用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法 【技术领域】
本发明涉及一种水苏糖的制备方法，特别是涉及一种用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法。
背景技术
水苏糖是唇形科水苏属植物中天然存在的能显著促进人体肠道有益菌群增殖的功能性低聚糖，被誉为“天然超强双歧因子”。水苏糖结构明确，分子式C24H42O21，分子量666.59，它由果糖、葡萄糖、半乳糖、半乳糖聚合组成，简单的结构表示为果糖-葡萄糖-半乳糖-半乳糖。
水苏糖产品是近10年开发出来的新产品，它是一种以水苏糖为主要成分的糖类混合物。从草石蚕等原料提取水苏糖产品的技术已经成熟，目前市场上可以提供的产品水苏糖含量(占总糖质量)在70％左右。
所查文献“水苏糖制备关键技术的研究”(梁丽心)中提及的水苏糖制备工艺最终所得水苏糖含量最高达到73.10％，单双糖含量达15％。文献“地黄中寡糖的提取分离工艺研究”(张汝学等)采用水提法得到的水苏糖含量最高为60.51％。
中国专利申请号200510071045.9“以水苏糖为主的棉籽糖族低聚糖及其生产方法，公开的是对地黄、草石蚕、地笋等植物的水提液用壳聚糖和活性炭配合澄清脱色，1-4组阳-阴离子交换树脂配合进行脱盐，最终得到水苏糖含量为62-71％。中国专利申请号01109692.6“一种利用地瘤块根制取双岐因子低聚糖的方法”，公开的是利用地瘤为原料经过水提后，再经去渣、除杂、脱色、过滤、精制、浓缩和喷雾干燥等工艺过程制得糖粉，其中水苏糖含量在75％左右。专利“纳滤膜法提纯大豆低聚糖的方法(申请号01101966.2)”提及将分离大豆乳请蛋白后的大豆乳请水用纳滤膜进行处理，脱去其中的盐类，提高大豆低聚糖中水苏糖和棉籽糖的含量。
以上技术均采用地黄、草石蚕等植物为原料，得到的水苏糖含量占总糖的60-75％，单双糖含量为15-30％。其功能性低聚糖纯度不高，限制了受众人群和应用领域。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法，包括如下步骤：
(1)榨汁：按质量比为1∶3-6的比例，将干燥草石蚕或银白条加水于50℃-90℃浸提0.5小时-1.5小时，榨汁，取残渣，加1倍-3倍于残渣质量的水50℃-90℃浸提0.5小时-1.5小时复榨，混合两次榨汁液为糖液；
(2)除杂：将所述糖液升温至50-100℃，加热10-30分钟，过滤，除去沉淀物，按5-12g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钠加入到滤液中，静置沉淀30-90分钟，取上清液；
(3)脱色：按1L∶4-10g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至60-90℃，脱色30-60分钟，过滤除去活性炭；
(4)脱盐：脱色后的液体降温至20-30℃，依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂使电导率降至150μs/cm以下；
(5)膜过滤：将脱盐后的液体通过截留分子量为5000～100000的超滤膜进行过滤，除去糖液中的杂质；
(6)浓缩：将膜过滤后的液体在40～80℃、真空度为0.01-0.08MPa浓缩至40-60°Brix糖液；
(7)色谱分离：选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，利用尺寸排阻原理对40-60°Brix糖液中的糖分进行分离；
(8)浓缩和喷雾干燥：经色谱分离后的糖液在55-80℃真空度为0.01-0.08MPa进行真空浓缩后喷雾干燥，得到高纯水苏糖。
步骤(1)优选为：按质量比为1∶4的比例，将干燥草石蚕或银白条加水于70℃浸提1.0小时，榨汁，取残渣，加2倍于残渣质量的水70℃浸提1.0小时复榨，混合两次榨汁液为糖液。
步骤(2)优选为：将所述糖液升温至80-90℃，加热20分钟，过滤，除去沉淀物，按8g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钠加入到滤液中，取上清液。
步骤(3)优选为：按1L∶7g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至80-90℃，脱色40-50分钟，过滤除去活性炭。
步骤(6)优选为：将膜过滤后的液体在60℃、真空度为0.06MPa浓缩至50°Brix糖液。
步骤(7)优选为：选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，利用尺寸排阻原理在柱温50℃、柱子的高径比为25∶1对40-60°Brix糖液中的糖分进行分离。
本发明的优点：
1.国内首次将尺寸排阻色谱技术应用于功能性低聚糖的提纯，并且成功的从天然植物中得到了高纯度水苏糖，为其他功能性低聚糖的提纯提供技术平台。
2.通过选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，分离得到纯度高于90％(水苏糖占总糖比例)以上，且水苏糖得率较高、损失率低。
3.产品中几乎不含单双糖，进一步扩大了水苏糖的受用人群和应用领域。
4.提高了草石蚕、银白条等原料的利用价值，增加了农民收入，创造了较高的社会效益。
5.采用工业色谱分离法直接从天然植物中提取高纯度水苏糖，得到的产品中水苏糖等泽兰低聚半乳糖族功能性低聚糖含量高达98％(棉籽糖、水苏糖和毛蕊五糖占总糖比例)，可工业化大批量生产。
【附图说明】
图1为实施例1色谱分离步骤前糖分色谱图。
图2为实施例1色谱分离步骤后糖分色谱图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)榨汁：选用10kg无霉烂的干草石蚕洗净后加40L水80℃浸提1小时，榨汁后取残渣加2倍于残渣质量的水80℃浸提1小时复榨，混合两次榨汁液为糖液备用；
(2)除杂：将所述糖液升温至90℃，加热20分钟，过滤，除去沉淀物，按6g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钠加入到滤液中，静置沉淀60分钟，取上清液；
(3)脱色：按1L∶6g地比例，在上清液中加入活性炭，加热至90℃，脱色40分钟，过滤除去活性炭；
(4)脱盐：脱色后的液体降温至25℃，依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂使电导率降至50μs/cm以下；
(5)膜过滤：将脱盐后的液体通过截留分子量为5000的超滤膜进行过滤，除去糖液中的杂质；
(6)浓缩：将膜过滤后的液体在60℃、真空度为0.06MPa浓缩至50°Brix糖液；
(7)色谱分离：选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，利用尺寸排阻原理对50°Brix糖液中的糖分进行分离，其中柱子选用直径4cm、高100cm的不锈钢柱，进料速度为5ml/min，进料温度为50℃；
(8)浓缩和喷雾干燥：经色谱分离后的糖液在70℃真空度为0.05MPa进行真空浓缩后喷雾干燥，得到高纯水苏糖。经检测水苏糖产品的纯度为95％(占总糖比例)，收率为61.9％。
实施例2
一种用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法，包括如下步骤：
(1)榨汁：按质量比为1∶4的比例，将干燥草石蚕加水于70℃浸提1.0小时，榨汁，取残渣，加2倍于残渣质量的水70℃浸提1.0小时复榨，混合两次榨汁液为糖液；
(2)除杂：将所述糖液升温至80℃，加热20分钟，过滤，除去沉淀物，按8g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钠加入到滤液中，静置沉淀60分钟，取上清液；
(3)按1L∶7g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至80℃，脱色50分钟，过滤除去活性炭；
(4)脱盐：脱色后的液体降至20℃，依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂使电导率降至100μs/cm以下；
(5)膜过滤：将脱盐后的液体通过截留分子量为10000的超滤膜进行过滤，除去糖液中的杂质；
(6)浓缩：将膜过滤后的液体在60℃、真空度为0.05MPa浓缩至50°Brix糖液；
(7)色谱分离：选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，利用尺寸排阻原理在流速6ml/min、柱温40℃、柱子的高径比为30∶1对50°Brix糖液中的糖分进行分离；
(8)浓缩和喷雾干燥：经色谱分离后的糖液在60℃真空度为0.08MPa进行真空浓缩后喷雾干燥，得到高纯水苏糖。经检测水苏糖产品的纯度为94.1％(占总糖比例)，收率为60.1％。
实施例3
一种用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法，包括如下步骤：
(1)榨汁：按质量比为1∶3的比例，将干燥银白条加水于50℃浸提1.5小时，榨汁，取残渣，加1倍于残渣质量的水50℃浸提1.5小时复榨，混合两次榨汁液为糖液；
(2)除杂：将所述糖液升温至50℃，加热30分钟，过滤，除去沉淀物，按5g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钠加入到滤液中，静置沉淀90分钟，取上清液；
(3)脱色：按1L∶4g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至60℃，脱色60分钟，过滤除去活性炭；
(4)脱盐：脱色后的液体降至30℃，依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂使电导率降至150μs/cm以下；
(5)膜过滤：将脱盐后的液体通过截留分子量为50000的超滤膜进行过滤，除去糖液中的杂质；
(6)浓缩：将膜过滤后的液体在40℃、真空度为0.08MPa浓缩至60°Brix糖液；
(7)色谱分离：选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，利用尺寸排阻原理在流速40ml/min、柱温20℃、柱子直径为8cm、高为125cm(两柱串联)对60°Brix糖液中的糖分进行分离；
(8)浓缩和喷雾干燥：经色谱分离后的糖液在55℃真空度为0.01MPa进行真空浓缩后喷雾干燥，得到高纯水苏糖。经检测水苏糖产品的纯度为94.9％(占总糖比例)，收率59.9％。
实施例4
一种用工业色谱分离技术制备高纯水苏糖的方法，包括如下步骤：
(1)榨汁：按质量比为1∶6的比例，将干燥银白条加水于90℃浸提0.5小时，榨汁，取残渣，加3倍于残渣质量的水90℃浸提0.5小时复榨，混合两次榨汁液为糖液；
(2)除杂：将所述糖液升温至100℃，加热10分钟，过滤，除去沉淀物，按12g∶1L的比例将澄清剂氢氧化钠加入到滤液中，静置沉淀30分钟，取上清液；
(3)脱色：按1L∶10g的比例，在上清液中加入活性炭，加热至90℃，脱色30分钟，过滤除去活性炭；
(4)脱盐：脱色后的液体降至25℃，依次经过阳离子交换树脂、阴离子交换树脂、阳离子交换树脂、阴离子交换树脂使电导率在50μs/cm以下；
(5)膜过滤：将脱盐后的液体通过截留分子量为100000的超滤膜进行过滤，除去糖液中的杂质；
(6)浓缩：将膜过滤后的液体在80℃、真空度为0.01MPa浓缩至40°Brix糖液；
(7)色谱分离：选用多孔凝胶树脂为工业色谱固定相，利用尺寸排阻原理在流速120ml/min、柱温60℃、柱子的高径比为32∶1对40°Brix糖液中的糖分进行分离；
(8)浓缩和喷雾干燥：经色谱分离后的糖液在80℃真空度为0.06MPa进行真空浓缩后喷雾干燥，得到高纯水苏糖。经检测水苏糖产品的纯度为94.4％(占总糖比例)，收率60.2％。