CN111704677B - 一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法 - Google Patents

一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法，属于食品加工技术领域。其特征在于以小麦麸皮为原料，经灭酶、碱液和尿素浸提、离心、醇沉、透析除盐、冷冻干燥后得到麦麸多糖粗品；通过低温速冻在旋转圆底烧瓶中制备冰壳，利用冰壳特异性吸附特性从麦麸多糖粗品富集抗冻多糖，经冻干后得到抗冻多糖。本发明中分离的抗冻多糖主要为阿拉伯木聚糖，该糖能有效降低物料的冰点，可作为添加剂应用于冷冻食品或生物类制品的冻存保护剂。本发明具有操作简单、分离效率高、多糖抗冻活性强等特点，分离的麦麸多糖热滞活性为1.20～3.50℃。

Description

一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法
一、技术领域
本发明涉及一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法，属于食品加工技术领域。
二、背景技术
冷冻保藏是食品保存的一种常用方法，能大大延长食品的货架期，但冷冻食品品质劣化一直是制约其行业发展的重要因素。食品冷冻过程较为复杂，无论冰晶体大小、形态还是分布均与冷冻过程有关。体积较大的冰晶易造成食品组织结构的破坏，导致食品质量品质严重下降；而较小的冰晶对于细胞损伤较小，对食品质量影响较小。速冻能很大程度的保留食品的营养、口感和品质，但在冻藏过程中冰晶的重结晶现象导致冰晶体积增大，降低食品品质。冰重结晶是指温度低于零度条件下，体积较小的冰晶逐渐合并，成长为较大的冰晶。这种现象已被公认为冷冻保存过程中细胞损伤的主要原因之一。而对于冷冻食品而言，冰晶的生长速度、大小和数量都会对其品质产生重要的影响。延缓冰的重结晶现象已成为提高冷冻食品质量的主要途径之一。因此，研发有效控制冰晶生长的添加剂对于加速冷冻食品行业的发展至关重要。
抗冻剂是一种在抗寒抗冻的生物中广泛存在的一类物质，能显著降低冰点、延缓重结晶现象，从而具有抗冻作用。在各种生物中发现了抗冻剂，包括极地生存的鱼类、昆虫、植物、细菌等。普通植物体在遇到寒冷胁迫时亦可产生抗冻成分，以降低冻害温度。这些抗冻成分通过降低冰晶与液态水相互作用时的能量或直接与晶格相互作用控制冰晶的生长。据报道小麦的水溶性细胞壁多糖可通过抑制冰与水的直接作用，干扰了非平衡冷冻过程中冰晶的形成。此外，这些多糖分子还能与水分子争夺冰格上的位置，通过影响冻结速度和结晶能之间的关系抑制冰晶生长。抗冻剂具有非依数性降低溶液冰点、但不影响其熔点的特点，冰点和熔点之间的差值被称为热滞活性(THA)。因此，抗冻剂的抗冻活性可用热滞活性来表征。熔点越高，冰点越低，则二者差异越明显，表示抗冻剂的活性越强，所以通过THA可以评价一种抗冻剂的抗冻活性，亦可以确定体系中是否存在抗冻成分。有实验表明，水溶性阿拉伯木聚糖在食品和药物制剂中显示出具有冷冻稳定剂的潜力，即使在0.5％的质量体积浓度时，也可显著阻碍冰晶生长。
专利(公开号CN106317260A，公开日2017年1月11日)公开了“一种从青稞谷粒中提取和纯化阿拉伯木聚糖的方法”，以青稞谷粒为原料，经过研磨、过筛、酶解、碱提、透析、醇沉、真空冷冻干燥、脱脂得到粗制样品，其溶解后再依次经由柱层析洗脱得到纯化样品，该方法提取率比较低，但未对多糖的抗冻性能进行研究。专利(公开号CN103613650A，公开日2014年3月5日)公开了“抗冻蛋白及从谷朊粉中提取抗冻蛋白的方法”，以小麦淀粉生产的副产物谷朊粉为原料，以碱性溶液浸提，再经离心、透析和冷冻干燥得到抗冻蛋白，该方法提取率低，热滞活性较低。本发明无需对所制多糖进行层析纯化，工艺流程较为简单，生产容易，提取的抗冻多糖热滞活性高。
本发明以小麦加工副产物一麸皮为原料，经灭酶、碱液和尿素浸提、离心、醇沉、透析除盐、冰壳特异性吸附等步骤，分离抗冻多糖，其能有效的降低冰点，可作为冻存保护剂应用于冷冻食品或生物类制品。
三、发明内容
技术问题
本发明目的在于提供一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法，通过冰壳特异性吸附法对麦麸多糖进行筛选，以此分离麦麸抗冻性多糖，从而提供一种高效、绿色冷冻保护剂的生产方法。
技术方案
本发明的技术方案概述如下：以小麦麦麸为原料，经灭酶、碱液和尿素浸提、离心、醇沉、透析除盐、冷冻干燥后得到麦麸多糖粗品；通过低温速冻在旋转圆底烧瓶中制备冰壳，利用冰壳特异性吸附性从麦麸多糖粗品富集抗冻多糖，经冻干后制得。具体步骤包括：
(1)碱液和尿素浸提：小麦麸皮经过除杂、灭酶、粉碎过筛后，与浓度为1.50～2.0MNaOH和1.5～2.0M尿素混合液均匀混合，小麦麸皮与NaOH和尿素溶液按质量体积比1∶20～25混合，于25℃下充分搅拌8～12h，反应后5000rpm下离心10min后取上清液；
(2)醇沉、透析：加入无水乙醇至体系乙醇体积浓度为20％，8000rpm下离心20min后取上清液，继续添加无水乙醇至体系乙醇体积浓度为30％～70％，8000rpm下离心20min后得麦麸多糖沉淀；优选体系乙醇浓度为40％，此时得到的多糖纯度最大；麦麸多糖沉淀物复溶后装入透析袋，在室温下透析36～48h；将麦麸粗多糖溶液冻干、研磨、过100目筛后，得到麦麸粗多糖；
(3)冰壳制备：将圆底烧瓶倒入其容积1/5～1/4的水，设置圆底烧瓶转速为80～120rpm，在-40～-80℃冰浴中浸泡45～120s形成均匀冰壳，优选冰浴为-70～-80℃，此时形成的冰壳较为均匀，有利于提高多糖的吸附率；倒出多余的水，再次将圆底烧瓶浸入冰浴中，直至圆底烧瓶内的冰层形成裂缝；
(4)抗冻多糖富集：将形成冰壳的圆底烧瓶中浸入-1.0～-2.5℃的冰浴中，倒入其体积1/5～1/2、质量体积浓度为0.5％～2.0％的麦麸粗多糖水溶液，在转速为50～60rpm的条件下浸泡30～60min；将圆底烧瓶中的冰层在25～35℃下融化，将麦麸抗冻多糖冻干，制得。
有益效果
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)以廉价的小麦麦麸为原料，分离出高附加值的抗冻多糖，实现副产物的高效增值利用；
(2)采用冰壳法分离麦麸抗冻多糖时，其操作简单、适于生产，安全无污染；
(3)纯化到的抗冻多糖主要为阿拉伯木聚糖，该糖能有效降低冰点，可作为添加剂应用于冷冻食品或生物类制品的冻存保护。
四、具体实施方式
实施例1
小麦麸皮经过除杂、灭酶、粉碎过筛后，与浓度为1.5MNaOH和2.0M尿素混合液均匀混合，小麦麸皮与NaOH和尿素溶液按质量体积比1∶20混合，于25℃下充分搅拌8h，反应后5000rpm下离心10min后取上清液；加入无水乙醇至体系乙醇体积浓度为20％，8000rpm下离心20min后取上清液，继续添加无水乙醇至体系乙醇体积浓度为30％，8000rpm下离心20min后得麦麸多糖沉淀，在室温条件下透析48h；将麦麸粗多糖溶液冻干、研磨过100目后，得到麦麸粗多糖；将圆底烧瓶倒入其容积1/5的水，设置圆底烧瓶转速为80rpm，在-40℃冰浴中浸泡120s形成均匀冰壳；多余的水倒出后，再次将圆底烧瓶浸入冰浴中，直至圆底烧瓶内的冰层形成裂缝。将形成冰壳的圆底烧瓶中浸入-2.5℃的冰浴中，倒入其体积1/2、质量体积浓度为0.5％的麦麸粗多糖水溶液，在转速为50rpm的条件下浸泡60min；将圆底烧瓶中的冰层在25～35℃下融化，得到麦麸抗冻多糖。根据液相色谱检测可知从小麦麦麸中提取的多糖主要为阿拉伯木聚糖，差式扫描量热仪测得其热滞活性为1.20℃。
实施例2
预处理后的小麦麸皮与浓度为1.75M NaOH和1.75M尿素混合液均匀混合，小麦麸皮与NaOH和尿素溶液按质量体积比1∶25混合，于25℃下充分搅拌10h，离心步骤同实施例1；取上清液加入无水乙醇至体系乙醇体积浓度为20％，8000rpm下离心20min后取上清液，继续添加无水乙醇至体系乙醇体积浓度为70％，在室温条件下透析36h后冻干。将圆底烧瓶倒入其容积1/4的水，设置圆底烧瓶转速为100rpm，在-70℃冰浴中浸泡0s形成均匀冰壳，冰壳裂缝形成同实施例1。将形成冰壳的圆底烧瓶中浸入-2.0℃的冰浴中，倒入其体积1/3、质量体积浓度为1.0％的麦麸粗多糖水溶液，在转速为55rpm的条件下浸泡45min，冰壳的融化和冻干步骤同实施例1。此时得到的抗冻多糖的热滞活性为2.70℃。
实施例3
预处理后的小麦麸皮与浓度为2.0M NaOH和1.5M尿素的混合液均匀混合，小麦麸皮与NaOH和尿素溶液按质量体积比1∶23混合，于25℃下充分搅拌12h，离心步骤同实施例1；取上清液加入无水乙醇至体系乙醇体积浓度为20％，8000rpm下离心20min后取上清液，继续添加无水乙醇至体系乙醇体积浓度为40％，在室温条件下透析40h后冻干。将圆底烧瓶倒入其容积1/4的水，设置圆底烧瓶转速为120rpm，在-80℃冰浴中浸泡45s形成均匀冰壳，冰壳裂缝形成同实施例1。将形成冰壳的圆底烧瓶中浸入-1.0℃的冰浴中，倒入其体积1/5、质量体积浓度为2.0％的麦麸粗多糖水溶液，在转速为60rpm的条件下浸泡30min，冰壳的融化和冻干步骤同实施例1。此时得到的抗冻多糖的热滞活性为3.50℃。
以上详细说明了本发明的实施方式，但这只是为了便于理解而举的实例，不应被视为是对本发明范围的限制。同样，任何所属技术领域的技术人员均可根据本发明的技术方案及其较佳实施例的描述，做出各种可能的等同改变和替换，但所有这些改变和替换都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法，其特征在于，以小麦麸皮为原料，经灭酶、碱液和尿素浸提、离心、醇沉、透析除盐、冷冻干燥后得到麦麸多糖粗品；通过低温速冻在旋转圆底烧瓶中制备冰壳，利用冰壳特异性吸附特性从麦麸多糖粗品富集抗冻多糖，经冻干后制得，具体包括以下步骤：
(1)碱液和尿素浸提：小麦麸皮经过除杂、灭酶、粉碎过筛后，与浓度为1.5～2.0M NaOH和1.5～2.0M尿素的混合液均匀混合，小麦麸皮与NaOH和尿素溶液按质量体积比1∶20～25混合，于25℃下充分搅拌8～12h，反应后5000rpm离心10min后取上清液；
(2)醇沉、透析：加入无水乙醇至体系乙醇体积浓度为20％，8000rpm离心20min后取上清液，继续添加无水乙醇至体系乙醇体积浓度为30％～70％，8000rpm离心20min后得麦麸多糖沉淀物，然后麦麸多糖沉淀物复溶后装入透析袋在室温下透析36～48h，将麦麸粗多糖溶液冻干、研磨、过100目筛后，得到麦麸粗多糖；
(3)冰壳制备：在圆底烧瓶中加入其容积1/5～1/4的水，设置圆底烧瓶转速为80～120rpm，在-40～-80℃冰浴中浸泡45～120s形成均匀冰壳；多余的水倒出后，再次将圆底烧瓶浸入冰浴中，直至圆底烧瓶内的冰层形成裂缝；
(4)抗冻多糖富集：将形成冰壳的圆底烧瓶中浸入-1.0～-2.5℃的冰浴中，倒入其体积1/5～1/2、质量体积浓度为0.5％～2％的麦麸粗多糖水溶液，在转速为50～60rpm的条件下浸泡30～60min；将圆底烧瓶中的冰层在25～35℃下融化，将麦麸抗冻多糖冻干，制得。
2.根据权利1所述的一种利用冰壳法分离麦麸抗冻多糖的方法，其特征在于，分离到的抗冻多糖主要为阿拉伯木聚糖，其热滞活性为1.20～3.50℃，可作为添加剂应用于冷冻食品或生物类制品的冻存保护剂。
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