CN104448054A - 一种调节肠道功能的小麦阿拉伯木聚糖提取物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种调节肠道功能的小麦阿拉伯木聚糖提取物及其制备方法。该制备方法，包括如下步骤：小麦粉经提取谷朊粉和/或小麦淀粉后的生产废水经离心分离，取上清液；所述上清液经蒸煮后再进行离心分离，得上清液；所述上清液经下述1)或2)的步骤即得小麦阿拉伯木聚糖提取物：1)所述上清液经喷雾干燥即得；2)所述上清液经浓缩，并调整pH值为7～8后，加入β-淀粉酶和糖化酶进行反应，最后经离心分离后得到上清液，所述上清液经乙醇沉淀后，即得。本发明制备方法制备得到的提取物具有提高肠道屏障功能、促进小肠绒毛生长以及促进肠道DNA转录等多种功能，因此具有较好的应用前景。

Description

一种调节肠道功能的小麦阿拉伯木聚糖提取物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种调节肠道功能的小麦阿拉伯木聚糖提取物及其制备方法。
背景技术
阿拉伯木聚糖(Arabinoxylans，简称AX)是一种半纤维素，存在于植物的初生及次生细胞壁中，包括谷物种子和木材。AX是由木糖和阿拉伯糖两种糖组成的聚合物，也可称作戊聚糖。基本结构包括木糖残基经1,4-糖苷键连接而成的木聚糖主链和阿拉伯糖基侧链，在某些阿拉伯糖上还存在着以酯键相连接的酚酸类物质。
目前小麦阿拉伯木聚糖的提取主要有两种来源，一是从小麦麸皮中提取，一种是从小麦面粉中提取，提取方法主要有碱提法和酶提法两种。
麸皮为小麦加工的副产物，阿拉伯木聚糖含量丰富，约在20％以上，我国每年麸皮产量高达2000多万吨，所以目前一些阿拉伯木聚糖提取工艺的研究多集中在从麸皮中提取，但麸皮中的阿拉伯木聚糖大多数都不溶于水，提取困难，目前可行的方法为碱提法，碱提工艺会带来大量含碱废水排放，造成环境污染。
面粉中的阿拉伯木聚糖含量在2％左右，其中水可提取的部分约占0.5％～0.8％，从面粉中直接提取阿拉伯木聚糖，面粉原料用量大，提取成本高，目前只在实验室进行小规模提取，提取方法多为物理离心配合酶法进行，只用于科学研究，大规模工业化生产探索不够，没有形成成熟的工艺路线，不能进行产业化生产。
小麦淀粉、谷朊粉的生产废水中，含有优质的水溶性阿拉伯木聚糖，我国小麦面粉加工产业庞大，传统的小麦淀粉、谷朊粉加工工艺是将小麦面粉经过水提和分离等工序得到目标物，废弃了洗脱水，每生产1吨淀粉，高浓度有机废水的排放量在5～12吨之间，这些有机废水的直接排放对环境造成严重污染。目前国内还没有任何企业对这些加工废水进行有效利用，分析原因，一方面是因为淀粉、谷阮粉企业没有认识到洗脱废水的利用价值，对阿拉伯木聚糖在生理活性和加工特性方面的应用价值没有了解，另一方面，目前没有高效成熟的分离提取工艺，无法对大量洗脱废水加以利用。
国内关于阿拉伯木聚糖生理活性的研究多集中于小麦麸皮来源的阿拉伯木聚糖，而从小麦粉中提取的阿拉伯木聚糖生理活性鲜有报道。不少研究者认为小麦麸皮可能是最有效且最适合人体需要的膳食纤维，小麦麸皮中膳食纤维组成比较复杂，包括纤维素、木质素、葡聚糖、阿拉伯木聚糖、阿拉伯半乳聚糖等，具体是哪一种或几种组分起主要作用，尚不清楚。
发明内容
本发明的目的是提供一种调节肠道功能的小麦阿拉伯木聚糖提取物及其制备方法，本发明可以使小麦淀粉加工企业、谷阮粉加工企业、小麦蛋白粉加工企业减少高浓度有机废水排放，实现节能减排，提高其产品附加值。
本发明所提供的小麦阿拉伯木聚糖提取物的制备方法，包括如下步骤：
小麦粉经提取谷朊粉和/或小麦淀粉后的生产废水经离心分离，取上清液；所述上清液经蒸煮后再进行离心分离，得上清液；所述上清液经下述1)或2)的步骤即得小麦阿拉伯木聚糖提取物：
1)所述上清液经喷雾干燥即得；
2)所述上清液经浓缩，并调整pH值为7～8后，加入β-淀粉酶和糖化酶进行反应，最后经离心分离后得到上清液，所述上清液经乙醇沉淀后，即得。
上述的制备方法中，所述生产废水可在1000转/分钟～3000转/分钟的条件下进行离心分离。
上述的制备方法中，所述蒸煮的温度可为80℃～100℃，具体可为80℃、90℃或100℃，所述蒸煮的时间可为20分钟～70分钟，具体可为20分钟、50分钟或70分钟。
上述的制备方法中，经蒸煮后的所述上清液在2000转/分钟～5000转/分钟的条件下进行离心分离。
上述的制备方法中，步骤1)中，所述喷雾干燥的温度可为80℃～200℃，如80℃。
上述的制备方法中，步骤2)中，所述浓缩的倍数可为0.5倍～2倍，如1倍。
上述的制备方法中，步骤2)中，所述反应的温度可为60℃～85℃，所述反应的时间可为1小时～3小时，具体可在60℃下反应1小时。
上述的制备方法中，步骤2)中，所述β-淀粉酶和所述糖化酶的加入量均为体系总质量的0.5％～5％，具体可为0.5％～1.5％、0.5％～1％、0.5％、1％或1.5％，所述体系总质量为所述上清液经浓缩后的质量；所述β-淀粉酶与所述糖化酶的质量比为1：1～5，具体可为1：1、1：3或1：5；所述β-淀粉酶与所述糖化酶的酶活力均为50000～100000U/g，1gβ-淀粉酶或糖化酶于特定条件下(60℃～85℃、pH值为7～8的条件下)分解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖，即为1个酶活力单位U/g。
本发明制备方法制备得到的提取物具有提高肠道屏障功能、促进小肠绒毛生长、促进小肠吸收功能、促进肠道DNA转录、促进肠道分泌、降低肠道pH值以及增加肠道内短链脂肪酸含量等多种功能，因此具有较好的应用前景。
本发明提供的制备方法具有如下优点：
1、操作简单高效，适合工业化生产；
2、成本较低；
3、产物分子量小，黏度适中，生理活性高。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1、制备小麦阿拉伯木聚糖提取物
小麦粉经提取谷朊粉后的生产废水在3000转/分钟的条件下进行离心分离，取离心分离后的上清液；将上清液经蒸煮后再进行离心分离得上清液，其中，蒸煮的温度为80℃，蒸煮的时间为20分钟，离心分离的条件为2000转/分钟；将得到的上清液经喷雾干燥即得小麦阿拉伯木聚糖提取物干粉，喷雾干燥的温度为80℃。
本实施例制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物的纯度为30％(即含有阿拉伯木聚糖的质量百分含量)。
实施例2、制备小麦阿拉伯木聚糖提取物
小麦粉经提取谷朊粉后的生产废水在3000转/分钟的条件下进行离心分离，取离心分离后的上清液；将上清液经蒸煮后再进行离心分离得上清液，其中，蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为70分钟，离心分离的条件为5000转/分钟；将得到的上清液进行浓缩，浓缩的倍数为1倍；并将pH值调控为7.5，然后加入β-淀粉酶和糖化酶(均为体系总质量的1％，且两者的质量比为1：1，β-淀粉酶的酶活力为50000U/g，糖化酶的酶活力为50000U/g)。进行反应，反应的温度为85℃，反应的时间为60分钟；反应后的反应液经离心得到上清液，将该上清液用乙醇进行沉淀：第一次醇沉步骤的乙醇用量为反应液的35％，第二次醇沉步骤的乙醇用量为反应液的45％，得到小麦阿拉伯木聚糖提取物。
本实施例制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物的纯度为60％(即含有阿拉伯木聚糖的质量百分含量)。
实施例3、制备小麦阿拉伯木聚糖提取物
小麦粉经提取谷朊粉和小麦淀粉后的生产废水在3000转/分钟的条件下进行离心分离，取离心分离后的上清液；将上清液经蒸煮后再进行离心分离得上清液，其中，蒸煮的温度为900℃，蒸煮的时间为50分钟，离心分离的条件为4000转/分钟；将得到的上清液进行浓缩，浓缩的倍数为1倍；并将pH值调控为7.5，然后加入β-淀粉酶和糖化酶(均为体系总质量的1.5％，且两者的质量比为1：5，β-淀粉酶的酶活力为100000U/g，糖化酶的酶活力为100000U/g)。进行反应，反应的温度为85℃，反应的时间为60分钟；反应后的反应液经离心得到上清液，将该上清液用乙醇进行沉淀：第一次醇沉步骤的乙醇用量为反应液的35％，第二次醇沉步骤的乙醇用量为反应液的45％，得到小麦阿拉伯木聚糖提取物。
本实施例制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物的纯度为60％(即含有阿拉伯木聚糖的质量百分含量)。
实施例4、制备小麦阿拉伯木聚糖提取物
小麦粉经提取小麦淀粉后的生产废水在3000转/分钟的条件下进行离心分离，取离心分离后的上清液；将上清液经蒸煮后再进行离心分离得上清液，其中，蒸煮的温度为100℃，蒸煮的时间为70分钟，离心分离的条件为5000转/分钟；将得到的上清液进行浓缩，浓缩的倍数为1倍；并将pH值调控为7.5，然后加入β-淀粉酶和糖化酶(均为体系总质量的1％，且两者的质量比为1：3，β-淀粉酶的酶活力为100000U/g，糖化酶的酶活力为100000U/g)。进行反应，反应的温度为85℃，反应的时间为60分钟；反应后的反应液经离心得到上清液，将该上清液用乙醇进行沉淀：第一次醇沉步骤的乙醇用量为反应液的35％，第二次醇沉步骤的乙醇用量为反应液的45％，得到小麦阿拉伯木聚糖提取物。
本实施例制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物的纯度为60％(即含有阿拉伯木聚糖的质量百分含量)。
实施例5、实施例2制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物在提高肠道屏障功能中的应用
1、实验方法(D-木糖吸收试验)
将40只昆明小鼠先适应性喂养基础饲料1周后根据体重随机分成4组，每组10只，分别为空白对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组。
低剂量组、中剂量组和高剂量组分别灌胃0.4g/kgbw/d、0.8g/kgbw/d和1.6g/kgbw/d的实施例1制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物(配制成水溶液)，每天记录小鼠体重和摄食量，期间自由进食饮水。
空白对照组灌胃水进行对照，每日灌胃0.2mL/10gbw，连续灌胃2周，每天1次。
上述空白对照组和各受试组喂养2周后，灌胃D-木糖(灌胃量为0.5g/gbw)，1小时后乙醚麻醉后采血，4000r/min离心10min取血清后待检。
2、实验结果
空白对照组和个受试组小鼠血清中D-木糖的浓度如表1中所示。
由表1中数据可以看出，与空白对照组相比，低剂量组血清中D-木糖的含量显著降低(P<0.05)，这表明低剂量本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物增强了小鼠的肠道屏障功能。
由表1中数据可以看出，低剂量组血清中D-木糖的含量降低，虽然中剂量组血清中D-木糖的含量并没有出现显著差异，但是也展现出了下降的趋势，说明本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物使小肠的通透性降低，肠道屏障功能得到了提高，这也在一定程度上反映了肠黏膜良性增生。
表1 小麦阿拉伯木聚糖提取物对小鼠肠道通透性的影响
*，与对照组相比，P<0.05.
实施例1制备的阿拉伯木聚糖纯度(30％)为实施例2制备的阿拉伯木聚糖提取物纯度(60％)的1/2，其他成分为水溶性淀粉、少量蛋白质和灰分，因此实施例1中提取物的有效剂量范围与实施例2提取物的有效剂量范围成相关性。根据上述动物实验结果，可知低剂量组(灌胃剂量0.4g/kgbw/d)和中剂量组(灌胃剂量0.8g/kgbw/d)有良好效果，推测得知，实施例1中提取物灌胃0.8g/kgbw/d～1.6g/kgbw/d即应有良好效果。
实施例3和4制备的提取物与实施例2制备的提取物有效成分都为阿拉伯木聚糖，纯度均能达到60％，其他物质为水溶性淀粉、少量的蛋白质和大概1％的灰分，所以可以认为实施例2-4中提取出来的东西是基本一样的，所以上述动物实验中所阐明的生理功效，同样适用于实施例3-4制备的提取物。
实施例6、实施例2制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物在促进小肠绒毛生长中的应用
1、实验方法
将40只昆明小鼠先适应性喂养基础饲料1周后根据体重随机分成4组，每组10只，分别为空白对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组。
低剂量组、中剂量组和高剂量组分别灌胃0.4g/kgbw/d、0.8g/kgbw/d和1.6g/kgbw/d的实施例1制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物(配制成水溶液)。每天记录小鼠体重和摄食量，期间自由进食饮水。
空白对照组灌胃水进行对照，每日灌胃0.2mL/10gbw，连续灌胃2周，每天1次。
上述空白对照组和各受试组喂养2周后，取Treitz韧带以下空肠近端3～4cm肠段，延肠系膜将肠管剪开，平铺后置于10wt％中性甲醛溶液中固定3天。石蜡包埋切片，厚度为5μm，HE染色，在光镜下观察，使用光学显微镜观察，利用IPP软件进行随机测量小肠绒毛长度和隐窝深度。
2、实验结果
上述小肠绒毛长度和隐窝深度的侧量结果如表2中所示。
由表2中数据可以看出，与空白对照组相比，低剂量组和中剂量组的绒毛高度、肠腺高度以及绒毛与肠腺高度比值均显著增加；而高剂量组的绒毛高度降低，肠腺高度增加，绒毛与肠腺高度比值降低(P<0.05)，这表明低剂量和中剂量的本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物增强了小肠的吸收功能，而高剂量的本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物则抑制了小肠的吸收功能。
表2 小麦阿拉伯木聚糖提取物对小鼠小肠绒毛和肠腺的影响
*，与对照组相比，P<0.05.
实施例1制备的阿拉伯木聚糖纯度(30％)为实施例2制备的阿拉伯木聚糖提取物纯度(60％)的1/2，其他成分为水溶性淀粉、少量蛋白质和灰分，因此实施例1中提取物的有效剂量范围与实施例2提取物的有效剂量范围成相关性。根据上述的动物实验结果，可知低剂量组(灌胃剂量0.4g/kgbw/d)和中剂量组(灌胃剂量0.8g/kgbw/d)有良好效果，推测得知，实施例1制备的提取物灌胃0.8g/kgbw/d～1.6g/kgbw/d即应有良好效果。
实施例3和4制备的提取物与实施例2制备的提取物有效成分都为阿拉伯木聚糖，纯度均能达到60％，其他物质水溶性淀粉、少量的蛋白质和大概1％的灰分，所以可以认为实施例2-4中提取出来的东西是基本一样的，所以上述的动物实验中所阐明的生理功效，同样适用于实施例3和4制备的提取物。
实施例7、实施例2制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物在促进肠道DNA转录中的应用
1、实验方法
将40只昆明小鼠先适应性喂养基础饲料1周后根据体重随机分成4组，每组10只，分别为空白对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组。
低剂量组、中剂量组和高剂量组分别灌胃0.4g/kgbw/d、0.8g/kgbw/d和1.6g/kgbw/d的实施例1制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物(配制成水溶液)。每天记录小鼠体重和摄食量，期间自由进食饮水。
空白对照组灌胃水进行对照，每日灌胃0.2mL/10gbw，连续灌胃2周，每天1次。
上述空白对照组和各受试组喂养2周后，取小肠组织制备10wt％的小肠组织匀浆，采用溴化乙啶荧光法测定小肠组织中DNA和RNA含量
2、实验结果
空白对照组和个受试组小鼠十二指肠中DNA及RNA含量如表3中所示。
由表3中数据可以看出，与空白对照组相比，低剂量组与中剂量组小鼠十二指肠中DNA和RNA含量显著增高(P<0.05)，表明低剂量的本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物增强了十二指肠的分泌代谢。
表3 麦阿拉伯木聚糖提取物对小鼠十二指肠中DNA及RNA含量的影响
*，与对照组相比，P<0.05.
实施例1制备的阿拉伯木聚糖纯度(30％)为实施例2制备的阿拉伯木聚糖提取物纯度(60％)的1/2，其他成分为水溶性淀粉、少量蛋白质和灰分，因此实施例1中提取物的有效剂量范围与实施例2提取物的有效剂量范围成相关性。根据实施例8中的动物实验结果，可知低剂量组(灌胃剂量0.4g/kgbw/d)和中剂量组(灌胃剂量0.8g/kgbw/d)有良好效果，推测得知，实施例1制备的提取物灌胃0.8g/kgbw/d～1.6g/kgbw/d即应有良好效果。
实施例3和4制备的提取物与实施例2制备的提取物有效成分都为阿拉伯木聚糖，纯度均能达到60％，其他物质水溶性淀粉、少量的蛋白质和大概1％的灰分，所以可以认为实施例2-4中提取物基本一样，所以上述动物实验中所阐明的生理功效同样适用于实施例3和4所制备的提取物。

Claims (9)

1.一种小麦阿拉伯木聚糖提取物的制备方法，包括如下步骤：
小麦粉经提取谷朊粉和/或小麦淀粉后的生产废水经离心分离，取上清液；所述上清液经蒸煮后再进行离心分离，得上清液；所述上清液经下述1)或2)的步骤即得小麦阿拉伯木聚糖提取物：
1)所述上清液经喷雾干燥即得；
2)所述上清液经浓缩，并调整pH值为7～8后，加入β-淀粉酶和糖化酶进行反应，最后经离心分离后得到上清液，所述上清液经乙醇沉淀后，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述生产废水在1000转/分钟～3000转/分钟的条件下进行离心分离。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述蒸煮的温度为80℃～100℃，所述蒸煮的时间为20分钟～70分钟。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于：经蒸煮后的所述上清液在2000转/分钟～5000转/分钟的条件下进行离心分离。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述喷雾的温度为80℃～200℃。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述浓缩的倍数为0.5～2倍。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述反应的温度为60℃～85℃，所述反应的时间为1小时～3小时。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述β-淀粉酶和所述糖化酶的加入量均为体系总质量的0.5％～5％，所述体系总质量为所述上清液经浓缩后的质量；所述β-淀粉酶与所述糖化酶的质量比为1：1～5。
9.权利要求1-8中任一项所述方法制备的小麦阿拉伯木聚糖提取物。
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