低聚果糖产品生产技术优化

钱晓国 李大忠 王浩同 付秉廉

丰宁平安高科实业有限公司 河北省菊苣膳食纤维技术创新中心

摘要：有关低聚果糖生产和应用的具体情况进行了相应的描述。在大量实验的基础之上对低聚果糖的相关生产工艺进行完善和优化。通过研究上样速率、活性炭种类、糖品浓度以及吸附剂的种类对低聚果糖的收率和提纯的影响。将低聚果糖产品划分为不同产品种类的糖混合物，由因为糖度不高限制人们对低聚果糖产品的认知感。并且由于我国对低聚果糖产品的提纯工艺技术的缺乏，国内市场急缺高纯度低聚果糖的产品，这就使得研发高纯度低聚果糖具有现实意义。

关键词：低聚果糖；技术优化；生产工艺

在人们平常的生活当中蔗糖是使用最多的甜味增加剂，它不仅仅在口味上使得人们满足需求，能量上也为人们提供了过量的危害。过多摄入蔗糖会引起心血管疾病、糖尿病以及肠胃疾病，并且龋齿与肥胖症通常也是因为蔗糖过多摄入而引发的。人们虽然对蔗糖的使用过于敏感，但仍是禁不住糕点和糖果的诱惑。而低聚果糖的出现为喜糖人群带来了福音。

低聚果糖又称功能性寡果糖，与蔗糖有着相类似的化学与物理性质。并且低聚果糖还是一种膳食纤维源，可以有效的改善人体肠道双歧杆菌的过速成长，减轻或防止便秘的产生，并且有着显著作用。由于低聚果糖具有良好的生理学性能，其低热量，难消化被消费者青睐。低聚果糖也可有效预防龋齿的发生，防止由于糖摄入过多而导致的过度肥胖现象。低聚果糖应广泛应用与保健食品与食品的使用过程当中，因此，大量生产低聚果糖以此代替蔗糖，不论是企业经济效益还是发展前景都十分广阔。

1低聚果糖的化学构造

低聚果糖的分子结构是蔗糖的β-1、2位置链接1～3个果糖单位，其组成主要是蔗果三糖（GF2）、蔗果四糖（GF3）和蔗果五糖(GF4)。

2低聚果糖的生产

低聚果糖广泛生产于天然的产物当中，但是这些水果可提供的低聚果糖的数量过低，因此，在工厂为低聚果糖进行提纯时普遍使用微生物酶发酵方法，以蔗糖为原料生产出低聚果糖，但其组成大都是55%～60%的低聚果糖，其中还有30%～35%的葡萄糖和10%～15%的剩余蔗糖，在投放市场之前，还需进一步加工处理，包括脱色、分离提纯、浓缩和微生物灭菌等工序，可进一步得到低聚果糖含量大于95%的液体糖浆，而且还可制成粉末或颗粒状产品，只有这种纯度才能体现出低聚果糖的功效。经对多种分离提纯和富集方法进行实验研究，积累了大量数据，得到优化的生产工艺。

2.1分离提纯方法的确定

我们就采用了活性炭层析柱法做了大量的实验，掌握了此法最佳的生产工艺并投入了生产使用。我们将层析柱分离糖法和和膜纳滤法从经济适用性上做了对比，膜纳滤法设备投资大，而活性炭层析柱法设备简单，操作方便，原料便宜而来源又广，且再生容易，2.2活性炭的选择

活性炭有粉末状和颗粒状两种，我们生产的目的是依据活性炭与不同的糖分子之间形成的范德华力将糖分子分离开再收集起来，达到富集的目的。我们采用了具有较大表面积的颗粒性活性炭装填成层析柱，而且还将3个不同厂家的活性炭做了对比，以上柱率%（转化糖液中低聚果糖的交换吸附效果）、分离得到的低聚果糖的纯度和收率作考察指标，对活性炭做优化实验，实验结果见表1。

表1活性炭的影响

厂家	上柱率/%	纯度FOS/%	收率/%
a	80.64	94.87	75.14
	79.38	95.32	69.89
b	85.7	96.32	79.50
	86.14	98.13	84.12
c	82.37	94.93	66.26
	81.89	93.28	58.69

从以上数据可以看出，b厂家的活性炭无论从上柱率上还是从分离提纯得到的低聚果糖纯度和收率都高于其他两个厂家。因此，选定b厂家的颗粒型炭作层析柱的装填料。

2.3上样流速的确定

在转化液的pH及纯度两个因素相同的条件下，以低聚果糖交换吸附量为考察指标，以上样率表示，对上样流速进行实验，结果见表2。

表2上样流速的影响

实验号	1	2	3	4	5
流速/mL·min-1	3.0	4.0	5.0	6.0	7.0
上样率/%	81.0	86.0	80.0	76.0	72.0

上样时流速过小，就无端地延长了上样时间；流速过大，交换吸附过程还没有达到平衡水解液就向下移动，不能充分发挥活性炭的交换吸附能力，影响了上样率造成收率大幅降低。结果显示，2号工艺比较好。

2.4洗脱剂及其浓度的选择

在活性炭作为吸附剂时，溶剂的洗脱能力按下列顺序排列：丙酮＞乙醇＞甲醇＞水，甲醇便宜，但甲醇有毒，不宜采用；丙酮也不行，于是我们采用不同浓度的乙醇作为洗脱剂。

洗脱剂又称流动相，流动相的洗脱作用实质是流动相分子与被分离的溶质分子竞争占据吸附剂表面活性中心的过程。可先用极性低的溶剂即水洗脱，再逐渐增加洗脱剂的极性或提高洗脱剂的浓度从而形成溶剂浓度梯度。用薄层分析法和高压液相分析法对实验过程洗出的物质加以分析，结果见表3。

洗脱剂	无盐水洗	乙醇浓度/%（V/V）
		6	10	15	20	30
洗脱剂用量	2倍柱体积	2倍柱体积	2倍柱体积	2倍柱体积	2倍柱体积	2倍柱体积
分析结果（薄层分析法）	可洗下大部分单糖	洗下大部分二塘极少量单糖	洗下大量低聚果糖	洗下大量低聚果糖	洗下大量低聚果糖	洗下大量低聚果糖
纯度FOS(HPLC)/%	--	--	86	93	97	98
收率	--	--	65	70	80	82

关于以上数据和之前的分析不难看出，两倍的积水可以洗下单糖，而6%乙醇可以洗下大部分的二糖，随着使用的酒精浓度越高，产生的低聚果糖就越多。通过对比可知，通过20%乙醇和二倍体积洗下的低聚果糖是最符合要求的，并且拥有比较高的糖分收率，乙醇消耗较少，所提纯时间较少，也避免了过度实验所产生的浪费现象。

3结论

通过这几年我国科学的不断发展，现已经发展了关于糖学的专门学科---塘组学。因其低聚糖内含有双歧杆菌可良好起到保健作用被纳入糖学科其中的一个分支，双歧杆菌在人们的生活中应用的越来越普遍。由于技术条件的限制，研发高纯度低聚果糖的速度相对缓慢。但是随着膜工业的快速发展，通过利用纳米膜工艺对低聚糖进行分离提纯也成为重要提纯方法之一。在科学不断发展的至今，低聚糖单一组分的分离将成为可能。

通过一系列研究，生产出了浓度合适的低聚果糖糖浆，又在微生方面做了大量实验，寻求质量优化，得到了合适对低聚糖消毒的最佳方法，使微生物指标达到了业界要求。低聚果糖新的生产工艺，从实验－优化－实验－中试－优化－生产，通过一年多的努力，生产出质量高、价格低的低聚果糖，在市场上也得到了许多消费者的好评。

参考文献：

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[2]吕丽华.低聚果糖的生产与应用[J].中国甜菜糖业.2018(01)

[3]汪多仁.低聚果糖的开发与应用展望[J].甘蔗糖业.2019(01)

[4]王策.低聚果糖──一种蔗糖深加工新产品[J].甘蔗糖业.2019(01)

[6]张海涛.我国低聚果糖的生产及应用进展[J].甘蔗糖业.2017(06)