CN108611385A - 水溶性酵母β-葡聚糖及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品加工领域，具体涉及一种水溶性酵母β‑葡聚糖及其制备方法和应用。包括如下步骤：酶处理：向含有水不溶性酵母β‑葡聚糖的原料中加入葡聚糖酶处理，然后分离并收集上清液；(2)过滤处理：对上清液进行过滤处理；(3)膜分离：将上清液进行膜分离，收集截留液，得到水溶性酵母β‑葡聚糖；其中，所述葡聚糖酶来自于曲霉。本方法及本方法得到的水溶性酵母β‑葡聚糖产品无色、无味、完全水溶，并保持了酵母葡聚糖原有的分子结构。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工领域，具体涉及一种水溶性酵母β-葡聚糖及其制备方法和应用。
背景技术
酵母β-葡聚糖是存在于酵母细胞壁中的一种多糖，具有增强免疫、抗辐射等多种生理功能。其中天然存在的多为水不溶性葡聚糖，占85％左右，目前经提取纯化等工艺得到的酵母β-葡聚糖产品为水不溶性葡聚糖。酵母葡聚糖已被多个国家批准为新食品配料，但其水溶性较差导致其应用范围受到了一定的限制。
为了提高酵母葡聚糖的水溶性，可以采用化学和物理改性的手段对其结构进行修饰，其中应用较多的是采用羧甲基化、硫酸化和磷酸化增溶改性，在原有的葡聚糖分子结果中引入极性基团，增加其水溶性。CN103804511A公开了一种羧甲基酵母葡聚糖产品的制备方法，通过羧甲基化改性得到的羧甲基葡聚糖产品取代度0.3-1.0，分子量100-1000KD，水中完全溶解，应用于化妆品领域具有保湿、抗衰老等功效。但经过衍生化改性的酵母葡聚糖分子结构收到破坏，产品的安全性需要重新评价和论证，引入的基团对其功效发挥也有一定的影响。
物理方法包括超声处理、机械破碎等，CN102838688B公开了一种水溶性酵母葡聚糖的制备方法，采用机械化学方法，在固相体系中，通过固态化学反应对酵母葡聚糖进行化学修饰和改性，得到水溶性葡聚糖产品。但这种方法对设备要求较高，且产品的水溶性并不理想。
经过衍生化改性的酵母葡聚糖分子结构收到破坏，产品的安全性需要重新评价和论证，引入的基团对其功效发挥也有一定的影响。通过物理改性得到水溶性葡聚糖产品。但这种方法对设备要求较高，且产品的水溶性并不理想。
发明内容
本发明所解决的现有技术的问题是：现有技术为了提高酵母葡聚糖的水溶性，采用化学和物理改性的手段对其结构进行修饰，但是经过衍生化改性的酵母葡聚糖分子结构收到破坏，产品的安全性需要重新评价和论证，引入的基团对其功效发挥也有一定的影响。通过物理改性得到水溶性葡聚糖产品。但这种方法对设备要求较高，且产品的水溶性并不理想。而通过酶法促进β-1,3-葡聚糖酶增溶，其可以利用的酶非常少，而且价格昂贵，增溶效果也并不显著。
为了解决上述问题，本发明提供了一种水溶性酵母β-葡聚糖及其制备方法和应用。
具体而言，本发明提供了如下技术方案。
具体而言，本发明提供了一种水溶性酵母β-葡聚糖的制备方法，包括如下步骤：
(1)酶处理：向含有水不溶性酵母β-葡聚糖的原料中加入葡聚糖酶处理，然后分离并收集上清液；
(2)过滤处理：对上清液进行过滤处理；
(3)膜分离：将上清液进行膜分离，收集截留液，得到水溶性酵母β-葡聚糖；
其中，所述葡聚糖酶来自于曲霉。
优选的，其中，步骤(1)中葡聚糖酶作用的pH值为4-7，温度为20-70℃。
优选的，其中步骤(1)中葡聚糖酶作用的pH值为5-6，温度为40-60℃。
优选的，步骤(1)中葡聚糖酶的作用浓度为0.1-5U/mL，作用时间为1-24h。
优选的，步骤(1)中葡聚糖酶的作用浓度为1-3U/mL，作用时间为4-12h。
优选的，步骤(1)中水不溶性酵母β-葡聚糖悬液的浓度为2％-10％，优选为4-8％。
优选的，步骤(1)中水不溶性酵母β-葡聚糖悬液的浓度为4-8％。
优选的，其中，步骤(2)中，过滤处理采用硅藻土，硅藻土细度为100目以上。
优选的，其中，步骤(3)中，膜分离之前调节上清液pH值为6.0-10.0，优选7.0-8.0。
优选的，其中，步骤(3)中，膜分离之前调节上清液pH值为7.0-8.0。
优选的，其中，步骤(3)中，膜分离的截留分子量为1W-10W。
优选的，所述的制备方法还包括如下步骤：
将步骤(3)制得的截留液进行干燥处理。
优选的，干燥处理采用喷雾干燥或冷冻干燥。
第二方面，本发明提供了以上任一项所述的制备方法所制得的水溶性酵母β-葡聚糖。
优选的，所述水溶性酵母β-葡聚糖的分子量为1-50万道尔顿。
第三方面，本发明提供了以上任一项所述的水溶性酵母β-葡聚糖在食品配料、动物免疫制药领域中的应用。
水不溶性酵母β-葡聚糖的糖链通过三股螺旋的形式结合，形成网络，难以水溶。通过利用来自于曲霉的葡聚糖酶进行适当水解，可以破坏原有的三股螺旋结构，达到增加溶解度的目的。然后通过过滤、膜分离等工艺，去除原料中难以水解的成分，制备得到的水溶性酵母β-葡聚糖完全水溶，分子量均一，功效稳定性和产品稳定性提高。
本发明通过酶解、过滤、膜分离等工艺，制备得到的水溶性酵母β-葡聚糖完全水溶，分子量均一，得率55％以上。
本发明的有益效果是：(1)采用本方法得到的水溶性酵母β-葡聚糖产品无色、无味、完全水溶，并保持了酵母葡聚糖原有的分子结构。(2)采用本发明的制备方法得到的水溶性酵母β-葡聚糖产品分子量在1-50万道尔顿，β-葡聚糖含量在80％以上。
具体实施方式
如上所述，本发明的目的在于：提供一种水溶性酵母β葡聚糖，是通过水不溶性酵母β-葡聚糖在葡聚糖酶的作用下，将其转换为水溶性酵母β葡聚糖。
其中，在本发明的一种优选实施方式中，所述葡聚糖酶来自曲霉。来自曲霉的葡聚糖酶为细胞壁降解酶复合物。
其中，在本发明的另一种优选实施方式中，采用硅藻土处理。
在本发明的又一种优选实施方式中，采用膜分离处理。
在本发明的另一种优选实施方式中，同时采用硅藻土和膜分离的方式对酶解后的产品进行处理。
其中，本发明中的水不溶性β-葡聚糖原料来源广泛，可以来自于酵母，也可以来自于燕麦或者食用菌。在对不同来源的含水不溶性β-葡聚糖原料进行酶处理之前，可以采用本领域常规的技术手段，对含有水不溶性β-葡聚糖的原料进行常规处理，得到悬液，用于后续的酶处理。其中，在一种优选的实施方式中，本发明的原料为酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)或其它种属酵母制备得到的水不溶性酵母β-葡聚糖产品，此原料可以从市场购买或通过对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)或其它种属酵母经提取分离得到。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明采用本领域技术人员常用的原料和仪器对水溶性β-葡聚糖进行测定。
本发明实施例和对比例中所用的试剂和仪器信息见表1：
表1实施例和对比例中所用试剂和仪器信息
实施例一
水不溶性酵母β-葡聚糖20kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到4.0，温度20℃，加入葡聚糖酶使其浓度达到0.1U/mL，保温处理24h，离心收集上清液。上清液采用100目硅藻土过滤。收集上清液，调节pH值为7，采用截留分子量为10KD的有机膜进行膜分离，收集截留液，得截留液共计400L，截留液呈现澄清溶液，为水溶性的β-葡聚糖。
截留液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品12.1kg(即干物质的量占截留液的含量的3.1％)。产品重均分子量158KD，β-葡聚糖含量85.8％，产品收率60％。
其中，干物质的量为冷冻干燥后得到的粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品的量。
产品收率＝干物质的量÷水不溶性酵母β-葡聚糖的量×100％
采用凝胶渗透色谱(GPC)测定处理后样品的重均相对分子质量。其中测定条件为：Agilent 1100高效液相色谱仪；色谱柱为水溶性GPC柱(300mm×7.5mm)；流动相为醋酸-醋酸钠缓冲液(pH4.5)，流速1mL/min；进样量50μL，柱温30℃。将已知分子量的T系列标准多糖(Dextran T-10，Dextran T-40，Dextran T-70，Dextran T-500和Dextran T-2000)用流动相配成10mg/ml的溶液，记录示差色谱图，运用分析软件以标准多糖分子量的对数对保留时间作图，得到标准曲线；精密称取一定量的样品，在同样条件下进行层析，记录样品的保留时间值，对照标准曲线，计算样品的重均相对分子量。
β-葡聚糖的含量采用中华人民共和国轻工行业标准QB/T 4572-2013中的方法进行测定。
实施例二
水不溶性酵母β-葡聚糖100kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到7.0，温度70℃，加入葡聚糖酶使其浓度达到5U/mL，保温处理1h，离心收集上清液。上清液采用200目硅藻土过滤。收集上清液，调节pH值为9，采用截留分子量为10KD的有机膜进行膜分离，收集截留液，得截留液共计800L，截留液呈现澄清溶液，为水溶性的β-葡聚糖。
截留液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品56kg(即干物质的量占截留液的含量的7％)。产品重均分子量366KD，β-葡聚糖含量82.1％，产品收率56％。
实施例二采用同实施例一相同的方法进行测定。
实施例三
水不溶性酵母β-葡聚糖50kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到5.0，温度50℃，加入葡聚糖酶使其浓度达到1U/mL，保温处理8h，离心收集上清液。上清液采用100目硅藻土过滤。收集上清液，调节pH值为8，采用截留分子量为10KD的有机膜进行膜分离，收集截留液液，得截留液共计600L，截留液呈现澄清溶液，为水溶性的β-葡聚糖。
截留液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品35kg(即干物质的量占截留液的含量的5.83％)。产品重均分子量456KD，β-葡聚糖含量83.3％，产品收率70％。
实施例三采用同实施例一相同的方法进行测定。
对比例一
水不溶性酵母β-葡聚糖20kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到4.0，温度20℃，加入木霉来源的葡聚糖酶使其浓度达到0.1U/mL，保温处理24h，离心收集上清液。上清液采用100目硅藻土过滤。收集上清液，调节pH值为7，采用截留分子量为10KD的有机膜进行膜分离，收集截留液，得截留液共计400L，截留液呈现澄清溶液，为水溶性的β-葡聚糖。
截留液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品4kg(即干物质的量占截留液的含量的1.0％)。产品重均分子量80KD，β-葡聚糖含量70％，产品收率20％。
对比例一与实施例一的区别在于，对比例一采用木霉来源的葡聚糖酶进行酶解，而实施例一采用曲霉来源的葡聚糖酶进行酶解。从测定结果可以看出，采用曲霉来源的葡聚糖酶对水不溶性的酵母β-葡聚糖进行酶解，可以显著提到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品的收率。
对比例二
水不溶性酵母β-葡聚糖20kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到4.0，温度20℃，加入曲霉来源的葡聚糖酶使其浓度达到0.1U/mL，保温处理24h，离心收集上清液。调节pH值为7，采用截留分子量为10KD的有机膜进行膜分离，收集截留液，得截留液共计500L。
截留液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品18kg(即干物质的量占截留液的含量的3.8％)。β-葡聚糖含量70％，产品收率95％。
对比例二与实施例一相比，不难看出，对比例二在酶解之后未利用硅藻土进行处理，所以最终得到的粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品的收率高达95％，但是因为没有进行硅藻土处理，所以β-葡聚糖的纯度低，其含量仅为70％。而且因为没有进行硅藻土处理，所以最终产品的相对分子量呈现多个分布，无法得到有效的重均分子质量。
对比例三
水不溶性酵母β-葡聚糖20kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到4.0，温度20℃，加入曲霉来源的葡聚糖酶使其浓度达到0.1U/mL，保温处理24h，离心收集上清液。上清液采用100目硅藻土过滤。收集上清液，调节pH值为7，共得到上清液共计400L。
上清液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品12kg(即干物质的量占截留液的含量的3％)。β-葡聚糖含量80％，产品收率60％。
对比例三与实施例一相比，不难看出，对比例三在酶解之后仅仅利用硅藻土进行处理，未采用10KD的有机膜进行截留，所以最终得到的粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品的收率高达60％，但是因为没有利用有机膜进行截留，所以β-葡聚糖的纯度低，其含量仅为80％。而且因为未采用有机膜进行截留处理，单纯的利用硅藻土处理，最终产品的相对分子量呈现多个分布，无法得到有效的重均分子质量。
对比例四
水不溶性酵母β-葡聚糖20kg加纯净水配制成溶液1000L，调节pH到8.0，温度20℃，加入曲霉来源的葡聚糖酶使其浓度达到0.01U/mL，保温处理20h，离心收集上清液。上清液采用100目硅藻土过滤。收集上清液，调节pH值为7，采用截留分子量为10KD的有机膜进行膜分离，收集截留液，得截留液共计400L。
截留液加入冷冻干燥后得到粉状水溶性酵母β-葡聚糖产品2kg(即干物质的量占截留液的含量的0.50％)。产品重均分子量1000KD，β-葡聚糖含量80％，产品收率10％。
对比例四与实施例一相比，其产品收率仅为10％，产品重均分子量高达1000KD。可见，曲霉来源的葡聚糖酶对于pH以及浓度的变化非常敏感。采用合适的温度、pH以及酶浓度，可以得到好的酶解效果。
以上所述仅为本发明较佳实施例，并不用于局限本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等，均需要包含在发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种水溶性酵母β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)酶处理：向含有水不溶性酵母β-葡聚糖的原料中加入葡聚糖酶处理，然后分离并收集上清液；
(2)过滤处理：对上清液进行过滤处理；
(3)膜分离：将上清液进行膜分离，收集截留液，得到水溶性酵母β-葡聚糖；
其中，所述葡聚糖酶来自于曲霉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中，步骤(1)中葡聚糖酶作用的pH值为4-7，优选pH值为5-6，温度为20-70℃，优选温度为40-60℃。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中葡聚糖酶的作用浓度为0.1-5U/mL，优选浓度为1-3U/mL，作用时间为1-24h，优选作用时间为4-12h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中水不溶性酵母β-葡聚糖悬液的浓度为2％-10％，优选为4-8％。
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，其中，步骤(2)中，过滤处理采用硅藻土，硅藻土细度为100目以上。
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，其中，步骤(3)中，膜分离之前调节上清液pH值为6.0-10.0，优选7.0-8.0。
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，其中，步骤(3)中，膜分离的截留分子量为1W-10W。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法还包括如下步骤：
将步骤(3)制得的截留液进行干燥处理。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，干燥处理采用喷雾干燥或冷冻干燥。
10.权利要求1-9任一项所述的制备方法所制得的水溶性酵母β-葡聚糖。
11.根据权利要求10所述的水溶性酵母β-葡聚糖，其特征在于，所述水溶性酵母β-葡聚糖的分子量为1-50万道尔顿。
12.权利要求10或11所述的水溶性酵母β-葡聚糖在食品配料、动物免疫制药领域中的应用。
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