（农产品加工及贮藏工程专业论文）酶法合成低聚乳果糖的工艺研究.pdf

摘要 i u l i11 1i il i i iii iii i1 1 1 i y 17 4 6 8 8 6 摘要 低聚乳果糖f o - 伊d g a l a c t o p y r a n o s y l 一( 1 _ 2 ) ? 伊d f i u c t o f u r a n o s i d e ) 是一种功 能性低聚糖，具有一系列的生理功能，如低热量，难消化、促进双歧杆菌增殖， 抑制致病菌产生、抗龋齿作用、调整肠道功能、降血脂、降胆固醇、促进矿物 质吸收功能等，发展前景巨大。在我国，低聚乳果糖的研究可以说是刚刚起步。 其产业化在国内一直未见报道，原因是在生产中酶的活力和糖的纯化制约了其 在国内的发展。本课题拟研究微生物酶法合成低聚乳果糖的工艺条件，确定低 聚乳果糖的最佳合成方案，并对低聚乳果糖的脱色，纯化进行初步研究，为以 后的工业化生产提供技术参数。本文的主要研究结果和结论归纳如下： 1 确定俨呋喃果糖苷酶粗酶液合成低聚乳果糖的最佳工艺条件。方法：以 蔗糖和乳糖为底物，利用俨呋喃果糖苷酶粗酶液合成低聚乳果糖，通过单因素 和b o x b e h n k e n 实验，对酶法合成工艺进行响应面分析，得到酶法合成低聚乳 果糖的最佳工艺参数。结果：最佳工艺条件如下：反应时间为2 2 h 4 5 m i n ，p h 值 为7 o ，反应温度为3 5 ，底物浓度为2 0 ，底物与酶的体积比为1 ：1 ( 酶活为 2 5 0 u m l ) ，低聚乳果糖含量为2 2 7 0 。结论：b o x b e h n k e n 结合响应面优化果 糖苷酶法合成低聚乳果糖工艺，模型可靠，方法可行。 2 确定低聚乳果糖的活性炭脱色工艺。方法：神经网络和遗传算法相结合 对脱色过程中的脱色率和回收率进行优化。用均匀设计的数据建立神经网络模 型，输入层为活性炭用量、脱色时间和脱色温度，输出层为脱色率和回收率， 再利用遗传算法对网络进行多目标寻优，得到p a r c t o 最优解。结果：p a r e t o 最优 解为：活性炭用量为2 1 8 9 抛1 8 9 7 ，脱色时间为6 4 0 5 - - 6 4 0 6 m i n ，脱色温度为 7 4 2 2 7 8 9 0 。验证试验的实际测量值为脱色率9 4 8 5 ，低聚乳果糖回收率为 9 7 2 3 ，实际值和预测值的相对误差分别为1 5 1 和o 1 2 。结论：神经网络结 合遗传算法优化低聚乳果糖脱色工艺，模型可靠，方法可行，达到较理想脱色 效果。 3 对酶法合成的低聚乳果糖混合糖液进行初步纯化。方法：通过乳糖结晶 和离子交换法对低聚乳果糖进行了初步纯化，对乳糖结晶的部分工艺条件和离 子交换法的部分工艺条件进行了初步探索。结果：最佳工艺条件如下：低聚乳 果糖混合溶液浓缩至2 5 ，加入乳糖晶种放置于4 的冰箱中2 天，取出， 4 5 0 0 r m i n 离心2 0 m i n ，得上清液；再经过离子交换法纯化，纯化条件为进样量 摘要 为5 m l ，柱温为常温，洗脱流速为2 m l m i n ，柱长水平选择为5 m 。经初步纯化 后，混合糖液中低聚乳果糖含量从1 8 2 6 提高到4 1 6 2 。结论：低聚乳果糖混 合糖液经乳糖结晶和离子交换法初步纯化，含量从18 2 6 提高到4 1 6 2 。 4 建立了适合中小企业低聚乳果糖工业化生产过程中的实时检测方法。方 法：薄层分离和苯酚硫酸法相结合，正丁醇：冰乙酸：水= 8 ：3 ：1 ，显色剂：苯胺 一二苯胺一磷酸，条带点样，点样量为5 p l 。结果：薄层层析可将低聚乳果糖反应 液中单糖至三糖各组分分开，并首次用薄层色谱证明了酶法合成的低聚乳果糖 样品中果糖的存在，通过苯酚硫酸法分析低聚乳果糖，线性范围为 1 0 8 , - , 3 9 6 m g m l ( r 2 = o 9 9 3 9 ) ，精密度r s d 为1 5 1 ，平均加样回收率为9 7 2 8 ， r s d 为3 0 7 。结论：以薄层层析一苯酚硫酸法检测食品或大豆低聚糖中棉籽糖 含量，测定结果与h p l c 法对照，相对误差为3 2 2 ，可用于工业化生产过程中 的检测。 关键词：低聚乳果糖；酶法合成；脱色；纯化；检测 i i a b s t r a c t l a c t o s u e r o s e ( o - - d g a l a c t o p y r a n o s y l ( 1 _ 2 ) 伊d f r u c t o f u r a n o s i d e ) i sak i n d o ff u n c t i o n a lo l i g o s a c c h a r i d e i th a sar a n g eo fp h y s i o l o g i c a lf u n c t i o n s ，s u c ha s l o w - c a l o r i e ，i n d i g e s t i b l e ，p r o m o t i o nt h ep r o l i f e r a t i o no fb i f i d o b a c t e r i aa n di n h i b i t i o n p a t h o g e n i cb a c t e r i u m , n o n - c a r i o g e n i c i t y , r e g u l a t i o ni n t e s t i n a lf u n c t i o n ，d e c r e a s i n g b l o o ds u g a r , b l o o dl i p i da n dc h o l e s t e r o l ，a n da c t i v a t i o nt h ea b s o r p t i o no fm i n e r a l s o ， l a c t o s u c r o s eh a sah u g ed e v e l o p i n gs p a c ea n dv e r yb r i g h td e v e l o p i n gp r o s p e c t s t h e s t u d yo nl a c t o s u c r o s eh a sj u s ts t a r t e di n t e r n a l l ya n di t s i n d u s t r i a l i z a t i o nh a sn e v e r b e e nr e p o r t e di nc h i n ab e c a u s eo ft h ep r o b l e mo fe n z y m ea c t i v i t ya n dp u r i f i c a t i o n t h i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nr e s e a r c ho fs y n t h e t i cp r o c e s so fl a c t o s u c r o s eb y f l - f r u c t o f u r a n o s i d e ，a n dd e c o l o r i z a t i o no fl a c t o s u c r o s ea n di t sp u r i f i c a t i o nw e r ea l s o i n v e s t i g a t e d t h em a i nc o n t e n t sa n dc o n c l u s i o n so f t h i sp a p e ra r ei n d u c e da sf o l l o w s ： 1 t oo b t a i nt h e o p t i m u mp a r a m e t e r s o fl a c t o s u c r o s e s y n t h e s i z e db y f l - f r u c t o f u r a n o s i d e m e t h o d ：l a c t o s u c r o s ew a sp r e p a r e df r o ml a c t o s e 雒a na c c e p t o r a n ds u c r o s ea sa f r u c t o s y l d o n o r b y a f r u c t o s e - t r a n s f e m u gg i l z y m e ， f l - f i u c t o f u r a n o s i d ed e r i v e df r o ma r t h r o b a c t e rs p 1 0 1 3 8 t h ep r o c e s sw a so p t i m i z e d b yab o x - b e h n k e nd e s i g na n dr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y r e s u l t s ：o p t i m u m c o n d i t i o n sf o r t h el a c t o s u e r o s ep r o d u c t i o nw e r er e a c t i o nt i m e2 2 7 7 h , p h7 0 ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r e3 5 ，s u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o n2 0 ，t h er a t i oo fs o l u t i o nv o l u m eo f s u b s t r a t e ：f l - f r u c t o f u r a n o s i d el ：l ( v v ) u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h er e a lr e a c t i o ny i e l d w a s2 2 7 0 c o n c l u s i o n ：t h ew o r kp r o v e dt h a tb o x b e h n k e nd e s i g na n dr e s p o n s e s u r f a c em e t h o d o l o g yc o u l df i n do p t i m a lp a r a m e t e r sf o rl a c t o s u c r o s es y n t h e s i z e db y 卢一f r u c t o f u r a n o s i d ea n dt h em o d e lw a s r e l i a b l e 2 t oo b t a i nt h eo p t i m u m p a r a m e t e r so fd e c o l o r a t i o no fl a c t o s u c r o s es o l u t i o nb y g r a n u l a rc h a r c o a l m e t h o d ：a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ( a n n ) a n dg e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) w e r eu s e dt oo p t i m i z et h ed e c o l o r a t i o na n dl a c t o s u c r o s er e c o v e r yi ns o l u t i o n w i t hg r a n u l a rc h a r c o a l e x p e r i m e n t a ld a t ao ft h eu n i f o r md e s i g n ( u d ) w a su s e dt o b u i l da r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r km o d e l t h r e ei n p u tv a r i a b l e s ( d o s a g eo fc h a r c o a l t i m e a n dt e m p e r a t u r e ) w e r ea d o p t e di nc o n s t r u c t i n gt h eb a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k s i a b s t r a c t ( b p n n ) m o d e l o u t p u tv a r i a b l e sw e r ed e c o l o r a t i o nr a t ea n dl a c t o s u e r o s er e c o v e r y r a t e g aw a su s e dt oo p t i m i z et h ei n p u ts p a c eo ft h ea n nm o d e lt o f i n dt h e p a r e t o - o p f i m a ls e t r e s u l t s ：n l eb e s tp a r a m e t e r sw e r et h ed o s a g eo fc h a r c o a lv a r i e d f r o m2 18 9 4t o2 18 9 7 t i m ef r o m6 4 0 5t o6 4 0 6r a i n ，a n dt e m p e r a t u r ef r o m7 4 2 2 t 07 8 9 0 c o n f i r m a t i v es t u d i e sr e s u l t ss h o w e dt h a td e c o l o r a t i o nr a t ew a s9 4 8 5 a n dl a c t o s u e r o s er e c o v e r yr a t ew a s9 7 2 3 ，a n dt h er e l a t i v el w r o ro fn e t w o r k p r e d i c t e dv a l u e sa n da c t u a lm e a s u r e dv a l u e sw e r e1 51 a n do 12 c o n c l u s i o n ：t h e w o r k p r o v e dt h a ta r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k ( a n n ) a n dg e n e t i ca l g o r i t h m ( g a ) c o u l d f i n dt h ep a r e t o o p t i m a ls e to fd e c o l o r a t i o no fl a c t o s u c r o s es o l u t i o nb yg r a n u l a r c h a r c o a la n dt h em o d e lw a sr e l i a b l e 3 t h es i m p l ep u r i f i c a t i o no fl a c t o s u c r o s es o l u t i o n m e t h o d ：1 1 1 e s i m p l e p u r i f i c a t i o no fl a c t o s u c r o s es o l u t i o nu s i n gt h ee r y s t a u i z a t i o no fl a c t o s ea n dc a t i o n e x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h y r e s u l t s ：t h eo p t i m u mc o n d i t i o no fp u r i f i c a t i o nw a s s h o w na sf o l l o w i n g ：l a c t o s u c r o s es o l u t i o nw a sc o n c e n t r a t e dt o2 5 ，a n dp l a c e di na r e f r i g e r a t o r a t4 cf o r2d a y sa f t e ra d d i n gc r y s t a ls e e d s ，t h e nc e n t r i f u g e d2 0 m i na t 4 5 0 0 r r a i n ；a n d t h e nt h e s u p e r n a t a n t w a s p u r i f i e db y c a t i o n e x c h a n g e c h r o m a t o g r a p h y n ee x p e r i m e n t sd a t em o w e dt h a t ，w h e n5 m ll a c t o s u c r o s ew a su s e d ， t h eo p t i m a lp u r i f i c a t i o nr e s u l tc o u l db ea c h i e v e do nt h er e s i nc o l u m n5 mw i 吐1e l u t i n g r a t e2 m l m i na tr o o mt e m p e r a t u r e c o n c l u s i o n ：t h ec o n t e n to fl a c t o s u c r o s ew o u l db e i n c r e a s e df r o m18 2 6 t o4 1 6 2 a f t e rt h es i m p l ep u r i f i c a t i o n 4 am e t h o dw a se s t a b l i s h e df o rt h ed e t e c t i o no fl a c t o s u e r o s ei nt h ep r o c e s so f i n d u s t r i a l i z a t i o n p r o d u c t i o nb yt l c h e n o l s u l f u r i ca c i dm e t h o d m e t h o d ：t h e d e v e l o p i n ga g e n tw a st h em i x t u r eo f n o r m a lb u t a n o l ，a c e t i ca c i d , w a t e r ( 8 ：3 ：1 ) n l e c h r o m o g e n i ca g e n tw a sm a d eo fa m i n o b e n z e n e - d i p h e n y l a m i n e - p h o s p h o r i ca c i da n d t h e s a m p l e a m o u n tw a s5 p 1 n l ec o n t e n to fl a c t o s u c r o s ew a sa n a l y z e d b y p h e n o l - s u l f u r i ca c i dm e t h o da f t e rc h r o m o g e n i cr e a c t i o n r e s u l t s ：t h ed i f f e r e n t c o m p o s i t i o n s o f1 a c t o s u c r o s ef r o mm o n o s a c c h a r i d et ot r i s a c c h a r i d ec o u l db e s e p a r a t e db yt h i nl a y e rc h r o m a t o g r a p h y , a n ds e p a r a t e df r u c t o s ea n dg l u c o s ef r o m l a c t o s u c r o s ef o rt h ef i r s tt i m e t h ec o n t e n to f1 a c t o s u c r o s ec o u l db ca n a l y z e db y p h e n o l s u l f u r i ca c i dm e t h o d 1 1 1 e l i n e a r r e l a t i o n s h i p w a si n t h e r a n g o f 1o 8 3 9 6 m g m l ( r 2 = o 9 9 3 9 ) ，r s do f p r e c i s i o n1 51 ，t h ea v e r a g er e c o v e r y9 7 2 8 a b s t r a c t a n dr s d3 9 9 c o n c l u s i o n ：t h ed e t e c t i o no fr a f f m o s ei nf o o do ro l i g o s a c c h a r i d e c o u l db ep e r f o r m e db yt l ca n dp h e n o l - s u l f u r i ca c i dm e t h o d c o m p a r i n gw i t hh p l c m e t h o d ，t h er e l a t i v ee i t o rw a s3 0 7 a n dt h i sm e t h o di ss u i t a b l ef o rd e t e c t i o no f l a c t o s u c r o s ei nt h ep r o c e s so fi n d u s t r i a lp r o d u c t i o n k e yw o r d s ：l a c t o s u c r o s e ；e n z y m a t i cs y n t h e s i s ；d e c o l o r a t i o n ；p u r i f i c a t i o n ；d e t e c t i o n v 日录 目录 第一章绪论1 1 1 功能性低聚糖研究概述1 1 1 1 功能性低聚糖生理功能研究进展1 1 1 2 功能性低聚糖国内外发展现状3 1 2 低聚乳果糖研究概述6 1 2 1 低聚乳果糖的理化性质7 1 2 2 低聚乳果糖的生理功能8 1 2 3 低聚乳果糖的微生物酶法合成进展1 0 1 2 4 低聚乳果糖的应用现状和发展前景1 1 1 3 本文研究的目的意义、主要内容和创新点1 3 1 3 1 研究的目的1 3 1 3 2 研究的意义j 1 3 1 3 3 本研究的创新性1 4 第二章伊呋喃果糖苷酶法合成低聚乳果糖工艺优化1 5 2 1 引言1 5 2 2 实验材料1 6 2 2 1 主要试剂1 6 2 2 2 主要仪器1 6 2 3 实验方法1 6 2 3 1 粗酶液制备1 6 2 3 2 酶法合成低聚乳果糖1 6 2 3 3 检测方法17 2 4 结果与讨论17 2 4 1 低聚乳果糖的成分分析17 2 4 2 底物浓度对低聚乳果糖合成的影响1 8 目录 2 4 3 反应时间对低聚乳果糖合成的影响1 8 2 4 4 底物p h 对低聚乳果糖合成的影响1 9 2 4 5 酶用量对低聚乳果糖合成的影响2 0 2 4 6 反应温度对低聚乳果糖合成的影响2 1 2 4 7 响应面优化低聚乳果糖合成工艺2 2 2 4 8 结果2 5 2 4 9 讨论2 5 2 5 本章小结2 6 第三章低聚乳果糖脱色工艺研究2 7 3 1 引言2 7 3 2 实验材料2 8 3 2 1 主要试剂2 8 3 2 2 主要仪器2 8 3 3 试验方法2 9 3 3 1 脱色方法2 9 3 3 2 脱色优化方法2 9 3 3 3 酶法合成低聚乳果糖样品的制备3 0 3 3 4 低聚乳果糖混合溶液最大吸收波长的确定3l 3 3 5 低聚乳果糖混合溶液的活性炭脱色3 1 3 3 6 低聚乳果糖混合溶液脱色效果评定指标3l 3 3 7 低聚乳果糖含量测定3l 3 4 结果与讨论3 2 3 4 1 低聚乳果糖混合溶液最大吸收波长3 2 3 4 2 均匀实验结果3 2 3 4 3 神经网络模型的建立3 3 3 4 4 遗传算法结合神经网络模型对多目标进行优化3 5 3 4 5 验证实验3 7 3 4 6 结果3 8 3 4 7 讨论3 8 v i i 日录 3 5 本章小结3 8 第四章低聚乳果糖的初步纯化3 9 4 1 引言3 9 4 2 实验材料4 1 4 2 1 主要试剂4 1 4 2 2 主要仪器4 l 4 3 试验方法4 2 4 3 1 乳糖结晶。4 2 4 3 2 树脂预处理4 2 4 3 3 离子交换柱的制备4 3 4 3 4 树脂筛选4 3 4 3 5 离子交换柱操作4 3 4 3 6 分析检测4 4 4 4 结果与讨论4 4 4 4 1 乳糖结晶效果4 4 4 4 2 动态吸附筛选树脂4 5 4 4 3 温度对柱分离效果的影响4 6 4 4 4 洗脱速度对柱分离效果的影响4 7 4 4 5 进样量对柱分离效果的影响。4 7 4 4 6 柱长对柱分离效果的影响4 8 4 4 7 低聚乳果糖洗脱曲线。4 9 4 4 8 柱分离前后的色谱图比较5 0 4 4 9 结果51 4 4 1o 讨论51 4 5 本章小结5 2 第五章薄层层析一苯酚硫酸法测定低聚乳果糖含量5 3 5 1 引言5 3 5 2 实验材料5 5 5 2 1 主要试剂5 5 v i i i 目录 5 2 2 主要仪器：5 5 5 3 试验方法5 5 5 3 1 酶法合成低聚乳果糖样品的制备5 5 5 3 2 显色剂以及苯酚溶液的配制5 6 5 3 3 样品分离与收集5 6 5 3 4 样品测定5 6 5 4 结果与讨论5 7 5 4 1 展开剂的确定5 7 5 4 2 点样方式的确定5 7 5 4 3 比色液最大吸收波长的确定5 8 5 4 4 标准曲线的制作5 8 5 4 5 稳定性实验5 9 5 4 6 重现性实验。6 0 5 4 7 精密度实验6 0 5 4 8 加样回收率实验6 0 5 4 9 与h p l c e l s d 法的比较6 l 5 4 1 0 讨论。6 1 5 5 本章小结6 2 第六章结论与展望6 3 6 1 结 仑6 3 6 2 进一步研究方向一6 4 致谢，6 5 参考文献6 6 攻读学位期间的研究成果7 1 第一章绪论 1 1 功能性低聚糖研究概述 第一章绪论弟一早殖下匕 功能性低聚糖，指的是不为机体的消化酶所分解，在小肠中不被吸收的低 聚糖，但在肠道内会被双歧杆菌等有益菌利用后产生多种保健效果。在q b t 2 4 9 2 2 0 0 0 功能性低聚糖通用技术规则行业标准中，对功能性低聚糖的定义 有着详细的描述。 功能性低聚糖在自然界广泛存在，表1 1 为部分低聚糖在自然界的分布、制 备来源以及主要的用途。 表1 1 部分低聚糖自然界分布、制备来源及主要用途 t a b 1 1t h en a t u r a ld i s t r i b u t i o n p r e p a r a t i o na n dt h em a i np u r p o s eo fo l i g o s a c c h a r i d e s 名称自然界分布制备来源 主要途 ，。戡。士。岫豆浆、酱油、酒等中微 低聚异麦芽糖“水、囡。= 僧、， 飒 低聚果糖 香蕉、洋纂杀洋姜、大 低聚木糖 竹笋、 玉娄心 4 4 - - 、 蔗渣 1 丁 q 葡萄糖苷酶水解淀粉防龋齿墨差双歧杆菌 果糖基转移酶作用蔗糖促进双歧杆菌增殖 伊木糖酶作用玉米芯等 防龋齿 大豆低聚糖植物、豆科作物大豆乳清中分离促进双歧杆菌增殖 低聚半乳糖甜菜、紫菜等 伊半乳糖茁酶作用乳糖促进双歧杆菌增殖 壳低聚糖虾、蟹壳等氨基葡萄糖酶水解壳聚糖 1 1 1 功能性低聚糖生理功能研究进展 1 1 1 1 低热量、难消化 功能性低聚糖很难或不被人体消化吸收，因为人体肠道内不具备分解消化 它们的酶系统，如唾液酶和小肠消化酶，不仅能保证其能抵达大肠，而且它发 热值低，不会导致肥胖。可在低能量食品中代替蔗糖，可以供糖尿病人、肥胖 病人、低血糖病人以及害怕发胖的人病人食用。 1 1 1 2 促进双歧杆菌增殖，抑制致病菌产生 功能性低聚糖经双歧杆菌发酵后，产生乙酸、丙酸等短链脂肪酸和一些抗 菌素物质，能非常有效地抑制沙门氏菌、大肠杆菌等有害菌的生长【1 ，2 】。w i e r d s m a 第一章绪论 的研究表明益生元可以改变肠道微生态【3 1 。m a g n e 等【4 1 通过研究表明低聚糖不会 增加婴儿肠道微生物总数，可以促进双歧杆菌的增殖，减少肠道内拟杆菌属和 梭菌属的比例。k a p i k i 【5 】的研究也证实了这一点，给早产儿喂养含有低聚糖的婴 儿配方奶粉，婴儿肠道内双歧杆菌快速增殖，而致病微生物则受到抑制。t h i t a r a m 等【6 】通过实验证明低聚异麦芽糖可以促进小鸡盲肠中双歧杆菌的增殖，抑制沙门 氏菌等有害菌的生长。李迎慧【7 】等人通过实验鼠及志愿者进行调节肠道菌群试 验，证明了水苏糖确实具有调节肠道菌群、改善肠道内环境的功能。研究表明 服用低聚果糖后，患者肠道内肠杆菌及类杆菌显著减少，肠道内双歧杆菌显著 增多【8 ，9 】。 1 1 1 3 抗龋齿作用 由于功能性低聚糖具有难消化的特点，不被口腔酶液分解，难被口腔中突 变链球菌利用，因而能防止龋齿。 1 1 1 4 调整肠道功能 双歧杆菌利用功能性低聚糖，产生的大量短链脂肪酸，改变肠道内p h 环境， 防止便秘。金宗涮1 0 ，1 1 】等通过小鼠实验发现中等剂量的的低聚异麦芽糖有效改 善小鼠的便秘状况。生庆海【l2 j 的研究证明低聚半乳糖具有促进便秘模型小鼠排 便和小肠推进，缩短首便时间，增加排便量的作用。有研究对3 0 例患有便秘小 儿口服低聚果糖后，随访观察疗效，发现2 1 例便秘d , jl , 在服用低聚果糖后有效， 说明低聚果糖可作为首选治疗小儿便秘的首选药物l l 3 。 1 1 1 5 降血脂、降胆固醇 有研究【1 4 】报道每天摄入6 1 2 9 的低聚糖持续2 周至3 个月，总血清胆固醇 可降低2 0 5 0 d l ，这说明摄入低聚糖可降低血清胆固醇水平。“等5 j 以生长期 的猪为实验对象，研究发现低聚异麦芽糖可以降低血糖和甘油三酯的浓度。 d a u b i o u l 等f 1 6 】发现低聚果糖使肥胖大鼠肝脏中的t g 浓度较对照组降低了5 7 ， 表明低聚糖具有降低血脂作用。魏赛金等【l7 j 通过外降血清胆固醇试验，表明低 聚果糖具有降解胆固醇的作用。 1 1 1 6 促进矿物质吸收功能 w a t a n u k i 等【1 8 ，1 9 】研究低聚半乳糖可以促进c a 、m g 等矿物质的吸收，可能 是由于双歧杆菌代谢产生的短链脂肪酸等有机酸增加了钙、镁的溶解度和稳定 性。低聚果糖等益生元物质可以刺激c a 等矿物质的吸收【2 0 , 2 1 】。o h t a p 2 1 对胃切除 术后的大鼠进行低聚果糖喂养，发现低聚果糖可以促进大鼠的c a 吸收，可以预 2 第一章绪论 防胃切除术后的骨质减少。d u e r o s 等【2 3 】对1 1 名年龄在5 3 7 0 岁的健康的绝经妇 女进行了双盲随机试验，每名妇女每天摄入1 0 9 低聚果糖，连续5 周，结果显 示低聚果糖能明显增加钙的吸收。w a n g f 2 4 】的研究表明低聚果糖可以有效促进矿 物质吸收，从而可以抵消肌醇六磷酸的毒害作用。 1 1 2 功能性低聚糖国内外发展现状 1 1 2 1 国内发展现状 我国低聚糖的研究，始于八十年代，但未形成工业化，真正形成工业规模 和商品化是在九十年代。1 9 9 6 年，由中科院微生物所和山东保龄宝生物技术公 司合作，在禹城，建成年产2 0 0 0 吨的低聚异麦芽糖工厂，1 9 9 7 年在国内首先实 现工业化生产。在保龄宝之后，上马生产低聚糖的企业越来越多，如云南天元、 江门量子高科、广西宏华奥立高、江西精诚糖醇等。表1 2 为2 0 0 7 年我国低聚 糖主要品种生产状况。从表中可以看出，在国内生产的低聚糖中，主要产品为 低聚异麦芽糖、低聚果糖、低聚木糖和大豆低聚糖，除此之外的一些低聚糖， 国内也有厂家生产，不过厂家比较少，产量自然也小很多。 表1 22 0 0 7 年我国低聚糖主要品种生产状况 t a b 1 2t h ep r o d u c t i o ns i t u a t i o no ft h em a i nt y p e so fo l i g o s a c c h a r i d ei nc h i n ai n2 0 0 7 品种主要生产企业 2 0 0 7 年生产产量2 0 0 7 年我国产量 ( 数据来源为北京理德斯酱企业管理咨询有限公司j 从上表可以看出，在我国低聚异麦芽糖的生产中，山东保龄宝生物技术有 限公司生产产量最大，几乎占到国内市场份额的四分之三，其余的生产厂家的 市场份额为四分之一。在2 0 0 7 年，保龄宝低聚异麦芽糖的生产产量达到3 万吨， 第一章绪论 其用膜过滤工艺生产的低聚异麦芽糖纯度达到9 9 9 ，远远的超过了世界各国同 类产品。进入二十一世纪以来，低聚异麦芽糖产业迅猛发展，产量日益增大， 这主要得益于生产低聚异麦芽糖的设备以及工艺和淀粉糖的生产有一定的相似 之处，比较简单，国内生产淀粉糖的企业可以比较容易转型上马低聚异麦芽糖 项目；另一个主要的原因就是作为市场销量极大的发酵酸乳的添加剂，低聚异 麦芽糖需求量日益增大，是一种性价比较高的新型添加剂。2 0 1 0 年国内低聚异 麦芽糖的年需求量将会达到1 0 万吨以上，市场缺口较大。 低聚果糖是存在于植物中的天然低聚糖类物质，在香蕉、大麦、洋葱等植 物中均有发现。虽然低聚果糖能从植物中提取，但是由于植物中的低聚果糖含 量很低，而且提取出来的低聚果糖成分非常复杂，不利于工业化的产生，所以 目前低聚果糖的生产主要果糖基转移酶作用于蔗糖所得。目前国内最大的生产 低聚果糖的企业是江门量子高科生物工程有限公司，占有的市场份额一半以上。 虽然国内低聚果糖的生产起步较晚，但随着健康新观念的普及，国内市场对低 聚果糖的市场需求出现飞速增长，2 0 1 0 年国内低聚果糖的年需求量在8 万吨左 右，而国内现在的生产能力远远达不到这个需求量，所以低聚果糖的市场潜力 巨大。然而国内低聚果糖产业还存在一些问题，如原料转化率不够导致的纯度 不高，高纯的的产品仍然依赖进口，生产成本高，这些都是亟待解决的问题。 低聚木糖在国内的产业化程度不高，主要生产厂家是山东龙力生物科技股 份有限公司。我国具有丰富的富含半纤维素类自然资源的农林废弃物，如玉米 芯、小麦麸、秸秆等，这些都是制备低聚木糖的很好的原料，既可以发展低聚 木糖工业，还可以解决这些农林废弃物的利用问题，一举两得。低聚木糖作为 一种附加值高、市场前景看好的功能性食品添加剂，是有非常大的发展前景的。 伴随着大豆分离蛋白生产技术的引进，大豆低聚糖的研究和开发也随之展 开。目前国内生产大豆低聚糖的企业有天菊、天松、百爱等。1 9 9 8 年天