CN104448055A - 小麦阿拉伯木聚糖提取物在降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种小麦阿拉伯木聚糖提取物在降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量中的应用。小麦阿拉伯木聚糖提取物是按照包括如下步骤的方法制备的：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；上清液经蒸煮后再进行离心分离，得上清液；上清液经下述1)或2)的步骤即得：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，上清液经乙醇沉淀后即得。本发明提取物具有降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量的功能，肠道pH的降低，不利于肠道潜在致病菌的生长，因此对结肠功能有着积极的影响；短链脂肪酸含量的增加，有利于肠道良好的微生态环境。

Description

小麦阿拉伯木聚糖提取物在降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量中的应用

技术领域

本发明涉及一种小麦阿拉伯木聚糖提取物在降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量中的应用。

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小麦阿拉伯木聚糖提取物在降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量中的应用，本发明中所使用的小麦阿拉伯木聚糖提取物，是从小麦淀粉加工企业、谷阮粉加工企业、小麦蛋白粉加工企业排放的有机废水中提取的，因此可以减少上述加工企业的废水排放量，实现节能减排，提高其产品附加值。

本发明提供的小麦阿拉伯木聚糖提取物在制备降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量的产品中的应用；

所述小麦阿拉伯木聚糖提取物可按照包括如下步骤的方法进行制备：

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；

所述肠道为结肠。

本发明应用中，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。

本发明应用中，所述蒸煮的温度可为80℃～100℃，所述蒸煮的时间可为20分钟～70分钟。

本发明应用中，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。

本发明应用中，步骤1)中，所述喷雾干燥的温度可为80℃～200℃。

上述的制备方法中，步骤2)中，所述浓缩的倍数为0.5倍～2倍。

本发明应用中，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。

本发明应用中，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)分解分解可溶性淀粉产生1mg葡萄糖，即为1个酶活力单位U/g。

从本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物在降低肠道pH值和增加肠道中短链脂肪酸含量的应用试验中可以看出，低剂量组、中剂量组和高剂量组的本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物均显著降低了肠道的pH值，低剂量组和中剂量组的本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物增加了肠道中短链脂肪酸含量。因此，中低剂量组的本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物具有降低肠道pH值和增加肠道中短链脂肪酸含量的作用。所以，在使用本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物进行降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量时，可根据需要将小麦阿拉伯木聚糖提取物的人的有效摄入剂量在0.04～0.08g/kgbw/d(提取物的纯度为60％左右)或0.08～0.16g/kgbw/d(提取物的纯度为30％左右)内进行调整。

本发明中所涉及的小麦阿拉伯木聚糖提取物，同时还具有提高肠道屏障功能、促进小肠绒毛生长、促进肠道DNA转录等多种功能。

本发明具有如下优点：

本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物具有降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量的功能，肠道pH的降低，不利于肠道潜在致病菌的生长，因此对结肠功能有着积极的影响；短链脂肪酸含量的增加，有利于肠道良好的微生态环境。同时制备小麦阿拉伯木聚糖提取物的操作简单高效，适合工业化生产，且成本较低。

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降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量中的应用

1、实验方法

1)、动物分组及喂养：

将40只昆明小鼠适应性喂养基础饲料(符合GB14924.3-2010，购于军事医学科学院卫生学环境医学研究所实验动物中心)3天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2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。

2)、样本处理及指标检测：

2.1)结肠内容物pH值测定：

上述空白对照组和各受试组喂养2周后，无菌条件下取结肠内容物0.1g，加入10倍(V/mL：m/g)去离子水，涡旋混匀器混匀后待测pH值；

2.2)结肠内容物中短链脂肪酸含量测定：

另取结肠内容物0.1g于5mL超纯水中，涡旋混匀器上混匀，用5M的盐酸溶液调pH值至2.0～3.0，静置10min，期间要混匀几次，10000r/min离心20min。吸取上清液待测。

气相色谱条件：进样量2μL；进样口温度300℃；柱流量10mL/min，平衡时间1min，柱温100℃保持0.5min，10℃/min升温至180℃，保留时间1min，以20℃/min升温至240℃，保留时间5min；检测器温度280℃；氢气流量40mL/min，空气流量300mL/min，尾吹流量25mL/min。

2、实验结果

空白对照组和各受试组小鼠结肠内容物的pH值如表1中所示。

由表1中数据可以看出，低、中和高剂量组结肠内容物的pH值显著低于对照组。表明本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物增高了结肠内容物的酸度。

表1 小麦阿拉伯木聚糖提取物对小鼠结肠pH值的影响

*，与对照组相比，P<0.05.

空白对照组和各受试组小鼠结肠内容物中端链脂肪酸的含量如表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中小鼠结肠中的乙酸、丙酸、丁酸和异丁酸的含量均有显著性增长(P<0.05)，高剂量组乙酸含量显著增加(P<0.05)。说明低和中剂量阿拉伯木聚糖可以显著增加短链脂肪酸的含量。

表2 小麦阿拉伯木聚糖提取物对小鼠结肠中短链脂肪酸含量的影响(n＝10,)(mmol/kg)

*，与对照组相比，P<0.05.

^#，与对照组相比，P<0.01.

肠道pH值的降低，不利于肠道潜在致病菌的生长，因此本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物对结肠功能有着积极的影响；本发明通过对结肠内容物主要短链脂肪酸的含量检测和pH值测定结果表明，本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物能使粪便pH值降低。

短链脂肪酸作用广泛，它被认为是结肠上皮细胞的主要能量来源，现有技术中的研究表明丁酸能够缓解肠道炎症发展、预防炎症性肠病的复发以及抑制结肠肿瘤细胞的增殖和促进其调亡，因此，本发明小麦阿拉伯木聚糖提取物(肠道短链脂肪酸含量)的增加有利于肠道良好的微生态环境。

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.小麦阿拉伯木聚糖提取物在制备降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量的产品中的应用；

所述小麦阿拉伯木聚糖提取物是按照包括如下步骤的方法制备的：

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。

2.一种降低肠道pH值和/或增加肠道中短链脂肪酸含量的产品，其活性成分为小麦阿拉伯木聚糖提取物；

所述小麦阿拉伯木聚糖提取物是按照包括如下步骤的方法制备的：

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。

3.根据权利要求1所述的应用或权利要求2所述的产品，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。

4.根据权利要求1或3所述的应用或权利要求2或3所述的产品，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。

5.根据权利要求1或3或4所述的应用或权利要求2或3或4所述的产品，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。

6.根据权利要求1或3-5中任一项所述的应用或权利要求2或3-5中任一项所述的产品，其特征在于：步骤1)中，所述喷雾的温度为80℃～200℃。

7.根据权利要求1或3-6中任一项所述的应用或权利要求2或3-6中任一项所述的产品，其特征在于：步骤2)中，所述浓缩的倍数为0.5～2倍。

8.根据权利要求1或3-7中任一项所述的应用或权利要求2或3-7中任一项所述的产品，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。

9.根据权利要求1或3-8中任一项所述的应用或权利要求2或3-8中任一项所述的产品，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。