CN102585030A - 利用谷物提取β-葡聚糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用谷物提取β-葡聚糖的方法，是将谷物或脱去种皮的谷物粉碎、加水浸泡得到含水量为40~85%的物料，再经高温高压处理、湿磨成浆液，然后经纤维素酶酶解、碱提、酶解糖化、灭酶，得到料液；最后将料液采用膜分离工艺进行分离、纯化、浓缩，干燥，得到β-葡聚糖粉末。本发明提取的β-葡聚糖粉末的纯度为55%~80%，较现有技术提高5~7%，提取率为70%~85%，较现有技术提高5~10%。本发明采用高压高温蒸煮的方式对原料进行处理，相对以膨化的方式处理具有更好的安全性、稳定性和更强的可操作性，而且节能、有效降低了成本，有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种提取β-葡聚糖的方法，尤其涉及一种利用谷物提取β-葡聚糖的方法。
背景技术
β-葡聚糖是谷物籽粒胚乳和糊粉层细胞的组要组分，是一种混合型的多聚葡萄糖。β-葡聚糖与纤维素一样都属于非淀粉多糖。生物医学界普遍认为，β-葡聚糖具有降血糖、清肠、降低胆固醇、提高机体免疫力的四大功能，因而在食品、生物医药、保健等方面具有广泛的应用。
有关β-葡聚糖提取工艺的研究已有30多年的历史，其提取方法主要有物理法、化学法等方法。物理法主要是通过干磨、筛分、空气分级机技术制备富含β-葡聚糖的大麦粉。化学提取法主要有水提法、碱提法和酸提法三种。一般提取时首先将原料粉碎、过筛，高温灭内源酶（以β-葡聚糖酶为目标），然后用水，稀碱或稀酸在一定的温度下进行提取，然后将提取液进行浓缩后，使用有机溶剂（乙醇、丙酮等）将β-葡聚糖沉淀出来，离心，得到沉淀产物。
中国专利200910243203.2公开了一种β-葡聚糖的制备方法，该方法是将带种皮的谷物籽粒或脱去种皮的谷物胚乳进行膨化后再进行提取、纯化，得到β-葡聚糖，但是由于该方法提取的β-葡聚糖的纯度较低（最高达75%），提取率也不高（最高达75%）。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种利用谷物提取β-葡聚糖的方法。
本发明提取β-葡聚糖的方法，是将谷物或脱去种皮的谷物粉碎、加水浸泡得到含水量为40~85%的物料，再经高温高压处理、湿磨成浆液，然后经纤维素酶酶解、碱提、酶解糖化、灭酶，得到料液；最后将料液采用膜分离工艺进行分离、纯化、浓缩，干燥，得到β-葡聚糖粉末。
所述高温高压处理工艺为：将浸泡后的物料置于高设备中，在压力0.10Mpa~0.20 Mpa，温度100~121℃下处理30~120min，使谷物中的内源性β-葡聚糖酶纯化失活，而且在处理过程中也会造成籽粒内部分淀粉、蛋白组分发生变性，这将更有利于β-葡聚糖的提取。
所述湿磨工艺为：将经高温高压处理后的物料加水搅拌均匀，使体系的料水比为1:10~1:20，然后采用胶体磨湿磨成浆液。
所述纤维素酶酶解工艺为：调节湿磨后浆液的pH值=4.5~6.0，加入物料质量0.1%~0.3%的纤维素酶，于40~60℃下酶解0.5~2小时；或调节湿磨后浆液的pH值=4.5~6.0，加入物料质量0.1%~0.3%的纤维素酶和5U/g-15U/g的中温α-淀粉酶，于40~60℃下酶解0.5~1小时。纤维素酶酶解的目的在于将谷物籽粒的细胞壁降解，这将有利于β-葡聚糖的溶出。考虑到纤维素酶和中温α-淀粉酶的酶解条件较为一致，酶制剂具有高度专一性的特点，可以同时加入，一方面利用纤维素酶将谷物细胞壁降解，另一方面利用中温α-淀粉酶对淀粉进行液化，这将在很大程度上降低反应体系的粘度，以利于β-葡聚糖的溶出。两种酶同时使用，不仅提高了β-葡聚糖的提取率，而且简化了工艺，缩短提取时间，降低了提取成本。
所述碱提工艺为：调节纤维素酶解后料液的pH=8.5~10，于75~80℃下提取2~3小时。水提的目的是葡聚糖溶解于碱性水溶液中。
所述酶解糖化工艺为：将碱提后的料液调节pH=3~5，离心固液分离；液相调pH=4.5~6.0，按5U/g-15U/g的比例加入α-淀粉酶，于40~90℃酶解0.5~2小时；调节pH=4~6，按40U/g-100U/g的比例加入糖化酶、异淀粉酶和支链淀粉酶中的至少一种，于40~60℃下酶解1~5小时；酶解后的料液于80~100℃下灭酶，调节pH=6~8，静置，离心固液分离，得到料液。或将碱提后的料液调节pH=3~5，离心固液分离；液相调节pH=4~6，按40U/g~100U/g的比例加入糖化酶、异淀粉酶和支链淀粉酶中的至少一种，于40~60℃下酶解1~5小时；酶解后将料液于80~100℃下灭酶，调节pH=6~8，静置，离心固液分离，得到料液。酶解糖化的目的是将淀粉转化为小分子的寡糖，为下一步过膜做准备。
所述膜分离工艺为：采用截留分子量为3000~100000的卷式膜设备，调整进口压力为0.2~1.0 MPa，出口压力为0.1~0.9 MPa，浓缩倍数为5~15，对糖化、灭酶后的料液进行分离、纯化、浓缩。
所述干燥工艺为喷雾干燥、冷冻干燥或减压干燥。
本发明采用的谷物为皮大麦、裸大麦、燕麦、小麦、玉米、荞麦、高粱、糜谷或水稻。
经AOAC检测β-葡聚糖的方法测定，本发明提取的β-葡聚糖粉末的纯度为55%~80%，提取率为70%~85%。
本发明方法相对现有技术具有以下优点：
1、β-葡聚糖的提取率高（可达到70%~90%），提取得到的β-葡聚糖产品的纯度高（可达到55%~75%）。
2、由于采用高压高温蒸煮的方式对原料进行处理，相对以膨化的方式处理，具有更好的安全性、稳定性，而且可操作性更强，有利于工业化生产。
3、本发明采用两步酶解工艺，有利于β-葡聚糖的溶出，提高了β-葡聚糖的提取率，又可简化工艺，缩短提取时间。
4、本发明高温高压蒸煮取代膨化，节能达到40%，有效降低了成本。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明β-葡聚糖的提取方法作进一步说明 。
实施例1：以带种皮的裸大麦为原料提取β-葡聚糖
（1）高温高压处理：将裸大麦籽粒用粉碎机初碎，按1:5比例加水浸泡8小时，使其水分含量在40~85%；置于高压设备中，调节压力为0.15MPa，温度为121℃，处理60min。
（2）湿磨：在高压高温处理后的物料中加水搅拌均匀，使体系的料水比达到1:17，采用胶体磨湿磨成浆液。
（3）纤维素酶酶解：调节浆液pH值至6.0左右，加入上述物料质量0.1%的纤维素酶，于55℃下酶解1小时。
（4）碱提：用氢氧化钠调节纤维素酶酶解后料液的pH=9.0，于75℃下提取2小时，调节料液pH=4.5左右，静置10min，采用卧螺离心机固液分离。
（5）糖化酶解：调节碱提离心后液相的pH=6.0，按10U/g比例加入中温α-淀粉酶，于60℃酶解1小时；然后调节料液pH=4.5，按60U/g的比例加入糖化酶，于60℃下酶解2小时；酶解后将料液加热至90℃进行灭酶处理20min，调节料液pH=7.0，静置，采用碟片离心机固液分离。
（6）分离、提纯：将离心后的清液采用卷式膜设备进行分离、纯化、浓缩，低温喷雾干燥的方式干燥，得β-葡聚糖产品。调整膜设备的截留分子量为10000，浓缩倍数10。
经检测，β-葡聚糖含量为65%，提取率为75%。
实施例2：以带种皮的裸大麦为原料提取β-葡聚糖
（1）高温高压处理：将裸大麦籽粒用粉碎机初碎，按1:5比例加水浸泡8小时，使其水分含量在40~85%；然后置于高压设备中，控制压力为0.15MPa，温度为121℃，处理60min。
（2）湿磨“在经高压高温处理后的物料中加水搅拌均匀，使体系的料水比达到1:17，采用胶体磨湿磨成浆液。
（3）纤维素酶酶解：调节湿磨后的浆液pH=6.0，按物料质量比0.1%的比例加入纤维素酶和1010U/g比例加入中温α-淀粉酶，于60℃下酶解1小时。
（4）碱提：调节纤维素酶酶解后料液的pH=9，于75℃下提取2小时；调节料液pH=4.5，静置10min，采用卧螺离心机固液分离。
（5）糖化酶解：调节碱提离心后液相的pH=4.5，按60U/g的比例加入糖化酶，于60℃下酶解2小时，酶解后将料液加热至90℃进行灭酶处理20min，调节料液pH=7.0，静置，采用碟片离心机固液分离。
（6）分离、提纯：将离心后清液采用膜分离设备进行分离、纯化、浓缩，低温喷雾干燥，得β-葡聚糖产品。调整膜分离设备的截留分子量为10000，浓缩倍数10。
经检测，β-葡聚糖含量为65%，提取率为80%。
实施例3：以去种皮的裸大麦为原料提取β-葡聚糖
（1）将裸大麦籽粒去种皮后用粉碎机初碎，按1:5比例加水浸泡8小时，使其水分含量在40~85%；置于高压中，控制压力为0.15MPa，温度为121℃，处理60min。
（2）湿磨：在经高压高温处理后的物料中加水搅拌均匀，使体系的料水比达到1:17，采用胶体磨湿磨成浆液。
（3）纤维素酶酶解：调节湿磨后浆液的pH=6.0，按物料质量比0.1%的比例加入纤维素酶和1010U/g比例加入中温α-淀粉酶，于60℃下酶解1小时。
（4）碱提：调节纤维素酶酶解后料液的pH=9，于75℃下提取2小时；调节料液pH=4.5，静置10min，然后采用卧螺离心机固液分离。
（5）糖化酶解：调节碱提离心后液相的pH=4.5，按60U/g的比例加入糖化酶，于60℃下酶解2小时，酶解后将料液加热至90℃进行灭酶处理20min，调节料液pH至7.0，静置，采用碟片离心机固液分离。
（6）分离、提纯：将离心后的清液采用膜分离设备进行分离、纯化、浓缩，低温喷雾干燥，得β-葡聚糖产品。调整膜设备的截留分子量为10000，浓缩倍数10。
经检测，产品中β-葡聚糖含量为70%，提取率为85%。
对比实验例
A：发明实施例1所述的提取β-葡聚糖
以带种皮和脱种皮的裸大麦为原料，采用实施例2方法制备β-葡聚糖，测量所得β-葡聚糖的纯度含量，结果见表1。
：采用膨化工艺提取β-葡聚糖
分别将脱种皮和脱种皮的裸大麦在温度150℃，压力8kg，水分含量12%的条件下进行气流膨化，然后与水以1:17的质量比混合，充分搅拌；用碳酸钠溶液调节pH=9.0；于75℃条件下提取2小时， 将料液用盐酸调节pH=4.5，静置10min，采用卧螺离心机分离；分离后的液体再用盐酸调节pH=6.0，再按照10U/g的比例加入中温α-淀粉酶，于60℃反应1小时；然后用盐酸调节pH=4.5，按60U/g的比例加入糖化酶，于60℃下酶解2小时，酶解后将料液加热至90℃进行灭酶处理20min，调节料液pH至7.0，静置，采用碟片离心机离心。离心后的清液采用膜设备进行分离、纯化、浓缩。采用喷雾干燥的方式干燥，得β-葡聚糖。
对比实验结果见表1
表1 A、B两种方法实验结果
上述对比实验例说明，本发明得到的β-葡聚糖的纯度相对现有技术提高了5~7%，提取率提高了5~10%。
Claims (10)
1.利用谷物提取β-葡聚糖的方法，是将谷物或脱去种皮的谷物粉碎、加水浸泡得到含水量为40~85%的物料，再经高温高压处理、湿磨成浆液，然后经纤维素酶酶解、碱提、酶解糖化、灭酶，得到料液；最后将料液采用膜分离工艺进行分离、纯化、浓缩，干燥，得到β-葡聚糖粉末。
2.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述高温高压处理工艺为：将浸泡后的物料置于高压设备中，在压力0.10Mpa~0.20 Mpa，温度100℃~121℃下处理30~120min。
3.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述湿磨工艺为：将经高温高压处理后的物料加水搅拌均匀，使体系的料水比为1:10~1:20，然后采用胶体磨湿磨成浆液。
4.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述纤维素酶酶解工艺为：调节湿磨后浆液的pH值=4.5~6.0，加入物料质量0.1%~0.3%的纤维素酶，于40~60℃下酶解0.5~2小时。
5.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述纤维素酶酶解工艺为：调节湿磨后浆液的pH值=4.5~6.0，加入物料质量0.1%~0.3%的纤维素酶和5U/g-15U/g的中温α-淀粉酶，于40~60℃下酶解0.5~1小时。
6.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述碱提工艺为：调节纤维素酶解后料液的pH=8.5~10，于75~80℃下提取2~3小时。
7.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述酶解糖化工艺为：将碱提后的料液调节pH=3~5，离心固液分离；液相调pH=4.5~6.0，按5U/g-15U/g的比例加入α-淀粉酶，于40~90℃酶解0.5~2小时；调节pH=4~6，按40U/g-100U/g的比例加入糖化酶、异淀粉酶和支链淀粉酶中的至少一种，于40~60℃下酶解1~5小时；酶解后的料液于80~100℃下灭酶，调节pH=6~8，静置，离心固液分离。
8.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述酶解糖化、灭酶工艺为：将碱提后的料液调节pH=3~5，离心固液分离；液相调调节pH=4~6，按40U/g~100U/g的比例加入糖化酶、异淀粉酶和支链淀粉酶中的至少一种，于40~60℃下酶解1~5小时；酶解后将料液于80~100℃下灭酶，调节pH=6~8，静置，离心固液分离，得到料液。
9.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述膜分离工艺为：采用截留分子量为3000~100000的卷式膜设备，调整进口压力为0.2~1.0 MPa，出口压力为0.1~0.9 MPa，浓缩倍数为5~15，对糖化、灭酶后的料液进行分离、纯化、浓缩。
10.如权利要求1所述利用谷物提取β-葡聚糖的方法，其特征在于：所述谷物为皮大麦、裸大麦、燕麦、小麦、玉米、荞麦、高粱、糜谷或水稻。
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