專利名稱：一種甘薯復(fù)合功能寡糖及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種甘薯復(fù)合功能寡糖及其制備方法與應(yīng)用，屬于飼料添加劑和植物生長調(diào)節(jié)劑技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是甘薯種植大國，年產(chǎn)量已達I億萬噸左右，是目前世界上產(chǎn)量最多的國家。甘薯生產(chǎn)已成為農(nóng)民的一個主要經(jīng)濟來源。甘薯渣是甘薯淀粉加工過程中生成的下腳料，其年產(chǎn)量已達到2. 4億多噸。甘薯渣中含有35%左右的纖維素、23%左右的半纖維素和13%左右的果膠，是制備復(fù)合功能寡糖的極佳原料。但是我國目前對于甘薯渣的利用和加工，僅僅直接將其簡單作為牛飼料利用，其潛在的巨大經(jīng)濟效益沒有展現(xiàn)出來。
甘薯復(fù)合功能寡糖是指由甘薯纖維寡糖、甘薯木寡糖、甘薯果膠寡糖組成的混合體，對于動物和植物機體的生長和健康具有特殊的功效，主要體現(xiàn)在①促進人和動物腸道有益菌生長與繁殖，直接吸附腸道病原菌，排除腸道毒素增強人、動物和植物的免疫功能和抗病能力對人和動物具有降脂效應(yīng)，能改善脂質(zhì)代謝，增進礦物元素的吸收，降低血氨濃度等。由于獨特的生理功能功效，甘薯復(fù)合功能寡糖作為重要的功能性添加劑被人們所認(rèn)知，并將被廣泛應(yīng)用于食品、保健品和飼料等多個領(lǐng)域。目前有關(guān)制備功能性寡糖的技術(shù)幾乎全部采用單一寡糖的制備方式，即采用單一生物酶來降解相關(guān)的多糖底物，以獲得所需的功能寡糖產(chǎn)品。其不足在于生產(chǎn)效率低下，生產(chǎn)成本過高，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物數(shù)量巨大，使得目前功能性寡糖產(chǎn)品僅應(yīng)用于食品、保健品中的高端領(lǐng)域，嚴(yán)重限制了其推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種甘薯復(fù)合功能寡糖及其制備方法與應(yīng)用。本發(fā)明所提供的一種甘薯復(fù)合功能寡糖的制備方法，包括如下步驟(I)經(jīng)破碎后的甘薯渣與水混合后進行剪切乳化，然后經(jīng)過濾得到甘薯渣粉；(2)向所述甘薯渣粉中加入水得到甘薯渣漿液，向所述漿液中加入內(nèi)切型纖維素酶、木聚糖酶和果膠裂解酶進行酶解反應(yīng)；過濾所述酶解反應(yīng)的生成液，得濾液即為所述甘薯復(fù)合功能寡糖。上述的制備方法中，步驟(I)中，所述甘薯渣與水的質(zhì)量份數(shù)比為I :(40(Tl000)，具體可為I :600、1 :800或I :1000 ;所述剪切乳化的轉(zhuǎn)速為8000rpnTl2000rpm，具體可為8000rpm、9000rpm或lOOOOrpm，所述剪切乳化的次數(shù)為3 5，具體可為2次或3次，每次剪切乳化的時間為5 15min,具體可為7min或lOmin。上述的制備方法中，步驟(2)中，所述甘薯漿液的質(zhì)量百分含量為0. 5 2%，具體可為 0. 5%、1% 或 2%ο上述的制備方法中，步驟(2)中，所述酶解反應(yīng)的溫度為35°C 55°C，具體可為40°C 50°C、40°C、45°C或50°C，時間為3h 6h，具體可為4h、5h或6h ;所述酶解反應(yīng)的pH值為 3. 0 6· O，具體可為 4. 0 6· 0、4· 0、5· O 或 6. O。上述的制備方法中，步驟(2)中，所述內(nèi)切型纖維素酶的酶活為:Γ5萬U/g，所述木聚糖酶的酶活為3. 5^5. 5萬U/g，所述果膠裂解酶的酶活為4飛萬U / ml ;所述內(nèi)切型纖維素酶、木聚糖酶、果膠裂解酶與甘薯渣的質(zhì)量份數(shù)比為(O. 4 O. 6) (O. 3 O. 5) (O. Γο. 3) (O. 5 2)。上述的制備方法中，所述方法還包括對所述濾液依次進行脫色、除雜、濃縮和干燥的步驟。上述的制備方法中，所述脫色步驟采用粉末狀活性炭進行脫色，所述脫色的溫度為90°C 100°C，具體可為90°C、95°C或100°C，時間為20 40min，具體可為25min、35min或40min ;所述粉末活性炭的用量為所述濾液的質(zhì)量的O. 1°/Γ2%，具體可為O. 8°/Γ2%、0. 8%、1%或2% ；所述除雜步驟采用強酸性陽離子交換樹脂或強堿性陰離子交換樹脂進行除雜，如強酸性陽離子交換樹脂如D72等和強堿性陰離子交換樹脂如D201X7。本發(fā)明還提供了由上述方法制備的甘薯復(fù)合功能寡糖。本發(fā)明還提供了上述的甘薯復(fù)合功能寡糖在制備白羽肉雞飼料中的應(yīng)用；在制備白羽肉雞飼料時，所述甘薯復(fù)合功能寡糖的添加量可為O. 19Γ2%，如O. 5%。本發(fā)明還提供了上述的甘薯復(fù)合功能寡糖在制備提高大豆中大豆抗毒素含量的植物誘導(dǎo)劑中的應(yīng)用；如采用甘薯復(fù)合寡糖的添加量為1%的植物誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)大豆時，可獲得含有O. 32mg/g大豆抗毒素的大豆粉。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(I)采用高剪切乳化處理對甘薯渣的物理結(jié)構(gòu)具有較大的破壞作用，得到的甘薯渣粉的顆粒最小，因而使底物甘薯渣粉暴露出了更多的酶結(jié)合位點，同時在酶水解反應(yīng)時也可以增加底物與酶的接觸面積和接觸幾率，從而有利于酶解反應(yīng)的進行。 (2)按照甘薯渣中多糖的組成和結(jié)構(gòu)特征，選擇一定比例的復(fù)合酶對其進行同步水解，一鍋法制備生產(chǎn)甘薯復(fù)合寡糖，對于提高酶的功效和利用效率，減少生產(chǎn)操作工藝流程和過程，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，最大程度的獲得目標(biāo)甘薯復(fù)合寡糖產(chǎn)物，具有極大的優(yōu)越性。


圖I為本發(fā)明制備甘薯復(fù)合功能寡糖的流程示意圖。圖2為本發(fā)明制備的甘薯復(fù)合功能寡糖的TLC譜圖，其中Lanel代表葡萄糖，Lane2代表半乳糖醛，Lane3代表纖維二糖，Lane4果膠酶酶解產(chǎn)物，Lane5代表纖維素酶酶產(chǎn)物，Lane6復(fù)合酶酶解產(chǎn)物。圖3為本發(fā)明實施例4中檢測大豆抗毒素含量的HPLC圖譜。
具體實施例方式下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。實施例I、制備甘薯復(fù)合功能寡糖
制備過程的流程圖如圖I所示。(I) IOOKg甘薯渣破碎，按固液質(zhì)量比I :800的比例加入水，用高剪切混合乳化機于8000r / min下剪切乳化3次，每次lOmin，板框壓濾機過濾，得到精制化的甘薯渣粉。(2)將上述預(yù)處理的甘薯渣粉用水調(diào)制成質(zhì)量百分含量為1%的漿液，泵入15噸酶水解反應(yīng)釜中，然后加入調(diào)配好的復(fù)合酶，即50Kg酶活4萬U/g的內(nèi)切型纖維素酶(寧夏夏盛實業(yè)集團有限公司生產(chǎn)的濃縮型纖維素酶，以下實施例中相同)、40Kg酶活4萬U/g的木聚糖酶(寧夏夏盛實業(yè)集團有限公司生產(chǎn)的濃縮型木聚糖酶，以下實施例中相同)、20Kg酶活5萬U / ml的果膠裂解酶(寧夏夏盛實業(yè)集團有限公司生產(chǎn)的夏盛果膠酶，以下實施例中相同)。用IM的HCl溶液和IM的NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH為4. O左右，在反應(yīng)溫度50°C下反應(yīng)時間4h。(3)將反應(yīng)生成液泵入板框壓濾機中進行過濾，收集濾液,按體積量加入O. 8%的粉末活性炭，95°C下脫色35min ;過濾后，將糖液分別過D72陽離子交換樹脂和D201X7陰 離子交換樹脂后，水洗脫液合并進行真空濃縮，得到質(zhì)量含量為70%的甘薯復(fù)合寡糖溶液；將此糖液進行噴霧干燥，得到78. 6Kg以纖維寡糖、木寡糖和果膠寡糖為主的甘薯復(fù)合寡糖產(chǎn)品，寡糖含量> 91%。寡糖含量是通過Somogyi方法方法測定的，具體步驟為取反應(yīng)生成液5ml置于Φ21Χ230(πιπιΧπιπι)試管中，加入5ml 8%H2S04溶液?；靹?，100°C沸水浴中反應(yīng)2hr，自然冷卻至室溫，移入25ml容量瓶中，5mlDW沖洗試管并入容量瓶中，滴加廣2滴O. 1%酚酞指示劑，用9%NaOH溶液滴至溶液剛剛呈淺桃紅色，用DW定容至 25ml。取上述定容液5ml(糖含量O. 2 2mg;空白為5mlDW)加入Φ21 X 230 (mmXmm)試管中，然后加入5ml Somogyi試劑,混勻，100°C沸水浴中反應(yīng)15min后,在流動冷水浴中冷卻至室溫，加入2ml 2%KI溶液、I. 5mllM H2SO4溶液，混勻，用O. 005M Na2S2O3溶液進行滴定，接近終點時加入1-2滴1%淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至終點(亮蘭色)。總糖糖含量按如下公式計算A= (B-T) XF1XF2A:總糖量(mg);B:滴定空白所耗O. 005M Na2S2O3溶液體積(ml)；T :滴定樣品所耗O. 005M Na2S2O3溶液體積(ml)；F1 0. 005M Na2S2O3 溶液校正因子；F2 Somogyi試劑校正因子。寡糖含量=總糖量XO. 85，O. 85為經(jīng)典換算系數(shù)。本實施例制備的甘薯復(fù)合寡糖的TLC譜圖(展開劑為正丁醇乙酸水(5:2:3(V / V)，顯色劑5%硫酸乙醇溶液)如圖2所示，由圖可得知，甘薯復(fù)合寡糖主要以纖維二糖和果膠二糖為主，同時含有纖維三糖和纖維四糖。實施例2、制備甘薯復(fù)合功能寡糖制備過程的流程圖如圖I所示。(I) IOOKg甘薯渣破碎，按固液比I :1000的比例加入水，用高剪切混合乳化機于9000r / min下剪切乳化2次，每次lOmin，板框壓濾機過濾，得到精制化的甘薯渣粉。
(2)將上述預(yù)處理的甘薯渣用水調(diào)制成質(zhì)量百分含量為2%的漿液，泵入15噸酶水解反應(yīng)釜中，然后加入調(diào)配好的復(fù)合酶，即55Kg酶活4萬U/g的纖維素酶、45Kg酶活4萬U/g的木聚糖酶、22Kg酶活5萬U / ml的果膠裂解酶。用IM的HCl溶液和IM的NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH為5. O左右，在反應(yīng)溫度45°C下反應(yīng)時間5h。(3)將反應(yīng)生成液泵入板框壓濾機中進行過濾，收集濾液，按體積量加入1%的粉末活性炭，100°c下脫色25min，過濾后，將糖液分別過D72陽離子交換樹脂和D201X7陰離子交換樹脂后，水洗脫液合并進行真空濃縮，得到質(zhì)量含量為70%的甘薯復(fù)合寡糖溶液。將此糖液進行噴霧干燥，得到76. 3Kg以纖維寡糖、木寡糖和果膠寡糖為主的甘薯復(fù)合寡糖產(chǎn)品，寡糖含量> 90% (測定方法同實施例I中記載的方法)。實施例3、制備甘薯復(fù)合功能寡糖制備過程的流程圖如圖I所示。 (I) IOOKg甘薯渣破碎，按固液比I :600的比例加入水，用高剪切混合乳化機于IOOOOr / min下剪切乳化3次，每次7min，板框壓濾機過濾，得到精制化的甘薯渣粉。(2)將上述預(yù)處理的甘薯渣用水調(diào)制成質(zhì)量百分含量為O. 5%的漿液，泵入15噸酶水解反應(yīng)釜中，然后加入調(diào)配好的復(fù)合酶，即40Kg酶活4萬U/g的纖維素酶、35Kg酶活4萬U/g的木聚糖酶、18Kg酶活5萬U / ml的果膠裂解酶。用IM的HCl溶液和IM的NaOH溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH為6. O左右，在反應(yīng)溫度40°C下反應(yīng)時間6h。(3)將反應(yīng)生成液泵入板框壓濾機中進行過濾，收集濾液，按體積量加入2%的粉末活性炭，90°C下脫色40min，過濾后，將糖液分別過D72陽離子交換樹脂和D201X7陰離子交換樹脂后，水洗脫液合并進行真空濃縮，得到質(zhì)量含量為65%的甘薯復(fù)合寡糖溶液。將此糖液進行噴霧干燥，得到77. 2Kg以纖維寡糖、木寡糖和果膠寡糖為主的甘薯復(fù)合寡糖產(chǎn)品，寡糖含量> 92% (測定方法同實施例I中記載的方法)。實施例4、甘薯復(fù)合功能寡糖在提高大豆中的大豆抗毒素的含量中的應(yīng)用稱取50g大豆,用150mL75%的乙醇消毒3min,再用150mL的無菌水淋洗3次,每次2min，然后用250mL無菌水浸泡5h。將泡好的豆子,分為兩片子葉,在每片子葉上用刀挖出約2_X4_的傷口，于傷口內(nèi)滴加60 μ L質(zhì)量百分含量為1%的實施例I中制備的甘薯復(fù)合寡糖的水溶液，將其放入裝有無菌水浸濕的滅菌濾紙的培養(yǎng)皿里，I個培養(yǎng)皿放10枚左右的大豆，將培養(yǎng)皿在黑暗中于溫度25°C，濕度50%條件下培養(yǎng)3天，干燥，粉碎，HPLC檢測，大豆中大豆抗毒素含量HPLC譜圖如圖3所示，獲得含有O. 32mg/g大豆抗毒素的大豆粉。上述HPLC檢測的條件為C18反相色譜柱(4. 6mmX 250mm, 5 μ m)；流動相A液為乙酸水溶液(pH=3. 0)，B液為100%乙腈梯度洗脫(Tl7min，0%乙腈 45%乙腈；17 27min，45%乙腈 90%乙腈；27 33min，90%乙腈，上述均為體積比；流速1. OmL / min ;柱溫40°C ;紫外檢測波長285nm ;進樣量10 μ L。實施例5、甘薯復(fù)合功能寡糖在提高白羽肉雞的生產(chǎn)性能中的應(yīng)用選取選擇健康的I日齡的AA白羽肉雞。試驗設(shè)計4個處理，每個處理2個重復(fù)。每個組220只雞，分別為Α飼喂基礎(chǔ)日糧的對照組，B飼喂質(zhì)量添加量為O. 1%的甘薯復(fù)合寡糖實驗組，C飼喂質(zhì)量添加量為O. 5%的甘薯復(fù)合寡糖實驗組，D飼喂質(zhì)量添加量為1%的甘薯復(fù)合寡糖實驗組。基礎(chǔ)日糧為商品肉雞飼料(遼寧禾豐牧業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的肉小雞料、肉中雞料和肉大雞料)，共飼喂45天時間。甘薯復(fù)合寡糖對肉雞生產(chǎn)性能的影響如表I所示表I甘薯復(fù)合寡糖對肉雞生產(chǎn)性能的影響
權(quán)利要求
1.一種甘薯復(fù)合功能寡糖的制備方法，包括如下步驟 (1)經(jīng)破碎后的甘薯渣與水混合后進行剪切乳化，然后經(jīng)過濾得到甘薯渣粉； (2)向所述甘薯渣粉中加入水得到甘薯渣漿液，向所述漿液中加入內(nèi)切型纖維素酶、木聚糖酶和果膠裂解酶進行酶解反應(yīng)；過濾所述酶解反應(yīng)的生成液，得濾液即為所述甘薯復(fù)合功能寡糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于步驟(I)中，所述甘薯渣與水的質(zhì)量份數(shù)比為I :(400 1000);所述剪切乳化的轉(zhuǎn)速為8000rpnTl2000rpm，所述剪切乳化的次數(shù)為3 5，每次剪切乳化的時間為5 15min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述甘薯漿液的質(zhì)量百分含量為O. 5 2%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述酶解反應(yīng)的溫度為35°C 55°C，時間為3tT6h ;所述酶解反應(yīng)的pH值為3. 0^6. O。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述內(nèi)切型纖維素酶的酶活為3飛U/g，所述木聚糖酶的酶活為3. 5 5. 5萬U/g，所述果膠裂解酶的酶活為4 5萬U / ml ; 所述內(nèi)切型纖維素酶、木聚糖酶、果膠裂解酶與甘薯渣的質(zhì)量份數(shù)比為(O. 0.6)(O. 3 O. 5) (0. Γ0. 3) (0. 5 2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的制備方法，其特征在于所述方法還包括對所述濾液依次進行脫色、除雜、濃縮和干燥的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于所述脫色步驟采用粉末狀活性炭進行脫色，所述脫色的溫度為90°C 100°C，時間為2(T40min ;所述粉末活性炭的用量為所述濾液的質(zhì)量的O. 1°/Γ2%。
所述除雜步驟采用強酸性陽離子交換樹脂或強堿性陰離子交換樹脂進行除雜。
8.權(quán)利要求1-7中任一項所述方法制備的甘薯復(fù)合功能寡糖。
9.權(quán)利要求8所述的甘薯復(fù)合功能寡糖在制備白羽肉雞飼料中的應(yīng)用。
10.權(quán)利要求8所述的甘薯復(fù)合功能寡糖在制備提高大豆中大豆抗毒素含量的植物誘導(dǎo)劑中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種甘薯復(fù)合功能寡糖及其制備方法。該方法包括如下步驟(1)經(jīng)破碎后的甘薯渣與水混合后進行剪切乳化，然后經(jīng)過濾得到甘薯渣粉；(2)向所述甘薯渣粉中加入水得到甘薯渣漿液，向所述漿液中加入內(nèi)切型纖維素酶、木聚糖酶和果膠裂解酶進行酶解反應(yīng)；過濾所述酶解反應(yīng)的生成液，得濾液即得。本發(fā)明采用高剪切乳化處理對甘薯渣的物理結(jié)構(gòu)具有較大的破壞作用，得到的甘薯渣粉的顆粒最小，因而使底物甘薯渣粉暴露出了更多的酶結(jié)合位點，同時在酶水解反應(yīng)時也可以增加底物與酶的接觸面積和接觸幾率，從而有利于酶解反應(yīng)的進行。本發(fā)明的甘薯復(fù)合功能寡糖可用于制備白羽肉雞飼料，以及制備提高大豆中大豆抗毒素含量的植物誘導(dǎo)劑。
文檔編號A01P21/00GK102965408SQ20121036805
公開日2013年3月13日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者石波, 李金啟, 彭晴, 梁平, 劉沙沙, 董向艷 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所, 河北科納生物科技有限公司