菊粉的生產(chǎn)工藝和相關(guān)知識(shí)

叮叮小文庫(kù)菊粉的生產(chǎn)工藝和相關(guān)知識(shí)1菊粉的簡(jiǎn)介：菊 粉 ( Inulin) 屬于植物中儲(chǔ)備性多糖，是由D-呋喃果糖分子以Ii( 2一1)糖營(yíng)鍵連接而成的果聚糖，每個(gè)菊粉分子末端以a (1.2)糖苷鍵連接一個(gè)葡萄糖殘基，聚合度(DP)通常為2一60，平均聚合度為10-12。目 前 ， 菊 粉 廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥以及化工等領(lǐng)域。菊粉不僅可以作為脂肪替代品應(yīng)用于低能量食品生產(chǎn)，而且具有膳食纖維以及益生素的生理功能，是一種優(yōu)秀的功能性食品基料。在歐洲，菊粉及其相關(guān)產(chǎn)品己經(jīng)成為一個(gè)相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。目前 ，全 世界只有三個(gè)公司工業(yè)化生產(chǎn)菊粉，分別是比利時(shí)ORAFTI公司和WARCOING公司以及荷蘭SENSUS集團(tuán)子公司COSUN公司，成為世界菊粉主要生產(chǎn)公司，產(chǎn)量占世界菊粉產(chǎn)量的98.8%。而且這些公司無(wú)一不是以菊苣為原料，歐洲菊苣生產(chǎn)基地由1990年幾百公頃增加到2000年兩萬(wàn)公頃。菊粉及其相關(guān)產(chǎn)品己經(jīng)成為一個(gè)相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)，具有廣闊的發(fā)展前景。2菊粉的來(lái)源：自從 18 04 年 德國(guó)科學(xué)家Rose首次從旋復(fù)花屬(I nula)土木香(Inulahelenium)根莖中提取出一種果聚糖“獨(dú)特物質(zhì)”，1818年Thomson將其命名為菊粉，1864年德國(guó)植物生理學(xué)家Julius Sachs利用顯微鏡成功的觀察到大麗花(Dahlia)、向日葵( Helianthus tuberosus)和土木香塊莖菊粉的球狀晶體結(jié)構(gòu)，成為果聚搪研究的先驅(qū)者。3菊粉的原料：菊芋俗稱(chēng)洋姜，為菊科多年生草本植物的塊莖或莖葉，耐貧瘠和干旱，對(duì)氣候和土壤條件要求不高，適應(yīng)性強(qiáng)。能抗霜打和抵御多種疾病。我國(guó)許多地區(qū)都有種植，一般畝產(chǎn)菊芋塊莖20004000公斤，是加工生產(chǎn)菊粉的良好原料。每公頃產(chǎn)菊粉4.58.3噸。菊苣是一年或兩年生或短期多年生菊科草本植物，原產(chǎn)于東半球，適合生長(zhǎng)于海洋氣侯條件下，與菊芋相比，它的每公頃產(chǎn)量在9.816.1噸4菊粉的物化性質(zhì)：標(biāo) 準(zhǔn) 菊 粉聚合度為2-60，平均聚合度為10-12，長(zhǎng)鏈菊粉的平均聚合度為25，可以有效用作模擬脂肪替代品。商品菊粉為白色無(wú)定形粉末，吸濕性很強(qiáng)， 無(wú)味， 沒(méi)有任何不良風(fēng)味或者后味， 標(biāo)準(zhǔn)菊粉常含有少量單糖和雙糖而略帶甜味，約為蔗糖甜度的10%，而長(zhǎng)鏈菊粉沒(méi)有甜味。菊 粉 微 溶于冷水，易溶于熱水，溶解度隨溫度的升高而增加。如比利時(shí)Orafti公司生產(chǎn)的菊粉(商品名為RaftilinoHP )，其在25時(shí)JL乎不溶于水，50時(shí)溶解度僅為1.2% (w/v)，當(dāng)溫度達(dá)到90時(shí)溶解度明顯增加至35% (w/v )。由于菊粉吸濕性強(qiáng)，在水中分散時(shí)極易結(jié)塊，加入淀粉或?qū)ζ溥M(jìn)行速溶化處理，可提高菊粉的分散性。菊粉溶液粘度較低，10時(shí)，5%和30%菊粉溶液的粘度分別為1.65mPa.s和100mPa.s。菊粉溶于水時(shí)，可使水的冰點(diǎn)下降、沸點(diǎn)升高。菊粉能夠與其他食品添加劑結(jié)合使用，在乳制品中增強(qiáng)水果風(fēng)味。菊粉還能用作低能量填充劑，賦予食品一定形狀， 改善食品口感。菊粉與阿斯巴甜、A-K糖、糖精等強(qiáng)力甜味劑具有協(xié)同增效作用， 5% Frutafito 蔗糖甜味8%)與強(qiáng)力甜味劑同時(shí)使用，可以替代30%阿斯巴甜、30% A-K糖或者45%糖精，菊粉能夠掩蓋或去除強(qiáng)力甜味劑的后味，一般 而言 ，pH大于4時(shí)，菊粉不水解，而pH小于4時(shí)，以及處于適當(dāng)溫度和時(shí)間下，菊粉即被緩慢水解為果糖和葡萄糖，因此，菊粉不適合應(yīng)用于高酸度軟飲料中。但是在凝膠狀態(tài)下，或者菊粉含量超過(guò)70%，由于缺乏自由水，即使在酸性或高溫的條件下菊粉也十分穩(wěn)定，并且研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度低于10, pH處于3.0-7.5之間，菊粉不發(fā)生水解。菊 粉 經(jīng) 過(guò)酸法水解或酶法水解可以生成含75%以上D一果糖的果糖漿或低聚果糖漿，也可直接發(fā)酵生產(chǎn)酒精、葡萄糖酸、山梨糖醇等。酸水解菊粉為果糖容易產(chǎn)生大量副產(chǎn)物，采用微生物菊粉酶( Inulinase, E C 3.2.1.7)水解菊粉效果很好，這己經(jīng)成為目前開(kāi)發(fā)果糖產(chǎn)品的一種新途徑。另外，利用雙功能催化劑Ru/C，能夠同時(shí)催化菊粉的水解與加氫反應(yīng)，從而生成高產(chǎn)量的甘露糖醇和葡萄糖醇，成為生產(chǎn)甘露糖醇有效途徑，見(jiàn)圖1-9，或者催化菊粉先加氫后水解，只有Fm型菊粉能夠被還原加氫，然后水解生成甘露糖醇，因?yàn)镚Fn型菊粉沒(méi)有還原基團(tuán)，不能發(fā)生加氫還原反應(yīng)。5菊粉的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)菊粉長(zhǎng)鏈菊粉平均聚合度1225干重(%)9595菊粉含量(%干物質(zhì))9299.5糖含量(%干物質(zhì))80.5pH(10%w/w)575-7硫酸化灰分(%干物質(zhì))小于0.2小于0.2重金屬含f (PPm千物質(zhì))小于0.2小于0.2外觀白色粉末白色粉末味道中性中性甜度(蔗糖甜度為100%)10無(wú)25 0C水溶性(g/1)12010粘度(mPa.s, 100C，5%)1,6 2.4熱穩(wěn)定性良好良好酸穩(wěn)定性一般良好6菊粉的傳統(tǒng)工藝和存在的弊端：新鮮菊芋經(jīng)洗滌去皮、切片，然后用80度以上的熱水燙漂滅酶，干燥得菊粉干片。菊芋干片中菊粉的提取，一般根據(jù)是否把菊芋干片粉碎成粉末分成兩種提取工藝，工藝一是直接將粉碎的菊芋干片浸泡在少量水中，然后用攪拌機(jī)將菊芋打碎，加入一定量水中，在一定溫度下，攪拌提取一定時(shí)間后，最后過(guò)濾榨汁，所得濾液為粗菊粉提取液，經(jīng)堿處理除雜，再經(jīng)進(jìn)一步脫色、精制提取、干燥即可得到菊粉產(chǎn)品。工藝二是將菊芋干片經(jīng)粉碎后，溶解于一定量的水中，在一定溫度下，攪拌提取一定時(shí)間后，離心分離，沉淀榨汁后得上清夜。所得上清夜即為粗菊粉提取液，經(jīng)堿處理除雜，進(jìn)一步脫色、精制提取、干燥即可得到菊粉產(chǎn)品。采用上述兩種工藝方法，均存在菊粉的提取率低、純度低、聚合度低等問(wèn)題。7菊粉的優(yōu)化工藝和優(yōu)勢(shì)：此工藝是一種微波技術(shù)輔助提取菊粉的方法，該方法以菊芋為原材料，將新鮮的菊芋經(jīng)預(yù)處理制成菊芋干片，然后粉碎、用水浸泡溶解，再進(jìn)行微波處理，隨后在熱水浴中浸提，得到粗提取液，然后經(jīng)過(guò)堿處理、陰陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理后得到精制提取液。再經(jīng)過(guò)減壓濃縮、干燥處理后得到高純度菊粉。與傳統(tǒng)的工藝相比，本工藝采用微波技術(shù)和膜分離技術(shù)想結(jié)合的提取方法，清潔高效、節(jié)能環(huán)保、無(wú)二次污染、容易操作控制，縮短了水浴浸提時(shí)間，菊粉提取率高，并且菊粉的生物活性無(wú)損失、溶解性好。得到的產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，純度高，聚合度高，并可根據(jù)需要生產(chǎn)不同聚合度的菊粉產(chǎn)品。圖一是本工藝生產(chǎn)路線圖（1）菊芋的預(yù)處理具體操作如下：將新鮮的菊芋清洗，進(jìn)行熱水漂燙處理，鈍化菊芋中的多酚氧化酶，以達(dá)到減少褐變的目的。然后干燥，制成菊芋干片。熱水漂燙的溫度為80-100,時(shí)間為5-10min。制成菊芋干片時(shí)的干燥溫度為40-60,時(shí)間為5-7h。切片的厚度在0.2-1.5cm。得到的干片的含水量7-13%。圖二為菊芋的預(yù)處理的工藝路線圖（2）生產(chǎn)菊粉粗提取液具體操作如下：將菊芋干片粉碎成菊芋干粉，粉碎目數(shù)為60-200目。菊芋干粉用一定量水浸泡溶解，菊芋干粉所用浸泡水的量需完全溶解于菊芋干粉。然后進(jìn)行微波處理，微波處理后的溶液再在熱水浴中進(jìn)行浸提，得到菊粉的粗提取液。菊芋干粉溶解所用的浸泡水的量為菊芋干粉的8-12倍。微波處理的功率為300-600w,時(shí)間為120-300s。微波處理后的菊粉溶液按照1：14-1：22的料液重量比例加水后浸提。所用水溫為20-100，時(shí)間為20-60min。 圖三為生產(chǎn)菊粉粗提取液的工藝路線圖 （3）菊芋粗提取液的堿處理如下：石灰乳-磷酸法可以有效的去除菊芋粗提取液中蛋白質(zhì)、果膠、色素等各種雜質(zhì)，濾泥富含豐富鈣。在菊芋提取液中添加一定量的石灰乳，調(diào)節(jié)pH至11, 80攪拌保溫20min，然后用磷酸將提取液的pH回調(diào)至10.4，同樣80攪拌保溫20min，靜置過(guò)夜，最后用磷酸將提取液pH調(diào)至中性。然后過(guò)濾，除去雜質(zhì)。（4）菊芋的脫色和脫鹽處理如下：陰 離 子樹(shù)脂靜態(tài)脫色過(guò)程中，陰離子樹(shù)脂用量為2% (w/v)，作用時(shí)間為3h，作用溫度為50C，脫色率為66.47%，總糖損失率僅為3.2%;在溫度為50時(shí)，經(jīng)過(guò)2% ( w/v)陽(yáng)離子樹(shù)脂進(jìn)行離子交換作用2h，灰分含量降低到3.1%，最后得到精制菊粉溶液。該菊粉溶液先通過(guò)標(biāo)稱(chēng)分子量為10000道爾頓的超濾膜，以徹底去除蛋白質(zhì)、果膠等大分子物質(zhì)。透過(guò)夜再通過(guò)標(biāo)稱(chēng)分子量為1000的納濾膜，以徹底去除包括葡萄糖、果糖在內(nèi)的小分子物質(zhì)，所得到的截留液為標(biāo)準(zhǔn)菊粉溶液。然后減壓濃縮，噴霧干燥或冷凍干燥，得到標(biāo)準(zhǔn)菊粉。圖四為生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)菊粉的工藝流程圖5（5）不同聚合度的高純度菊粉的生產(chǎn)方法：將生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)菊粉進(jìn)行溶解，通過(guò)2000或2000以上道爾頓的超濾膜，截留液為聚合度20-60的純度接近100%的高純度菊粉溶液，經(jīng)過(guò)減壓濃縮，冷凍干燥或噴霧干燥得到高純度高聚合度的菊粉。透過(guò)夜為聚合度低于20的高純度低聚合度菊粉溶液，濃縮干燥得到高純度低聚合度菊粉。圖五為生產(chǎn)高純度高聚合度菊粉、高純度低聚合度菊粉的工藝流程