CN106800609B - 一种从小麦麸皮中提取木聚糖的方法 - Google Patents

Abstract

一种从小麦麸皮中提取木聚糖的方法，包括：小麦麸皮的粉碎过筛、脱淀粉预处理，氢氧化钠碱溶，添加过氧化氢脱除木质素，再经中和、过滤、有机溶剂沉淀，烘干制备木聚糖底物产品。本发明工艺简单，条件温和，提取纯度良好，提取率高达30％，且同一批次和不同批次的提取率变异系数都不超8％，作为饲料木聚糖酶底物测定的酶活变异系数也不超8％。可重复性好。本提取方法具有广泛的应用推广价值。

Description

一种从小麦麸皮中提取木聚糖的方法

技术领域

本发明属于植物木聚糖的生产技术领域，具体涉及一种从小麦麸皮中提取木聚糖的方法。

背景技术

木聚糖(xylan)是一种存在于植物细胞壁中的异质多糖，约占植物细胞干重的15％～35％，是植物半纤维素(hemicellose)的主要成分。大多数木聚糖是一种结构复杂的、具有高度分枝的异质多糖，含有许多不同的取代基，其应用广泛。

近来，木聚糖被看成是最重要的可再生资源之一，是因为它对通过化学修饰反应而得到的新生物多聚体材料以及功能聚合物有着重要的基础作用。木聚糖也因为其中功能分子的多样性的应用潜力无限而被看好，木聚糖及其衍生物最有可能产生的重要的应用便是药物载体、伤口敷料以及造纸业中的添加剂。另外,木聚糖在食品中可用作乳化剂及膳食纤维,具有促进有丝分裂及免疫调节等功能。此外，木聚糖酶的另一主要应用是作为木聚糖酶活性测定的底物。由于木聚糖酶广泛应用于饲料工业中，其可以分解饲料工业中的原料细胞壁以及β-葡聚糖，降低饲料用粮中的非淀粉多糖，促进营养物质的吸收利用。它可以将饲料的非淀粉多糖(NSPS)分解成较小聚合度的低聚木糖，从而改善饲料性能，消除或降低非淀粉多糖在动物肠胃中因粘度较大而引起的抗营养作用同时它可以破坏植物细胞壁的结构，提高内源性消化酶的活性，提高饲料养分的利用。因此，在饲料研究领域中急需与饲料用酶相关性高的木聚糖作为活性测定底物。

目前木聚糖的提取来源包括各种禾本种，谷类和草本植物等。麦麸是一种常见的提取来源，它是由制粉工业大量产生的可利用资源，其主要成分为含量约46％的分淀粉性多糖，除此之外含有淀粉(10％-20％)、蛋白质(15％-22％)、木质素(4％-8％)和其它一些微量元素，而最主要的非淀粉性多糖就是木棸糖。麦麸中的木聚糖在水中难以提取是由于它们相互之间以及和其它细胞壁成分之间的作用，比如木质素和纤维素,通过酸桥和氢键的束缚难以实现在水中提取。

现今研究比较成熟的从麦麸中提取木聚糖的工艺，包括高温碱法或超声波辅助提取法等，但高温和超声手段，容易破坏木聚糖分子，并且生产出的木聚糖杂质残留很多，不能满足需要。尤其在饲料研究领域的木聚糖酶制备过程中，木聚糖作为酶活测定底物，需要严格的来源、活性和纯度要求。

针对现有技术中的不足，申请人在前期实验中通过大量单因素和正交试验，对麸皮碱提取方法进行了步骤和参数的优化，包括前期的纯化和后期的提取过程，从而获得一套适于小麦麸皮提取的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术对于麦麸木聚糖提取率低的技术缺陷，提供一种新的小麦麸皮中提取木聚糖的方法，该提取方法条件温和，效率高，且可重复性好。

本发明的方法，包括如下步骤：

小麦麸预处理

1)将小麦粉碎过筛；

2)小麦麸脱淀粉用细孔棉布包裹已过筛的步骤1)的小麦麸，加入胰液素，用橡皮筋扎紧，在热水中多次搓洗并拧干；

3)将已脱淀粉的步骤2)的麸皮放入5L烧杯中，加入EDTA溶液，搅拌1h，用细孔棉布过滤后再用蒸馏水清洗并拧干，105℃，4h烘干，粉碎保存；

木聚糖提取

4)碱溶称取适量步骤3)经预处理后的小麦麸，加入过氧化氢溶液，边磁力搅拌边加入4M NaOH溶液调节pH至碱性，加热恒温水浴震荡过夜；

5)再用10％盐酸调节上述步骤4)的溶液pH值至弱酸性，静置，抽滤过两层细孔棉布，最后用少量蒸馏水清洗滤渣；

6)乙醇沉淀步骤5)获得的滤液边磁力搅拌边加入过量的无水乙醇，自然沉淀；

7)沉淀烘干。

上述步骤1)为取200～300g小麦麸粉碎，过60目筛；

上述步骤3)中的EDTA溶液浓度为0.2％(w/v)；

上述步骤4)中小麦麸与过氧化氢溶液的料液比为1:50；

上述步骤6)的沉降时间为3h；

上述步骤7)中还包括烘干后倒去上清液，沉淀先65℃烘至松软且不易破碎后，再105℃烘4h至绝干，粉碎过100目，阴凉干燥处保存。

本发明相对于现有技术具有如下有益技术效果：

1)本发明提取方法，包括了麸皮的预处理和提取步骤。预处理过程中通过加入胰液素等有效的脱除淀粉等杂质；在提取步骤中，通过加入过氧化氢有效的脱除木质素并起到漂白作用，同时作为大分子木聚糖的温和增溶剂，促进木聚糖的溶解；随后经中和、过滤后滤液中溶剂的木聚糖通过有机溶剂沉淀提取。整个过程通过条件参数的优化，获得一套木聚糖提取率高的方法，该方法获得的麸皮提取率都在30％以上。

2)本发明同一批次和不同批次的提取率变异系数均不超过8％，具有良好稳定性。

3)本发明的方法制备的木聚糖具有高纯度，稳定性好。

4)本发明的方法工艺简单，条件温和，在提取过程中不涉及高温或超声波等剧烈步骤，最大程度的保护了木聚糖的分子，提高了产品的品质。

5)本发明以小麦麸皮为基础提取获得的木聚糖酶，由于与饲料工业的木聚糖酶相关性更高，更适于木聚糖酶活的准确测定，为饲料木聚糖酶研究提供基础。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明进一步描述，但并不因此而限定本发明的保护范围。

以下实施例中采用的仪器和设备包括：

细孔棉布

植物样品粉碎机

试验筛：孔径0.30mm(60目)

天平：2000g，分度值0.01g

分析天平：分度值0.0001g

pH计：分度值0.01

磁力搅拌器(型号：EMS-9A，天津市欧诺仪器仪表有限公司)

恒温水浴震荡器(型号：SDSHZ-300A，江苏太仓市实验设备厂)

真空泵(型号：FY-IH-N，飞越)

抽滤瓶

布氏漏斗(直径9cm)

旋转蒸发仪(型号：RV8，HB10，广东仪科实验室技术有限公司)

电热鼓风干燥箱(型号：SHG-9140A，中仪国科(北京)科技有限公司)

快速低温冷却循环泵(型号：DLK-5003，宁波新芝生物科技有限公司)

所采用的试剂和材料包括：

小麦麸：按照GB/T 14699.1进行饲料的采样，样品制备后应尽快检验。

乙二胺四乙酸溶液，浓度为0.2％：称取EDTA 0.2g，溶于蒸馏水中，定容至100mL。

过氧化氢溶液，浓度为30％

氢氧化钠溶液，浓度为4mol/L：称取160g NaOH，溶于蒸馏水，定容至1000mL。

盐酸溶液，浓度为10％：量取134mL浓盐酸，用蒸馏水定容至500mL(注意先加水，后加盐酸)。

无水乙醇，分析纯

木聚糖的提取率计算方法如下：

试验中提取率用R表示

式中：

R(％)：木聚糖提取率，％；

m2：6.2中预处理后的麸皮称样重，单位为g；

m3：提取出底物木聚糖重量，单位为g；

r(％)：麦麸预处理后与处理前的比值，％。

小麦麸皮预处理后的获得率用r表示：

式中：

m0：预处理前麸皮的量，单位为g；

m1：预处理后麸皮的量，单位为g。

实施例1：原产地北京的小麦麸木聚糖提取及提取率测定

小麦麸预处理：取200～300g北京原产地的小麦麸粉碎，过60目筛。用细孔棉布包裹已过筛的小麦麸，加入胰液素，用橡皮筋扎紧，在热水中多次搓洗并拧干。将已脱淀粉的麸皮放入5L烧杯中，加入0.2％(w/v)EDTA溶液，搅拌1h，用细孔棉布(4.1)过滤后再用蒸馏水清洗并拧干。105℃，4h烘干，粉碎保存。

木聚糖提取：碱溶称取适量经预处理后的小麦麸，加入过氧化氢溶液，料液比1:50，边磁力搅拌边加入4M NaOH溶液调节pH至碱性，加热恒温水浴震荡过夜。再用10％盐酸调节上述溶液pH值至弱酸性，静置，抽滤过两层细孔棉布，最后用少量蒸馏水清洗滤渣。滤液边磁力搅拌边加入过量的无水乙醇，自然沉淀3h。沉淀烘干倒去上清液，沉淀先65℃烘至松软且不易破碎后，再105℃烘4h至绝干，粉碎过100目，阴凉干燥处保存。根据上述公式测定提取率为31.12％。

实施例2：原产地江苏的小麦麸木聚糖提取

除小麦麸皮来源于江苏外，其他参数与实施例1相同，根据上述公式测定提取率为31.07％。

实施例3：原产地吉林的小麦麸木聚糖提取

除小麦麸皮来源于吉林外，其他参数与实施例1相同，根据上述公式测定提取率为32.09％。

实施例4：原产地陕西的小麦麸木聚糖提取

除小麦麸皮来源于陕西外，其他参数与实施例1相同，根据上述公式测定提取率为31.19％。

实施例5：原产地河南的小麦麸木聚糖提取

除小麦麸皮来源于河南外，其他参数与实施例1相同，根据上述公式测定提取率为33.81％。

上述实施例1-5的小麦麸皮中提取木聚糖结果如下：

表1：不同原料来源的木聚糖提取率对比

结果表明，不同来源的麸皮木聚糖提取率都在30％以上，且变异系数较小，适于推广。

实施例6：对来自北京的不同批次的小麦麸皮进行检测。

小麦麸预处理：取200～300g北京原产地的小麦麸粉碎，过60目筛。用细孔棉布包裹已过筛的小麦麸，加入胰液素，用橡皮筋扎紧，在热水中多次搓洗并拧干。将已脱淀粉的麸皮放入5L烧杯中，加入0.2％(w/v)EDTA溶液，搅拌1h，用细孔棉布(4.1)过滤后再用蒸馏水清洗并拧干。105℃，4h烘干，粉碎保存。

木聚糖提取：碱溶称取适量经预处理后的小麦麸，加入过氧化氢溶液，料液比1:50，边磁力搅拌边加入4M NaOH溶液调节pH至碱性，加热恒温水浴震荡过夜。再用10％盐酸调节上述溶液pH值至弱酸性，静置，抽滤过两层细孔棉布，最后用少量蒸馏水清洗滤渣。滤液边磁力搅拌边加入过量的无水乙醇，自然沉淀3h。沉淀烘干倒去上清液，沉淀先65℃烘至松软且不易破碎后，再105℃烘4h至绝干，粉碎过100目，阴凉干燥处保存。比较不同批次的木聚糖提取率，结果如下表2：

表2：北京来源小麦麸皮不同批次的木聚糖提取率对比

由上表数据可知，不同批次间提取效率相似，具有较低的变异系数，表明该方法的可重复性好，适于推广。

实施例7：作为饲料木聚糖酶底物测定的酶活(GB/T 23874-2009)检测

对实施例1-5中不同来源的小麦麸皮提取的木聚糖为底物，同时以燕麦和山毛榉来源的木聚糖为对照，进行木聚糖酶酶活测定，检测结果表明本发明麸皮来源的木聚糖更适于作为酶活底物，且其变异系数也不超过8％，如下表3。

表3：不同来源的木聚糖酶底物酶活对比(U/g)稀释倍数：90万

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出可能的变动和修饰，或改动为等同的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种从小麦麸皮中提取木聚糖的方法，其特征在于：包括小麦麸皮预处理步骤和木聚糖提取步骤，其中，小麦麸皮预处理步骤包括：

1)将小麦粉碎过筛；

2)小麦麸脱淀粉：用细孔棉布包裹已过筛的步骤1)的小麦麸，加入胰液素，用橡皮筋扎紧，在热水中多次搓洗并拧干；

3))将已脱淀粉的步骤2)的麸皮放入5L烧杯中，加入EDTA溶液，搅拌1h，用细孔棉布过滤后再用蒸馏水清洗并拧干，105℃，4h烘干，粉碎保存；

木聚糖提取步骤包括:

4)碱溶：称取适量步骤3)经预处理后的小麦麸，加入过氧化氢溶液，过氧化氢浓度为2％-3％，边磁力搅拌边加入4M NaOH溶液调节pH至碱性，pH值为12，加热温度为60℃，恒温水浴震荡过夜，提取时间为10h；

5)再用10％盐酸调节上述步骤4)的溶液pH值至弱酸性，静置，抽滤过两层细孔棉布，最后用少量蒸馏水清洗滤渣；

6)乙醇沉淀步骤5)获得的滤液，边磁力搅拌边加入过量的无水乙醇，自然沉淀；

7)沉淀烘干。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤1)为取200～300g小麦麸粉碎，过60目筛。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤3)中的EDTA溶液浓度为0.2％(w/v)。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤4)中小麦麸与过氧化氢溶液的料液比为1:50。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤6)的静置时间为3h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤7)中还包括倒去上清液后烘干，沉淀先65℃烘至松软且不易破碎后，再105℃烘4h至绝干，粉碎过100目，阴凉干燥处保存。