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1、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-咲喃果糖分子以Ii( 21)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1 0- 1 2。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ORAFTI公司和WARCOING公
2、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(Inula)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(Helianthus tubero
3、sus) 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。每公顷产菊粉4.58.3吨。菊苣是一年或两年生或短期多年生菊科草本植物，原产于东半球，适合生长于海洋气侯 条件下，与菊芋相比，它的每公顷产量在9.816.1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
4、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25C时JL乎不溶于水，50C时溶解度 仅为1.2% (w/v)，当温度达到90C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，10C时，5%和30%菊粉溶液的粘度分别为1.65mPa.s和100mPa.s。菊粉溶于水时，可 使水
5、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
6、十分 稳定，并且研究发现，当温度低于10C, pH处于3.0-7.5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果糖的果糖浆或低聚果糖浆，也可直接发酵生产 酒精、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
7、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）9299.5糖含量（%干物质）80.5pH(10%w/w)575-7硫酸化灰分（%干物质）小于0.2小于0.2重金属含f （PPm千物质）小于0.2小于0.2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%)1,62.4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
8、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
9、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
10、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80-100C，时间为5-10min。制成菊芋 干片时的干燥温度为40-60C,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30
11、0-600w，时间为120-300S。微波处理后的菊粉溶液按照1：4-1： 22的料液重量比例加水后浸提。所用水温为20-100C，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, 80C搅拌保温20min,然 后用磷酸将提取液的pH回调至10.4，同样80C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
12、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50C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 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
13、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。
