1、 成绩：食品添加剂论文 功能性食品添加剂棉籽糖(Functional Food AdditiveRaffinose)专业：生物工程班级：文生 105-2姓名：李亚东学号：201090621216- 2 -功能性食品添加剂棉籽糖摘要：阐述了棉籽糖的资源、理化性质和功能，简绍了其生产工艺以及近年来的应用概况，并在棉籽糖的研究方向上进行了一些思考。关键词：棉籽糖; 物化性质; 应用前景;工艺流程0 前言棉籽糖，又名蜜三塘，是功能性低聚糖大豆低聚糖的重要组成部分，是优良的双歧杆菌的增殖因子，对人体具有整肠作用及提高机体免疫力等多种生理功能，广泛存在于甜菜、棉籽、蜂蜜、卷心菜、酵母、马铃薯、葡萄、麦类、
2、玉米和豆科植物种子中。在植物界中，分布最广泛的低聚糖除蔗糖外，就属棉籽糖。在国外，尤其是欧美和日本，对棉籽糖的研究很多，而在我国，在这方面的报道则非常少。其中，较有提取价值的是棉籽粕和甜菜渣 1,2。1 棉籽糖的结构和物化性质1.1棉籽糖的结构棉籽糖的结构为 -D-吡喃半乳糖(1-6) -D-吡喃葡萄糖(1-2) -D-呋喃果糖,无还原性, 其结构式如下：棉籽糖水解位置不同, 其水解 产物也不同,具体情况如下:- 3 -1. 2 棉籽糖的物化性质纯净棉籽糖为长针状结晶体,呈白色或淡黄色, 密度 1.465, 结晶体一般含 5个结晶水, 缓慢加热至 100 会失去结晶水生成无水棉籽糖。棉籽糖易溶
3、于水,微溶于乙醇等极性溶剂,不溶于石油醚等非极性溶剂。 在 20水中的溶解度为 14.2 g , 并随温度上升溶解度显著增大。由于棉籽糖为非还原性糖,发生美拉德反应的程度很低, 与其他低聚糖相比 , 棉籽糖没有吸湿性, 即使在相对湿度为 90%的环境中, 棉籽糖也不会吸湿结块 1,2。2 棉籽糖的生理功能棉籽糖不能被人体肠道中的消化酶所分解, 具有较强的耐酸性,经人体口服后能顺利通过胃、小肠直接进入大肠肠道, 它对人体肠道中的细菌有选择性增殖的作用。棉籽糖是人体肠道中双歧杆菌、嗜酸乳酸杆菌等有益菌极好的营养源和有效的增殖因子, 进而促进菌体产生维生素B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸等，使机
4、体免疫功能和抗癌能力得以提高。它只作为这些人体有益菌的营养源, 而对大肠杆菌和产气荚膜梭菌的作用很微弱。摄入棉籽糖, 能使双歧杆菌等有益菌迅速繁殖 , 相对减少了有害- 4 -菌。棉子低聚糖可以调节肠道内细菌平衡，恢复肠壁原状并形成保护层，保护肠道健康。能够防止肠道内有害物质的大量产生，减轻肝脏负担，从而起到防止和治疗各种肝障碍疾病的作用，有效地从根本上解决美容问题，保持皮肤细腻、滑润，富有弹性，令肌肤常葆青春。另外，棉籽糖不与引起牙齿龋变的突变链球菌发生作用，能保护牙齿；棉籽糖对先天过敏性皮炎也具有显著疗效；棉籽糖被认为与种子脱水耐力的形成有关，能促细胞质玻璃化进程，而其在防蔗糖脱水过程中的
5、结晶化能保证细胞膜保护功能1,2。据日本的人体试验报告:每天服用 3 g棉籽糖,连续服用 1015d,经粪便检验, 双歧杆菌占总菌数的比例由原来的 11. 6%15. 5%增至 58. 2 % 80. 1%;另一方面, 有害菌的数量则明显下降。近代医学研究认为: 双歧杆菌等有益菌在人体肠道中所占的比例大小是衡量人体健康水平的重要标志。婴幼儿时期肠道中双歧杆菌的量占总菌数的 99%, 随着年龄的增长,有益菌逐渐减少, 有害菌逐渐增加。有害菌分泌的毒素使人体慢性中毒,致使引发肿瘤等内脏疾病, 加速人体衰老。人体肠道内双歧杆菌等有益菌能分泌乳酸等多种有机酸和维生素, 人体内双歧杆菌等有益菌的增加,能
6、降低肠道中的 pH 值, 有效抑制有害菌的繁殖, 从而增强人体免疫力,对预防疾病和抗衰老有明显效果。棉籽糖有整肠和改善排便的功能, 便秘者服用后则便秘消失, 拉稀便的人服用后则能使粪便中的含水量正常。它能改善人体消化功能,促进人体对钙的吸收 1,2。3 棉籽糖的传统提取方法实用的棉籽糖生产方法有两种: 一是从甜菜糖蜜中提取; 另一种是从脱毒棉籽饼粕中提取。棉籽糖在甜菜中的含量大约为 0. 1% , 在棉籽中的含量- 5 -为 4%9%。日本从 20世纪 70年代就开始研究从甜菜糖蜜中提取棉籽糖, 并于 1991年投入工业化生产。日本公司从甜菜类植物中提炼，号称纯度可以达到 100%，售价约 4
7、40人民币/公斤。国内公司从棉籽中提取，纯度可以达到 90%以上，精炼后可以达到 98%。中国棉籽产量居世界之首,每年有大量的棉籽饼粕产生, 综合利用棉籽饼粕资源,从棉籽饼粕中提取棉籽糖在我国大有发展前途 2。棉籽饼粕中提取结晶棉籽糖的工艺流程4 棉籽糖作为食品添加剂的应用各种急性毒理、亚急性毒理及致诱变毒理试验结果表明:棉籽糖是一种安全无毒的功能性低聚糖,是人体肠道内有益菌双歧杆菌和嗜酸乳杆菌的有效增殖因子 。因此,棉籽糖可作为食品配料加入至饮料、冷饮、糖果、乳制品和口服液中,可提高人体免疫力,对防病和抗衰老具有明显效果。棉籽糖是甜菜在低温环境下为保护自身组织不受冻结损伤而产生的一种低聚糖,
8、根据这一特性,可将棉籽糖用作动物精液冷冻保藏的稳定剂。另外,棉- 6 -籽糖还是人体和动物活器官移植用保护输送液的主要成分及延长活菌体在常温下存活期的增效剂。棉籽糖的耐酸、耐热性好,在 90 %的相对湿度下也不会吸湿结块,可直接加工成含片、胶囊等功能性食品。它还可以作为香料、色素等食品添加剂的载体。棉籽糖本身可作为食品添加剂使用,改善食品的加工特性,防止产品褐变和蔗糖析出,提高产品品质,延长产品的保质期。它甜度低、热量低、粘度低，能促进双岐杆菌增殖，稳定含高不饱和油体系，故可用于添加到各种饮料、乳制品及保健食品中。此外，棉籽糖无吸湿性，是口香糖、饼干等产品的理想添加剂，也可与其他粉末配料混合制
9、成功能性食品 1,2,3,4。日本科学家根据大量人体试验统计资料,进行科学论证后认为,对于双歧杆菌促进生长的最小有效量为 3 g/ d ,最高安全摄入量为 10 g/ d2。5 棉籽糖的制备方法研究进展5.1棉籽糖的提取（1）溶剂提取法：溶剂提取法指的是选择合适的浸提溶剂, 并在一定的浸提温度、浸提时间和料液比条件下提取棉籽糖。以脱脂无腺体棉籽粕为原料, 经单因素试验和正交试验确定提取棉籽糖的最佳工艺条件为 80% ( 重量) 的乙醇溶液作浸出溶剂, 控制浸出温度为 60 , 浸出时间为120 m in,料液比为 1 4 ( w /w )。采用正交试验方法考察了提取工艺过程的乙醇溶液浓度、浸出
10、温度、料液比三因素( 三水平)对浸出率的影响, 得出最佳的操作条件为: 提取温度 55 , 料液比 112 (W /V ), 乙醇浓度 80%, 棉籽糖的浸出率达 90%以上 3,4。（2）酶水解法：选用恰当的酶, 可较温和地将植物组织分解, 加速有效成分的释放, 从而提高提取率。果胶酶和纤维素酶均可较显著地提高- 7 -棉籽糖的提取率, 分别是乙醇法提取的 117%和 139%3,4。5.2 棉籽糖的纯化（1）钙沉淀、结晶法：国外提取棉籽糖的研究较早, 1910年 Zithow ski用水处理棉籽饼粕, 把棉籽糖以钙的化合物沉淀下来, 并通过结晶可得结晶棉籽糖 。钙沉淀法的操作为 : 棉籽粕
11、粉碎后 , 用水湿润、过夜, 装入渗滤柱, 用水反复洗柱, 至渗滤液经碱式醋酸铅澄清后, 旋光度 1( 2 dm 旋光管) , 收集渗滤液, 用碱式醋酸铅处理至不再产生沉淀 , 用滤纸滤去黄色沉淀, 再用少量水洗涤, 合并滤液和洗液。加入草酸, 滤除草酸铅并用少量水洗涤, 合并滤液和洗液。用氢氧化钠调成碱性, 几分钟后产生沉淀, 活性碳过滤, 收集滤液。滤液在搅拌下缓慢加入 200 300目的生石灰, 沉淀后继续搅拌 5 m in, 过滤得滤饼。将磨碎的滤饼用冷石灰水洗涤, 再过滤得滤饼。将该滤饼置于容器中加 50 的水, 通入 CO2, 沉淀钙完成后, 趁热过滤。滤饼研碎用水洗涤后过滤, 滤
12、液浓缩至总固形物含量为 70% 75%, 加热至 60 , 加 95%的乙醇至饱和, 再加热至60 , 过滤, 滤液入晶种, 置冰箱内结晶 , 再用乙醇洗涤, 干燥后即为结晶棉籽糖 3。（2）脱色处理法：通过溶剂法或双相萃取法得到棉籽糖的粗溶液后, 加入一定的脱色剂(离子交换树脂、大孔树脂、活性炭、A l2O3、H2O2 )进行脱色处理可得到质量较好的棉籽糖。以棉籽为原料, 经双液相萃取得到的甲醇相, 添加 30%体积的水, 减压蒸馏除去甲醇, 可脱除大部分棉酚, 得到粗棉籽糖水溶液。超滤后用活性炭、A l2O3、硅胶和 H2O2 进行脱色处理粗棉籽糖水溶液。以及用乙醇溶液提取棉籽粕中的棉籽糖
13、后, 先超滤, 再分别用活性炭、A l2O3 和离子交换树脂进行脱色处理, 经过对比发现- 8 -活性炭的脱色效果较好, 最佳脱色条件为活性炭添加量 4%,温度 50 , pH 4. 5, 时间 2 h。另外从大豆糖蜜中经絮凝沉淀分离蛋白后得到大豆粗糖浆, 活性炭对大豆粗制糖浆的脱色效果较好 3。（3）色谱分离法：日本甜菜制糖研究技术处于世界领先地位, 他们首先利用离子交换树脂对糖蜜脱盐、脱色, 然后进行浓缩处理, 使糖蜜中的棉实糖浓度达到 10%以上, 再经过色谱分离来制备棉实糖, 其中色谱分离是棉实糖制备工艺的关键, 日本已研究出可同时分离多种成分的色谱技术, 可以对糖蜜中蔗糖、棉实糖、单
14、糖和甜菜碱这四种成分进行一次性分离 3。（4）膜分离技术采用无机陶瓷膜，孔径 0.005um,料液温度 50，P 0.12MPa,浓缩比 4.5，操作时间 120150 min。蛋白质脱除率达到 87.4 %，而透过液中棉籽糖含量没有变化 5。5.3 酶法合成棉籽糖棉籽糖可通过黑曲霉 - 半乳糖苷酶在 30催化近饱和的半乳糖和蔗糖溶液来合成, 也可通过黑曲霉 - 半乳糖苷酶先从葡萄糖合成蜜二糖, 再用果糖转移酶将蔗糖的果糖单元转移到蜜二糖分子上来合成 。 Sang- H o Ba ik报道从真菌 Absid ia corym b ife ra IFO8084中分离得到 - 半乳糖苷酶, 以蔗糖
15、和 D - 半乳糖作底物, 在 37下用此 - 半乳糖苷酶孵化 48 h, 可以合成棉籽糖。经过条件优化, 得到最佳孵化条件为: 70 , pH = 6. 0条件下 , 以 2. 04M蔗糖和 1. 67M 半乳糖为底物, 用 100 U ( 100 mL) 的 - 半乳糖苷酶孵化, 棉籽糖的得率约达 10%, 是条件优化前得率的 2.5倍 3。- 9 -6 有关棉籽糖研究方向的思考棉籽糖在食品添加剂方面的应用是由其所具有的理化性质决定的，从分子生物学角度来看，棉籽糖由三种寡糖按一定顺序聚合而成。如果三种糖的结合顺序改变；或是考虑某些官能团和离子的各种特性，而人为地，有预定目的地引入；在某种条
16、件下，氨基酸能否对它有些改变，而得到一些新的有意义的理化性质我感兴趣的是对棉籽糖引入特定的官能团或络合金属离子。（1）可行性：棉籽糖多羟基。理论上，羟基可与羧基、巯基、醛基等反应（表 10-1） ，共价结合。羟基在酸或碱性溶剂中可能会放大其极性，与某些络合剂或金属离子（铁、铜、锌、钼）发生络合。棉籽糖中的糖苷键在可能在一定条件下可以断开，并进行结构修饰，而不致分解成单糖。- 10 -（2）设计方案:- 11 -参考文献1 段雅婷,田苗,路锋,骆蓉芳,侯恩太,巩江,倪士峰.棉籽糖药学研究现状A. 安徽农业科学,2010, 38( 13) : 7175- 7176.2 杨寿清.天然功能性活性因子棉籽糖J. 冷饮与速冻食品工业, 2002 年 9 月,第 8 卷第 3 期,42-44.3 包淑云 ,黄新苹.棉籽糖的制备方法研究进展 A. 广州化工, 2011年 39卷第 3期,20-21.4 温辉梁，方志杰，袁美兰. 棉籽糖的酶法提取新工艺研究A. 食品科学,2005,11,26,264-266.5 王兴国,刘元法,金青哲,乔国平.膜分离技术在棉籽糖糖液纯化中的应用A.粮油加工与食品机械，2005,6,50-53.
