摘 要：本文主要概述了高纯度低聚果糖的质量标准及其在国内外制备方法研究进展，目前生产高纯度低聚果糖过程主要存在的问题。
关键词：低聚果糖，固定化果糖基转移酶，葡萄糖异构酶，葡萄糖氧化酶， 纳滤膜分离，色谱分离
前言
低聚果糖（fructooligsacchride，FOS）又名蔗果低聚糖，寡果糖或蔗果三糖族低聚糖，分子式为G-F-Fn（n=1，2，3,G为葡萄糖，F为果糖），它是由蔗糖和1~3个果糖基通过β-1,2苷键与蔗糖中的果糖基结合而成的蔗果三糖（GF2），蔗果四糖（GF3）和蔗果五糖（GF4）等一类碳水化合物总称。具有明确生理功能及清晰功效成分，是近几年兴起的一种功能性低聚果糖。目前市场上的产品大都是通过微生物发酵产生的β-果糖基转移酶（β-fructosyltransferase,EC 2.4.1.99）或β-呋喃果糖苷酶(β-fructofuranoside,EC 3.2.1.26)作用于30-60%蔗糖溶液进行分子内果糖苷转移反应生成的，纯度只有50%-60%，其中，葡萄糖和果糖（1-3%）占25-38%，蔗糖占9%-25%，由于糖浆内杂有葡萄糖、蔗糖和少量果糖，影响了低聚果糖生理功能，大部份低聚果糖特有的生理功能是指用高纯度的低聚果糖作实验而得结论，同时纯度不高时影响其应用，如纯度50%低聚果糖浆，糖尿病患者食用后血糖会很快升高，空腹食用30亳升，30分钟后血糖很快从4.20mmol/l升至5.84mmol/l，而空腹食用纯度为93%的低聚果糖糖浆，30分钟后血糖波动很小，从4.12mmol/l升至4.18mmol/l。为此，研制高纯度低聚果糖，提高其市场容量是各企业研究热点，本文以下介绍目前高纯度低聚果糖几种制备方法。
1. 高纯度低聚果糖质量标准［1］
1.1 感官指标
糖浆为无色或淡黄色透明粘稠液体，带蔗果低聚糖清香，甜味柔和清爽，无异味，无肉眼可见杂质。
糖粉为白色无定型粉末（颗粒为白色无定型颗粒），味甜，带蔗果低聚糖清香，无异味，无肉眼可见杂质。
1.2 理化要求
表1 理化指标
项 目
糖 浆 指 标
糖粉（颗粒）指标
P型糖浆（优级）
P型颗粒（优级）
P型粉末（优级）
水份，g/100g ≤
25．0
3．0
3．0
可溶性固形物(总糖)，% ≥
75．0
—
—
pH值
4.5-7.0
—
—
低聚果糖总含量(占总糖)，% ≥
95．0
95．0
95．0
葡萄糖+果糖+蔗糖之和（占总糖），% ≤
5．0
5．0
5．0
硫酸灰份，% ≤
0.4
0.1
色度 ≤
0.2
—
—
透光率，% ≥
85
—
—
砷(以As计)，mg/kg ≤
0.3
0.3
铅(以Pb计)，mg/kg ≤
0.5
0.5
1.3卫生指标
表2
项 目 名 称
指 标
菌落总数,cfu/g ≤
1000
大肠菌群,MPN/100g ≤
30
霉菌,cfu/g ≤
25
酵母菌cfu/g ≤
25
致病菌(系指肠道致病菌和致病性球菌)
不得检出
2高纯度低聚果糖制备方法
2.1分步结晶法
G型低聚果糖是由蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖、蔗果六糖、蔗糖、葡萄糖和少果糖混合在一起的杂合物。由于不同的糖类有不同的结晶性，在混合液中葡萄糖和蔗糖比杂合物中其它糖类容易结晶析出，利用此性质从G型低聚果糖糖浆中分离出部分葡萄糖和蔗糖，以提高杂合物内低聚果糖含量。如把G型低聚果糖糖浆（低聚果糖含量为50-55%，占干物质）浓缩到干物质为75-80%，然后慢慢冷却到25-35℃时，加入2-5%，80-160目的葡萄糖晶种，用6-20转/分搅拌，温度以每小时降0.2-0.5℃速度降至10-14℃，最后离心取上清液用高效液相色谱检测到低聚果糖含量70%左右。
2.2色谱分离法
此方法在日本和韩国是主流，是在含50-60%低聚果糖浆（FOS50）的基础上，通过色谱分离柱进行色谱分离的方法把FOS50产品中葡萄糖和大部份蔗糖除去，得到低聚果糖含量95%（FOS95）以上产品。国内也有专利报道［2］用HZ001树脂进行柱层析法分离FOS50产品，得到FOS含量为80%产品，但离高纯度的低聚果仍有一定差距。
2.3发酵法
国内有学者采用底物选择性高微生物消耗FOS50产品的葡萄糖，而对低聚果糖则不能利用作为其消耗底物。张涛、江波等［3］用选择性高的、耐高糖的酵母菌SK2.003作用于干物质25%的FOS50得到低聚果糖含量为82.85%产品，然后再用果糖基转移酶处理酵母反应液最后得到低聚果糖含量为85.23%的产品。
2.4纳米膜分离技术
纳米膜分离技术是介于超滤和反渗透之间的一种膜分离技术其截流分子量在100-1000道尔顿之间。选择合适的膜型可以将低聚果糖中的蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖和蔗果六糖等截流而分子量相对小的葡萄糖、果糖和部份蔗糖会通透过膜从而使低聚果糖得以分离出来。把FOS50产品加入4-10倍体积纯净水稀释到浓度15-25%，选用NF-300型膜件,操作压力4-6psi，一次纳滤后把分量在300道尔顿以下的葡萄糖和果糖（180）分子及在300DA左右蔗糖（342）分子透过，而大部蔗果三糖、蔗果四糖、蔗果五糖等则被截留，这样便分离得纯度约90%的低聚果糖。此法有部份蔗果三糖透过滤膜，收率较低。
2.5酶法与纳米膜分离技术结合
根据国内专利［4］介绍，采用黑曲霉菌种（Aspergillus nigerV Tiegh）扩大培养得果糖基转移酶作用于30-50%的蔗糖水溶液中，温度调节至62-70℃，PH为5-8，反应8-10小时，得到58%左右的低聚果糖，过滤、脱色等，进行一次纳滤，得到纯度约80%的低聚果糖产品，再把一次纳滤后的截留液进行二次酶解，得到85%以上低聚果糖产品，又再将二次酶解液进行二次纳滤，最后得到90%以上的低聚果糖产品。此法操作要求严格，特别是二次酶解，酶时间过长，酶又以蔗果三糖为底物继续反应生成蔗果四糖和葡萄糖，低聚果糖含量反而降低。
2.6多酶法
2.6.1果糖基转移酶和葡萄糖氧化酶或葡萄糖异构酶
据国外研究文献介绍，韩国的Ynn J W ［5］等用果糖基转移酶（FTS）和葡萄糖异构酶（GI）混合酶法制备高纯度低聚果糖，效果很差，Jong Won Yan［6］ 和Ynn J W ［7］等介绍，用果糖基转移酶（FTS）和葡萄糖氧化酶（GOD）分别获得90.05%和98.32%的低聚果糖产品。国内也有文献介绍，江波［8］1997年报导，在纯度为56.64%的低聚果糖的基础上，第二步用葡萄糖氧化酶和过氧化氢酶（CAT）协同作用，将葡萄糖转化为葡萄糖酸然后用离子交换除去葡萄糖酸，可获得纯度为87%的低聚果糖。此法很难实现工业化生产，主要是葡萄糖氧化酶作用于葡萄糖会生成葡萄糖酶及过氧化氢，而过氧化氢会抑制反应继续进行，需要过氢化酶来分解过氧化氢，价格昂贵，据SIGMA公司记载，过氧化氢酶的价格为葡萄糖氧化酶的1700多倍。
2.6.2果糖基转移酶和葡萄糖脱氢酶
本文作用采用葡萄糖脱氢酶（GDH）（节杆菌产生）和固定化果糖基转移酶（酶活为68单位/克）作用于50-60%蔗糖水溶液，温度为42-48℃，搅拌速度为200-280转/分钟，PH为5-7，反应18-22小时后用高效液色谱检测到低聚果糖含量达91%，葡萄糖含量≤5%。同时，用葡萄糖脱氢酶作用于G型液体低聚果糖糖浆中（固形物含量45-55%）,PH为4.8-5.6，温度42-58℃，反应7-12小时后，检测到低聚果糖含量为85.7%，葡萄糖含量≤4.6%。上述两种不同原料反应液经过过滤、结晶、离换、浓缩等处理后分别得到含低聚果糖为91.4%和86.8%。由于固定化葡萄糖脱氢酶仍没有工业化生产，所以要实现产业生产仍有一定的难度。
2.6.3果糖基转移酶和葡萄糖氧化酶及金属配合物（以下称摸拟酶）
本文作者进一步研究采用可实现产业生成的模式，转向用葡萄糖氧化酶和可代替过氧化氢酶或过氧化物酶（POD）的金属配合物。脱乙酰度80%的壳聚糖用弱酸溶解后，NaOH水溶液调节PH到7.0，强制吸附到一定粒度硅胶上，边搅拌边滴入0.2-1.0mol/l的Cu++，真空干燥即得水不溶性的、具有崔化分解过氧化氢活性的摸拟酶。用固定化果糖基转移酶、葡萄糖氧化酶（10000GB）和模拟酶共同作用于PH为6-7.5，温度为42-58℃，45%-60%的蔗糖水溶液，反应15-20小时后，用高效液相色谱检测到反应液的低聚果糖含量为91.6%，葡萄含量为3.52%。再用葡萄糖氧化酶和模拟酶作用于液体G型低聚果糖糖浆中（干物质为45-55%），PH为4.5-6.5，温度为45-60℃，反应7-10小时后，用高效液相色谱检测到反应液中的低聚果糖含量为87.5%，葡萄糖含量为3.8%，上两种反应液经过过滤、结晶、离换、浓缩等处理分别得到92.8%和88.3%的低聚果糖产品。
3.讨论
目前国内生产高纯度低聚果糖的方法主要采用纳滤分离G型低聚果糖糖浆，受到回收率低、能耗大、膜件寿命短等问题困扰。在目前的技术发展来说，使用固定化果糖基转移酶、固定化葡萄糖氧化酶和摸拟酶或固定化果糖基转移酶和固定化葡萄糖脱氢酶一步多酶法协同作用转化蔗糖溶液最具有工业前景，但关键要解决酶的固定化技术和多种酶的不同适应温度、不同PH耐性在同一反应体中的相互协同作用。
参考文献
［1］允云青等，低聚果糖行业标