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1、-菊粉的生产工艺和相关知识-第 4 页菊粉的生产工艺和相关知识1菊粉的简介：菊 粉 ( Inulin) 属于植物中储备性多糖，是由D-呋喃果糖分子以Ii( 2一1)糖营键连接而成的果聚糖，每个菊粉分子末端以a (1.2)糖苷键连接一个葡萄糖残基，聚合度(DP)通常为2一60，平均聚合度为10-12。目 前 ， 菊 粉 广泛应用于食品、医药以及化工等领域。菊粉不仅可以作为脂肪替代品应用于低能量食品生产，而且具有膳食纤维以及益生素的生理功能，是一种优秀的功能性食品基料。在欧洲，菊粉及其相关产品己经成为一个相当大的产业，具有广阔的发展前景。目前 ，全 世界只有三个公司工业化生产菊粉，分别是比利时OR
2、AFTI公司和WARCOING公司以及荷兰SENSUS集团子公司COSUN公司，成为世界菊粉主要生产公司，产量占世界菊粉产量的98.8%。而且这些公司无一不是以菊苣为原料，欧洲菊苣生产基地由1990年几百公顷增加到2000年两万公顷。菊粉及其相关产品己经成为一个相当大的产业，具有广阔的发展前景。2菊粉的来源：自从 18 04 年 德国科学家Rose首次从旋复花属(I nula)土木香(Inulahelenium)根茎中提取出一种果聚糖“独特物质”，1818年Thomson将其命名为菊粉，1864年德国植物生理学家Julius Sachs利用显微镜成功的观察到大丽花(Dahlia)、向日葵( H
3、elianthus tuberosus)和土木香块茎菊粉的球状晶体结构，成为果聚搪研究的先驱者。3菊粉的原料：菊芋俗称洋姜，为菊科多年生草本植物的块茎或茎叶，耐贫瘠和干旱，对气候和土壤条件要求不高，适应性强。能抗霜打和抵御多种疾病。我国许多地区都有种植，一般亩产菊芋块茎20004000公斤，是加工生产菊粉的良好原料吨。4菊粉的物化性质：标 准 菊 粉聚合度为2-60，平均聚合度为10-12，长链菊粉的平均聚合度为25，可以有效用作模拟脂肪替代品。商品菊粉为白色无定形粉末，吸湿性很强， 无味， 没有任何不良风味或者后味， 标准菊粉常含有少量单糖和双糖而略带甜味，约为蔗糖甜度的10%，而长链菊粉没
4、有甜味。菊 粉 微 溶于冷水，易溶于热水，溶解度随温度的升高而增加。如比利时Orafti公司生产的菊粉(商品名为RaftilinoHP )，其在25时JL乎不溶于水，50时溶解度仅为1.2% (w/v)，当温度达到90时溶解度明显增加至35% (w/v )。由于菊粉吸湿性强，在水中分散时极易结块，加入淀粉或对其进行速溶化处理，可提高菊粉的分散性。菊粉溶液粘度较低，10时，5%和30%菊粉溶液的粘度分别为和。菊粉溶于水时，可使水的冰点下降、沸点升高。菊粉能够与其他食品添加剂结合使用，在乳制品中增强水果风味。菊粉还能用作低能量填充剂，赋予食品一定形状， 改善食品口感。菊粉与阿斯巴甜、A-K糖、糖精
5、等强力甜味剂具有协同增效作用， 5% Frutafito 蔗糖甜味8%)与强力甜味剂同时使用，可以替代30%阿斯巴甜、30% A-K糖或者45%糖精，菊粉能够掩盖或去除强力甜味剂的后味，一般 而言 ，pH大于4时，菊粉不水解，而pH小于4时，以及处于适当温度和时间下，菊粉即被缓慢水解为果糖和葡萄糖，因此，菊粉不适合应用于高酸度软饮料中。但是在凝胶状态下，或者菊粉含量超过70%，由于缺乏自由水，即使在酸性或高温的条件下菊粉也十分稳定，并且研究发现，当温度低于10, pH处于之间，菊粉不发生水解。菊 粉 经 过酸法水解或酶法水解可以生成含75%以上D一果糖的果糖浆或低聚果糖浆，也可直接发酵生产酒精
6、、葡萄糖酸、山梨糖醇等。酸水解菊粉为果糖容易产生大量副产物，采用微生物菊粉酶( Inulinase, E C 3.2.1.7)水解菊粉效果很好，这己经成为目前开发果糖产品的一种新途径。另外，利用双功能催化剂Ru/C，能够同时催化菊粉的水解与加氢反应，从而生成高产量的甘露糖醇和葡萄糖醇，成为生产甘露糖醇有效途径，见图1-9，或者催化菊粉先加氢后水解，只有Fm型菊粉能够被还原加氢，然后水解生成甘露糖醇，因为GFn型菊粉没有还原基团，不能发生加氢还原反应。5菊粉的行业标准：标准菊粉长链菊粉平均聚合度1225干重(%)9595菊粉含量(%干物质)92糖含量(%干物质)8pH(10%w/w)575-7硫
7、酸化灰分(%干物质)重金属含f (PPm千物质)外观白色粉末白色粉末味道中性中性甜度(蔗糖甜度为100%)10无25 0C水溶性(g/1)12010粘度(mPa.s, 100C，5%)1,6 热稳定性良好良好酸稳定性一般良好6菊粉的传统工艺和存在的弊端：新鲜菊芋经洗涤去皮、切片，然后用80度以上的热水烫漂灭酶，干燥得菊粉干片。菊芋干片中菊粉的提取，一般根据是否把菊芋干片粉碎成粉末分成两种提取工艺，工艺一是直接将粉碎的菊芋干片浸泡在少量水中，然后用搅拌机将菊芋打碎，加入一定量水中，在一定温度下，搅拌提取一定时间后，最后过滤榨汁，所得滤液为粗菊粉提取液，经碱处理除杂，再经进一步脱色、精制提取、干燥
8、即可得到菊粉产品。工艺二是将菊芋干片经粉碎后，溶解于一定量的水中，在一定温度下，搅拌提取一定时间后，离心分离，沉淀榨汁后得上清夜。所得上清夜即为粗菊粉提取液，经碱处理除杂，进一步脱色、精制提取、干燥即可得到菊粉产品。采用上述两种工艺方法，均存在菊粉的提取率低、纯度低、聚合度低等问题。7菊粉的优化工艺和优势：此工艺是一种微波技术辅助提取菊粉的方法，该方法以菊芋为原材料，将新鲜的菊芋经预处理制成菊芋干片，然后粉碎、用水浸泡溶解，再进行微波处理，随后在热水浴中浸提，得到粗提取液，然后经过碱处理、阴阳离子交换树脂处理后得到精制提取液。再经过减压浓缩、干燥处理后得到高纯度菊粉。与传统的工艺相比，本工艺采
9、用微波技术和膜分离技术想结合的提取方法，清洁高效、节能环保、无二次污染、容易操作控制，缩短了水浴浸提时间，菊粉提取率高，并且菊粉的生物活性无损失、溶解性好。得到的产品性质稳定，纯度高，聚合度高，并可根据需要生产不同聚合度的菊粉产品。图一是本工艺生产路线图（1）菊芋的预处理具体操作如下：将新鲜的菊芋清洗，进行热水漂烫处理，钝化菊芋中的多酚氧化酶，以达到减少褐变的目的。然后干燥，制成菊芋干片。热水漂烫的温度为80-100,时间为5-10min。制成菊芋干片时的干燥温度为40-60,时间为5-7h。切片的厚度在0.2-1.5cm。得到的干片的含水量7-13%。图二为菊芋的预处理的工艺路线图（2）生产
10、菊粉粗提取液具体操作如下：将菊芋干片粉碎成菊芋干粉，粉碎目数为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。然后进行微波处理，微波处理后的溶液再在热水浴中进行浸提，得到菊粉的粗提取液。菊芋干粉溶解所用的浸泡水的量为菊芋干粉的8-12倍。微波处理的功率为300-600w,时间为120-300s。微波处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。所用水温为20-100，时间为20-60min。 图三为生产菊粉粗提取液的工艺路线图 （3）菊芋粗提取液的碱处理如下：石灰乳-磷酸法可以有效的去除菊芋粗提取液中蛋白质、果胶、色素等各种杂质，滤泥富
11、含丰富钙。在菊芋提取液中添加一定量的石灰乳，调节pH至11, 80搅拌保温20min，然后用磷酸将提取液的pH回调至，同样80搅拌保温20min，静置过夜，最后用磷酸将提取液pH调至中性。然后过滤，除去杂质。（4）菊芋的脱色和脱盐处理如下：阴 离 子树脂静态脱色过程中，阴离子树脂用量为2% (w/v)，作用时间为3h，作用温度为50C，脱色率为66.47%，总糖损失率仅为3.2%;在温度为50时，经过2% ( w/v)阳离子树脂进行离子交换作用2h，灰分含量降低到3.1%，最后得到精制菊粉溶液。该菊粉溶液先通过标称分子量为10000道尔顿的超滤膜，以彻底去除蛋白质、果胶等大分子物质。透过夜再通
12、过标称分子量为1000的纳滤膜，以彻底去除包括葡萄糖、果糖在内的小分子物质，所得到的截留液为标准菊粉溶液。然后减压浓缩，喷雾干燥或冷冻干燥，得到标准菊粉。图四为生产标准菊粉的工艺流程图5（5）不同聚合度的高纯度菊粉的生产方法：将生产的标准菊粉进行溶解，通过2000或2000以上道尔顿的超滤膜，截留液为聚合度20-60的纯度接近100%的高纯度菊粉溶液，经过减压浓缩，冷冻干燥或喷雾干燥得到高纯度高聚合度的菊粉。透过夜为聚合度低于20的高纯度低聚合度菊粉溶液，浓缩干燥得到高纯度低聚合度菊粉。图五为生产高纯度高聚合度菊粉、高纯度低聚合度菊粉的工艺流程图 与传统工艺相比，本工艺具有以下优势：本工艺采用微波技术辅助提取的方法，该方法缩短了水浴浸提时间，大大提高了菊粉的提取率，并且菊粉的生物活性无损失、溶解性好。本工艺采用膜分离技术，节能环保、高效、无二次污染、容易操控，得到产品性质稳定、纯度高、聚合度高，并且根据需要生产不同聚合度的产品。本工艺在膜处理前，对菊粉的粗提取液依次进行碱处理、阴阳离子交换树脂处理，大大减轻了膜分离负担。