CN104830927A - 一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法，该方法包括原料预处理、第一次调浆与反应、分离洗涤、第二次调浆与酶反应、膜过滤、浓缩等步骤。本发明方法通过超微粉碎、碱法提取蛋白，使麦麸中各组分有效分开，使用旋流器洗涤处理，极大提高了分离洗涤效率，使纤维、淀粉和蛋白分开，回收小麦淀粉与蛋白，淀粉回收率大于80％，蛋白回收率大于60％，并且不采用高温工艺，使阿魏酸低聚糖的提取率大于25％，大大提高了小麦深加工的附加值，降低了生产成本。

Description

一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法

【技术领域】

本发明涉及属于小麦深加工技术领域。更具体地，本发明涉及一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法。

【背景技术】

我国小麦年产量已超过1亿吨，加工出的麦麸可达2000万吨/年。麦麸中含有较丰富的淀粉酶系、蛋白质、碳水化合物、维生素等，其中非淀粉多糖含量约为46％，而阿拉伯木聚糖约占非淀粉多糖的70％以上。另外，小麦麸皮细胞壁中还含有一些酚酸类化合物，如阿魏酸、咖啡酸等，如果能够充分地利用麸皮进行深加工将具有很高的经济效益和社会效益。

阿魏酸是植物界普遍存在的一种酚酸，在自然界中只有很少一部分阿魏酸以游离态存在，大部分通过酯键、醚键、缩醛键与纤维素、木质素、大分子酚类物质、萜类等相连。植物中阿魏酸含量较高，主要存在于植物根部、种子、皮等部位，如在小麦麸皮中占0.5％。人们对麦麸的研究主要集中在膳食纤维、麦麸蛋白、低聚木糖等方面，而对小麦麸皮中的阿魏酸研究甚少。但随着人们对阿魏酸功能特性的了解和认识越来越深刻，关于利用阿魏酸制备阿魏酸衍生物或直接应用于医药、化妆品等领域的报道也开始逐渐增多，小麦麸皮中阿魏酸得到了进一步的开发利用。

阿魏酸具有多种生理功能，例如抗氧化、降血压、抗血栓、降血脂、抗感染、治疗心脏病、抗癌、护肝、治疗糖尿病等。功能性低聚糖具有特殊的生理功能，例如促进双歧杆菌增殖、降血脂、降胆固醇、改善肠道功能、防治便秘等。阿魏酸低聚糖是阿魏酸与低聚糖通过酯键结合而形成的一种化合物，因此它兼具这两种物质的生理功能，且由于其结构中特殊的酯键，使得某些生理活性有所增强。据Ohta等人(文献T.Ohta，T.Nakano，Y.Egashira,et al.Antioxidant Activity ofFerulic Acidβ-glueuronide in the LDL oxidation System[J].BioscienceBiotechnology Biochemistry，1997，31:1942～1943)报道，在动物体内，吸收的阿魏酸是以阿魏酸低聚糖的形式存在的，阿魏酸低聚糖在低密度脂蛋白(LDL)氧化体系中，抗氧化活性要强于阿魏酸纯品，其推测原因可能是阿魏酸酯不仅有疏水性阿魏酸基团，还有亲水性的糖配体。Katapodis等人(文献H.Kikuzaki，M.Hisamoto，K.Hirose，etal.Antioxidant Properties of Ferulic Acid and its Related ComPound[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2002，50：2161-2168)制备出一种阿魏酸阿拉伯糖基木三糖，它具有DPPH·自由基清除作用，在LDL氧化体系中具有强烈的抗氧化作用，比阿魏酸的作用还要强。因此，利用麦麸制备阿魏酸低聚糖有着巨大的科学价值和经济价值。

目前以谷物麸皮为材料，制备阿魏酸低聚糖的方法有两种：酸法水解和酶法水解。酸法主要是采用草酸、三氟醋酸在高温下水解植物细胞壁中的阿拉伯木聚糖的糖苷键。Saulnier等人(文献Sanlnier L，Vigouroux J，Thibault J F.Isolation and Partial characterization offeruloylated Oligosaccharides from maize bran[J].CarbohydrateResearch.1995，272(2):241-253.)将10g去淀粉麸皮与500ml 0.05MCF₃COOH混合，置于沸水浴中加热2h，离心，上层清液过滤并真空蒸发至近干，然后用200mL蒸馏水重新溶解，再蒸发至近干，最后用50mL蒸馏水溶解，冷冻干燥，制得粗阿魏酸低聚糖。酶法是指采用细胞壁降解酶水解植物原料，主要的酶是崩溃酶、纤维素酶、木聚糖酶。木聚糖酶能随机地打开木聚糖主链上的糖苷键，因此，木聚糖酶酶解麸皮不溶性纤维得到的木聚寡糖混合物中，有的低聚糖还可能保留有阿魏酸酯键。Yuan等人(文献Yuan X P，Wang J，Yao HY.Antioxidant activity of feruloylated oligosaccharides from wheatbran[J].Food Chemistly.2005，90(4):759-764.)用木聚糖酶酶解麦麸不溶性纤维获得粗阿魏酸低聚糖。称取10g麦麸不溶性纤维，用200ml1％木聚糖酶液于50℃、暗处搅拌酶解60h。将4g木聚糖酶粉溶解于400ml乙酸盐缓冲溶液(50mM，pH5.0)中，于温度28℃下搅拌处理30min，再离心得到1％木聚糖酶液。酶解后，在沸水中加热灭酶10min，离心，经0.45μm的微孔滤膜过滤并浓缩到50ml，从而获得粗阿魏酸低聚糖酷溶液。Lequart等人(文献Lequart C，Nuzillard J M，Kurek B，Debeire P.Hydrolysis of wheat bran and straw by anendoxylanase:Production and structural characterization ofcinnamoyl-oligosaccharides[J].Carbohydrate Research.1999，319(l-4):102-111.)研究确定，麦麸中肉桂酸类残基不会阻碍酶接近木聚糖，但是高聚合度阿拉伯糖取代基却会阻碍酶解，同时木质素也可能是阻碍酶解的主要原因之一。Saulnier等人(文献Saulnier L，CrePeauM J，Lahaye M,ThibaultJF,etal.Isolation and structural determination oftwo 5,5’-diferuloyl oligosaccharides indicate that maize heteroxylans arecovalently cross-linked by oxidatively coupled ferulates[J].CarbohydrateResearch.1999,320(1-2):82-92.)研究了玉米麸皮的双阿魏酸结构，认为玉米麸皮比麦麸更难于酶解的原因是高含量双阿魏酸和阿魏酸酯的存在。

如上所述，无论采用酸法或酶法制备阿魏酸低聚糖，都要先对麦麸原料进行处理，去除其中的淀粉和蛋白，这些淀粉和蛋白如果不除去，特别是在后续工艺过程中淀粉一旦发生糊化，会造成料液粘度增大，导致后续工艺的固液分离困难，还会造成产品纯化非常困难。目前相关研究的报道中，去除淀粉的普遍方法都是采用淀粉酶水解，将淀粉转化为可溶性糖加以除去；蛋白多采用碱法浸泡或者酶法水解法除去。在麦麸中，淀粉含量约为10％～15％，蛋白含量约为12％～18％，如果将淀粉转化为糖，固液分离后，理论上料液中将有1.18倍重量的糖，这些糖如果直接作为废水排放，则将对废水处理带来极大的负担；如果将这部分糖回收，这部分糖浆浓度低，杂质多，最终得到的糖的品质将远差于目前主流的以玉米淀粉或者大米为原料生产的淀粉糖浆(玉米糖浆原料为精制玉米淀粉，杂质较少；大米糖浆预料中淀粉含量在75％以上，杂质也较少)，而且最终所得产品的生产成本也远高于主流的淀粉糖。而且现有报道中采用高温淀粉酶水解淀粉需要在100℃左右高温下长时间进行，将使麸皮中的蛋白发生不可逆的热变性，将大大降低后续碱法或者酶法去除蛋白的作用效果，而且木聚糖在较高温度下β-1,4糖苷键断裂发生自水解作用，使木聚糖分子量降低，溶解度增大，在后续固液分离时，就会有一部分低聚糖随溶液的脱除而损失。

为了解决现有技术的不利之处，既要得到较高纯度、高提取率的阿魏酸低聚糖，也要同步回收麸皮中的淀粉和蛋白，提高麸皮利用的经济价值，本发明人经过多次试验，研究完成了本发明。

【发明内容】

[要解决的技术问题]

本发明的目的是提供一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖的方法。

[技术方案]

本发明是通过下述技术方案实现的。

本发明涉及一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法。

该方法的步骤如下：

A、原料预处理

采用筛分方法，将麦麸原料中存在的有形异物去除；然后，筛分麦麸原料使用粉碎设备粉碎至120～150目，得到一种麦麸粉；

B、第一次调浆与反应

往步骤A得到的麦麸粉中加水调浆，得到麦麸粉浓度为以重量计18～24％的麦麸粉浆液，再使用NaOH水溶液将所述麦麸粉浆液的pH值调节到8.0～8.5，然后加热至温度45～50℃，并在这个温度下浸泡反应3～5h，得到第一次反应浆液；

C、洗涤与分离

步骤B得到的第一次反应浆液使用旋流器在进料压力0.9～1.0MPa、底流压力0.35～0.4MPa、进料流量5.0～5.5t/h与洗水量5.5～6.0t/h条件下进行洗涤，得到一种旋流轻相与一种旋流重相，它们分别用板框过滤机进行过滤，得到一种重相滤饼与一种轻相滤饼，这些滤饼再分别使用以所述滤饼重量计1～2倍水进行洗涤；

所有的滤液与所有的洗水合并得到一种料液，然后用HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.0～4.5，使蛋白絮凝，用离心分离机进行固液分离，得到一种麦麸蛋白渣；

洗涤的轻相滤饼经干燥后得到麦麸淀粉；

D、第二次调浆与反应

往步骤C得到的洗涤重相滤饼中加水调浆，得到一种重相干物质浓度为以重量计12～15％的重相物质料液，用醋酸-醋酸钠缓冲液将该料液的pH值保持在4.8～5.1，然后加入重相干物质重量0.1～0.15％的木聚糖酶，在温度48～52℃下保温反应16～20h，得到第二次反应浆液；

E、过滤

让步骤D得到的第二次反应浆液用板框压滤机进行过滤，得到滤液；

F、膜过滤

让步骤E得到的滤液先使用超滤设备进行超滤，去除蛋白质、胶体与色素可溶性大分子杂质；再使用纳滤设备进行纳滤脱盐，除去小分子杂质，将所述滤液的浓度提高到以重量计22～27％；

G、浓缩

使用板式蒸发器将步骤F得到的纳滤滤液的浓度从22～27％提高到74～77％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆。

根据本发明的一种优选实施方式，其中在步骤B中，所述NaOH水溶液的浓度是以重量计8～12％。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤C中，所述HCl水溶液的浓度是0.8～1.2mol/L。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤C中，用离心分离机在转速2500～3000rpm的条件下进行固液分离10～15min。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤C中，洗涤的轻相滤饼在温度140～160℃，压力为0.05～0.06MPa的条件气流干燥80～120s，得到水含量为以重量计12～14％的麦麸淀粉。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤D中，木聚糖酶的酶活力是5万～10万U/mg。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤F中，使用截留分子量为15000～20000的超滤设备在温度40～45℃、压力1.0～1.2MPa条件下进行超滤。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤F中，使用截留分子量为200～300的纳滤设备在温度40～45℃、压力0.8～1.0MPa条件下进行纳滤。

根据本发明的另一种优选实施方式，其中在步骤G中，使用板式蒸发器在温度60～70℃条件下进行蒸发。

本发明还涉及一种通过所述制备方法所得到的阿魏酸低聚糖糖浆，其中所述阿魏酸低聚糖糖浆含有以所述糖浆总重量计0.29-0.31％阿魏酸。

下面将更详细地描述本发明。

本发明涉及一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法。

所述方法的步骤如下：

A、原料预处理

采用筛分方法，将麦麸原料中存在的有形异物去除；然后，筛分麦麸原料使用粉碎设备粉碎至120～150目，得到一种麦麸粉。

以小麦加工过程中产生的小麦麸皮为原料，采用筛分方法去除大的结块及有形异物，例如石块、植物残体等。得到的麦麸粉中，不溶性的固体主要是纤维、淀粉、蛋白。

本发明使用的小麦麸皮是目前市场上销售的产品，例如山东恒丰面粉有限公司、菏泽市鲁王面业有限公司、安徽占元面粉有限公司销售的产品。

在本发明中，所述的麦麸原料使用超微粉碎机将其粉碎至颗粒细度120～150目。

在本发明中使用的超微粉碎设备是目前市场上销售的产品，例如江阴市伟达药化机械制造有限公司、江阴市海科粉体设备制造有限公司、江阴市龙昌机械制造有限公司销售的产品。

在本发明方法中，粉碎的目的一是使麦麸中的细胞结构受到破坏，使包裹在其中的蛋白、脂肪、灰分等杂质释放出来，从而有利于去除这些杂质，二是使淀粉与纤维两者之间形成一定的比重差，因为小麦的纤维属于软性纤维，控制粉碎的力度，可以不导致纤维的粒度及比重减小，而淀粉在粉碎机的作用小，粒度减小，两者产生比重差，便于旋流器对二者实现分离。

在本发明方法中，所述粉碎是使小麦麦麸的颗粒细度达到120～150目，颗粒细度过大或者过小均将影响本发明的效果。如果颗粒细度大于120目，则细胞结构破碎不佳导致内容物无法释放；如果颗粒细度小于150目时，则颗粒太小导致分离洗涤时重力差距不大，影响蛋白纯化与回收，并且粉碎设备投资大、能耗大。因此，所述的颗粒细度为120～150目是合适的，优选地是120～140目，更优选125～130目。

B、第一次调浆与反应

往步骤A得到的麦麸粉中加水调浆，得到麦麸粉浓度为以重量计18～24％的麦麸粉浆液，再使用NaOH水溶液将所述麦麸粉浆液的pH值调节到8.0～8.5，然后加热至温度45～50℃，并在这个温度下浸泡反应3～5h，得到第一次反应浆液；

在本发明方法中，往步骤A得到的麦麸粉加水调浆，使麦麸粉成为含有麦麸粉的麦麸粉浆液，以便于后续处理步骤的物料输送、反应及分离洗涤。所述麦麸粉浆液的浓度是以所述料液总重量计为18％～24％，浓度过大或过小均会影响本发明的效果。如果该浓度小于18％，则反应底物浓度低导致反应效果差，且物料处理量大；如果该浓度高于24％时，则物料粘度大，不利于输送及分离洗涤；因此，所述料液的浓度为18％～24％是合适的，优选地是20％～22％。

在本发明方法中，用于整个工艺中都未采用高温处理，从而保证了淀粉未发生糊化，蛋白未发生变性。因此可以在后续步骤中采用碱溶酸沉法提取小麦蛋白，且浆液粘度不大，便于固液分离。

在本发明中，使用NaOH水溶液的浓度是以重量计8～12％，优选地是9-11％。

在本发明方法中，提取蛋白时的pH值是8.0～8.5，温度是45～50℃，浸泡时间是3～5h。如果pH小于8.0，则蛋白溶解度不高，提取率低，若pH高于8.5，则浆液的粘度会上升，不利于固液分离，且蛋白会发生分解、颜色变深等不良现象；如果温度低于45℃，蛋白的溶解度小，提取率低，如果高于50℃，淀粉会发生糊化；如果提取时间小于3h，则蛋白提取不彻底，如果提取时间大于5h，则提取率也没有明显提升。因此，提取蛋白反应的pH是8.0～8.5，温度是45～50℃，时间是3～5h是合适的；优选的是pH8.1～8.3，温度46～48℃，时间4～4.5h。

C、洗涤与分离

步骤B得到的第一次反应浆液使用旋流器在进料压力0.9～1.0MPa、底流压力0.35～0.4MPa、进料流量5.0～5.5t/h与洗水量5.5～6.0t/h条件下进行洗涤，得到一种旋流轻相与一种旋流重相，它们分别用板框过滤机进行过滤，得到一种重相滤饼与一种轻相滤饼，这些滤饼再分别使用以所述滤饼重量计1～2倍水进行洗涤；

所有的滤液与所有的洗水合并得到一种料液，然后用HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.0～4.5，使蛋白絮凝，用离心分离机进行固液分离，得到一种麦麸蛋白渣；

洗涤的轻相滤饼经干燥后得到麦麸淀粉。

在本发明方法中，第一次反应浆液是使用旋流器进行分离洗涤的，旋流器是一种分离非均匀相混合物的分级设备。它可以用于液体澄清、固相颗粒洗涤、液体除气与除砂、固相颗粒分级与分类以及两种非互溶液体的分离等多种作业。经过前面的处理，不溶性的物质中，蛋白已经大部分溶于碱溶液中，剩下的主要是纤维和淀粉，而在超微粉碎的作用下，纤维和淀粉之前产生了一定的比重差，且致密的细胞结构等被打散，料液进入旋流器后，在连续逆流的旋流压力作用下，比重较重的纤维素从底流口排出，而比重较轻的淀粉则从溢流口排出，这样实现了纤维与淀粉两者的分离。

在使用旋流器进行洗涤时，所述进料压力为0.9～1.0MPa，压力过大或者过小均会影响本发明的分离、提取效果。如进料压力小于0.9MPa，则作用于纤维和淀粉的压力不足以使两者有效分离，若进料压力大于1.0MPa，则能耗较大，设备要求高。

在使用旋流器进行洗涤时，所述底流压力为0.35～0.4MPa，压力过大或者过小均会影响本发明的分离、提取效果。若压力小于0.35MPa，则会有部分淀粉也从底流口排出，不利于纤维中淀粉的去除；若底流压力大于0.4MPa，则不利于提高纤维的回收率。

在使用旋流器进行洗涤时，所述进料流量为5.0～5.5t/h，所述洗水量为5.5～6.0t/h，此两者的参数联动于进料压力和底流压力，同时进料量大而洗水量小，则可溶性杂质浓度高，不利于去除；若进料量小而洗水量大，则淀粉与纤维分离效果差。

因此，在本发明的制备方法中，使用旋流器进行洗涤时的进料压力为0.9～1.0MPa、底流压力为0.35～0.4MPa、进料流量为5.0～5.5t/h、洗水量为5.5～6.0t/h是合适的。优选地，进料压力0.94～0.96MPa、底流压力0.36～0.38MPa、进料流量5.2～5.4t/h、洗水量5.6～5.8t/h。

本发明使用的旋流器是目前市场上销售的产品，例如天长市远安机械有限公司、江苏邦力生化设备有限公司、威海市海王旋流器有限公司销售的产品。

在本发明方法中，所述旋流洗涤所得到的旋流轻相和旋流重相中都含有部分可溶性的杂质，可采用板框压滤机进行固液分离。

本发明使用的板框压滤机是目前市场上销售的产品，例如杭州国瑞压滤机有限公司、杭州坤源过滤机械有限公司、杭州兴源过滤科技股份有限公司销售的产品。

在本发明方法中，过滤所得到的轻相滤饼和重相滤饼再分别使用以所述滤饼重量计1～2倍水进行洗涤。

在本发明方法中，所述HCl水溶液的浓度是0.8～1.2mol/L，优选地是0.9-1.1mol/L。

本发明方法中，所述滤液和洗水中都含有可溶性蛋白。可以采用等电沉淀法使其从溶液中析出，所述料液的pH值是4.0～4.5。料液的pH值小于4.0或者大于4.5，蛋白的溶解度都较大，回收率低，因此所述料液的pH值调节至4.0～4.5是合适的，优选地是4.1～4.3。

本发明方法中，析出的固体蛋白与溶液通过离心分离机分离，所述离心分离机的转速为2500～3000rpm，固液分离时间为10～15min。优选地，所述离心分离机的转速为2800～2900rpm，固液分离时间为12～14min。本发明使用的离心分离机是目前市场上销售的产品，例如苏州南格机械有限公司、张家港第一离心机厂、辽阳中联制药机械有限公司销售的产品。

在本发明方法中，洗涤轻相滤饼使用气流干燥设备进行干燥，得到麦麸淀粉。干燥时的温度为150～160℃，压力为0.05～0.06MPa，干燥时间为80～120s；优选地，干燥时的温度为154～156℃，压力为0.55～0.56MPa，干燥时间为90～100s。洗涤轻相滤饼经干燥后得到水含量为以重量计12～14％的麦麸淀粉。所述水含量是采用常规方法测定得到的。

D、第二次调浆与反应

往步骤C得到的洗涤重相滤饼中加水调浆，得到一种重相干物质浓度为以重量计12～15％的重相物质料液，用醋酸-醋酸钠缓冲液将该料液的pH值保持在4.8～5.1，然后加入重相干物质重量0.1～0.15％的木聚糖酶，在温度48～52℃下保温反应16～20h，得到第二次反应浆液。

在本发明方法中，往步骤C得到的重相滤饼加水调浆，以便于后续处理步骤的物料输送、反应及分离洗涤。所述料液的浓度是以所述料液总重量计为12％～15％。如果该浓度小于12％，则反应底物浓度低导致反应效果差，且物料处理量大；如果该浓度高于15％时，则物料粘度大，不利于输送及分离洗涤。因此，所述料液的浓度为12％～15％是合适的，优选地是13％～14％。

本发明使用的木聚糖酶是一种由真菌代谢产生、能分解多聚糖的酶制剂，所述木聚糖酶的酶活力是5万～10万U/mg，优选7万～8万U/mg。所述木聚糖酶的添加量是以麦麸纤维干物质重量计0.1％～0.15％，优选地是0.12％～0.14％。本发明使用的木聚糖酶是目前市场上销售的产品，例如诺维信(中国)生物技术有限公司、杰能科(中国)生物工程有限公司、山东隆大生物工程有限公司销售的产品。

在本发明中，木聚糖酶的酶解作用pH值是4.8～5.1，优选地是4.9～5.0，而且在这个反应过程中，由于会产生酸，导致所述重相物质料液pH值下降，因此用醋酸-醋酸钠缓冲液体系将所述料液的pH值保持在4.8～5.1的范围内。

在本发明方法中，添加木聚糖酶的浆液在温度48～52℃的条件下进行第二次反应16～20h。若酶解反应的时间少于16h，则木聚糖水解不充分，影响低聚木糖提取率；若所述酶解反应的时间长于20h，则单糖含量提高，活性低聚糖含量降低，因此反应时间16～20h是合适的。

优选地，该酶解反应是在温度49～51℃下进行反应18～19h。

E、过滤

让步骤D得到的第二次反应浆液用板框压滤机进行过滤，得到滤液。

在这个步骤中使用的板框压滤机与前面描述的相同，因此在此步骤赘述。

F、膜过滤

让步骤E得到的滤液先使用超滤设备进行超滤，去除蛋白质、胶体与色素可溶性大分子杂质；再使用纳滤设备进行纳滤脱盐，除去小分子杂质，并将所述滤液的浓度提高到以重量计22～27％。

本发明方法中，采用膜分离技术对步骤E所得料液进行纯化。首先使用截留分子量为15000～20000的超滤设备在温度40～45℃，压力1.0～1.2MPa条件下进行超滤的，该超滤设备截留步骤E得到的滤液中的蛋白质、胶体、色素等可溶性大分子杂质；所述超滤膜的截留分子量为15000～20000；若截留分子量低于15000，则会有部分阿魏酸低聚糖也会被截留，造成阿魏酸低聚糖的提取率较低；若截留分子量高于20000，则会有部分杂质也透过，导致阿魏酸低聚糖的纯度较低。然后，再用纳滤膜去除超滤液中的灰分以及葡萄糖、木糖等单糖；本发明使用截留分子量为200～300纳滤设备在温度40～45℃，压力0.8～1.0MPa条件下进行纳滤，所述纳滤膜的截留分子量为200～300；若截留分子量低于200，则膜通量太小，设备投资高，单糖去除率低，若截留分子量高于300，则会有部分活性的木二糖、木三糖会损失。

本发明中使用的膜分离设备(超滤设备与纳滤设备)是目前市场上销售的产品，例如三达膜环境技术股份有限公司、安徽省科林环境生物技术有限公司、合肥科佳高分子材料有限公司销售的产品。

G、浓缩

使用板式蒸发器将步骤F得到的纳滤滤液的浓度从22～27％提高到74～77％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆。

本发明方法中，使用板式蒸发器在60～70℃条件下进行蒸发。优选地，使用板式蒸发器在65～68℃条件下进行蒸发。

本发明使用的板式蒸发器是目前市场上销售的产品，例如安徽奥森机械设备有限公司、上海缔森能源技术有限公司、江阴市江中设备制造有限公司销售的产品。

本发明还涉及采用所述制备方法得到的阿魏酸低聚糖糖浆。

在本发明中：

蛋白含量是采用GB 5009.5-2010方法测定的。

淀粉含量是采用GB/T 5514-2008方法测定的。

低聚木糖的含量是采用QB/T 2984--2008方法测定的。

阿魏酸及阿魏酸低聚糖是采用双波长法测定的方法测定的(参考L.Saulnier，J.Vijouroux，J.F.Thibault.Isolation and partialCharacterization of

Feruloylated oligosaccharides from Maize Bran[J].CarbohydrateResearch，1995，272:241～253。)

按照下述公式计算出蛋白回收率：

蛋白回收率＝回收蛋白质量×蛋白含量÷(麦麸原料量×蛋白含量)

按照下述公式计算出淀粉回收率：

淀粉回收率＝回收淀粉质量×淀粉含量÷(麦麸原料量×淀粉含量)

按照下述公式计算出阿魏酸低聚糖的提取率：

阿魏酸低聚糖提取率＝阿魏酸低聚糖糖浆的干物质质量×阿魏酸低聚糖的含量÷麦麸原料质量

以所述原料麦麸总重量计，所述麦麸淀粉的回收率大于80％；所述麦麸蛋白的回收率大于60％；所述阿魏酸低聚糖的提取率大于25％，所述阿魏酸低聚糖糖浆含有以重量计0.29-0.31％阿魏酸含量。

本发明的方法具有下述特点：

I、与现有技术相比，本发明以麦麸为原料，首先通过超微粉碎破细胞结构，拉大纤维和淀粉的比重差，采用碱法提取蛋白，通过旋流器分离洗涤，在不转化淀粉、蛋白的前提下，实现了纤维、淀粉和蛋白的分离，能够回收小麦淀粉和蛋白，提高了深加工的附加值，而且大大降低了目标产品分离纯化及废水处理的难度。

II、本发明的工艺过程中都没有高温操作，除了降低能耗，避免淀粉糊化及蛋白变性外，还能提高阿魏酸低聚糖的提取率，因为现有技术采用的低聚木糖的提取方法中，有采用高温高压爆破的方法，如果采用高温液化去除淀粉的方法，木聚糖在较高温度下β-1,4糖苷键断裂发生自水解作用，使木聚糖分子量降低，溶解度增大，就会有部分的低聚木糖损失，造成低聚糖的提取率下降。

[有益效果]

本发明的有益效果是：

本发明麦麸为原料，先通过超微粉碎、碱法提取蛋白，使麦麸中的各组分之间相互分开，然后通过旋流器的分级逆流洗涤作用，使其中不溶性的纤维和淀粉分别从旋流器的底流口和溢流口出料，实现两者的分离，并采用等电沉淀的方法使溶液中的蛋白沉淀析出，这样在不转化淀粉和蛋白的前提下，回收了大部分的淀粉和蛋白，降低了后续阿魏酸低聚糖纯化以及废水处理的压力，大大提高了深加工的附加值。

本发明的工艺过程中都没有高温操作，除了降低能耗，避免淀粉糊化及蛋白变性外，还能提高阿魏酸低聚糖的提取率，因为现有技术采用的低聚木糖的提取方法中，有采用高温高压爆破的方法，如果采用高温液化去除淀粉的方法，木聚糖在较高温度下β-1,4糖苷键断裂发生自水解作用，使木聚糖分子量降低，溶解度增大，就会有部分的低聚木糖损失，造成低聚糖的提取率下降。

【具体实施方式】

通过下述实施例将能够更好地理解本发明。

实施例1：阿魏酸低聚糖糖浆的制备

该实施例的实施步骤如下：

将山东恒丰面粉有限公司销售的麦麸过20目筛，并通过人工去除明显的异物；使用江阴市伟达药化机械制造有限公司销售的粉碎设备将筛分后的原料粉碎至120目，向麦麸粉中加水调至浓度为以重量计18％％的料液，用10％NaOH水溶液将料液的pH值调节到8.0，将料液加热至45℃，保温浸泡反应3h，反应结束后将浆液在下述条件下通过天长市远安机械有限公司销售的旋流器进行洗涤：进料压力0.9MPa、底流压力0.35MPa、进料流量5.0t/h、洗水量5.5t/h；然后所得到的旋流轻相与重相分别经过杭州国瑞压滤机有限公司销售的板框过滤机进行过滤，得到重相滤饼与轻相滤饼，这些滤饼再分别用滤饼重量计1～2倍水进行洗涤，轻相滤饼用江苏先锋干燥工程有限公司销售的气流干燥设备进行干燥，得到以小麦淀粉为主要组分的产品。所有滤液和所有洗水合并得到一种料液，用1mol/L的HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.0，使蛋白絮凝，用苏州南格机械有限公司销售的离心分离机在转速2500rpm的条件下进行固液分离，得到麦麸蛋白渣，接着在温度140℃与真空0.05MPaMPa的条件干燥120s，得到水含量为以重量计小于14％的麦麸淀粉；洗涤重相滤饼加水调成12％的料液，并用醋酸-醋酸钠缓冲液体系维持料液pH值在4.8，加入干物质重量0.1％的诺维信(中国)生物技术有限公司销售的木聚糖酶，在48℃下保温反应16h，反应结束后，将反应浆液通过杭州国瑞压滤机有限公司销售的板框压滤机过滤，得到滤液；滤液先经过三达膜环境技术股份有限公司销售的超滤设备在温度40℃，1.2MPa条件下进行超滤，超滤膜截留的相对分子量是15000，去除蛋白质、胶体、色素等可溶性大分子杂质；再经过三达膜环境技术股份有限公司销售的纳滤设备在温度40℃，1.0MPa条件下进行脱盐、小分子杂质，纳滤膜截留的相对分子量是200；用板式蒸发器在温度60℃下将所得料液浓缩到浓度74％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆；

按照本说明书描述的公式，可以计算出淀粉回收率为率为81.9％，蛋白回收率为63.2％，阿魏酸低聚糖的提取率为26.7％，其中阿魏酸含量0.295％。

实施例2：阿魏酸低聚糖糖浆的制备

该实施例的实施步骤如下：

将菏泽市鲁王面业有限公司销售的麦麸过20目筛，并通过人工去除明显的异物；使用江阴市海科粉体设备制造有限公司销售的粉碎设备将筛分后的原料粉碎至150目，向麦麸粉中加水调至浓度为以重量计24％的料液，用10％NaOH水溶液将料液的pH值调节到8.5，将料液加热至50℃，保温浸泡反应5h，反应结束后将浆液在下述条件下通过江苏邦力生化设备有限公司销售的旋流器进行洗涤：进料压力1.0MPa、底流压力0.4MPa、进料流量5.5t/h、洗水量6.0t/h；然后所得到的旋流轻相与重相分别经过杭州坤源过滤机械有限公司销售的板框过滤机进行过滤，得到重相滤饼与轻相滤饼，分别用滤饼重量计1～2倍水洗涤轻相和重相的滤饼，轻相滤饼用常州健达干燥设备有限公司销售的气流干燥设备进行干燥，得到以小麦淀粉为主要组分的产品。轻重相的滤液和洗水合并，用1mol/L的HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.5，使蛋白絮凝，用张家港第一离心机厂销售的离心分离机在转速3000rpm的条件下进行固液分离，得到麦麸蛋白渣，接着在温度160℃与真空0.06MPa的条件干燥80s，得到水含量为以重量计小于12.5％的麦麸淀粉；洗涤重相滤饼加水调成15％的料液，并用醋酸-醋酸钠缓冲液体系维持料液pH值在5.1，加入干物质重量0.15％的杰能科(中国)生物工程有限公司销售的木聚糖酶，在48～52℃下保温反应16～20h，反应结束后，将反应浆液通过杭州坤源过滤机械有限公司销售的板框压滤机过滤，得到滤液；滤液先经过安徽省科林环境生物技术有限公司销售的超滤设备在温度45℃，1.0MPa条件下进行超滤，超滤膜截留的相对分子量是20000，去除蛋白质、胶体、色素等可溶性大分子杂质；再经过安徽省科林环境生物技术有限公司销售的纳滤设备在温度45℃0.8MPa条件下进行脱盐、小分子杂质，纳滤膜截留的相对分子量是300；用板式蒸发器在温度70℃条件下将所得料液浓缩到浓度77％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆；

按照本说明书描述的公式，可以计算出淀粉回收率为率为82.3％，蛋白回收率为62.7％，阿魏酸低聚糖的提取率为26.4％，其中阿魏酸含量0.292％。

实施例3：阿魏酸低聚糖糖浆的制备

该实施例的实施步骤如下：

将安徽占元面粉有限公司销售的麦麸过20目筛，并通过人工去除明显的异物；使用江阴市龙昌机械制造有限公司销售的粉碎设备将筛分后的原料粉碎至130目，向麦麸粉中加水调至浓度为以重量计20％的料液，用10％NaOH水溶液将料液的pH值调节到8.2，将料液加热至47℃，保温浸泡反应4h，反应结束后将浆液在下述条件下通过威海市海王旋流器有限公司销售的旋流器进行洗涤：进料压力0.95MPa、底流压力0.37MPa、进料流量5.2t/h、洗水量5.7t/h；然后所得到的旋流轻相与重相分别经过杭州兴源过滤科技股份有限公司销售的板框过滤机进行过滤，得到重相滤饼与轻相滤饼，分别用滤饼重量计1～2倍水洗涤轻相和重相的滤饼，轻相滤饼用常州力马干燥工程有限公司销售的气流干燥设备进行干燥，得到以小麦淀粉为主要组分的产品。轻重相的滤液和洗水合并，用1mol/L的HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.1，使蛋白絮凝，用辽阳中联制药机械有限公司销售的离心分离机在转速2800rpm的条件下进行固液分离，得到麦麸蛋白渣，接着在温度154℃与真空0.055MPa的条件干燥100s，得到水含量为以重量计小于13.5％的麦麸淀粉；洗涤重相滤饼加水调成13％的料液，并用醋酸-醋酸钠缓冲液体系维持料液pH值在4.9，加入干物质重量0.12％的山东隆大生物工程有限公司销售的木聚糖酶，在49℃下保温反应18h，反应结束后，将反应浆液通过杭州兴源过滤科技股份有限公司销售的板框压滤机过滤，得到滤液；滤液先经过合肥科佳高分子材料有限公司销售的超滤设备在温度42℃，1.1MPa条件下进行超滤，超滤膜截留的相对分子量是15000，去除蛋白质、胶体、色素等可溶性大分子杂质；再经过合肥科佳高分子材料有限公司销售的纳滤设备在温度42℃0.95MPa条件下进行脱盐、小分子杂质，纳滤膜截留的相对分子量是250；用板式蒸发器在温度68℃条件下将所得料液浓缩到浓度75％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆；

按照本说明书描述的公式，可以计算出淀粉回收率为率为83.8％，蛋白回收率为65.4％，阿魏酸低聚糖的提取率为27.1％，其中阿魏酸含量0.303％。

实施例4：阿魏酸低聚糖糖浆的制备

该实施例的实施步骤如下：

将山东恒丰面粉有限公司销售的麦麸过20目筛，并通过人工去除明显的异物；使用江阴市海科粉体设备制造有限公司、销售的粉碎设备将筛分后的原料粉碎至140目，向麦麸粉中加水调至浓度为以重量计18％～24％的料液，用10％NaOH水溶液将料液的pH值调节到8.3，将料液加热至48℃，保温浸泡反应4.5h，反应结束后将浆液在下述条件下通过威海市海王旋流器有限公司销售的旋流器进行洗涤：进料压力0.96MPa、底流压力0.38MPa、进料流量5.3t/h、洗水量5.8t/h；然后所得到的旋流轻相与重相分别经过杭州国瑞压滤机有限公司销售的板框过滤机进行过滤，得到重相滤饼与轻相滤饼，分别用滤饼重量计1～2倍水洗涤轻相和重相的滤饼，轻相滤饼用常州健达干燥设备有限公司销售的气流干燥设备进行干燥，得到以小麦淀粉为主要组分的产品。轻重相的滤液和洗水合并，用1mol/L的HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.2，使蛋白絮凝，用辽阳中联制药机械有限公司销售的离心分离机在转速2900rpm的条件下进行固液分离，得到麦麸蛋白渣，，接着在温度156℃与真空0.55MPa的条件干燥95s，得到水含量为以重量计小于13.0％的麦麸淀粉；洗涤重相滤饼加水调成14％的料液，并用醋酸-醋酸钠缓冲液体系维持料液pH值在5.0，加入干物质重量0.1％～0.15％的诺维信(中国)生物技术有限公司销售的木聚糖酶，在50℃下保温反应19h，反应结束后，将反应浆液通过杭州国瑞压滤机有限公司销售的板框压滤机过滤，得到滤液；滤液先经过安徽省科林环境生物技术有限公司销售的超滤设备在温度43℃，1.08MPa条件下进行超滤，超滤膜截留的相对分子量是15000，去除蛋白质、胶体、色素等可溶性大分子杂质；再经过安徽省科林环境生物技术有限公司销售的纳滤设备在温度43℃，0.88MPa条件下进行脱盐、小分子杂质，纳滤膜截留的相对分子量是250；用板式蒸发器在温度67℃条件下将所得料液浓缩到浓度76％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆；

按照本说明书描述的公式，可以计算出淀粉回收率为率为84.0％，蛋白回收率为64.5％，阿魏酸低聚糖的提取率为27.6％，其中阿魏酸含量0.306％。

对比实施例1

参照CN101948889 A描述的制备方法，由小麦麸皮制备含阿魏酸的低聚糖。

该对比实施例的实施步骤如下：

(1)麸皮预处理：常压加水煮沸101℃保温1小时，使淀粉转化成糊精溶出，洗去，然后作为起始原料。

(2)酶解：用醋酸将预处理过的麸皮pH调为5.0，然后按干基麸皮∶酶＝1g∶30μg的比例加入配好的木聚糖酶液(1g木聚糖酶溶于100ml水)，50℃、180r/min摇床中保温10小时，然后滤出酶解液。

(3)脱色：取麸皮酶解液300ml，固形物为2％，按照液体体积0.5％加入糖用活性炭，于80℃脱色30min。然后滤除去其中的活性炭。

(4)浓缩：脱色后酶解液用旋转蒸发器浓缩至固形物3％。

(5)离子交换：将浓缩后的酶解液，按阳-阴-阳树脂交换，出料固形物为1％。分析其低聚木糖含量和测定其阿魏酸，结果为：含阿魏酸的低聚木糖收率23.14％，其中，阿魏酸含量0.248％。

实施例1-4与对比实施例1的结果列于表1中。

表1：实施例1-4与对比实施例1的实施结果

由表1的分析结果可以清楚看出，与对比实施例1相比，实施例1-4将小麦麸皮原料中淀粉的回收率均大于80％，蛋白的回收率均大于60％，提高了深加工的附加值。对比实施例1中采用高温淀粉酶液化淀粉，蛋白酶水解蛋白，淀粉转化为可溶性的小分子糖，蛋白转化成可溶性的肽甚至氨基酸，这些物质与阿魏酸低聚糖在溶解性、分子量大小上都很接近，给后者的分离纯化带来了很大的麻烦。而且较长时间的高温高压作用，造成了部分低聚木糖的损失，造成对比实施例1的阿魏酸低聚糖和阿魏酸的提取率都低于实施例1-4.。

Claims (10)

1.一种利用麦麸制备阿魏酸低聚糖糖浆的方法，其特征在于所述方法的步骤如下：

A、原料预处理

采用筛分方法，将麦麸原料中存在的有形异物去除；然后，筛分麦麸原料使用粉碎设备粉碎至120～150目，得到一种麦麸粉；

B、第一次调浆与反应

往步骤A得到的麦麸粉中加水调浆，得到麦麸粉浓度为以重量计18～24％的麦麸粉浆液，再使用NaOH水溶液将所述麦麸粉浆液的pH值调节到8.0～8.5，然后加热至温度45～50℃，并在这个温度下浸泡反应3～5h，得到第一次反应浆液；

C、洗涤与分离

步骤B得到的第一次反应浆液使用旋流器在进料压力0.9～1.0MPa、底流压力0.35～0.4MPa、进料流量5.0～5.5t/h与洗水量5.5～6.0t/h条件下进行洗涤，得到一种旋流轻相与一种旋流重相，它们分别用板框过滤机进行过滤，得到一种重相滤饼与一种轻相滤饼，这些滤饼再分别使用以所述滤饼重量计1～2倍水进行洗涤；

所有的滤液与所有的洗水合并得到一种料液，然后用HCl水溶液将所述料液的pH值调节到4.0～4.5，使蛋白絮凝，用离心分离机进行固液分离，得到一种麦麸蛋白渣；

洗涤的轻相滤饼经干燥后得到麦麸淀粉；

D、第二次调浆与反应

往步骤C得到的洗涤重相滤饼中加水调浆，得到一种重相干物质浓度为以重量计12～15％的重相物质料液，用醋酸-醋酸钠缓冲液将该料液的pH值保持在4.8～5.1，然后加入重相干物质重量0.1～0.15％的木聚糖酶，在温度48～52℃下保温反应16～20h，得到第二次反应浆液；

E、过滤

让步骤D得到的第二次反应浆液用板框压滤机进行过滤，得到滤液；

F、膜过滤

让步骤E得到的滤液先使用超滤设备进行超滤，去除蛋白质、胶体与色素可溶性大分子杂质；再使用纳滤设备进行纳滤脱盐，除去小分子杂质，将所述滤液的浓度提高到以重量计22～27％；

G、浓缩

使用板式蒸发器将步骤F得到的纳滤滤液的浓度从22～27％提高到74～77％，得到所述阿魏酸低聚糖糖浆。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，所述NaOH水溶液的浓度是以重量计8～12％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，所述HCl水溶液的浓度是0.8～1.2mol/L。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，用离心分离机在转速2500～3000pm的条件下进行固液分离10～15min。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤C中，洗涤的轻相滤饼在温度140～160℃，压力为0.05～0.06MPa的条件气流干燥80～120s，得到水含量为以重量计12～14％的麦麸淀粉。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤D中，木聚糖酶的酶活力是5万～10万U/mg。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤F中，使用截留分子量为15000～20000的超滤设备在温度40～45℃、压力1.0～1.2MPa条件下进行超滤。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤F中，使用截留分子量为200～300的纳滤设备在温度40～45℃、压力0.8～1.0MPa条件下进行纳滤。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于在步骤G中，使用板式蒸发器在60～70℃条件下进行蒸发。

10.根据权利要求1-9中任一项权利要求所述制备方法所得到的阿魏酸低聚糖糖浆，其特征在于它含有以所述糖浆总重量计0.29-0.31％阿魏酸。