《低聚果糖80题》7.低聚果糖的生产工艺是什么？

自20世纪80年代以来，人们逐渐了解了果寡糖的优良生理特性。1982年，首次工业化生产果寡糖。

1983年，Hidaka果寡糖采用一般食品成分生产工艺分离开发。1988年，Hiraya 研究了黑曲霉中的屁股-呋喃果糖苷酶的性质，分离净化酶，并采用聚焦色谱法测定酶的纯度和等电点。1990年，Fujita得到了β-呋喃果糖苷糖的三种同工酶。

经过美国食品工艺师协会和现代科学研究的反复，得出结论，现代酶工艺酶化蔗糖生产的低聚果糖的分子结构和保健功能与果蔬中的低聚果糖完全相同，是一种天然的双歧因子。

1998年，中国科学院上海药学院与北京医科大学药学院分离后，对氢1和碳13核磁振进行了测定。根据得到的峰值结果，其分子结构与日本文献报道GF2、GF3、GF4相同。

低聚果糖主要有两种生产工艺，一种是以蔗糖为原料，利用微生物发酵生产β-或果糖基转移酶β-呋喃果糖苷酶转化而成；

另一种是以菊粉为原料，酶水解生成。

中国、日本、韩国等国家的主流生产方法是以蔗糖为原料，分泌黑曲霉、镰刀霉、日本曲霉等菌种的第一种方法β-呋喃果糖苷酶和卢-通过过滤、净化、精制和浓缩，对果糖基转移酶进行酶反应。

黑曲霉产生的果糖转移酶通常用于高浓度(50%)-60%)蔗糖溶液通过一系列酶转移获得低聚果糖产品。

低聚果糖的生产工艺已从第一代液体发酵技术和第二代固定细胞催化技术发展到第三代固定酶催化生产技术。

(一)酶水解

以菊芋为原料的生产工艺：

菊芋→菊粉→水解→过滤→脱色→脱盐→浓缩→低聚果糖

该方法生成的低聚果糖链较长。

以菊芋为原料，热水浸提获得提取液，然后酶法处理提取液，使压滤液流畅，提高低聚果糖出率达95%以上，应用纳滤高纯化技术分离去除葡萄糖、果糖和蔗糖，使低聚果糖纯度达94. 85%-98. 58%。

(二)黑曲霉发酵高浓度蔗糖法

当基质蔗糖浓度低于蔗糖时0.5%，倾向于水解反应，主要产生葡萄糖和果糖；当基质蔗糖浓度增加到50%时，低聚果糖的收率可超过60%。

首先，将筛选出的高酶活黑曲霉株接种5%-10在%蔗糖液培养基中，28-30℃下振摇培养2-4d，获得果糖转移酶活性较高的黑曲霉菌体。为提高酶活性，氮源物质(如蛋白质和蛋白质)可适当添加到培养基中NH4 NO3，0.5%-0.75%)和无机盐(如MgSO4和KH2PO4，0.1%-0.15%)，然后在一定温度和60%的蔗糖溶液中使用这些菌体pH低聚果糖是由下催化产生的。反应结束后，发酵液的葡萄糖(36%)-38蔗糖(10%)-12果寡三糖(21%)-28果寡四糖(21%)-24果寡五糖(3%)-655%的低聚果糖-60%。虽然该方法大大提高了果寡糖产量，工艺设备简单，但酶不能重复使用，自动化程度低，生产成本高。

(3) 固定增殖细胞法

黑曲霉等大多数真菌产生的果糖转移酶属于细胞酶，因此固定增殖细胞可以直接连续生产低聚果糖，并用载体包埋生产酶细胞以获得固定颗粒。将包埋产品与蔗糖或葡萄糖溶液反应，获得低聚果糖溶液，固定酶可重复使用，便于连续生产。固定黑曲霉菌细胞的方法较好采用海藻酸钙包埋法，其他包括琼脂包埋法、卡拉胶包埋法和微胶囊法。将黑曲霉孢子与预先灭菌的海藻酸钠混合，然后滴入氯化钙溶液固化1h然后收集固定的增殖细胞颗粒。在反应柱中填充颗粒50-60℃以下是50%蔗糖溶液以一定速度通过脱色、脱盐、浓缩等工艺生产的液体低聚果糖。

(四) 固定化酶法

先用黑曲霉发酵β-或果糖转移酶β-呋喃果糖苷酶，然后破碎细菌细胞，分离纯化β-或果糖转移酶卢-呋喃果糖苷酶，然后固定。海藻酸钠一般用于包埋固定菌体。-60%蔗糖糖浆在50-60℃酶催化蔗糖以一定速度通过固定酶柱或固定化床生物反应器转移，反应时间控制在24h，经过一系列脱色、脱盐、浓缩等分离净化步骤，获得约60%的低聚果糖产品。由于固定酶具有良好的操作稳定性，可重复使用，利用率高，可实现生产工艺的连续性和自动化，降低生产成本，该方法是一种国际研究方法。

(五)共固定法

黑曲霉发酵高浓度蔗糖法、固定化增殖细胞法和固定化酶法生产果寡糖的反应式：

GF（蔗糖）→GF2(果寡三糖) GF3，(果寡四糖) GF4(果寡五糖) G（葡萄糖）

葡萄糖是影响化学驱动力的平衡产物；P-呋喃果糖苷酶的抑制物阻止了蔗糖的进一步转化。显然，消除葡萄糖可以提高蔗糖的转化率。黑曲霉通常用于包埋或与其他酶（异构酶和葡萄糖氧化酶）协同作用。例如，戊二醛和丹宁将葡萄糖氧化酶或异构酶与黑曲霉交联，然后与海藻酸钠结合，制成包埋颗粒，然后填充反应柱，在生产低聚果糖的同时异构化或氧化副产物葡萄糖，从而消除葡萄糖的抑制作用，分别获得63%和71%的低聚果糖。

（六）纯化

低聚果糖的低聚果糖含量不高，为50%-60%，该产品也含有30%-3510%葡萄糖，10%葡萄糖-15%蔗糖。这些副产品不仅降低了低聚果糖的功能特性，还导致糖尿病患者和肥胖者无法食用，限制了低聚果糖的应用，不利于低聚果糖的普遍推广。

在投放市场之前，生产的低聚果糖溶液需要进一步加工，包括脱色、脱盐、分离纯化、浓缩和微生物灭菌。

制备高纯度低聚果糖的方法有：凝胶过滤色谱、纳滤、发酵、酶和离子交换色谱。低聚果糖产品中的葡萄糖可以通过酵母消化来生产高纯度低聚果糖。培养后，将转化酶活性较弱的酵母添加到总糖浓度为20%的低聚果糖中30℃、250r/min反应24h，可制得的纯度为80.24%低聚果糖。

早年，我国色谱分离技术产业化技术不成熟，95%高纯度低聚果糖在我国尚未推广。近年来，利用色谱分离技术净化功能糖取得突破，成功开发了模拟移动床技术，协助国内低聚果糖企业实现95%高纯度低聚果糖的产业化生产，缩小了与国际知名品牌的差距。

在55型低聚果糖产品的基础上，采用分离纯化技术去除大部分葡萄糖和蔗糖，精制成95%高纯度低聚果糖。

在众多分离纯化技术中，色谱分离技术经济实用，分离效率高。通过模拟移动床技术，可以实现低聚果糖的连续生产和分离纯化。分离的葡萄糖和蔗糖也可以作为生产果葡糖浆的原料，降低了95%高纯度低聚果糖的生产成本，更有利于低聚果糖在大众食品中的推广。

脱盐对低聚果糖的质量也有重要影响。不经脱盐处理，较终产品的电导率通常很高100-300μS/cm，口感差，糖粉溶解后颜色深，透光率低，存在食品安全隐患，不能满足下游产品的要求。引入脱盐产品电导10μS/m其中，口感纯正，糖粉溶解后无色，透光率达99%以上，达到国际先进水平，完全满足下游产品要求。