一種靈芝紅糖及其製備方法與流程

2023-05-23 01:16:51 1

本發明涉及製糖領域，更具體地，涉及一種靈芝紅糖及其製備方法。
背景技術：
：靈芝是重要的食藥用真菌，具有保護神經系統，心血管系統，抗血栓，調節內分泌，抗氧化、抗腫瘤、提高免疫力等作用，是優良的保健聖品。蔗汁營養豐富，可提供靈芝發酵所需的碳源、氮源和無機鹽因子，並且還可以轉化蔗汁中的蔗糖，形成具有保健作用的靈芝多糖成分。紅糖作為一種天然營養甜味劑，主要成份是蔗糖，又含有蔗天然的營養保健成份，是人類生命活動和生理代謝所必不可少的物質，但因進食不當會誘發某些現代疾病。據不完全統計，我國的糖尿病患者已超過1億人，並且每年以10％的速度遞增。異麥芽酮糖作為蔗糖的同分異構體，也是由葡萄糖和果糖所組成的一種雙糖，是目前公認的健康糖。由於它只能被小腸內的非特異性酶類降解而消化吸收，使它能夠持久穩定地為身體提供能量，其指標反應在低的血液血糖生成指數(gi)和低的胰島素上升指數(ii)上，被稱為二十一世紀的功能性新食品，因此通過生物工程手段開發低gi紅糖，不僅兼具蔗豐富保健成份，滿足人們對甜品的需求，而且可以防蛀護齒、強腦健身、瘦身抑胖、防病益生等多種功能，具有巨大的潛在市場。技術實現要素：本發明的目的在於提供一種靈芝紅糖及其製備方法。本發明所採取的技術方案是：一種靈芝紅糖的製備方法，包括如下步驟：(1)將複合酶固定化於蔗渣炭中，得到蔗渣炭固定化酶；所述複合酶為葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶；(2)將蔗渣炭固定化酶充填到轉化柱中；將蔗汁通入轉化柱中循環，得到轉化糖液；(3)將靈芝菌種接種到轉化糖液中發酵，發酵結束後，破碎靈芝細胞，獲得靈芝多糖發酵原液；經煮糖，加工，即得低gi的靈芝紅糖。作為上述方法的改進，步驟(1)中，蔗渣炭為混合酸活化的蔗渣炭，所述混合酸含有磷酸和硝酸。作為上述方法的優選，步驟(1)中，蔗渣炭的粒徑為0.1～2mm。作為上述方法的優選，步驟(1)中，蔗渣炭的比表面積600～1200m2/g。作為上述方法的優選，步驟(1)中，將複合酶固定化於蔗渣炭中的方法為：將複合酶與蔗渣炭混合，動態吸附至固定完全，去除殘留酶，乾燥。作為上述方法的優選，複合酶中，葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶的酶活比為1：(10～20)。作為上述方法的優選，步驟(2)中，蔗汁先濃縮至可溶性固形物含量為25～40°brix，通入轉化柱中循環，循環至轉化糖液中異麥芽酮糖和果糖二者的總重量佔總糖重量的40～60％。作為上述方法的優選，步驟(3)中，靈芝菌種的接種量為5％～10％，發酵溫度為25～30℃。作為上述方法的優選，步驟(3)中，採用微波輔助破碎靈芝細胞。一種靈芝紅糖，採用上述任一種製備方法獲得。本發明的有益效果是：本發明將蔗糖異構酶和葡萄糖異構酶固定化於蔗渣炭，形成蔗渣炭固定化酶，將蔗汁接種靈芝菌種發酵靈芝多糖後，再利用蔗渣炭固定化酶轉化其中糖分，最後經濃縮，加工，獲得低gi的靈芝紅糖。本發明方法具有下述優點：(1)本發明方法利用蔗汁接種靈芝菌種發酵靈芝多糖，使得紅糖產品中含有靈芝多糖，增加產品的保健功效。(2)本發明方法利用蔗糖異構酶和葡萄糖異構酶協同催化，使得產品的gi值更低，而僅使用蔗糖異構酶則難以使產品滿足低gi值的要求。(3)本發明方法採用蔗渣炭作為固定化載體，相比於常規的凝膠固定化載體，本發明的蔗渣炭用於固定複合酶的時間短，蔗糖異構酶負載率更高，固定化載體價格低廉，大大節約了生產成本，提高了生產效率；此外，蔗渣炭來源於剩餘的廢棄蔗渣，可實現廢棄物資源化利用，並且使用更安全和簡便。(4)本發明靈芝紅糖的靈芝多糖、果糖、異麥芽酮糖含量高，產品gi值較低，風味獨特，甜度適宜，而且提高免疫力、強腦健身、防蛀護齒、瘦身抑胖、防病益生等多種功能，克服傳統紅糖蔗糖含量高，過甜過膩等缺點，老少皆宜，含有的靈芝多糖可以增加食品的保健功能，具有一定的抗腫瘤作用，特別適合免疫力低下、肥胖、糖尿病人群。附圖說明圖1：實施例1發酵過程中靈芝多糖和蔗糖含量變化圖，其中，圖a為靈芝多糖含量變化圖；圖b為蔗糖含量變化圖；圖2：靈芝紅糖對腫瘤的抑制作用。具體實施方式本發明中，術語「gi值」是指血糖生成指數(glycemicindex)，表示某種食物升高血糖效應與標準食品(通常為葡萄糖)升高血糖效應之比，通常反映食物引起人體血糖升高程度的指標，是人體進食後機體血糖生成的應答狀況。本發明中，術語「低gi值」是指食物的gi可分為三種等級：高gi值為：gi值≥70；中gi值為：gi值56～69；低gi值為：gi值≤55。本發明中，蔗渣炭是固定化載體，任何與蔗渣炭有類似的物理和/或化學特性的生物炭，也應該屬於本發明的類似技術方案，如採用秸稈、椰殼、稻殼、鋸末、木屑、玉米芯、花生殼、棉殼等製備的生物炭。本發明中，蔗渣炭可以不經過處理，也可以經過酸活化，酸活化方法不限於本發明實施例所提供的方案，可以是單一的酸，也可以是混合酸，酸可以是鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸、醋酸等，本發明優選採用含有磷酸和硝酸的混合酸進行活化；酸活化方法中，酸浸泡時長優選為18～24h，再進行高溫活化，高溫活化條件同一般生物炭製備方法；酸活化後的蔗渣炭擁有更好的負載性能。本發明中，複合酶的固定化方法不僅限於實施例所提供的方案，可以採用常規的固定化方法，提供的優選方案是將複合酶通過動態吸附於蔗渣炭中，動態吸附時長以複合酶固定完全為準，通常的吸附時長為6～10h，但不限於此。本發明中，蔗渣炭固定化酶還可以用微波活化的方法提高酶活水平，活化條件不限於本發明實施例所提供的方案，優選的微波活化條件為功率250～500w，溫度45～55℃，活化時間15～25min。本發明中，採用微波輔助破碎靈芝細胞，微波功率優選為700～900w，溫度80～100℃，10～20min，但不限於此。本發明中，蔗汁通入固定化酶轉化柱循環，為了提高轉化率，優選的方法是將蔗汁先經過濃縮，提高糖含量，同時根據酶活性需求，調節ph為6.0～7.5，通入溫度為30～55℃，但不限於此。本發明中，加工方法包括但不僅限於起晶，打砂，注模等工藝。下面將結合具體實例進一步闡述本發明。具體實施方式中未特別註明的具體實驗條件的實驗方法，通常按照常規條件操作；未特別註明的具體試劑均為市售。本發明中未特別說明的體積質量比或質量體積比，都是按照ml與g相對應為單位。本發明採用的葡萄糖異構酶為市售，酶活為80萬u/g，蔗糖異構酶為沙雷氏桿菌發酵獲得，酶活為1000～4000u/g。實施例1一種靈芝紅糖的製備方法，包括如下步驟：(1)將蔗渣粉碎，按蔗渣與混合酸的質量體積比為1g：5ml添加混合酸，混合酸是體積分數為15％的磷酸和硝酸混合酸，磷酸和硝酸按體積比1：1混合；浸漬24小時，800℃活化0.55h，冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，烘乾，粉碎至粒徑0.65mm，比表面積1013m2/g，獲得酸活化的蔗渣炭；(2)將葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶按酶活比為1:15混合，溶於ph值為6.8的磷酸緩衝液中，配置得到含酶量為8mg/ml的複合酶液，將複合酶液與酸活化的蔗渣炭按體積質量比為6ml/g混合，動態吸附至固定完全，無菌過濾去除酶液，用無菌水清洗去除表面殘留酶，乾燥，得到蔗渣炭固定化酶；(3)將蔗渣炭固定化酶通過微波活化，活化條件為微波功率400w，溫度設置50℃，活化20min，充填到固定化酶轉化柱中；(4)蔗汁濃縮至可溶性固形物含量為30°brix，調節ph至7；在40℃下，用流動泵將濃縮靈芝蔗汁通入固定化酶轉化柱中，循環至轉化糖液中異麥芽酮糖、果糖二者的總重量佔總糖重量的50％，得轉化糖液；(5)將轉化糖液通入發酵罐，121℃滅菌20min，待溫度降到25～30℃後，接入5％靈芝液體菌種，25～30℃發酵，發酵3天，控制轉速250～400rpm，通氣量為1-～nm3/h，發酵第4天開始，控制轉速150～250rpm，通氣量為2～3nm3/h，發酵至靈芝多糖含量不再升高，結束髮酵；採用微波輔助破碎靈芝細胞，微波功率800w，溫度90℃，處理15min，獲得靈芝多糖原液；採用硫酸蒽酮法檢測靈芝多糖含量，蔗糖測定方法參照gb5009.8-2016，發酵過程中靈芝多糖和蔗糖含量變化如圖1所示，靈芝多糖含量隨發酵時間的延長不斷上升，第5天後多糖不再升高，多糖含量約1.64mg/ml；蔗糖含量隨發酵時間的延長不斷下降，第6天後蔗糖下降幅度變緩。(6)採用列管式真空濃縮機將轉化糖液濃縮熬糖，加工，即得靈芝紅糖。實施例2一種靈芝紅糖的製備方法，包括如下步驟：(1)將蔗渣粉碎，按蔗渣與混合酸的質量體積比為1g：4ml添加混合酸，混合酸是體積分數為20％的磷酸和硝酸混合酸，磷酸和硝酸按體積比1：1混合；浸漬20小時，800℃活化1h，冷卻，用蒸餾水洗滌至中性，烘乾，粉碎至粒徑0.65mm，比表面積1013m2/g，獲得酸活化的蔗渣炭；(2)將葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶按酶活比為1:14混合，溶於ph值為7.5的磷酸緩衝液中，配置得到含酶量為10mg/ml的複合酶液，將複合酶液與酸活化的蔗渣炭按體積質量比為5ml/g混合，動態吸附至固定完全，無菌過濾去除酶液，用無菌水清洗去除表面殘留酶，乾燥，得到蔗渣炭固定化酶；(3)將蔗渣炭固定化酶通過微波活化，活化條件為微波功率500w，溫度設置45℃，活化15min，充填到固定化酶轉化柱中；(4)蔗汁濃縮至糖含量為40wt％，調節ph至7.5；在55℃下，用流動泵將濃縮靈芝蔗汁通入固定化酶轉化柱中，循環至轉化糖液中異麥芽酮糖、果糖二者的總重量佔總糖重量的55％，得轉化糖液；(5)將轉化糖液通入發酵罐，121℃滅菌20min，待溫度降到25～30℃後，接入7％靈芝液體菌種，25～30℃發酵，發酵3天，控制轉速250～400rpm，通氣量為1-～nm3/h，發酵第4天開始，控制轉速150～250rpm，通氣量為2～3nm3/h，發酵至靈芝多糖含量不再上升，結束髮酵；採用微波輔助破碎靈芝細胞，微波功率800w，溫度90℃，處理15min，獲得靈芝多糖原液；(6)採用列管式真空濃縮機將轉化糖液濃縮熬糖，加工，即得靈芝紅糖。實施例3一種靈芝紅糖的製備方法，包括如下步驟：(1)將粒徑為0.65mm未處理的蔗渣炭為固定化載體；將葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶按酶活比為1:16混合，溶於ph值為6.5的磷酸緩衝液中，配置得到含酶量為5mg/ml的複合酶液，將複合酶液與蔗渣炭按體積質量比為10ml/g混合，動態吸附至固定完全，無菌過濾去除酶液，用無菌水清洗去除表面殘留酶，乾燥，得到蔗渣炭固定化酶；(2)將蔗渣炭固定化酶通過微波活化，活化條件為微波功率300w，溫度設置55℃，活化25min，充填到固定化酶轉化柱中；(3)蔗汁濃縮至糖含量為25wt％，調節ph至6.5；在30℃下，用流動泵將濃縮靈芝蔗汁通入固定化酶轉化柱中，循環至轉化糖液中異麥芽酮糖、果糖二者的總重量佔總糖重量的48％，得轉化糖液；(4)將轉化糖液通入發酵罐121℃滅菌20min，待溫度降到25～30℃後，接入10％靈芝液體菌種，25～30℃發酵，發酵3天，控制轉速250～400rpm，通氣量為1-～nm3/h，發酵第4天開始，控制轉速150～250rpm，通氣量為2～3nm3/h，發酵至靈芝多糖含量≥1.5mg/ml，結束髮酵；採用微波輔助破碎靈芝細胞，微波功率800w，溫度90℃，處理15min，獲得靈芝多糖原液；(5)採用列管式真空濃縮機將轉化糖液濃縮熬糖，，加工，即得靈芝紅糖。實施例1～3的靈芝紅糖中靈芝多糖含量檢測實施例1～3的靈芝紅糖中靈芝多糖的含量，採用硫酸蒽酮法檢測靈芝多糖；檢測結果發現：實施例1～3的方法製備的靈芝紅糖中多糖含量分別為15.6mg/g、17.4mg/g、14.8mg/g。實施例1的靈芝紅糖進行血糖生成指數測定隨機選擇不同年齡段試驗對象10人，以葡萄糖為基準，紅糖gi值＝服用紅糖後120min的血糖應答曲線下增加的面積/服用葡萄糖後120min的血糖應答曲線下增加的面積×100，用實施例1製備的靈芝紅糖進行測試。表1、血糖生成指數測定結果試驗對象gi值1482513454455476527468429431047平均值46.6試驗結果如下表1所示，本發明的靈芝紅糖的gi值實測均值46.6，gi值≤55，滿足低gi值食品標準，屬於低gi的靈芝紅糖；而市售紅糖gi值一般在90～105，gi值≥70，屬於高gi值紅糖。實施例1的靈芝紅糖對腫瘤的抑制效果將生理狀況相同，體重相近的實驗小鼠隨機分為三組，每組10隻，每組背部皮下接種乳腺癌細胞，對照組、靈芝紅糖組，普通紅糖組分別餵飼等量的生理鹽水、實施例1的靈芝紅糖、普通紅糖，餵食2周，處死小鼠，統計腫瘤重量。結果如圖2所示：餵食靈芝紅糖組小鼠乳腺癌腫瘤重量顯著小於對照組和普通紅糖組，本發明的靈芝紅糖具有一定的抗腫瘤作用，特別適合免疫力低下的人群。對比例僅用蔗糖異構酶作為固定化酶，通入濃縮糖液進行轉化，其他實施條件同實施例1，最終製備得到的轉化糖液中，異麥芽酮糖、果糖的二者總量佔總糖量的35％。獲得的紅糖gi值為60～70，不符合低gi食品要求。實驗例1、混合酸法製備蔗渣炭固定化載體對比實驗將實施例1所述混合酸法製備蔗渣炭固定化載體，對比單一酸法(硝酸法、磷酸法)，利用比表面積測定儀，檢測結果如表2所示，混合酸法製備的蔗渣炭固定化載體比表面積為1032.6m2g-1，優於單一酸法。表2、混合酸法對比實驗硝酸法磷酸法混合酸法比表面積/m2g-1672.7806.31032.6實驗例2、複合酶酶活比優化將實施例1葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶分別按酶活比1:10、1:12、1:14、1:16，1:18混合，其他實施條件同實施例1，測定轉化糖液中葡萄糖、蔗糖、異麥芽酮糖、果糖的含量；葡萄糖、果糖、蔗糖測定方法參照gb5009.8-2016；異麥芽酮糖測定方法參照國標gb1886.182-2016。表3、複合酶酶活比優化結果如表3所示，當葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶的酶活比為1：(14～18)，異麥芽酮糖含量為48％～50％，蔗糖含量低於48％，可見採用特定酶活比的葡萄糖異構酶和蔗糖異構酶作為固定化酶，能夠降低轉化糖液中蔗糖含量，提高異麥芽酮糖含量。實驗例3、蔗渣炭粒徑優選將實施例1蔗渣炭粒徑選為0.1mm、0.25mm、0.45mm、0.65mm、0.85mm五種粒徑，其他實施條件同實施例1，測定蔗渣炭固定化複合酶中蔗糖異構酶負載率、葡萄糖異構酶負載率、糖液活性炭殘留、酶轉化柱的情況；負載率＝固定化酶活力/投入總酶活力。表4、蔗渣炭粒徑的優選結果如表4所示，隨著蔗渣炭粒徑的增大，蔗糖異構酶負載率、葡萄糖異構酶負載率逐步降低，但是糖液蔗渣炭粉殘留及酶轉化柱的堵塞情況逐步減少，其中，0.65mm的蔗渣炭粒徑表現出較高的負載率及較低的殘留率；說明一定粒徑的蔗渣炭固定化載體適用於蔗糖異構酶和葡萄糖異構酶的共固定化，擁有更好的回收性能。實驗例3、固定化載體對比實驗將實施例1的蔗渣炭固定化載體與常規的凝膠固定化載體相對比，二者應用於蔗糖異構酶和葡萄糖異構酶的共固定化中的性能對比，常規的固定化載體的製備方法為：以明膠為固定化載體，以戊二醛為交聯劑，製備得到複合酶固定化載體，配置ph為8.6的27wt％的明膠，加熱至80℃使其完全溶解，待溫度下降到50～60℃，按比例加入兩種酶，攪拌均勻後加入0.15wt％戊二醛，再迅速攪拌均勻置於4℃凝固過夜，用0.05wt％戊二醛二次交聯，反覆清洗凝膠，切塊備用，其他技術方案同實施例1。表5、固定化載體性能對比結果如表5所示，實施例1的蔗渣炭固定化載體更適於蔗糖異構酶和葡萄糖異構酶的共固定化，其固定化時間更短，蔗糖異構酶負載率更高，載體價格更低。當前第1頁12