本發(fā)明涉及低聚物的制備領(lǐng)域，具體涉及一種以生物質(zhì)單糖/二糖為原料熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制備低聚糖的方法。

背景技術(shù)：

低聚糖又稱寡糖，是少數(shù)單糖(2-10個(gè))縮合的聚合物，可通過多糖水解得到。低聚糖集營養(yǎng)、保健、食療于一體，廣泛應(yīng)用于食品、保健品、飲料、醫(yī)藥、飼料添加劑等領(lǐng)域。它是替代蔗糖的新型功能性糖源，是面向二十一世紀(jì)“未來型”新一代功效食品。

生物質(zhì)單糖/二糖包括葡萄糖，木糖，果糖，纖維二糖等。葡萄糖是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，它是一種多羥基醛。木糖是木聚糖的一個(gè)組分，木聚糖廣泛存在于植物中。果糖是最為常見的己酮糖，是葡萄糖的同分異構(gòu)體，它以游離狀態(tài)大量存在于水果的漿汁和蜂蜜中。纖維二糖是纖維素水解的產(chǎn)物，也是纖維素的基本結(jié)構(gòu)單元。葡萄糖、木糖、果糖等單糖分布廣泛，產(chǎn)量大，同時(shí)碳水化合物也可通過酶解/水解生產(chǎn)多種單糖/二糖，可滿足低聚糖的生產(chǎn)。因此多種單糖是制備低聚糖的優(yōu)質(zhì)原料。

目前常用的生產(chǎn)低聚糖方法主要有從天然原料中提取、微波固相合成方法、酸堿轉(zhuǎn)化法、酶水解法。大多存在生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。研究開發(fā)快速高效地制備低聚糖的新方法意義重大。本發(fā)明提出了一種以生物質(zhì)單糖/二糖為原料通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制備低聚糖的新方法，該方法能有效地提高低聚糖的生產(chǎn)效率，為功能性低聚糖的規(guī)模化制備及利用提供了新的途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種以生物質(zhì)單糖/二糖為原料熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制備低聚糖的方法，該方法簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率，為功能性低聚糖的規(guī)?；苽浜屠锰峁┝诵碌耐緩?。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種以生物質(zhì)單糖/二糖為原料熱化學(xué)轉(zhuǎn)化制備低聚糖的方法，包括以下步驟：

(1)以生物質(zhì)單糖/二糖為原料，將單糖/二糖充分混合后，置于石英管管式反應(yīng)器內(nèi)，然后通入高純氮?dú)?，置換石英管管式反應(yīng)器內(nèi)的空氣，設(shè)定管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器溫度為500～700℃，當(dāng)管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器中的溫度達(dá)到設(shè)定溫度并穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器的控溫區(qū)，控制熱轉(zhuǎn)化時(shí)間為10～40s，然后置于液氮中冷卻，得到低聚糖前驅(qū)體；

(2)將步驟(1)所得低聚糖前驅(qū)體加入去離子水中溶解，得到富含低聚糖的溶液；

(3)將步驟(2)所得富含低聚糖的溶液經(jīng)超濾膜純化，得到分子量在1500以內(nèi)的低聚糖溶液；

(4)將步驟(3)所得低聚糖溶液冷凍干燥或噴霧干燥，得低聚糖。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述單糖/二糖為碳水化合物經(jīng)酶解或水解而產(chǎn)生的單糖或二糖中的一種或兩種，純度均高于95％。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述單糖/二糖為葡萄糖、木糖、果糖和纖維二糖中的一種或兩種。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述單糖/二糖為兩種原料時(shí)，則兩種原料的質(zhì)量比為(0.2～1)：1。

優(yōu)選的，步驟(1)中混合充分是通過粉體物理混合來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述高純氮?dú)獾募兌葹?9.99％。

優(yōu)選的，步驟(1)中物料移出管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器到液氮中冷卻的操作時(shí)間間隔控制在1s以內(nèi)。

優(yōu)選的，步驟(1)所述冷卻的時(shí)間為5～10s。

優(yōu)選的，步驟(2)中所述去離子水的用量為低聚糖前驅(qū)體質(zhì)量的1～5倍。

優(yōu)選的，步驟(3)中所述超濾膜的孔徑為1kda～2.5kda。

優(yōu)選的，步驟(3)中所述純化的壓力為2.5-5bar。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明提出了一種生產(chǎn)低聚糖的方法，與傳統(tǒng)的酶水解法相比，簡化了生產(chǎn)工藝，提高了生產(chǎn)效率。

2、本發(fā)明原料來源廣泛，無藥品消耗與環(huán)境污染。

3、本發(fā)明為功能性低聚糖的規(guī)模化制備及利用提供了新的方法。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

所用原料含量均高于95wt％，低聚糖含量用離子色譜法分析，其低聚糖的計(jì)算方法如下：

y＝(c×v)/m×100％

式中y表示低聚糖得率(g/100g原料)；c表示低聚糖前驅(qū)體中純化后低聚糖的濃度(g/l)；v表示低聚糖前驅(qū)體純化后溶液的體積(l)；m表示原料的質(zhì)量(g)。

實(shí)施例1

稱取500mg的葡萄糖粉末均勻分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至500℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)10s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻5s，得到低聚葡萄糖前驅(qū)體。

向低聚葡萄糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚葡萄糖的溶液，之后采用1kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為2.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總葡萄糖量，低聚葡萄糖量為純化后溶液的量與總葡萄糖量之差。低聚葡萄糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)噴霧干燥制得低聚葡萄糖。

實(shí)施例2

稱取500mg的葡萄糖粉末均勻分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)10s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻5s，得到低聚葡萄糖前驅(qū)體。

向低聚葡萄糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚葡萄糖的溶液，之后采用2.5kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為2.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總葡萄糖量，低聚葡萄糖量為純化后溶液的量與總葡萄糖量之差。低聚葡萄糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)噴霧干燥制得低聚葡萄糖。

實(shí)施例3

稱取500mg的葡萄糖粉末均勻分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至700℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)10s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻5s，得到低聚葡萄糖前驅(qū)體。

向低聚葡萄糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚葡萄糖的溶液，之后采用1.5kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為2.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總葡萄糖量，低聚葡萄糖量為純化后溶液的量與總葡萄糖量之差。低聚葡萄糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚葡萄糖。

實(shí)施例4

稱取500mg的果糖粉末均勻分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)40s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻10s，得到低聚果糖前驅(qū)體。

向低聚果糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚果糖的溶液，之后采用1kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為3.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總果糖量，低聚果糖量為純化后溶液的量與總果糖量之差。低聚果糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚果糖。

實(shí)施例5

稱取500mg的果糖粉末均勻分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)25s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻10s，得到低聚果糖前驅(qū)體。

向低聚果糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚果糖的溶液，之后采用1kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為3.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總果糖量，低聚果糖量為純化后溶液的量與總果糖量之差。低聚果糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚果糖。

實(shí)施例6

稱取500mg的木糖粉末均勻分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)25s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻7.5s，得到低聚木糖前驅(qū)體。

向低聚木糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚木糖的溶液，之后采用1kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總木糖量，低聚木糖量為純化后溶液的量與總木糖量之差。低聚木糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚木糖。

實(shí)施例7

稱取葡萄糖/果糖(83/417,mg/mg)粉末通過粉體物理混合，然后分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)40s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻7.5s，得到低聚糖前驅(qū)體。

向低聚糖前驅(qū)體中加入其5倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚糖的溶液，之后采用1.5kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總單糖量，低聚糖量為純化后溶液的量與總單糖量之差。低聚糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚糖。

實(shí)施例8

稱取木糖/果糖(187/312,mg/mg)粉末通過粉體物理混合，然后分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)40s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻7.5s，得到低聚糖前驅(qū)體。

向低聚糖前驅(qū)體中加入其1倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚糖的溶液，之后采用1.5kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為3.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總單糖量，低聚糖量為純化后溶液的量與總單糖量之差。低聚糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚糖。

實(shí)施例9

稱取葡萄糖/木糖(250/250,mg/mg)粉末通過粉體物理混合，然后分散在石英管管式反應(yīng)器底部，通入高純氮?dú)?99.99％)，置換石英管中的空氣，保證反應(yīng)在惰性氣氛下進(jìn)行。開啟管式熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器電源，當(dāng)溫度升至600℃并保持穩(wěn)定時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器置于熱轉(zhuǎn)化反應(yīng)器加熱區(qū)中央，反應(yīng)40s時(shí)，將石英管管式反應(yīng)器迅速取出移至液氮中冷卻7.5s，得到低聚糖前驅(qū)體。

向低聚糖前驅(qū)體中加入其3倍體積的去離子水溶解，得到富含低聚糖的溶液，之后采用1.5kda的超濾膜對(duì)溶液進(jìn)行純化，純化壓力為3.5bar。然后對(duì)純化后溶液用離子色譜測(cè)定其總單糖量，低聚糖量為純化后溶液的量與總單糖量之差。低聚糖含量見表1。

純化后溶液經(jīng)冷凍干燥制得低聚糖。

表1

本申請(qǐng)中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，而并非對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式的限定。對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變動(dòng)或變化。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何改進(jìn)、替換和修改等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。