CN104789601A - 一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法。该方法包括以下步骤：（1）全脂米糠筛分除杂；（2）与水充分混合进行均质，调节适宜pH，进行酶解；（3）离心分离得到沉淀和水解液；（4）水解液真空浓缩、冷冻干燥，得到含有蛋白质、多酚、谷维素和α-生育酚等多种抗氧化活性物质的复合物。本方法操作简便、安全，条件易于控制，可同时提取全脂米糠中水溶性和脂溶性的多种抗氧化活性成分，实现了全脂米糠的多功能性成分的全利用，提高了附加值，具有显著的经济效益。

Description

一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法

技术领域

本发明涉及一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，属于米糠深加工领域。

背景技术

米糠是稻谷加工最重要的副产品，富含稻谷64％的营养成分，是稻谷籽粒的精华所在。米糠是蛋白质、脂肪、碳水化合物、粗纤维、维生素、矿物质的良好来源，富含谷维素、维生素E、黄酮、多酚等天然生物活性成分，且不含有胆固醇，堪称“天赐营养源”。目前我国大部分的米糠被用作牲畜的饲料或者燃料，甚至成为废料，只有不足10％左右的米糠用来制米糠油或提取植酸钙、肌醇、谷维素等高附加值产品，造成了极大的浪费。

米糠蛋白具有优异的低过敏性和抗癌活性，被公认为高营养蛋白，其氨基酸组成接近FAO/WHO的推荐模式，必需氨基酸均衡，赖氨酸丰富，蛋氨酸含量优于其他谷物，品质优良，适宜作为婴儿食品增补剂添加到儿童配方产品中。米糠蛋白经限制性水解可制备多种生物活性肽，例如抗血管紧张素转化肽(ACE)抑制活性、降血压降血脂、抗氧化等，对预防疾病、增强机体免疫力和抵抗力作用显著。

米糠油是一种营养丰富、绿色天然的功能性健康食用油。它富含谷维醇和维生素E等脂溶性生物活性成分，能降低血浆总胆固醇和甘油三酯水平、提高高密度脂蛋白水平，并具有很强的抗氧化、提高免疫和降血糖活性，对于调节人体生理功能和代谢等作用显著。

米糠还含有丰富的多酚类和黄酮类化合物，这些化合物具有抗氧化、抗癌、抗炎和抗衰老等功能活性。

近些年来，对米糠的研究主要都集中于从全脂米糠中提取米糠油或从脱脂米糠中提取和纯化蛋白和功能性肽等，对米糠功能成分的利用多集中在溶剂萃取制备多酚、黄酮、谷维素和维生素E等。这些研究并没有将米糠全营养物质作为一个整体加以研究和综合利用。研究已经发现，多肽、多酚和皂苷等物质的共存能起到协同增效作用，提升生物活性功能。如果能同时富集米糠中的这些功能性成分，制备出具有更好物化性质的米糠提取物，则能最大程度保留原料中的多种营养物质，提高产品的附加值。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术的不足，提供一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，实现米糠多功能性成分的全利用，提高附加值，避免资源浪费。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，包括以下步骤：(1)筛分除杂：将新鲜的全脂米糠过40目筛，除去混入的杂质；(2)酶解：将全脂米糠粉末与水按照料液比为1:5-1:20g/mL的比例进行混合，将混合液的pH调至7.0-9.0，加入100U/g-900U/g的胰蛋白酶，在温度为45-65℃的条件下酶解1.0-3.0h，沸水浴灭酶；(3)离心取上层酶解液，真空浓缩至无水分蒸出，冷冻干燥，得到全脂米糠多种抗氧化活性物质复合粉。

所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于所述的酶解过程的优选参数为：料液比为1:7g/mL，酶解温度为56℃，pH为7.9，加酶量453U/g，水解时间为2.0h。

所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于所述的沸水浴灭酶5min。

所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于所述离心分离4℃，8000r/min，离心时间为20min。

所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于所述真空浓缩的真空度为0.1Mpa，50℃条件下脱水。

本发明创造性之处在于提供了一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，实现了全脂米糠中水溶性(蛋白、多酚类化合物)和脂溶性(如谷维素和维生素E等)活性物质的全利用，提高了附加值，避免了资源浪费。

附图说明

图1为本发明从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性成分的工艺路线图；

图2为提取温度和pH对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响；

图3为提取料液比和酶底比对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响；

图4为酶解时间对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法。该方法包括以下步骤：(1)筛分除杂：将新鲜的全脂米糠过40目筛，除去混入的杂质；(2)酶解：将全脂米糠粉末与水按照料液比为1:5-1:20g/mL的比例进行混合，将混合液的pH调至7.0-9.0，加入100U/g-900U/g的胰蛋白酶，在温度为45-65℃的条件下酶解1.0-3.0h，沸水浴灭酶；(3)离心取上层酶解液，真空浓缩至无水分蒸出，冷冻干燥，得到含有蛋白、多酚、谷维素和α-生育酚等多种抗氧化活性物质的全脂米糠复合提取物。

所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于所述的酶解过程的优选参数为：料液比为1:7g/mL，酶解温度为56℃，pH为7.9，加酶量453U/g，水解时间为2.0h。

实施例：提取工艺的优化试验

1材料与方法

1.1材料、试剂

1.2主要仪器设备

1.3试验方法

参见工艺流程见图1。优化试验中，酶解上清液真空浓缩后直接进行相关抗氧化活性成分含量的测定。

2结果与讨论

2.1提取温度和pH对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响

在时间1.5h，料液比1:10、酶用量500U/g条件下，考查温度和pH对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响，结果见图2。由图2可知，水解温度相同的条件下，随着pH增加，提取物中的蛋白质、谷维素、α-生育酚和总酚的含量明显升高；当pH为8.0时4种抗氧化成分的含量达到最大值，而当pH大于8.0时，提取物中抗氧化成分含量开始呈现下降趋势，但有时邻近点之间差异并不显著(P>0.05)。在相同pH条件下，当温度低于55℃时，提取物中抗氧化成分含量会随着温度的升高而增大，之后呈现不同程度的下降，峰值出现在55℃。因此，在响应面优化试验中温度选择为50-60℃，pH选择为7.5-8.5。

2.2料液比和酶底比对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响

在水解温度55℃、pH8.0、水解时间1.5h条件下，考查料液比和酶底比对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响，结果见图3。由图3可知，酶底比相同的情况下，当料液比从1:20增大到1:10时，提取物中蛋白质、谷维素、α-生育酚和总酚的含量也随之显著提高，但是当料液比增加到1:5时，他们的含量反而降低。在同一料液比条件下，随着酶用量的增加，提取物中抗氧化成分的含量逐渐增加，并于500U/g以后趋于平缓。因此，在响应面优化试验中料液比选择为1:5-1:15，酶底比选择为300U/g-700U/g。

2.3酶解时间对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响

水解温度55℃、pH8.0、加酶量500U/g、料液比1：10条件下，考查水解时间对全脂米糠酶解物中抗氧化成分含量的影响，结果见图4。由图4可知，当水解时间从1.5h延长至2.0h时，全脂米糠中抗氧化成分的含量显著增加，此后，水解时间继续增加，提取物中的蛋白质含量基本保持不变，而其余抗氧化物质的含量却随时间的延长而明显降低。因此，在响应面优化试验中水解时间选择为1.5-2.5h。

2.4提取工艺的响应面优化试验

2.4.1试验因素水平与试验结果

结合单因素试验结果，根据中心组合设计原理，选取加酶量(A)、酶解温度(B)、料液比(C)、pH(D)和酶解时间(E)作为五个因素为自变量，以抗氧化指标-铁离子还原/抗氧化能力(FRAP值)和米糠中的主要功能因子-谷维素含量为响应值进行回归分析，其分析因素与水平编码表见表1-1。响应面试验方案及结果见表1-2。试验号1～40是析因试验，试验号41～46是6次中心实验，用以估计实验误差。

表1-1 分析因素和水平编码表

表1-2 响应面设计方案与结果

2.4.2响应面结果分析

通过统计分析软件“Design-Expert8.0”对数据进行分析，建立二次响应面回归模型。谷维素含量的回归方程如下：

Y1＝0.18-0.011A+0.016B-0.0018C-0.010D-0.0044E-0.012AB-0.00962AC+0.017AD+0.0020AE+0.0062BC+0.0074BD-0.0010BE-0.0041CD-0.0043CE+0.0020DE-0.041A2-0.043B2-0.0059C2-0.035D2-0.0082E2。

FRAP值的回归方程如下：

Y2＝0.50-0.029A+0.044B-0.010C-0.028D-0.018E-0.038AB-0.023AC+0.035AD+0.0057AE+0.017BC+0.016BD+0.0076BE+0.023CD-0.0078CE+0.020DE-0.12A2-0.12B2-0.011C2-0.095D2-0.014E2。

回归分析与方差分析结果见表1-3和表1-4。

表1-3 谷维素含量回归与方差分析结果

表1-4 FRAP值回归与方差分析结果

由表1-3和1-4可知，两个回归方程的F检验中概率值都非常低(P<0.0001)，说明建立的数学模型是极其显著的。在所建立的这两个模型中，谷维素含量的R2和校正参数Adj-R2分别为0.9928和0.9871；FRAP值的R2和校正参数Adj-R2分别为0.9930和0.9874；且失拟项不显著，说明方程拟合程度好，试验误差较小，与实际情况比较相符，可以用该模型来分析和预测制备工艺条件。由F检验得到各试验因素的影响大小顺序依次为：B(酶解温度)>A(加酶量)>D(pH)>E(料液比)>C(酶解时间)。

2.4.3验证试验

响应面分析法求得的最佳工艺条件为：酶解温度56.06℃、加酶量452.69U/g、pH7.90、液料比7.11mL/g、酶解时间2.12h。从实际操作和设备参数设置有效性的角度出发，将制备工艺条件参数修正为：酶解温度56℃、加酶量453U/g、pH7.90、料液比1:7(g：mL)、酶解时间2.00h。按照上述优化条件平行试验三次，实际测得的全脂米糠酶提物浓缩液中谷维素的含量为0.1749mg/g；FRAP值为0.5043mmolFeSO4/g。实测值与理论值的符合程度分别为谷维素的含量为94.79％，FRAP为98.36％；说明响应面法是可靠准确的，该回归方程建立的模型正确且与实际情况拟合度较好，其最佳工艺条件是可行的。在该条件下对该提取浓缩物进行冻干，制备冻干粉，平行试验三次，测定其相应的蛋白含量为26.10％，总酚含量为16.87mg/g(以没食子酸为标准)，谷维素含量为3.49mg/g，α-生育酚含量为5.81mg/kg。

2.4.4试验小结

利用响应面分析方法对全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的工艺参数进行优化。建立的数学模型可以为以后的工业化生产提供理论基础，得到的最佳工艺参数为：酶解温度56℃、加酶量453U/g、pH7.90、料液比1:7(g：mL)、酶解时间2.00h。在该条件下制备的冻干粉中：蛋白含量为26.10％，总酚含量为16.87mg/g(以没食子酸为标准)，谷维素含量为3.49mg/g，α-生育酚含量为5.81mg/kg，一次提取实现了全脂米糠中水溶性(蛋白、多酚类化合物)和脂溶性(如谷维素和维生素E等)抗氧化活性物质的同时溶出。

Claims (5)

1.一种从全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一：筛分除杂：将新鲜的全脂米糠过40目筛，除去混入的杂质；步骤二：酶解：将全脂米糠粉末与水按照料液比为1:5-1:20 g/mL的比例进行混合，将混合液的pH调至7.0-9.0，加入100U/g-900U/g的胰蛋白酶，在温度为45-65℃的条件下酶解1.0-3.0h，沸水浴灭酶；步骤三：离心取上层酶解液，真空浓缩至无水分蒸出，冷冻干燥，得到全脂米糠多抗氧化活性物质复合粉。

2.根据权利要求1所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于步骤二中所述的酶解过程的优选参数为：料液比为1:7 g/mL，酶解温度为56℃，pH为7.9，加酶量453 U/g，水解时间为2.0h。

3.根据权利要求1所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于步骤二中所述的沸水浴灭酶5min。

4.根据权利要求1所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于步骤三中所述离心分离4℃，8000r/min，离心时间为20min。

5.根据权利要求1所述的全脂米糠中同时提取多种抗氧化活性物质的方法，其特征在于步骤三中所述真空浓缩的真空度为0.1Mpa，50℃条件下脱水。