果糖及低聚果糖的分离、纯化工艺技术

果糖及低聚果糖的分离、纯化工艺技术一、果糖、低聚果糖的定义果糖，一种单糖，是葡萄糖的同分异构体，它以游离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中，果糖还能与葡萄糖结合生成蔗糖。纯净的果糖为无色晶体，熔点为103～105℃,它不易结晶，通常为黏稠性液体，易溶于水、乙醇和乙醚。D-果糖是最甜的单糖。低聚果糖(Fructooligosaccharides，FOS)，又称寡果糖或蔗果三糖族低聚糖，是指在蔗糖分子的果糖基上通过β（1→2）糖苷键连接1~3个果糖基而成的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖及其混合物。二、低聚果糖的物化性质和生理功效1、理化性质(1)甜度和味质:纯度为50%~60%的低聚果糖的甜度约为蔗糖的60%,纯度为95%的低聚果糖甜度约仅为蔗糖的30%,且较蔗糖甜味清爽,味道纯净,不带任何后味,在饮料、食品加工中有降低甜度和改善味质的作用。也可用通过与高强甜味剂(如阿斯巴甜等)混合使用以取代蔗糖,从而有效增强食品的甜度。FOS是无糖型、低热值、高纤维食品配料;（甜度低，口味纯正、清爽）(2)热值:体内测量的低聚果糖热值仅为1.5kcal/g,热值极低,在饮料、食品中添加低聚果糖可以极大降低和减少食品的热量;（低热量）(3)粘度:在0e~70e范围内,低聚果糖的粘度近似异构糖,但随温度上升而下降,食品加工时容易操作;（黏度适中）(4)水份活性:低聚果糖的水份活性与蔗糖相当;(5)保湿性:低聚果糖的保湿性与山梨醇、饴糖相似。适用于保湿时间长的食品,以保证食品的货架期;（吸湿性能优于麦芽糖接近山梨醇）(6)热稳定性:低聚果糖在120e中性条件下,稳定性与蔗糖相近;（耐高温，可以适应常见的热工艺)(7)其他加工特性:溶解性、非着色性、赋形性、耐碱性、抗老化性等优越。2、生理功效（1）由于低聚果糖不被消化吸收，因而能到达大肠为双歧杆菌而利用，是双歧杆菌的有效增殖因子。低聚果糖被双歧杆菌利用后产生的有机酸可以使肠内PH下降，抑制肠道内沙门菌等腐败菌的生长，改善肠道环境，减少肠内腐败产物的生成，改变大便性状，防止便秘。低聚果糖的摄入对腹泻及便秘患者均有明显的改善作用，并能提高机体的免疫功能，具有很好的保健功能。（2）低聚果糖是一种水溶性膳食纤维，能降低血清胆固醇和甘油三酯含量，摄入低聚果糖后，不会引起血糖水平的波动，因此可以作为高血压、糖尿病和肥胖症患者食用的甜味剂。（3）低聚果糖不能被突变链球菌作为发酵底物来生成不溶性葡聚糖，不提供口腔微生物沉积、产酸和腐蚀的场所，由它生成的乳酸数量占蔗糖的50%以下，因此，低聚果糖是一种低腐蚀性、防龋齿的功能性甜味剂。（4）低聚果糖能增加机体对矿物元素（Ca、Mg、Fe等）的吸收率。（5）添加低聚果糖的化妆品，可以抑制脸部皮肤表面有害菌的生长。三、低聚果糖的酶法生产第一种：主要利用微生物发酵生产的β-果糖基转移酶或β-呋喃果糖苷酶作用于蔗糖，进行分子间果糖基转移反应进行生产，反应过程可用以下反应式表示：第二种：利用内切菊粉酶催化水解菊粉进行生产第一种:蔗糖固定化酶柱或固定化床生物反应器糖液脱色（活性炭）脱盐（离子交换树脂）真空浓缩产品第二种:四、分离纯化（1）发酵法生产高纯度低聚果糖发酵法生产高纯度低聚果糖是利用筛选出的酵母将低聚果糖溶液中的副产品葡萄糖进行分解,从而提高低聚果糖的含量,可得到82.85%的低聚果糖产品,然后经果糖转移酶的作用,将剩余的部分蔗糖再转化,使含量升至85.23%。由此可见,酶反应可以提高低聚果糖的纯度,但提高幅度并不是很大,这是由于蔗糖含量较低,使果糖转移酶的作用受到限制。（2）层析法/色谱法层析法是选用某种特性吸附载体,利用吸附层析的原理,将55%的低聚果糖通过层析而分离纯化,经吸附、水洗、解析、浓缩等过程,可得到95%以上的低聚果糖的浆和粉,分离效果较好。但此工艺需要使用有机溶媒,生产成本较高,吸附载体受到限制,远远高于低聚果糖价位,缺乏市场竞争能力。包含有吸附色谱(如活性炭柱层析)、凝胶色谱(如聚丙烯酰胺凝胶层析、葡萄糖凝胶层析)等。（凝胶过滤色谱法：因为低聚果糖相比于葡萄糖与蔗糖有较大的分子量，故可用此法将其分离。尽管此法分辨率高，但其成本太高，压降大，不太适合大规模糖的分离。目前国内还没有能够生产低聚果糖的凝胶出产。）（3）树脂流动床处理设备用树脂流动床处理设备来纯化55%的低聚果糖,是近些年日本和韩国新研发出来的方法,它的关键部分主要在设备设计和制造。采用设计合理的设备,纯化低聚果糖,纯度可达95%以上,并且所有物料均可被充分利用,浪费极少。尽管设备投入较大,但可以实现大规模连续化生产,操作更为简便实用且趋于洁净化生产。（4）分布结晶法根据不同的糖类的不同的结晶性，利用葡萄糖和蔗糖比其他糖类更易结晶析出的性质，从低聚果糖混合物中先分离出些许蔗糖和葡萄糖，从而提高低聚果糖的纯度。例如将低聚果糖浓缩到一定浓度，冷却后加入葡萄糖晶种，过滤取上清液得纯度较高的低聚果糖。（简单的提纯）（5）双酶法一步双酶法：利用果糖转移酶（FTS）和葡萄糖脱氢酶（GDH）同时作用于55%蔗糖溶液制得FOS，纯度可达到85%以上；二步双酶法：以55%蔗糖溶液为原料，先利用果糖转移酶制得FOS50溶液，再利用葡萄糖脱氢酶作用制得纯度为85%左右的FOS。（6）膜过滤分离低聚果糖膜过滤工艺最初是被用于水的处理,随着膜工艺的改进和膜孔径技术的变化,逐渐被引入到物质的分离纯化领域,并用于工业化的生产,取得良好的经济效益。河北省维尔康制药有限公司与其它公司合作研究采用膜过滤设备,得到了含量约80%的低聚果糖,收率较高。如继续分离也可得到含量在90%以上的低聚果糖。纳滤截留分子量：300~1000物质分子量物质分子量蔗果三糖504葡萄糖180蔗果四糖666果糖180蔗果五糖828蔗糖342把FOS50产品加入4-10倍体积纯净水稀释到浓度15-25%选用NF-300型膜件,操作压力4-6psi一次纳滤后把分量在300道尔顿以下的葡萄糖和果糖(180)分子及在300DA左右蔗糖342分子透过而大部分蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖等则被截留，这样便分离得纯度约90%的低聚果糖。此法有部分蔗果三糖透过滤膜,收率较低。（7）酶法与纳米膜分离技术结合纯度可达95%五、参考文献•郑建仙.功能性低聚糖[M].化学工业出版社•熊伟,张健.低聚果糖(FOS)超强双歧因子[J].2006年第12期•李秀琴,杨星惠,安素欣.低聚果糖的纯化方法[J].河北化工，2003年第1期•张连富.内切菊粉酶法生产低聚果糖研究进展[J].中国食品添加剂，2000年•LamiaL'Hocine,江波，王璋.双酶法生产高纯度低聚果糖的研究[J].食品科学，1997年