低聚果糖(Fructo oligosaccharide)

第二节 FOS的物理化学性质
2.5 FOS产品的水分活度
0.85
66
72
图2-3 低聚果糖、蔗糖、葡萄糖、55%的果糖和山梨醇的水分活度
大部分细菌无法在水分活度(Aw)<0.85的环境下繁殖， 美国规定库存食品水分活度Aw不能超过0.85。
第二节 FOS的物理化学性质
2.5 FOS产品的吸湿性
图2-4 低聚果糖、果糖、山梨醇、麦芽糖和蔗糖在不同相对湿度下的水分含量
第五节 FOS的生产工艺及产品分析
5.3 FOS产品分析方法举例
DP Reference
FOS
Peak No. Ret. Time DP*
1 2 3 4 22.5 30.9 34.6 37.1 min min min min 2 3 4 5
Identity**
Sucrose Kestose Nystose 1--fructo-furanosyl-D-nystose
芦笋 甜菜叶
菊苣 洋葱 龙舌兰
第四节 FOS的生产用酶
4.2 植物来源的果糖转移酶催化反应举例(一)
1-SST
6-SFT
6G-FFT
第四节 FOS的生产用酶
4.2 植物来源的果糖转移酶催化反应举例(二)
sucrose:sucrose 1fructosyltransferase
黑麦双叉寡糖
fructan:fructan 1fructosyltransferase
504
Nystose 1-β-fructofuranosyl-Dnystose
666
C30H52O26
828
第一节 FOS概 述
1.5 低聚果糖各成分的天然分布
低聚果糖 GFn 分 布
菊科(芦笋属、向日葵、菊苣属等) 百合科（洋葱属、欧洲韭属、大蒜属等） 禾本科（小麦属、大麦属、黑麦属、燕麦属、黎属） 石蒜科（雪片蓬等） 大舌兰科、紫菀科、风铃草科、剑麻科、十字花科、 七味树科 芦笋、黎属 芦笋
2.1 FOS的一般物理化学性质
低聚果糖三种组分均为非还原性糖，都极易形成
白色结晶
低聚果糖的 吸湿性很强，它的含水产品难于在空
气中长时间保存； 低聚果糖水溶液的 黏度 比同浓度的蔗糖溶液略小， 热稳定性 也较蔗糖高； 低聚果糖在一般的食品pH范围(4.0~7.0) ， 非常稳定 以上； 1年 可在4℃下保存
低聚果糖的吸湿性很强，在不同的相对湿度下，G型的 吸湿性和山梨醇类似。
第二节 FOS的物理化学性质
2.5 FOS产品的热稳定性
图2-5 低聚果糖和蔗糖在不同温度下的热稳定性
低聚果糖的热稳定性相当好，在中性条件下加热至140℃时 都很稳定。
第二节 FOS的物理化学性质
2.6 FOS产品的热稳定性与pH值的关系
F β-2,1 F
OH
CH2 O
蔗糖(GF)
蔗果三糖(GF2)
蔗果四糖(GF3)
蔗果五糖(GF4)
第一节 FOS概述
1.4 低聚果糖各成分的分子式及其相对分子质量
中文名称 （简写） 英文名称 分子式 相对分子质量
蔗果三糖 (GF2)
蔗果四糖 (GF3) 蔗果五糖 (GF4)
Kestose
C18H32O16 C24H42O21
第一节 FOS概述
sucrose
OH O OH OH HO OH O O OH OH
kestose nystose 1--fructofuranosyl-D-nystose 1.3 低聚果糖各成分的化学结构式
OH O OH O OH O
G β-2,1 F
OH
OH OH HO OH O O OH OH HO O OH OH
第四节 FOS的生产用酶
4.5 果糖基转移酶的作用机理
两个关键酶： 1-SST 1-FFT
三步反应： 第一步是一分子的蔗糖在蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST)的作用下分解为果糖基 和葡萄糖，果糖基与另一分子的受体蔗糖反应合成蔗果三糖， 第二步是蔗糖在果聚糖：果聚糖1F-果糖转移酶(1-FFT)的作用下与蔗果三糖反应合成蔗 果四糖， 第三步是蔗糖在1-FFT的作用下与蔗果四糖反应合成蔗果五糖。
5.3 FOS产品分析方法举例
HPLC分析条件如下： Column: Prevail Carbohydrate ES, 250 × 4.6mm Mobile Phase: A: Acetonitrile B: 0.04% NH4OH in Water Gradient: Time: 0 25 40 80 %B: 17 27 45 65 Flow rate: 1.0mL/min Column Temp: Ambient Detector: ELSD 2000
1953年，Bacon等用高温淀粉酶作用于蔗糖，得到了一系列
低聚糖，从中分离出异蔗果三糖(isokestose or 6-kestose)。 1954年，Gross等从蔗糖水解产物中又分离出新蔗果三糖 (neokestose)。
第一节 FOS概述
1.2 蔗果三糖、异蔗果三糖、新蔗果三糖的结构区别
第五节 FOS的生产工艺及产品分析
5.2 高纯度FOS(P型)的生产工艺
黑曲霉 培养 蔗糖液培养基 固定化双酶法
果 糖 基 转 移 酶
葡 萄 糖 氧 化 酶
高蔗 浓糖 度浆
转移反应
膜离 分子 离交 或换
脱盐
脱色 活性炭
真空浓缩
分离提纯
高纯度FOS 95%(干基)
第五节 Байду номын сангаасOS的生产工艺及产品分析
第五节 FOS的生产工艺
5.4 普通型(G型)与高纯度FOS(P型)的产品分析
碳水化合物 质量分数% 产品类型
葡萄糖
果糖
蔗糖
GF2
GF3
GF4
FOS 合计
G型
30.36
0
14.11 37.20 16.00 2.33 55.53
P型
0
0
1.68
43.63 54.69
痕 量
98.32
反应以500g/L的蔗糖为底物，在50℃下反应25h。
G
OH OH HO OH O O OH OH HO O OH OH HO O OH OH
G
OH OH HO OH O O OH OH HO O OH OH HO O OH OH HO O OH OH
G
F β-2,1 F
OH
F
F
CH2 O
CH2 O
CH2 O
F β-2,1 F
OH
F
CH2 O
CH2 O
第二节 FOS的物理化学性质
2.1 FOS的一般物理化学性质
低聚果糖 旋光度 甜度(相对于 蔗糖的百分比)
蔗果三糖GF2
蔗果四糖GF3 蔗果五糖GF4 蔗糖GF
+28.5
+10.1 -1.6 +66.5
31%
22% 16% 100%
第二节 FOS的物理化学性质
2.2 FOS产品的分类 产品 质量分数%
GF2
GF3 GF4
第一节 FOS概述
1.6 一些食物中的低聚果糖含量
食物 蜂蜜 大蒜 黑麦 红糖 香蕉 洋葱 水分含量/% 17 61 11 2 76 89 FOS含量/（%）湿重 0.75 0.60 0.50 0.30 0.30 0.23
西红柿
大麦
93
11
0.15
0.15
第二节 FOS的物理化学性质
图2-1 低聚果糖、蔗糖和55-果葡糖浆在不同温度下的粘度
低聚果糖是一种无色透明液体，但工业化产品呈淡黄色 或黄色，在75°Bx时的粘度介于蔗糖和果葡糖浆之间。
第二节 FOS的物理化学性质
2.4 FOS产品的甜度
图2-2 低聚果糖、蔗糖、葡萄糖和果糖的甜度
G型和P型低聚果糖糖浆的甜度分别是10°Bx蔗糖溶液 的0.6和0.3倍。
sucrose:fructan 6fructosyltransferase
左聚糖 (果聚糖)
第四节 FOS的生产用酶
4.3 微生物来源的果糖基转移酶简介
拉丁文 中文名称 合成的低聚果糖的纯度
Aspergillus niger
Aureobasidium pullans Aspergillus phoecinis Scopulariopsis brevicaulis Arthrobacter sp.
第五节 FOS的生产工艺及产品分析
5.1 普通级FOS(G型)的生产工艺
细胞培养
酶的提取
酶的固定化
酶反应
分离纯化
柱反应器
浓缩
间歇法 灭菌 连续法
产品
第五节 FOS的生产工艺及产品分析
5.2 高纯度FOS(P型)的生产工艺
果糖转移酶-葡萄糖氧化酶 双酶 果糖转移酶-葡萄糖异构酶 活性炭法(脱色) 色谱 Ca2+或Na+型阳离子交换树脂法(脱盐)
30
100 65 50 30 30
第五节 FOS的生产工艺
5.3 FOS不同产地产品的规格
产地 中国 品名 L55 L80 低聚果糖含量/% >55 >80 甜度/% 60 40
来源 酶的活性 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 蔗糖：果聚糖6F-果糖基转移酶(6-SFT) 果聚糖：果聚糖6G-果糖基转移酶(6G-FFT) 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 蔗糖：果聚糖6F-果糖基转移酶(6-SFT) 果聚糖：果聚糖6G-果糖基转移酶(6-FFT) 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 果聚糖：果聚糖1F-果糖基转移酶(1-FFT) 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶(1-SST) 果聚糖：果聚糖1F-果糖基转移酶(1-FFT) 菊二糖：菊二糖1F-果糖基转移酶(1-CCT) 蔗糖：蔗糖1F-果糖基转移酶 合成的低聚果糖 1-蔗果三糖 6-蔗果三糖 新蔗果三糖 1-蔗果三糖 6-蔗果三糖 新蔗果三糖 GF2或GFn GF2或GFn 菊二糖→菊三糖 GF2
第二章 低聚果糖 Fructo oligosaccharide (FOS)
FOS概述 FOS基本性质
FOS生理功能 植物来源
FOS生产用酶
FOS生产工艺
微生物来源
作用机理
第一节 FOS概述
1.1 低聚果糖的发现简史
1950年，Bacon等人在研究酵母转化酶(invertase)时，从蔗
糖水解物中发现一些低聚糖，这些低聚糖的结构为GFn的形 式。 1952年，Whalley等用酵母转化酶作用于蔗糖，首次分离得 到蔗果三糖(1-kestose)。
蔗果三糖(kestose) 异蔗果三糖(isokestose) 新蔗果三糖(neokestose)
β-D-Fruf-(2→1)-β-D-Fruf-(2→1)-α-D-Glcp β-D-Fruf-(2→6)-β-D-Fruf-(2→1)-α-D-Glcp β-D-Fruf-(2→6)-α-D-Glcp-(1→2)-β-D-Fruf
图2-6 低聚果糖在不同pH时的热稳定性
低聚果糖在中性或接近中性的环境中具有很好的热稳定性。 当它处于pH<4的酸性环境中时，高温下易分解，低温则影 响不大。
第三节 FOS的生理功能
促进矿物质吸收 改善肠道菌群
抗龋齿
FOS
低热量、低甜度
润肠通便
降血脂
第四节 FOS的生产用酶
4.1 植物来源的果糖转移酶简介
第四节 FOS的生产用酶
4.6 果糖基转移酶酶活的定义及测定方法
果糖基转移酶酶活力的定义： 50℃下，每毫克酶
每分钟生成的蔗果三糖的微摩尔数
测定方法：取一定量的酶加入到用0.1 mol/L、
pH5.0的柠檬酸-磷酸盐缓冲溶液配制的10%的蔗 糖溶液中，在50℃进行酶反应30min，用HPLC分 析反应产物中各成分的含量，按定义计算酶活力， 即每分钟生成的蔗果三糖的微摩尔数。
黑曲霉
出芽短梗霉 海藻曲霉 短尾帚霉 节杆菌属
55~60%
55~60% 50~55% 40~50% 40~50%
第四节 FOS的生产用酶
4.4 微生物来源果糖基转移酶的性质
微生物来源的果糖基转移酶分子比植物来源的大， 稳定温度范围比植物来源的宽。
黑曲霉中β-果糖基转移酶的最适pH为3.5~6.0，pH 稳定范围4.0~10.0，最适温度为55~60℃；Km值(蔗 糖)为0.0044~0.62 mol/L之间，酶的相对分子质量为 104~105。
葡萄糖(G)含量 蔗糖(GF)含量 蔗果三糖(GF2)含量 蔗果四糖(GF3)含量
G型低聚果糖 （普通型）
33 12 25 25
P型低聚果糖 （高纯度型）
2 3 35 50
蔗果五糖(GF4)含量
低聚果糖总含量
5
55
10
95
低聚果糖总含量是指GF2+GF3+GF4的总量
第二节 FOS的物理化学性质
2.3 FOS产品的外观和粘度
第五节 FOS的生产工艺
5.5 FOS不同产地产品的规格
产地
品名
Meiligo G(液)
低聚果糖含量/%
>55 >95 >95
甜度/%
60 30 30
日本
Meiligo P(液) Meiligo P(粉)
Meiligo P(粒) L50
L60 欧洲 L85 L95 P固
>95
50 60 85 95 95