D(+)-五水棉子糖的制备

背景及概述^[1][2]

棉子糖是葡萄糖、果糖和半乳糖组成的一种杂低聚糖，由于不能被人和动物的消化酶分解并产生胀气，曾被认为是有害成分在食物或饲料中去除。近年发现其具有很重要的生理功能和应用价值，如：双歧杆菌增殖因子、增强免疫功能、降血压、保护肝脏、治疗皮炎、抗癌等，被视为重要的功能性低聚糖。此外，棉子糖有良好的食品加工性能，是优良的食品基料，可做为糖尿病人甜味剂的替代品。

棉子粕中含有4%～ 9% 的棉子糖。我国是世界上的产棉国之一，根据国家统计局资料表明，2001年我国棉花产量为5. 32 Mt，棉籽粕产量约为3. 5 Mt。改变目前棉籽粕直接作为肥料使用的局面，对其进行深加工，提取功能性物质具有巨大的经济效益和社会效益。随着人们对其保健功能认识的日渐加深，市场上对棉子糖的需要也日益 增加。

因此有必要建立一种高效、操作简单、高回收的棉子糖制备工艺。最早期的棉子糖制备是利用色谱分离的方法从甜菜废密中提取，但是，该工艺对设备要求很高，而且，在甜菜中棉子糖的含量也不高。棉子粕中棉 子糖的含量相对较高，目前虽然对棉子糖的性质，以及各种分离方法有文献 报道，但是，还没有一整套工业化的从棉子粕中提取棉子糖的生产工艺。

此外，在提取棉子糖的过程中，为了能够及时地调整工艺参数，准确控制生产过程，确立一种既准确，又方便快速、经济的检测方法势在必行。目前国内外关于棉子糖的测定方法很多，如TLCGC、HPLC与13 C-NM R联用以及毛细管电泳等。若选GC或HPLC分析，必须进行衍生、除杂等预处理后才能检测.其优点是结果精确，缺点是设备昂贵操作复杂、耗时费力。

D(+)-五水棉子糖（D(+)-Raffinose pentahydrate），棉籽糖有重要的药理功效，有抗血液病作用，对生殖细胞有抗癌功效。在食品工业中，可添加到各种饮料、乳制品、营养口服液和各种保健食品中。

应用^[3]

棉子糖曾被认为是抗营养因子，其理由是人体缺乏α-半乳糖苷酶，致使棉子糖不能在小肠中被分解、吸收，因而在大肠中积累，为肠道菌群所利用。棉子糖进入大肠后，能被肠道中的双歧杆菌利用，促进双歧杆菌增殖，同时生成短链脂肪酸，降低肠道内的pH，增加粪便的湿度，防止便秘，并且有效抑制有害菌的增殖，从而改善肠胃功能，因此可作为益生元加入食品中。

棉子糖还具有保肝作用，有毒代谢产物常在肝脏中分解，摄入棉子糖可以抑制有害菌增殖，从而减少有毒代谢产物的形成，减轻肝脏解毒负担。同时，棉子糖还被认为具有抗癌、抗皮炎、降低血清胆固醇、增强免疫等生理功效。由于其能量低，可作为减肥食品的甜味剂，高纯度的棉子糖还可用于糖尿病患者食品。

除此之外，以棉子糖为原料合成的棉子糖脂肪酸酯是一种非离子表面活性剂，具有高安全性、对皮肤刺激小、变应性低等特点，因此特别适用于化妆品行业。上述特点，使得棉子糖包括括D(+)-五水棉子糖在食品、保健品、医药、日用化学品行业都有广泛的应用前景。此外，其五水物D(+)-五水棉子糖还可用于肠道菌鉴别。

制备 ^[1，3]

方法1：一种从棉子粕中提取棉子糖的方:法，包括以下步骤：A、用70～80％的乙醇溶液在50～60℃条件下浸泡棉子粕 3～5次；将该3～5次的提取液混合；

B、将混合后的提取液浓缩，加入活性碳搅拌脱色，过滤去除活性碳；C、将脱色后的浓缩提取液再次浓缩，加入晶种棉子糖，冷却至0～10℃，保持40～55小时；结晶得到半成品棉子糖晶体；D、在半成品棉子糖晶体加入体积重量比为1～2的45～55％的乙醇溶液常温静置结晶，分离晶体后用体积重量比为5～7的55～65％的乙醇溶液进行重结晶，重结晶温度为0～10℃，再次分离晶体用体积重量比为6～10的75～ 85％的乙醇溶液常温结晶，得到成品棉子糖。

方法2：一种从脱脂麦胚中提取制备高纯度棉子糖的工艺，包括如下步骤：

1)渗漉提取：将脱脂麦胚进行渗漉提取，收集含棉子糖的渗漉液；渗漉提取过程如下：将脱脂麦胚装入渗漉柱，向渗漉柱中加入体积百分浓度为60％～90％ 的乙醇水溶液，40～80℃下浸泡20～60min，保温状态下，在渗漉柱中进行 渗漉操作，收集出口处含棉子糖的渗漉液，并同时以0.5～3倍脱脂麦胚体积/小时的流速向渗漉柱中连续补加提取溶剂，直至收集到的渗漉液的体积为脱脂麦胚堆积体积的3～5倍。浸泡时加入的提取溶剂的体积为脱脂麦胚堆积体积0.6～1倍。

步骤(1)中在40～80℃下用60％～90％的乙醇水溶液提取，棉子糖在该浓度下的乙醇水溶液中溶解度大，脱脂麦胚中其他成分在其中的溶解量少，因此该浓度下，棉子糖的提取率高，而杂质的含量低，从而在提高棉子糖提取率的同时提高棉子糖的纯度。棉子糖的提取率能达到98％以上，渗漉提取液中棉子糖的质量百分比为15％～25％(以干基为基准)，提取液中同时含有色素、盐分、单糖、蔗糖等杂质。

选在60℃操作温度下，用80％的乙醇水溶液提取。将原料脱脂麦胚浸泡30～60min，使脱脂麦胚充分溶胀，渗漉时需保证脱脂麦胚能够完全浸泡在提取溶剂中。保温状态下在收集渗漉液的同时向渗漉柱中连续补加提取溶剂，从而在保证棉子糖高提取率的同时减少溶剂消耗，并降低回收溶剂的能耗。连续补加的提取溶剂流速优选为0.5～3 倍脱脂麦胚堆积体积/小时。

在该流速范围内，既可以保证提取溶剂和脱脂 麦胚有充分的接触时间，提高溶剂的利用率，又能兼顾生产能力。该步骤所使用的渗漉柱可以是单柱或多柱串联。多柱串联操作时，前一柱渗漉完成后用去离子水回收得到的稀醇溶液可直接作为后一渗漉柱的溶胀溶剂，避免了溶剂的蒸馏回收过程，大大降低生产能耗。该步骤中为了提高溶剂的利用效率，可对溶剂按以下方式进行回收处理：使去离子水自上而下流经渗漉柱，控制流速为0.5～1.5倍脱脂麦胚堆 积体积/小时，收集出口处含提取溶剂与水的混合液体，经蒸馏处理回收溶剂。

2)萃取脱色：将步骤(1)所得渗漉液经浓缩除醇处理得固态粗产物，将所述固态粗产物溶解后过滤取滤液，所述滤液经有机溶剂萃取取水相，所得水相经浓缩去除有机溶剂得脱色液。该步骤中固态粗产品溶解后的体积为最初渗漉液体积的 20％～35％。若除醇后体积过大，乙醇未除尽，会影响萃取效果。因此需要控制浓缩过程，确保乙醇除尽，回收乙醇可再循环利用为渗漉的提取剂。

所述有机溶剂为正丁醇、异丁醇、乙酸乙酯、正己烷和石油醚中的任一种，有机溶剂的用量为滤液体积的0.5～1.5倍。萃取后，有机溶剂相可蒸发回收溶剂，作为萃取剂循环使用。

3)脱盐：将步骤(2)所得脱色液经水系微孔滤膜处理后，用水配成固形物浓度在50～150mg/mL的溶液作为预处理液，将所述预处理液进行电渗析脱盐2～3小时得脱盐液。

4)模拟移动床分离：将步骤(3)得到的脱盐液进入模拟移动床色谱分离装置进行分离，在棉子糖的出料口收集棉子糖流分，浓缩得到棉子糖过饱和糖浆；所述模拟移动床色谱分离装置采用本领域常规的四区模拟移动床即可，综合考虑模拟移动床设备的性能和设备成本，每区由2～4根色谱柱组成，连续进行进料、出料操作。装置有两个进口，分别为进料口和洗脱口，两个出口，分别为萃取口和萃余口。

四个进出口将模拟移动床装备分为四区：I区：洗脱口与萃取口之间，主要功能是洗脱含蔗糖的杂质，和再生固定相；II区：萃取口与进料口之间，主要功能是富集含蔗糖的杂质；III 区：进料口与萃余口之间，主要功能是在萃余相分离得到高纯度棉子糖；IV区：萃余口与洗脱口之间，为解析区(结构如图所示)。

主要参考资料

[1] CN200710121866.8 从棉子粕中提取棉子糖的方法

[2] 罗宁刚, 顾建明. 棉子糖工业化提取过程中的测定方法[J]. 上海大学学报: 自然科学版, 2003, 9(3): 276-278.

[3] CN200710121866.8 从棉子粕中提取棉子糖的方法

[4] CN201510164653.8 一种从脱脂麦胚中提取制备高纯度棉子糖的工艺