间为2min，完成后获得结晶果糖。进一步，为了提高果糖透明度，可以对上述各个实施例制备的果糖溶液进行脱色，脱色处理过程具体为：选择大孔树脂(d101)、聚乙酰胺、ab-8和as其中之一作为脱色剂，将脱色剂用蒸馏水浸泡2h减压去气泡，再用去离子水洗至澄清；除去水后将脱色剂加入2mol/l的hcl搅拌4h，除去酸液，水洗至中性；再加2mol/l的naoh搅拌4h，除去碱液，水洗至中性备用；将果糖浓缩溶液与处理后的脱色剂按照100ml/20g的比例进行混合，混合均匀后放置在50℃的恒温水浴中静置3～6h后，完成果糖溶液的脱色处理。优选的，所述脱色剂为ab-8；所述静置时间为5h。采用这两个参数能在保证脱色效果的前提下，同时能保证果糖的获得量。试验证明：①测量果糖溶液的果糖得率：将实施例1制备的果糖溶液作为样品1，实施例2制备的果糖溶液作为样品2，实施例3制备的果糖溶液作为样品3，采用dns法测定果糖的含量，具体为：称取2g葡萄糖进行干燥，再准确称取经干燥至恒重后的葡萄糖1.000g，先用少量去离子水定容，倒入100ml容量瓶中，用水定容到100ml。用移液枪分别准确移取0.1ml、0.2ml、0.3ml、0.4ml、0.5ml、0.6ml、0.7ml的葡萄糖标准溶液置于7个25ml的容量瓶，分别向容量瓶中加入蒸馏水0.9ml、0.8ml、0.7ml、0.6ml、0.5ml、0.4ml、0.3ml。则可得到1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml的葡萄糖标准溶液1ml。以蒸馏水为0号参比。取0mg/ml、1mg/ml、2mg/ml、3mg/ml、4mg/ml、5mg/ml、6mg/ml、7mg/ml的葡萄糖标准溶液各1ml分别置于8个25ml容量瓶，分别向8个容量瓶中加入3，5-二硝基水杨酸溶液1.5ml，在沸水浴中水浴加热5min，进行显色后迅速以流水进行冷却，冷却后用去离子水定容到25ml，摇匀，静置20分钟。在540nm处，以1号空白管调零，测定各管的吸光度，根据测量出的吸光度绘制成标准曲线。先将样品1的溶液过滤，所得滤液取出1ml稀释10倍，再取稀释液1ml于25ml容量瓶中，加入1.5ml配好的3，5-二硝基水杨酸溶液，置于沸水浴中加热2min进行显色，然后迅速冷却，用水定容到25ml，摇匀。以标准曲线制作过程中1号空白管调零，在540nm处测定吸光，根据下式计算出果糖的得率。式中c代表果糖浓度，n代表稀释倍数，v代表果糖溶液体积，m代表牛蒡的质量。然后依次选择样品2和样品3分别重复样品1的测试过程，进而得出两者的果糖得率，具体如下表所示：样品号果糖得率(％)192.3292.5394.8由上表可知，三个样品的果糖得率均超过92％，说明本发明水解牛蒡方法具有较好的果糖制备效果，其中样品3的果糖得率最高，为最优实施例。②测量结晶果糖的晶核均匀度：一、标定测微尺测微尺由目镜测微尺和镜台测微尺组成。镜台测微尺的中央是刻有极细刻度的特制玻璃的标尺，中间刻度的全长为1mm，将1mm划分为10大格，将每个大格划分为10个小格，所以每小格的实际尺寸为0.01mm，也就是10μm。测微尺的标定步骤：将镜台测微尺放在载物台上，对准焦距微调玻片使两尺的一端刻度重合，再寻找另一重合刻度分别记下重合线之间的目镜测微尺和镜台测微尺的格数如此重复观察三次，计算目镜测微尺每格的平均长度计算公式为：在400倍的放大倍数下，标定结果如下表。标定结果表二、特征长度的测定结晶果糖的晶体属于正交晶系的，因此结晶果糖的特征长度就是其第二长边的边长。特征长度测定步骤：(1)取结晶果糖晶核的悬浮液适量，用甘油(经果糖饱和)稀释该悬浮液至适当浓度(2)再取少量经稀释的样液于血球计数板的中间(3)在显微镜下观察，记录晶核的大小形态、数量情况、凝聚性等等。选取血球计数板的四角及中心五个点，测量其中晶核的特征长度。结晶果糖晶核均匀度评定标准：求出晶核特征长度的方差，以方差的大小作为晶核均匀度好差的指标，方差越小越好。将实施例1、2和3分别制备的结晶果糖标记为样品、2和3，进行晶核特征长度测定，并经过计算获得各个方差，具体结果如下表：通过上表可知，三个实施例制备的结晶果糖的晶核特征长度的方差均在15以下，因此均具有较好的晶核均匀性，其中实施例3制备的结晶果糖的晶核均匀度最好。当前第1页12