一种灵芝红糖及其制备方法与流程

本发明涉及制糖领域，更具体地，涉及一种灵芝红糖及其制备方法。
背景技术：
：灵芝是重要的食药用真菌，具有保护神经系统，心血管系统，抗血栓，调节内分泌，抗氧化、抗肿瘤、提高免疫力等作用，是优良的保健圣品。蔗汁营养丰富，可提供灵芝发酵所需的碳源、氮源和无机盐因子，并且还可以转化蔗汁中的蔗糖，形成具有保健作用的灵芝多糖成分。红糖作为一种天然营养甜味剂，主要成份是蔗糖，又含有蔗天然的营养保健成份，是人类生命活动和生理代谢所必不可少的物质，但因进食不当会诱发某些现代疾病。据不完全统计，我国的糖尿病患者已超过1亿人，并且每年以10％的速度递增。异麦芽酮糖作为蔗糖的同分异构体，也是由葡萄糖和果糖所组成的一种双糖，是目前公认的健康糖。由于它只能被小肠内的非特异性酶类降解而消化吸收，使它能够持久稳定地为身体提供能量，其指标反应在低的血液血糖生成指数(gi)和低的胰岛素上升指数(ii)上，被称为二十一世纪的功能性新食品，因此通过生物工程手段开发低gi红糖，不仅兼具蔗丰富保健成份，满足人们对甜品的需求，而且可以防蛀护齿、强脑健身、瘦身抑胖、防病益生等多种功能，具有巨大的潜在市场。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种灵芝红糖及其制备方法。本发明所采取的技术方案是：一种灵芝红糖的制备方法，包括如下步骤：(1)将复合酶固定化于蔗渣炭中，得到蔗渣炭固定化酶；所述复合酶为葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶；(2)将蔗渣炭固定化酶充填到转化柱中；将蔗汁通入转化柱中循环，得到转化糖液；(3)将灵芝菌种接种到转化糖液中发酵，发酵结束后，破碎灵芝细胞，获得灵芝多糖发酵原液；经煮糖，加工，即得低gi的灵芝红糖。作为上述方法的改进，步骤(1)中，蔗渣炭为混合酸活化的蔗渣炭，所述混合酸含有磷酸和硝酸。作为上述方法的优选，步骤(1)中，蔗渣炭的粒径为0.1～2mm。作为上述方法的优选，步骤(1)中，蔗渣炭的比表面积600～1200m2/g。作为上述方法的优选，步骤(1)中，将复合酶固定化于蔗渣炭中的方法为：将复合酶与蔗渣炭混合，动态吸附至固定完全，去除残留酶，干燥。作为上述方法的优选，复合酶中，葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶的酶活比为1：(10～20)。作为上述方法的优选，步骤(2)中，蔗汁先浓缩至可溶性固形物含量为25～40°brix，通入转化柱中循环，循环至转化糖液中异麦芽酮糖和果糖二者的总重量占总糖重量的40～60％。作为上述方法的优选，步骤(3)中，灵芝菌种的接种量为5％～10％，发酵温度为25～30℃。作为上述方法的优选，步骤(3)中，采用微波辅助破碎灵芝细胞。一种灵芝红糖，采用上述任一种制备方法获得。本发明的有益效果是：本发明将蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶固定化于蔗渣炭，形成蔗渣炭固定化酶，将蔗汁接种灵芝菌种发酵灵芝多糖后，再利用蔗渣炭固定化酶转化其中糖分，最后经浓缩，加工，获得低gi的灵芝红糖。本发明方法具有下述优点：(1)本发明方法利用蔗汁接种灵芝菌种发酵灵芝多糖，使得红糖产品中含有灵芝多糖，增加产品的保健功效。(2)本发明方法利用蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶协同催化，使得产品的gi值更低，而仅使用蔗糖异构酶则难以使产品满足低gi值的要求。(3)本发明方法采用蔗渣炭作为固定化载体，相比于常规的凝胶固定化载体，本发明的蔗渣炭用于固定复合酶的时间短，蔗糖异构酶负载率更高，固定化载体价格低廉，大大节约了生产成本，提高了生产效率；此外，蔗渣炭来源于剩余的废弃蔗渣，可实现废弃物资源化利用，并且使用更安全和简便。(4)本发明灵芝红糖的灵芝多糖、果糖、异麦芽酮糖含量高，产品gi值较低，风味独特，甜度适宜，而且提高免疫力、强脑健身、防蛀护齿、瘦身抑胖、防病益生等多种功能，克服传统红糖蔗糖含量高，过甜过腻等缺点，老少皆宜，含有的灵芝多糖可以增加食品的保健功能，具有一定的抗肿瘤作用，特别适合免疫力低下、肥胖、糖尿病人群。附图说明图1：实施例1发酵过程中灵芝多糖和蔗糖含量变化图，其中，图a为灵芝多糖含量变化图；图b为蔗糖含量变化图；图2：灵芝红糖对肿瘤的抑制作用。具体实施方式本发明中，术语“gi值”是指血糖生成指数(glycemicindex)，表示某种食物升高血糖效应与标准食品(通常为葡萄糖)升高血糖效应之比，通常反映食物引起人体血糖升高程度的指标，是人体进食后机体血糖生成的应答状况。本发明中，术语“低gi值”是指食物的gi可分为三种等级：高gi值为：gi值≥70；中gi值为：gi值56～69；低gi值为：gi值≤55。本发明中，蔗渣炭是固定化载体，任何与蔗渣炭有类似的物理和/或化学特性的生物炭，也应该属于本发明的类似技术方案，如采用秸秆、椰壳、稻壳、锯末、木屑、玉米芯、花生壳、棉壳等制备的生物炭。本发明中，蔗渣炭可以不经过处理，也可以经过酸活化，酸活化方法不限于本发明实施例所提供的方案，可以是单一的酸，也可以是混合酸，酸可以是盐酸、硝酸、磷酸、硫酸、醋酸等，本发明优选采用含有磷酸和硝酸的混合酸进行活化；酸活化方法中，酸浸泡时长优选为18～24h，再进行高温活化，高温活化条件同一般生物炭制备方法；酸活化后的蔗渣炭拥有更好的负载性能。本发明中，复合酶的固定化方法不仅限于实施例所提供的方案，可以采用常规的固定化方法，提供的优选方案是将复合酶通过动态吸附于蔗渣炭中，动态吸附时长以复合酶固定完全为准，通常的吸附时长为6～10h，但不限于此。本发明中，蔗渣炭固定化酶还可以用微波活化的方法提高酶活水平，活化条件不限于本发明实施例所提供的方案，优选的微波活化条件为功率250～500w，温度45～55℃，活化时间15～25min。本发明中，采用微波辅助破碎灵芝细胞，微波功率优选为700～900w，温度80～100℃，10～20min，但不限于此。本发明中，蔗汁通入固定化酶转化柱循环，为了提高转化率，优选的方法是将蔗汁先经过浓缩，提高糖含量，同时根据酶活性需求，调节ph为6.0～7.5，通入温度为30～55℃，但不限于此。本发明中，加工方法包括但不仅限于起晶，打砂，注模等工艺。下面将结合具体实例进一步阐述本发明。具体实施方式中未特别注明的具体实验条件的实验方法，通常按照常规条件操作；未特别注明的具体试剂均为市售。本发明中未特别说明的体积质量比或质量体积比，都是按照ml与g相对应为单位。本发明采用的葡萄糖异构酶为市售，酶活为80万u/g，蔗糖异构酶为沙雷氏杆菌发酵获得，酶活为1000～4000u/g。实施例1一种灵芝红糖的制备方法，包括如下步骤：(1)将蔗渣粉碎，按蔗渣与混合酸的质量体积比为1g：5ml添加混合酸，混合酸是体积分数为15％的磷酸和硝酸混合酸，磷酸和硝酸按体积比1：1混合；浸渍24小时，800℃活化0.55h，冷却，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，粉碎至粒径0.65mm，比表面积1013m2/g，获得酸活化的蔗渣炭；(2)将葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶按酶活比为1:15混合，溶于ph值为6.8的磷酸缓冲液中，配置得到含酶量为8mg/ml的复合酶液，将复合酶液与酸活化的蔗渣炭按体积质量比为6ml/g混合，动态吸附至固定完全，无菌过滤去除酶液，用无菌水清洗去除表面残留酶，干燥，得到蔗渣炭固定化酶；(3)将蔗渣炭固定化酶通过微波活化，活化条件为微波功率400w，温度设置50℃，活化20min，充填到固定化酶转化柱中；(4)蔗汁浓缩至可溶性固形物含量为30°brix，调节ph至7；在40℃下，用流动泵将浓缩灵芝蔗汁通入固定化酶转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖二者的总重量占总糖重量的50％，得转化糖液；(5)将转化糖液通入发酵罐，121℃灭菌20min，待温度降到25～30℃后，接入5％灵芝液体菌种，25～30℃发酵，发酵3天，控制转速250～400rpm，通气量为1-～nm3/h，发酵第4天开始，控制转速150～250rpm，通气量为2～3nm3/h，发酵至灵芝多糖含量不再升高，结束发酵；采用微波辅助破碎灵芝细胞，微波功率800w，温度90℃，处理15min，获得灵芝多糖原液；采用硫酸蒽酮法检测灵芝多糖含量，蔗糖测定方法参照gb5009.8-2016，发酵过程中灵芝多糖和蔗糖含量变化如图1所示，灵芝多糖含量随发酵时间的延长不断上升，第5天后多糖不再升高，多糖含量约1.64mg/ml；蔗糖含量随发酵时间的延长不断下降，第6天后蔗糖下降幅度变缓。(6)采用列管式真空浓缩机将转化糖液浓缩熬糖，加工，即得灵芝红糖。实施例2一种灵芝红糖的制备方法，包括如下步骤：(1)将蔗渣粉碎，按蔗渣与混合酸的质量体积比为1g：4ml添加混合酸，混合酸是体积分数为20％的磷酸和硝酸混合酸，磷酸和硝酸按体积比1：1混合；浸渍20小时，800℃活化1h，冷却，用蒸馏水洗涤至中性，烘干，粉碎至粒径0.65mm，比表面积1013m2/g，获得酸活化的蔗渣炭；(2)将葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶按酶活比为1:14混合，溶于ph值为7.5的磷酸缓冲液中，配置得到含酶量为10mg/ml的复合酶液，将复合酶液与酸活化的蔗渣炭按体积质量比为5ml/g混合，动态吸附至固定完全，无菌过滤去除酶液，用无菌水清洗去除表面残留酶，干燥，得到蔗渣炭固定化酶；(3)将蔗渣炭固定化酶通过微波活化，活化条件为微波功率500w，温度设置45℃，活化15min，充填到固定化酶转化柱中；(4)蔗汁浓缩至糖含量为40wt％，调节ph至7.5；在55℃下，用流动泵将浓缩灵芝蔗汁通入固定化酶转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖二者的总重量占总糖重量的55％，得转化糖液；(5)将转化糖液通入发酵罐，121℃灭菌20min，待温度降到25～30℃后，接入7％灵芝液体菌种，25～30℃发酵，发酵3天，控制转速250～400rpm，通气量为1-～nm3/h，发酵第4天开始，控制转速150～250rpm，通气量为2～3nm3/h，发酵至灵芝多糖含量不再上升，结束发酵；采用微波辅助破碎灵芝细胞，微波功率800w，温度90℃，处理15min，获得灵芝多糖原液；(6)采用列管式真空浓缩机将转化糖液浓缩熬糖，加工，即得灵芝红糖。实施例3一种灵芝红糖的制备方法，包括如下步骤：(1)将粒径为0.65mm未处理的蔗渣炭为固定化载体；将葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶按酶活比为1:16混合，溶于ph值为6.5的磷酸缓冲液中，配置得到含酶量为5mg/ml的复合酶液，将复合酶液与蔗渣炭按体积质量比为10ml/g混合，动态吸附至固定完全，无菌过滤去除酶液，用无菌水清洗去除表面残留酶，干燥，得到蔗渣炭固定化酶；(2)将蔗渣炭固定化酶通过微波活化，活化条件为微波功率300w，温度设置55℃，活化25min，充填到固定化酶转化柱中；(3)蔗汁浓缩至糖含量为25wt％，调节ph至6.5；在30℃下，用流动泵将浓缩灵芝蔗汁通入固定化酶转化柱中，循环至转化糖液中异麦芽酮糖、果糖二者的总重量占总糖重量的48％，得转化糖液；(4)将转化糖液通入发酵罐121℃灭菌20min，待温度降到25～30℃后，接入10％灵芝液体菌种，25～30℃发酵，发酵3天，控制转速250～400rpm，通气量为1-～nm3/h，发酵第4天开始，控制转速150～250rpm，通气量为2～3nm3/h，发酵至灵芝多糖含量≥1.5mg/ml，结束发酵；采用微波辅助破碎灵芝细胞，微波功率800w，温度90℃，处理15min，获得灵芝多糖原液；(5)采用列管式真空浓缩机将转化糖液浓缩熬糖，，加工，即得灵芝红糖。实施例1～3的灵芝红糖中灵芝多糖含量检测实施例1～3的灵芝红糖中灵芝多糖的含量，采用硫酸蒽酮法检测灵芝多糖；检测结果发现：实施例1～3的方法制备的灵芝红糖中多糖含量分别为15.6mg/g、17.4mg/g、14.8mg/g。实施例1的灵芝红糖进行血糖生成指数测定随机选择不同年龄段试验对象10人，以葡萄糖为基准，红糖gi值＝服用红糖后120min的血糖应答曲线下增加的面积/服用葡萄糖后120min的血糖应答曲线下增加的面积×100，用实施例1制备的灵芝红糖进行测试。表1、血糖生成指数测定结果试验对象gi值1482513454455476527468429431047平均值46.6试验结果如下表1所示，本发明的灵芝红糖的gi值实测均值46.6，gi值≤55，满足低gi值食品标准，属于低gi的灵芝红糖；而市售红糖gi值一般在90～105，gi值≥70，属于高gi值红糖。实施例1的灵芝红糖对肿瘤的抑制效果将生理状况相同，体重相近的实验小鼠随机分为三组，每组10只，每组背部皮下接种乳腺癌细胞，对照组、灵芝红糖组，普通红糖组分别喂饲等量的生理盐水、实施例1的灵芝红糖、普通红糖，喂食2周，处死小鼠，统计肿瘤重量。结果如图2所示：喂食灵芝红糖组小鼠乳腺癌肿瘤重量显著小于对照组和普通红糖组，本发明的灵芝红糖具有一定的抗肿瘤作用，特别适合免疫力低下的人群。对比例仅用蔗糖异构酶作为固定化酶，通入浓缩糖液进行转化，其他实施条件同实施例1，最终制备得到的转化糖液中，异麦芽酮糖、果糖的二者总量占总糖量的35％。获得的红糖gi值为60～70，不符合低gi食品要求。实验例1、混合酸法制备蔗渣炭固定化载体对比实验将实施例1所述混合酸法制备蔗渣炭固定化载体，对比单一酸法(硝酸法、磷酸法)，利用比表面积测定仪，检测结果如表2所示，混合酸法制备的蔗渣炭固定化载体比表面积为1032.6m2g-1，优于单一酸法。表2、混合酸法对比实验硝酸法磷酸法混合酸法比表面积/m2g-1672.7806.31032.6实验例2、复合酶酶活比优化将实施例1葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶分别按酶活比1:10、1:12、1:14、1:16，1:18混合，其他实施条件同实施例1，测定转化糖液中葡萄糖、蔗糖、异麦芽酮糖、果糖的含量；葡萄糖、果糖、蔗糖测定方法参照gb5009.8-2016；异麦芽酮糖测定方法参照国标gb1886.182-2016。表3、复合酶酶活比优化结果如表3所示，当葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶的酶活比为1：(14～18)，异麦芽酮糖含量为48％～50％，蔗糖含量低于48％，可见采用特定酶活比的葡萄糖异构酶和蔗糖异构酶作为固定化酶，能够降低转化糖液中蔗糖含量，提高异麦芽酮糖含量。实验例3、蔗渣炭粒径优选将实施例1蔗渣炭粒径选为0.1mm、0.25mm、0.45mm、0.65mm、0.85mm五种粒径，其他实施条件同实施例1，测定蔗渣炭固定化复合酶中蔗糖异构酶负载率、葡萄糖异构酶负载率、糖液活性炭残留、酶转化柱的情况；负载率＝固定化酶活力/投入总酶活力。表4、蔗渣炭粒径的优选结果如表4所示，随着蔗渣炭粒径的增大，蔗糖异构酶负载率、葡萄糖异构酶负载率逐步降低，但是糖液蔗渣炭粉残留及酶转化柱的堵塞情况逐步减少，其中，0.65mm的蔗渣炭粒径表现出较高的负载率及较低的残留率；说明一定粒径的蔗渣炭固定化载体适用于蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶的共固定化，拥有更好的回收性能。实验例3、固定化载体对比实验将实施例1的蔗渣炭固定化载体与常规的凝胶固定化载体相对比，二者应用于蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶的共固定化中的性能对比，常规的固定化载体的制备方法为：以明胶为固定化载体，以戊二醛为交联剂，制备得到复合酶固定化载体，配置ph为8.6的27wt％的明胶，加热至80℃使其完全溶解，待温度下降到50～60℃，按比例加入两种酶，搅拌均匀后加入0.15wt％戊二醛，再迅速搅拌均匀置于4℃凝固过夜，用0.05wt％戊二醛二次交联，反复清洗凝胶，切块备用，其他技术方案同实施例1。表5、固定化载体性能对比结果如表5所示，实施例1的蔗渣炭固定化载体更适于蔗糖异构酶和葡萄糖异构酶的共固定化，其固定化时间更短，蔗糖异构酶负载率更高，载体价格更低。当前第1页12