背景及概述^[1][2]

棉子糖是葡萄糖、果糖和半乳糖組成的一種雜低聚糖，由于不能被人和動物的消化酶分解并產(chǎn)生脹氣，曾被認(rèn)為是有害成分在食物或飼料中去除。近年發(fā)現(xiàn)其具有很重要的生理功能和應(yīng)用價值，如：雙歧桿菌增殖因子、增強免疫功能、降血壓、保護肝臟、治療皮炎、抗癌等，被視為重要的功能性低聚糖。此外，棉子糖有良好的食品加工性能，是優(yōu)良的食品基料，可做為糖尿病人甜味劑的替代品。

棉子粕中含有4%～ 9% 的棉子糖。我國是世界上的產(chǎn)棉國之一，根據(jù)國家統(tǒng)計局資料表明，2001年我國棉花產(chǎn)量為5. 32 Mt，棉籽粕產(chǎn)量約為3. 5 Mt。改變目前棉籽粕直接作為肥料使用的局面，對其進行深加工，提取功能性物質(zhì)具有巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著人們對其保健功能認(rèn)識的日漸加深，市場上對棉子糖的需要也日益 增加。

因此有必要建立一種高效、操作簡單、高回收的棉子糖制備工藝。最早期的棉子糖制備是利用色譜分離的方法從甜菜廢密中提取，但是，該工藝對設(shè)備要求很高，而且，在甜菜中棉子糖的含量也不高。棉子粕中棉 子糖的含量相對較高，目前雖然對棉子糖的性質(zhì)，以及各種分離方法有文獻(xiàn) 報道，但是，還沒有一整套工業(yè)化的從棉子粕中提取棉子糖的生產(chǎn)工藝。

此外，在提取棉子糖的過程中，為了能夠及時地調(diào)整工藝參數(shù)，準(zhǔn)確控制生產(chǎn)過程，確立一種既準(zhǔn)確，又方便快速、經(jīng)濟的檢測方法勢在必行。目前國內(nèi)外關(guān)于棉子糖的測定方法很多，如TLCGC、HPLC與13 C-NM R聯(lián)用以及毛細(xì)管電泳等。若選GC或HPLC分析，必須進行衍生、除雜等預(yù)處理后才能檢測.其優(yōu)點是結(jié)果精確，缺點是設(shè)備昂貴操作復(fù)雜、耗時費力。

D(+)-五水棉子糖（D(+)-Raffinose pentahydrate），棉籽糖有重要的藥理功效，有抗血液病作用，對生殖細(xì)胞有抗癌功效。在食品工業(yè)中，可添加到各種飲料、乳制品、營養(yǎng)口服液和各種保健食品中。

應(yīng)用^[3]

棉子糖曾被認(rèn)為是抗?fàn)I養(yǎng)因子，其理由是人體缺乏α-半乳糖苷酶，致使棉子糖不能在小腸中被分解、吸收，因而在大腸中積累，為腸道菌群所利用。棉子糖進入大腸后，能被腸道中的雙歧桿菌利用，促進雙歧桿菌增殖，同時生成短鏈脂肪酸，降低腸道內(nèi)的pH，增加糞便的濕度，防止便秘，并且有效抑制有害菌的增殖，從而改善腸胃功能，因此可作為益生元加入食品中。

棉子糖還具有保肝作用，有毒代謝產(chǎn)物常在肝臟中分解，攝入棉子糖可以抑制有害菌增殖，從而減少有毒代謝產(chǎn)物的形成，減輕肝臟解毒負(fù)擔(dān)。同時，棉子糖還被認(rèn)為具有抗癌、抗皮炎、降低血清膽固醇、增強免疫等生理功效。由于其能量低，可作為減肥食品的甜味劑，高純度的棉子糖還可用于糖尿病患者食品。

除此之外，以棉子糖為原料合成的棉子糖脂肪酸酯是一種非離子表面活性劑，具有高安全性、對皮膚刺激小、變應(yīng)性低等特點，因此特別適用于化妝品行業(yè)。上述特點，使得棉子糖包括括D(+)-五水棉子糖在食品、保健品、醫(yī)藥、日用化學(xué)品行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用前景。此外，其五水物D(+)-五水棉子糖還可用于腸道菌鑒別。

制備 ^[1，3]

方法1：一種從棉子粕中提取棉子糖的方:法，包括以下步驟：A、用70～80％的乙醇溶液在50～60℃條件下浸泡棉子粕 3～5次；將該3～5次的提取液混合；

B、將混合后的提取液濃縮，加入活性碳攪拌脫色，過濾去除活性碳；C、將脫色后的濃縮提取液再次濃縮，加入晶種棉子糖，冷卻至0～10℃，保持40～55小時；結(jié)晶得到半成品棉子糖晶體；D、在半成品棉子糖晶體加入體積重量比為1～2的45～55％的乙醇溶液常溫靜置結(jié)晶，分離晶體后用體積重量比為5～7的55～65％的乙醇溶液進行重結(jié)晶，重結(jié)晶溫度為0～10℃，再次分離晶體用體積重量比為6～10的75～ 85％的乙醇溶液常溫結(jié)晶，得到成品棉子糖。

方法2：一種從脫脂麥胚中提取制備高純度棉子糖的工藝，包括如下步驟：

1)滲漉提?。簩⒚撝溑哌M行滲漉提取，收集含棉子糖的滲漉液；滲漉提取過程如下：將脫脂麥胚裝入滲漉柱，向滲漉柱中加入體積百分濃度為60％～90％ 的乙醇水溶液，40～80℃下浸泡20～60min，保溫狀態(tài)下，在滲漉柱中進行 滲漉操作，收集出口處含棉子糖的滲漉液，并同時以0.5～3倍脫脂麥胚體積/小時的流速向滲漉柱中連續(xù)補加提取溶劑，直至收集到的滲漉液的體積為脫脂麥胚堆積體積的3～5倍。浸泡時加入的提取溶劑的體積為脫脂麥胚堆積體積0.6～1倍。

步驟(1)中在40～80℃下用60％～90％的乙醇水溶液提取，棉子糖在該濃度下的乙醇水溶液中溶解度大，脫脂麥胚中其他成分在其中的溶解量少，因此該濃度下，棉子糖的提取率高，而雜質(zhì)的含量低，從而在提高棉子糖提取率的同時提高棉子糖的純度。棉子糖的提取率能達(dá)到98％以上，滲漉提取液中棉子糖的質(zhì)量百分比為15％～25％(以干基為基準(zhǔn))，提取液中同時含有色素、鹽分、單糖、蔗糖等雜質(zhì)。

選在60℃操作溫度下，用80％的乙醇水溶液提取。將原料脫脂麥胚浸泡30～60min，使脫脂麥胚充分溶脹，滲漉時需保證脫脂麥胚能夠完全浸泡在提取溶劑中。保溫狀態(tài)下在收集滲漉液的同時向滲漉柱中連續(xù)補加提取溶劑，從而在保證棉子糖高提取率的同時減少溶劑消耗，并降低回收溶劑的能耗。連續(xù)補加的提取溶劑流速優(yōu)選為0.5～3 倍脫脂麥胚堆積體積/小時。

在該流速范圍內(nèi)，既可以保證提取溶劑和脫脂 麥胚有充分的接觸時間，提高溶劑的利用率，又能兼顧生產(chǎn)能力。該步驟所使用的滲漉柱可以是單柱或多柱串聯(lián)。多柱串聯(lián)操作時，前一柱滲漉完成后用去離子水回收得到的稀醇溶液可直接作為后一滲漉柱的溶脹溶劑，避免了溶劑的蒸餾回收過程，大大降低生產(chǎn)能耗。該步驟中為了提高溶劑的利用效率，可對溶劑按以下方式進行回收處理：使去離子水自上而下流經(jīng)滲漉柱，控制流速為0.5～1.5倍脫脂麥胚堆 積體積/小時，收集出口處含提取溶劑與水的混合液體，經(jīng)蒸餾處理回收溶劑。

2)萃取脫色：將步驟(1)所得滲漉液經(jīng)濃縮除醇處理得固態(tài)粗產(chǎn)物，將所述固態(tài)粗產(chǎn)物溶解后過濾取濾液，所述濾液經(jīng)有機溶劑萃取取水相，所得水相經(jīng)濃縮去除有機溶劑得脫色液。該步驟中固態(tài)粗產(chǎn)品溶解后的體積為最初滲漉液體積的 20％～35％。若除醇后體積過大，乙醇未除盡，會影響萃取效果。因此需要控制濃縮過程，確保乙醇除盡，回收乙醇可再循環(huán)利用為滲漉的提取劑。

所述有機溶劑為正丁醇、異丁醇、乙酸乙酯、正己烷和石油醚中的任一種，有機溶劑的用量為濾液體積的0.5～1.5倍。萃取后，有機溶劑相可蒸發(fā)回收溶劑，作為萃取劑循環(huán)使用。

3)脫鹽：將步驟(2)所得脫色液經(jīng)水系微孔濾膜處理后，用水配成固形物濃度在50～150mg/mL的溶液作為預(yù)處理液，將所述預(yù)處理液進行電滲析脫鹽2～3小時得脫鹽液。

4)模擬移動床分離：將步驟(3)得到的脫鹽液進入模擬移動床色譜分離裝置進行分離，在棉子糖的出料口收集棉子糖流分，濃縮得到棉子糖過飽和糖漿；所述模擬移動床色譜分離裝置采用本領(lǐng)域常規(guī)的四區(qū)模擬移動床即可，綜合考慮模擬移動床設(shè)備的性能和設(shè)備成本，每區(qū)由2～4根色譜柱組成，連續(xù)進行進料、出料操作。裝置有兩個進口，分別為進料口和洗脫口，兩個出口，分別為萃取口和萃余口。

四個進出口將模擬移動床裝備分為四區(qū)：I區(qū)：洗脫口與萃取口之間，主要功能是洗脫含蔗糖的雜質(zhì)，和再生固定相；II區(qū)：萃取口與進料口之間，主要功能是富集含蔗糖的雜質(zhì)；III 區(qū)：進料口與萃余口之間，主要功能是在萃余相分離得到高純度棉子糖；IV區(qū)：萃余口與洗脫口之間，為解析區(qū)(結(jié)構(gòu)如圖所示)。

主要參考資料

[1] CN200710121866.8 從棉子粕中提取棉子糖的方法

[2] 羅寧剛, 顧建明. 棉子糖工業(yè)化提取過程中的測定方法[J]. 上海大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2003, 9(3): 276-278.

[3] CN200710121866.8 從棉子粕中提取棉子糖的方法

[4] CN201510164653.8 一種從脫脂麥胚中提取制備高純度棉子糖的工藝