CN103102430B

CN103102430B - 一种协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法

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Publication number: CN103102430B
Application number: CN201310022943.XA
Authority: CN
Inventors: 彭述辉; 熊波; 徐振林; 潘廷跳; 张挺; 黄利华
Original assignee: Guangzhou City Polytechnic
Current assignee: Guangzhou City Polytechnic
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: CN103102430A

Abstract

本发明涉及天然产物加工技术领域，提供了一种协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法。本发明用不同浓度的乙醇溶液对魔芋粉进行洗涤，制备获得魔芋精粉；然后将魔芋精粉进行抽真空密封包装，利用⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理，获得不同聚合度的魔芋葡甘聚糖复合物；接着将魔芋葡甘聚糖复合物溶解于水中，配成魔芋葡甘聚糖水溶液，通过超滤处理，获得中聚合度魔芋葡甘聚糖溶液；最后，将获得的中聚合度魔芋葡甘聚糖溶液进行减压浓缩干燥，即获得粉末状的中聚合度魔芋葡甘聚糖。本发明方法操作工艺较为简单、生产成本低廉、产物聚合度分布较窄、氧化程度低，适于进行工业化生产。

Description

一种协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法

技术领域

本发明涉及天然产物加工技术领域，更具体地，涉及一种协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法。

背景技术

魔芋葡甘聚糖(KGM)是天南星科魔芋属多年生草本植物魔芋的主要成分，由D-葡萄糖和D-甘露糖按1:1.5或1:1.6的比例通过β-1,4糖苷键连接构成的天然高分子多糖，在其主链的某些甘露糖糖残基C-3位上存在并由β-1,3糖苷键组成的支链，其平均聚合度介于1000～10000之间。由于具有减肥、降血脂、降血糖等多种生理功能和优良的凝胶性、成膜性和生物相容性等特性，目前已被广泛应用于食品、化工、化妆品和医药等领域。然而由于KGM存在分子聚合度较高，粘性较大，溶解度较小等缺陷，因此，在一定程度上限制了天然KGM的应用。

中聚合度KGM是指聚合度介于100～900之间的KGM，该种多糖在保持了KGM原有特性的前提下，降低了KGM水溶胶的粘度，并使得KGM溶解度得到有效的增加。因此，中聚合度KGM是一种极具潜力的功能性多糖。目前常见的KGM降解方法主要有化学法、物理法和生物工程酶法。

《食品科学》2012年第6期罗清楠的文章“响应曲面法优化酸法魔芋葡甘露聚糖水解工艺”，通过向KGM溶液中加入盐酸，并控制盐酸与乙醇体积配比、反应时间、反应温度等因素，制备不同聚合度的KGM低聚糖。该方法操作工艺较为简单、条件易于控制，然而该方法制备的KGM聚合度分布较为分散，而且使用了盐酸等化学试剂，产物的分离纯化过程较为复杂。

申请号为200510019307.7的发明专利“一种魔芋低聚糖的制备方法”，利用紫外光照射KGM水溶胶，使KGM发生降解，从而达到制备聚合度较低的KGM的目的。该方法具有操作简便快捷、产物收率高、KGM的聚合度易于进行控制等优点，然而由于反应未能进行良好的密闭处理，导致KGM极易被氧化，而且由于KGM吸水易发生膨胀，导致紫外光照射处理量较大，难以在实际生产中得到应用。

申请号为01128868.X的发明专利“中性β-甘露聚糖酶降解魔芋精粉生产葡甘露低聚糖技术”，采用β-甘露聚糖酶对KGM进行降解，使得KGM的聚合度降低。该方法产物收率高，生理活性好，然而该方法存在酶制剂价格昂贵、酶解工艺复杂、产物分离纯化难度大、产物聚合度难以控制等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有KGM降解技术的不足，提供一种稳定性较高，可重复进行操作的协同制备中聚合度KGM的方法，以魔芋粉为原料，经过对魔芋粉的合理精制、⁶⁰Coγ射线诱变以及综合的后续处理技术方案，获得中聚合度KGM，针对性解决现有技术制备中聚合度KGM的工艺较为复杂、产物聚合度难以控制、KGM易被氧化、不适于大规模生产等缺陷。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

提供一种协同制备中聚合度KGM的方法，包括以下步骤：

S1.用不同浓度的乙醇水溶液将魔芋粉洗涤2～4次，每次洗涤乙醇水溶液的用量按照1g魔芋粉10～40mL乙醇水溶液的量来确定，然后将洗涤完毕的魔芋粉于30～50℃进行减压干燥30～60min，制备获得高纯度的魔芋精粉；

S2.将S1制备获得的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的质量为0.5～4kg，于室温下采用辐照剂量率为20～30Gy的⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理，辐照时间为5～42h，辐照剂量为10～50kGy，辐照结束后，将呈白色或略微呈淡黄色魔芋精粉置于干燥环境下保存；

S3.将S2辐照处理过的魔芋精粉加水溶解溶胀，溶胀后用100目的滤布进行过滤，然后将滤液于4000～8000r/min下离心5～15min，取上清液备用；

S4.将S3所得上清液通过超滤膜进行超滤处理：具体是将S3所得上清液首先通过截留分子量为100～200KD超滤膜，控制超滤压力为0.10～0.20MPa，料液温度为30～45℃，pH值为7.0～8.0，超滤时间为15～45min，取滤过液；然后将滤过液通过截留分子量为20～50KD超滤膜，控制超滤压力为0.02～0.15MPa，料液温度为20～40℃，pH值为6.0～8.0，超滤时间为25～60min，收集浓缩液备用；

S5.将收集的浓缩液于30～50℃进行减压浓缩后干燥，即得中聚合度KGM。所得中聚合度KGM呈白色或略微呈淡黄色粉末状。

优选地，S1所述不同浓度的乙醇水溶液的体积百分比浓度为40～80％。更为优选的是乙醇水溶液的浓度是40％、60％、80％，即首先用40％的乙醇水溶液洗涤魔芋粉，再用60％的的乙醇水溶液洗涤魔芋粉，然后用80％的乙醇水溶液洗涤魔芋粉。每次洗涤用的乙醇水溶液的用量优选按照1g魔芋粉：20～30mL乙醇水溶液的量来确定。

粗的魔芋粉中含有许多杂质，杂质在辐照过程中会发生各种聚合反应，按上述方法用乙醇洗涤后获得的魔芋精粉纯度较高，有利于后续辐照处理。

优选地，S2所述辐照剂量率为25Gy/min。优选地，S2所述辐照时间为12～20h。优选地，S2所述辐照剂量为20～30kGy。

KGM辐照的基本原理：是通过高能的γ-射线对KGM进行辐照处理，使KGM糖环上产生自由基，并进而通过自由基的作用，导致KGM的糖苷键发生断裂。因此只需要通过控制辐照射线的强度和辐照时间，就可有效的控制魔芋葡甘聚糖的降解反应。

优选地，S3所述加水溶解溶胀是将辐照处理过的魔芋精粉用蒸馏水进行溶解，配置成质量浓度为3～5％的KGM溶液，于45～55℃溶胀2h。

优选地，S3所述过滤是采用100目的滤布进行过滤。优选地，S3所述离心转速为6000r/min，离心时间为10min。

优选地，S4所述第一次超滤的超滤膜的截留分子量为150KD；所述第二次超滤的超滤膜的截留分子量为20KD。

优选地，S5所述减压浓缩是将收集的浓缩液于40℃进行减压浓缩。

本发明首先用不同浓度的乙醇溶液对魔芋粉进行洗涤，获得高纯度的魔芋精粉，然后将魔芋精粉进行抽真空密封处理，利用⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理，促使KGM发生降解，最后利用超滤设备使不同聚合度的KGM进行分离，获得中聚合度KGM。本发明具有操作工艺简单、重现性好、生产成本低廉、KGM氧化程度低、产物聚合度分布较窄、适于工业化生产等优点。

基于本发明的制备原理和设计思想之下，经过长期大量的研究和实验总结，魔芋粉经过洗涤精制后获得的魔芋精粉，经辐照处理后发生降解的降解率可达到55～90％。例如：未经辐照的KGM的重均分子量(Mw)为48.06×10⁴，经过50kGy剂量辐照的KGM的重均分子量(Mw)为6.59×10⁴，降解率为86.29％。

附图说明

图1.本发明的工艺流程图。

图2.辐照剂量为0kGy的KGM分子量分布图。

图3.辐照剂量为50kGy的KGM分子量分布图。

图4.KGM原糖与中聚合度KGM的FT-IR图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步详细说明本发明。本发明所述魔芋粉的来源是云南昭通市三艾有机魔芋发展有限公司。本发明也可采用其它常规方法获得的魔芋粉。

实施例1：

本发明的工艺流程图如附图1所示。

S1.依次用体积浓度为40％、60％、80％的乙醇水溶液对魔芋粉进行洗涤，每次洗涤乙醇水溶液的用量按照1g魔芋粉30mL乙醇水溶液的量来确定，然后将洗涤完毕的魔芋粉于30℃进行减压干燥60min，制备得到纯度为95.4％的魔芋精粉；

S2.将S1制备得到的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的质量为1kg，于室温下采用剂量率为30Gy/min的⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理28h，辐照剂量为50kGy，辐照结束后，魔芋精粉略微呈淡黄色，KGM的降解率为82.69％，将魔芋精粉置于干燥环境下密闭保存；

S3.将经S2辐照处理过的魔芋精粉用蒸馏水进行溶解，配置成质量浓度为6％的KGM溶液，于60℃下溶胀1h，然后用100目的滤布进行过滤，除去滤渣，将滤液置于4000r/min下离心处理5min，取上清液备用；

S4.将S3制备的上清液通过截留分子量为100KD的超滤膜，控制超滤压力为0.12MPa，料液温度为35℃，pH值为6.5，超滤时间为40min；取滤过液，然后将滤过液通过截留分子量为20KD，控制超滤压力为0.05MPa，料液温度为20℃，pH值为7.5，超滤时间为70min，收集浓缩液备用；

S5.将S4收集的浓缩液于30℃进行减压浓缩后干燥，即获得分子量介于20～100KD的中聚合度KGM。

本实施例所得的中聚合度KGM呈淡黄色粉末状，易溶于水。

取所得的中聚合度KGM配成质量浓度小于0.5mg/mL的水溶液，用乌氏粘度计(内径0.5～0.6mm)在30±0.1℃测定特性粘数(η)为2.23Pa·s，根据水溶液的特性粘数与分子量的关系式﹝η﹞＝5.06×10^-4Mw^0.754，计算得中聚合度KGM的重均分子量(Mw)为68.09KD，根据KGM聚合单体的分子量为180，可计算得所制备的KGM的平均聚合度为378，符合中聚合度KGM聚合度为100～1000的范围。

实施例2

S1.依次用浓度为45％、55％、75％的乙醇水溶液对魔芋粉洗涤，每次洗涤乙醇水溶液的用量按照1g魔芋粉25mL乙醇水溶液的量来确定，然后将洗涤完毕的魔芋粉于40℃进行减压干燥45min，制备获得纯度为93.2％的魔芋精粉。

S2.将S1制备得到的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的质量为2kg，于室温下采用剂量率为25Gy的⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理20h，辐照剂量为30kGy，辐照结束后，魔芋精粉略微呈淡黄色，KGM的降解率为77.67％，将魔芋精粉置于干燥环境下密闭保存；

S3.将上述辐照处理过的魔芋精粉用蒸馏水进行溶解，配置成浓度为4％的KGM溶液，于50℃溶胀2h，然后用100目的滤布进行过滤，除去滤渣，然后将滤液置于6000r/min下进行离心10min，取上清液备用；

S4.将上述制备的KGM上清液通过截留分子量为150KD的超滤膜，控制超滤压力为0.16MPa，料液温度为40℃，pH值为7.0，超滤时间为30min，取滤过液，然后将滤过液用截留分子量为30KD的超滤膜，控制超滤压力为0.08MPa，料液温度为25℃，pH值为7.5，超滤时间为60min，收集浓缩液备用。

S5.将收集的浓缩液于40℃进行减压浓缩后干燥，即获得分子量介于30～150KD的粉末状中聚合度KGM。

本实施例所得的中聚合度KGM呈微黄色粉末状，易溶于水。

取所得的中聚合度KGM粉末配成质量浓度小于0.5mg/mL的水溶液，用乌氏粘度计(内径0.5～0.6mm)在30±0.1℃测定特性粘数(η)为3.17Pa·s，根据水溶液的特性粘数与分子量的关系式﹝η﹞＝5.06×10^-4Mw^0.754，计算得中聚合度KGM的重均分子量(Mw)为108.56KD，根据KGM聚合单体的分子量为180，可计算得所制备的KGM的平均聚合度为603，符合中聚合度KGM聚合度为100～1000的范围。

实施例3

S1.依次用浓度为50％、60％、70％的乙醇对魔芋粉进行洗涤，每次洗涤乙醇水溶液的用量按照1g魔芋粉20mL乙醇水溶液的量来确定，然后将洗涤完毕的魔芋粉于50℃进行减压干燥30min，制备得到得纯度为91.6％的魔芋精粉。

S2.将制备获得的魔芋精粉，抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的质量为3kg，于室温下采用剂量率为20Gy/min的⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理9h，辐照剂量为10kGy，辐照结束后，魔芋精粉呈白色粉末状，KGM的降解率为66.98％，然后将魔芋精粉置于干燥环境下密闭保存；

S3.将上述辐照处理过的魔芋精粉用蒸馏水进行溶解，配置成质量浓度为2％的KGM溶液，于40℃溶胀3h，然后用100目的滤布进行过滤，除去滤渣，然后将滤液置于8000r/min下进行离心15min，取上清液备用。

S4.将上述制备的KGM上清液通过截留分子量为200KD的超滤膜，控制超滤压力为0.20MPa，料液温度为45℃，pH值为7.0，超滤时间为20min，去滤过液，然后将滤过液通过截留分子量为50KD的超滤膜，控制超滤压力为0.10MPa，料液温度为30℃，pH值为6.5，超滤时间为50min，收集浓缩液备用。

S5.将收集的浓缩液于50℃进行减压浓缩后干燥，即获得分子量介于80～200KD的粉末状中聚合度KGM。

本实施例所得的中聚合度KGM呈白色粉末状，易溶于水。

取所得的中聚合度KGM粉末配成质量浓度小于0.5mg/mL的水溶液，用乌氏粘度计(内径0.5～0.6mm)在30±0.1℃测定特性粘数(η)为3.96Pa·s，根据水溶液的特性粘数与分子量的关系式﹝η﹞＝5.06×10^-4Mw^0.754，计算中聚合度KGM的重均分子量(Mw)为145.83KD，根据KGM聚合单体的分子量为180，可计算得所制备的KGM的平均聚合度为810，符合中聚合度KGM聚合度为100～1000的范围。本发明采用所述方法做了成千上万次试验，长期大量实验证明，将魔芋粉采用本发明所述范围内的技术参数洗涤精制后的辐照处理，采用不同辐照强度辐照下，魔芋粉都一定发生了降解，而且，降解率幅度在50～90％之间，同一辐照强度下，魔芋粉的降解率变化幅度很微小，本发明具有稳定技术效果，实用可行；进一步结合本发明精制、超滤分离技术方案，可简单易行地实现工业化生产中聚合度KGM。

Claims

1.一种协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1. 依次用体积浓度为40%、60%、80%的乙醇水溶液对魔芋粉进行洗涤，每次洗涤乙醇水溶液的用量按照1 g魔芋粉30 mL乙醇水溶液的量来确定，然后将洗涤完毕的魔芋粉于30℃进行减压干燥60 min，制备得到纯度为95.4%的魔芋精粉；

S2.将S1制备得到的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的质量为0.5～4 kg，然后于室温下采用⁶⁰Coγ射线对魔芋精粉进行辐照处理，辐照结束后，魔芋精呈白色或略微呈淡黄色，然后将经过辐照处理后的魔芋精粉置于干燥环境下保存；

S3.将经S2辐照处理过的魔芋精粉加水溶解溶胀，溶胀后过滤，将滤液离心处理，取上清液备用；

S4.将S3所得上清液通过截留分子量较大的超滤膜，取滤过液，然后将滤过液通过截留分子量较小的超滤膜，收集浓缩液备用；

S5.将S4收集的浓缩液进行减压浓缩后干燥，即得中聚合度魔芋葡甘聚糖；

S2所述辐照的剂量率为20~30 Gy/min，辐照时间为5~42 h，辐照剂量为10～50 kGy。

2.根据权利要求1所述协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S3所述加水溶解溶胀是将辐照处理过的魔芋精粉用蒸馏水进行溶解，配置成质量百分浓度为1～8%的溶液，于40～60℃溶胀1～3h。

3.根据权利要求1所述协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S3所述过滤是采用100目的滤布进行过滤；所述离心处理的时间4000～8000 r/min下离心处理5~15min。

4.根据权利要求1所述协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S4所述的截留分子量较大的超滤膜为截留分子量为100～200 KD的超滤膜，超滤条件为：超滤压力0.10～0.20 MPa，料液温度30～45 ℃，pH值7.0～8.0，超滤时间15～45 min。

5.根据权利要求1所述协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S4所述的截留分子量较小的超滤膜为截留分子量为20～50 KD的超滤膜，超滤条件为：超滤压力0.02～0.15 MPa，料液温度20～40 ℃，pH值6.0～8.0，超滤时间25～60 min。

6.根据权利要求1所述协同制备中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S5所述减压浓缩是将收集的浓缩液于30～50 ℃的温度下进行减压浓缩。