CN103880972A - 一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法，属于天然产物活性成分分离技术领域。该过程包括原料预处理、同步萃取、过滤、干燥、灭菌、包装的工序，得到富含多糖蛋白产品。该方法通过控制萃取参数可同时萃取多糖和蛋白两大营养物质。经过干燥制的粉剂具有天然性、营养性和方便调配等特点，可作为食品、饮料、保健品和药品等产品的原料或添加剂或膳食补充剂等。生产过程清洁、环境友好、工艺简单、容易实现工业化。
Description
技术领域
本发明涉及活性多糖和蛋白的提取方法，特别涉及一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法，属于天然产物活性成分分离技术领域。
背景技术
多糖和蛋白质均是一类源于高等植物、动物和微生物的天然大分子物质。蛋白质是生物体结构的重要组成部分，也是组织更新和修复的主要原料，并具有多种生理功能。蛋白质的研究一直是世界学者研究热点。多糖被认为是继蛋白质之后最迫切需要攻破的生物大分子。多糖除作为生物体内能量贮元或结构材料外，在细胞识别、信号转导、细胞间物质运输等方面有重要作用。所以功能活性多糖和蛋白质的研究日益成为科学研究的重点。
目前关于多糖和蛋白质的提取方法，仍以传统的热碱水或酸水浸提为主，或利用超声波、微波和高压等方法辅助浸提，或利用酶法辅助浸提等。传统方法浸提得率低、耗时长，辅助浸提法得率提升有限，酶法浸提反应条件温和，但成本过高不利于大量制备。世界各国学者在多糖和蛋白质浸提上做了许多有益探索，但现有技术制备的多糖和蛋白质仍存在水中溶出率低和溶解度差等不足，业已成为限制多糖和蛋白深入研究和产品开发的技术瓶颈，是蛋白质化学和多糖化学以及生物学研究的热点。
亚临界水（Subcritical water）是指将水加热至100℃以上，临界温度374℃以下，控制系统压力条件下仍然保持液态的水。亚临界水与常态水相比具有低相对介电常数、高H+离子和OH-离子浓度、低黏度和低表面张力及高扩散能力等特点。亚临界水萃取（sub-critical water extraction, SWE）是以亚临界水为萃取溶剂，可替代有机溶剂从各类基质中萃取中等极性和弱极性物质；可替代酸性或碱性催化剂催化化学反应；具有高传质和渗透特性，有利于提高萃取效率；又因其安全、无毒、环保、经济等优点，已在环境、医药、工业、能源等领域备受关注。目前利用SWE对环境样品、污水和土壤进行预处理用于分析领域的研究报道较多，近年来国内外已有利用亚临界水萃取天然活性成分如挥发油、黄酮、多酚、萜烯、皂苷、多糖、蛋白质以及蒽酮类物质的相关报道，但同步萃取多糖和蛋白质的专利未见报道。
SWE被世界学者公认为是一种极具潜力开发成为工业化生产的绿色萃取技术。SWE具有高温和高离子积作用等优点，能使植物基质中固有高分子量碳水化合物和蛋白质经水解反应或合成反应生产小分子量多糖和蛋白质，利用SWE的高扩散能力和传质特性，能使多糖和蛋白质最大限度的溶出的同时，显著提高多糖和蛋白质溶出率，从而提高萃取物生物活性。
基于SWE的以上优点，本发明以含多糖蛋白的基质为原料，通过控制萃取参数实现多糖蛋白的亚临界水同步萃取，得到富含多糖蛋白的营养粉剂，该粉体的分散性、溶解性、吸附性也都得到根本的改善。利用SWE技术制备的多糖蛋白具有天然性、营养性和方便调配等特点，可作为食品、饮料、保健品、药品等产品的原料或添加剂。另外也可应用到食品加工的各个领域，提高食品的营养功能，改善其色泽和风味等。
发明内容
本发明的目的是提供一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法，其过程包括原料预处理、亚临界水同步萃取、过滤、干燥、灭菌、包装的工序。经过该方法萃取多糖蛋白溶出率高，生物活性强、分散性、溶解性、吸附性也都得到根本的改善，具有天然性、营养性、方便调配等特点。
一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法，按照下述步骤进行：
（1）原料：选富含多糖或蛋白或同时富含两者的任何一种植物、动物或微生物源的材料。
（2）原料预处理：将干燥的原料脱脂后粉碎，过40目筛；
（3）亚临界水同步萃取：将脱脂粉碎的原料装入萃取釜中，第一次萃取按照水料比为20:1-40:1（质量比）的比例泵入pH 7.0-9.0的去离子水，控制萃取压力在5-10 MPa，萃取温度为100-160 ℃，萃取时间为10-30 min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为10:1-30:1（质量比）、pH 5.0-8.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度120-200 ℃，萃取时间为5-60 min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。
（4）过滤：将提取液经200目工业滤布过滤，得到多糖和蛋白的过滤液。
（5）浓缩：将多糖和蛋白的过滤液减压浓缩至原体积的1/10。
（6）干燥：可将将浓缩物经冷冻干燥或真空干燥，也可不经过浓缩直接喷雾干燥即得多糖和蛋白提取物粉末。
（7）灭菌：经紫外灭菌1-3小时。
（8）包装：将灭菌后的多糖蛋白粉立即装入铝箔袋中，抽真空，密封保存。
其中所述的选富含多糖或蛋白或同时富含两者的任何一种植物、动物或微生物源的材料可为莲子、虫草、米糠、豆渣、麦胚、菜籽饼粕、香菇、紫菜等。
本发明的优点:
（1）通过控制萃取动力学过程，利用亚临界水的高温和高离子积作用能使基质中固有的大分子多糖和蛋白质经过水解或合成反应，生成相对分子量低的多糖和蛋白质，或生成具有活性的多糖和蛋白，从而使多糖和蛋白的含量增加，生物活性增强。
（2）亚临界水低黏度和表面张力以及高扩散能力等能使多糖和蛋白最大限度的溶出，显著提高多糖蛋白的溶出率，提高原料的生物利用率。
（3）SWE生产工艺简单、绿色无污染，容易实现工业化。
具体实施方式
实施例1
取脱脂干燥莲子粉10g，投入萃取釜，第一次萃取按照水料比为40:1的比例泵入pH7.0的去离子水，控制萃取压力在5MPa，萃取温度为140℃，萃取时间为16min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为30:1、pH5.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度160℃，萃取时间为10min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。将提取液经200目工业滤布过滤，浓缩至原体积的1/10，冷冻干燥得多糖和蛋白提取物粉末，多糖蛋白总得率为67.83 %，其中多糖、蛋白的得率分别为55.64%，12.19%。
实施例2
取脱脂干燥的大米虫草10 g，投入萃取釜，第一次萃取按照水料比为20:1的比例泵入pH 9.0的去离子水，控制萃取釜内压力为8 MPa，温度为100 ℃，萃取17 min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为20:1、pH6.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度180℃，萃取时间为10 min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。将提取液经200目工业滤布过滤，滤液经真空干燥得多糖和蛋白提取物粉末，多糖蛋白总得率为31.19 %，其中多糖、蛋白的得率分别为10.84%，20.35%。
实施例3
取脱脂干燥的米糠10g，投入萃取釜，第一次萃取按照水料比为40:1的比例泵入pH9.0的去离子水，控制萃取釜内压力为8 MPa，温度为140℃，萃取20 min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为30:1、pH 5.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度160℃，萃取时间为30 min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。将提取液经200目工业滤布过滤，滤液经真空干燥得多糖和蛋白提取物粉末，多糖蛋白总得率为27.52 %，其中多糖、蛋白的得率分别为8.81%，18.71%。
实施例 4
取脱脂干燥的大豆加工副产物豆渣10 g，置于萃取釜中，第一次萃取按照水料比为30:1的比例泵入pH 9.0的去离子水，控制萃取釜内压力为6 MPa，温度为120℃，萃取30 min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为30:1、pH 8.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度160℃，萃取时间为40 min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。将提取液经200目工业滤布过滤，滤液经真空干燥得多糖和蛋白提取物粉末，多糖蛋白总得率为30.47%，其中多糖、蛋白得率分别为10.95%，19.52%。
实施例 5
取脱脂干燥的小麦胚芽10 g，置于萃取釜中，第一次萃取按照水料比为40:1的比例泵入pH 9.0的去离子水，控制萃取釜内压力为8 MPa，温度为120℃，萃取20 min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为40:1、pH 6.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度180℃，萃取时间为30 min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。将提取液经200目工业滤布过滤，滤液经真空干燥得多糖和蛋白提取物粉末，多糖蛋白总得率为51.36%，其中多糖、蛋白的得率分别为18.91%，32.45%。
实施例 6
取脱脂干燥的菜籽粕10 g，置于萃取釜中，第一次萃取按照水料比为40:1的比例泵入pH 9.0的去离子水，控制萃取釜内压力为6 MPa，温度为140 ℃，萃取30 min后，放出萃取液。继续向滤渣中泵入水料比为30:1、pH 8.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度160 ℃，萃取时间为40 min，冷却，分离萃取液。重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液。将提取液经200目工业滤布过滤，滤液经真空干燥得多糖和蛋白提取物粉末，多糖蛋白总得率为47.23%，其中多糖、蛋白的得率分别为7.67%，39.56%。
对照例：采用常规方法提取多糖蛋白。
分别称取实施例1、2、3、4、5、6中原料10 g，按水料比40:1加去离子水，调节pH至9.0，在90℃下浸提3次，每次浸提1.5 h，分离萃取液，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液，经200目工业滤布过滤，滤液经真空干燥得多糖和蛋白提取物粉末，测定多糖蛋白得率。
不同实施例蛋白和多糖总得率：
| 处理方式 | 多糖得率（%） | 蛋白得率（%） | 总得率（%） |
| 对照例 1 | 43.27 | 8.09 | 51.36 |
| 实施例 1 | 55.64 | 12.19 | 67.83 |
| 对照例 2 | 6.81 | 14.06 | 20.87 |
| 实施例 2 | 10.84 | 20.35 | 31.19 |
| 对照例 3 | 6.74 | 15.11 | 21.85 |
| 实施例 3 | 8.81 | 18.71 | 27.52 |
| 对照例 4 | 6.36 | 14.69 | 21.05 |
| 实施例 4 | 10.95 | 19.52 | 30.47 |
| 对照例 5 | 11.64 | 23.67 | 35.31 |
| 实施例 5 | 18.91 | 32.45 | 51.36 |
| 对照例 6 | 3.46 | 27.61 | 31.07 |
| 实施例 6 | 7.67 | 39.56 | 47.23 |
由上表可以看出，同传统的提取方法相比，亚临界水同步萃取法可以显著提高原料蛋白和多糖的提取效果。
Claims (2)
1.一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法，其特征在于按照下述步骤进行：
（1）原料：可以是富含多糖或蛋白或同时富含两者的任何一种植物、动物或微生物来源的材料；
（2）原料预处理：将干燥的原料脱脂后粉碎，过40目筛；
（3）同步萃取：将脱脂粉碎的原料装入萃取釜中，第一次萃取按照水料比为20:1-40:1的比例泵入pH 7.0-9.0的去离子水，控制萃取压力在5-10 MPa，萃取温度为100-160℃，萃取时间为10-30min后，放出萃取液；
继续向滤渣中泵入水料比为10:1-30:1、pH 5.0-8.0的去离子水，控制萃取压力不变，萃取温度120-200℃，萃取时间为5-60 min，冷却，分离萃取液；
重复上述操作1次，将所有萃取液合并，即可得多糖和蛋白的提取液；
（4）过滤：将提取液经200目工业滤布过滤，得到多糖和蛋白的过滤液；
（5）浓缩：将多糖和蛋白的过滤液减压浓缩至原体积的1/10；
（6）干燥：可将将浓缩物经冷冻干燥或真空干燥即得多糖和蛋白提取物粉末；
（7）灭菌：经紫外灭菌1-3小时；
（8）包装：将灭菌后的多糖蛋白粉立即装入铝箔袋中，抽真空，密封保存。
2. 根据权利要求1所述的一种亚临界水同步萃取多糖和蛋白质的方法，其特征在于其中所述的选富含多糖或蛋白或同时富含两者的任何一种植物、动物或微生物源的材料可为莲子、虫草、米糠、豆渣、麦胚、菜籽饼粕、香菇、紫菜。
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