CN115336757A - 一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法。该方法包括：将水溶性大豆多糖溶于水，加入氯化钙、柠檬酸三钠，于室温下搅拌，之后于中性条件置于脉冲电场处理；然后加入碳酸钠溶液，离心，取上清液，除去游离的钙离子，加入乙醇溶液醇沉；之后离心，取沉淀，冷冻干燥，得到水溶性大豆多糖钙螯合物。与现有技术相比，本发明通过高压脉冲电场制备水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品钙含量达到a J J，减少了有机试剂用量，将反应时间缩短为传统水浴搅拌螯合法的。
Description
技术领域
本发明属于多糖与金属离子螯合物制备领域，具体涉及一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法。
背景技术
钙是人体内一类重要的必需元素，在人体的元素构成中排在第五位。它对于人体骨骼、心脑血管方面的器官至关重要。在人体的信息传递、神经传导、血液凝固等方面起着不可或缺的作用。人体本身不能产生钙，因此必须从食物中获取。缺钙容易引起儿童生长发育迟缓、老人骨质疏松等。市面上常见的补钙剂分为有机钙与无机钙，然而这类补钙剂中所含钙的水溶性差，容易在碱性环境的小肠内与食物中的多酚、植酸等物质形成沉淀，吸收率、转化率较低。
水溶性大豆多糖是一类以鼠李糖半乳糖醛酸和高聚半乳糖酸为主链，α-1，4-半乳聚糖和α-1，3-或α-1，5-阿拉伯糖残基为侧链的阴离子酸性多糖；其结构类似于果胶，带有大量羧基、羟基及杂原子配体，可以与金属离子形成螯合物。水溶性大豆多糖具有良好的溶解性、乳化性、抗菌性、抗氧化性、抗肿瘤性的优良品质，被广泛应用于食品工业和生物制药工业。
多糖和金属离子形成络合物制备过程简单，且络合物的独特结构带来了一系列特殊的生理活性，例如更强的抗氧化性、抗肿瘤性、酶抑制能力等。因此，若能使水溶性大豆多糖与钙离子进行螯合，所得到的产物既有水溶性大豆多糖的生理活性，又能起到高效补钙作用，可以开发具有强生理活性和钙补给作用的产品。
一种黄芪多糖钙的制备方法公开了包括：(1)黄芪药材用浓度为5wt％、pH＝9的乙醇提取，过滤，滤液浓缩至无醇后，烘干得到黄芪多糖提取物；(2)步骤(1)得到的黄芪多糖提取物用水溶解，再加入氯化钙溶液，调节pH至9-11，于60-90℃反应6-48h；(3)从步骤(2)的反应液中纯化得到黄芪多糖钙。该方法使用了传统的水浴螯合方法，反应温度较高，易对多糖及多糖钙螯合物的结构性质产生影响，且反应时间为6-48h，反应时间长。
在传统技术中，通过热水浴的方法制备水溶性大豆多糖与钙离子螯合物的过程反应时间长，反应温度高，螯合率低，导致原料、能量与时间成本投入较多，经济效益较低。采用新兴的物理场技术可以增加物质间的接触机率，促进共价键形成，有效提高螯合效率，达到快速、高效地制备水溶性大豆多糖钙螯合物，以减少原料、能量与时间投入，降低成本。
一种制作大豆多糖钙咀嚼片的方法公开了包括：S1，制备大豆多糖螯合物：将大豆多糖与氯化钙在水冷电磁铁提供的磁场中进行螯合反应，依次经过醇沉，离心，冻干，制得钙含量在4％～7％的大豆多糖螯合钙冻干粉；S2，制备咀嚼片粒：将所述步骤S1制得的大豆多糖螯合钙冻干粉加入淀粉、奶粉以及辅助剂并混合少量水，揉成较软面团，用造粒机造粒，随后加入硬脂酸镁压片成咀嚼片，最后紫外杀菌。该方法采用了水冷电磁铁的方法制备，温度低，但螯合过程大约为3h，仍然存在制备时间长的缺点。
高压脉冲电场产生的电场具有能量传递均匀，处理时间短的优点，作为食品研究领域的一种新兴技术。高压脉冲电场产生的电场作用可以促进物质产生解离，诱导多糖内羟基、羧基等基团电离产生自由基，自发地与金属离子产生结合，增加多糖与金属离子间接触、成键机率，提高螯合反应效率。
发明内容
本发明目的是提出一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，该方法是一种水溶性大豆多糖与钙螯合的制备方法，反应温度低，反应时间短，螯合率高，操作简单，可用于工业生产。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，包括如下步骤：
(1)将水溶性大豆多糖溶于水中，加入氯化钙固体，之后加入柠檬酸三钠，搅拌，得到溶液a；
(2)调节步骤(1)所述溶液a的pH，进行脉冲电场处理，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入碳酸钠溶液，然后离心，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c中加入乙醇溶液，进行醇沉处理，离心取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物。
进一步地，步骤(1)所述水溶性大豆多糖与氯化钙的质量比为8∶1～1∶1。
优选地，步骤(1)所述水溶性大豆多糖与氯化钙的质量比为7∶1～5∶1。
进一步地，步骤(1)中，水溶性大豆多糖与氯化钙的混合物与水的固液比为1∶10～1∶20g/mL。
优选地，步骤(1)中水溶性大豆多糖与氯化钙的混合物与水的固液比为1∶10～1∶15g/mL。
进一步地，步骤(1)所述搅拌的时间为0.5～1.0h。
进一步地，步骤(2)中，所述溶液a的pH调节为6.5～7.5，进行脉冲电场处理，电场强度为4.0～10.0kV/cm，脉冲数20～50次，脉宽100～200μs。
进一步地，步骤(2)中所述溶液a调节为中性。
优选地，步骤(2)所述进行脉冲电场处理时，电场强度为4.0～6.0kV/cm。
进一步地，步骤(2)所述进行脉冲电场处理的时间为20-50s。
本发明提供的方法中，高压脉冲电场起到了促进钙离子与多糖侧链基团螯合的作用，通过电荷影响多糖侧链解离度，使之自发地与金属离子螯合，并诱导分子加速运动产生碰撞，从而提高螯合效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明提供了一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，制备时间短，反应温度低，无需加入化学试剂，可以较好保留水溶性大豆多糖的生理活性。并且本法通过电荷效应，提高了螯合率，最终产品中钙含量高，提高了生产效率，减少了能量损耗，是一种有前景的新型节能制备方法。
2、本发明通过一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法得到最终产品钙含量达到8.0～12.0g/100g，减少了有机试剂用量，将反应时间缩短为传统水浴搅拌螯合法的1/3以下。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。以下实施例中的水溶性大豆多糖购买自广东华汇生物实业有限公司的水溶性大豆多糖。
实施例1
一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，包括如下步骤：
(1)将2.5g水溶性大豆多糖与0.5g氯化钙以5∶1的质量比例加入去离子水中，控制固液比为1∶15，加入柠檬酸三钠，使水溶性大豆多糖与氯化钙混合物的质量与柠檬酸三钠的质量比为10∶1，于室温下搅拌0.5h，得到溶液a；
(2)调节溶液a的pH为7.0，进行脉冲电场处理，电场强度4.0kV/cm，脉冲数20次，脉宽100μs，反应时间20s，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入5mL浓度为2mol/L的碳酸钠溶液，于6000r/min下离心10min，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠水溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c中加入体积百分比浓度95％乙醇溶液，加入体积百分比浓度95％乙醇溶液的体积为溶液c体积的4倍，于4℃下醇沉8h，得到溶液d；
(5)将步骤(4)所述溶液d进行离心，离心速率为6000r/min，离心时间为10min，取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品的钙含量为8.20g/100g，总制备时间为9.5h。
实施例2
一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，包括如下步骤：
(1)将3.0g水溶性大豆多糖与0.5g氯化钙以6∶1的质量比例加入去离子水中，控制固液比为1∶10，加入柠檬酸三钠，使水溶性大豆多糖与氯化钙混合物的质量与柠檬酸三钠的质量比为10∶1，于室温下搅拌0.5h，得到溶液a；
(2)调节溶液a的pH为6.5，进行脉冲电场处理，电场强度6.0kV/cm，脉冲数50次，脉宽150μs，反应时间50s，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入5mL浓度为2mol/L的碳酸钠溶液，于6000r/min下离心10min，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠水溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c加入体积百分比浓度95％乙醇溶液，加入体积百分比浓度95％乙醇溶液的体积为溶液c体积的4倍，于4℃下醇沉8h，得到溶液d；
(5)将步骤(4)所述溶液d进行离心，离心速率为6000r/min，离心时间为10min，取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品的钙含量为11.53g/100g，总制备时间为9.5h。
实施例3
一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，包括如下步骤：
(1)将2.1g水溶性大豆多糖与0.3g氯化钙以7∶1的质量比例加入去离子水中，控制固液比为1∶15，加入柠檬酸三钠，使水溶性大豆多糖与氯化钙混合物的质量与柠檬酸三钠的质量比为10∶1，于室温下搅拌1h，得到溶液a；
(2)调节溶液a的pH为7.5，进行脉冲电场处理，电场强度5.0kV/cm，脉冲数30次，脉宽200μs，反应时间30s，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入5mL浓度为2mol/L的碳酸钠溶液，于6000r/min下离心10min，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠水溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c中加入体积百分比浓度95％乙醇溶液，加入体积百分比浓度95％乙醇溶液的体积为溶液c体积的4倍，于4℃下醇沉8h，得到溶液d；
(5)将步骤(4)所述溶液d进行离心，离心速率为6000r/min，离心时间为10min，取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品的钙含量为10.82g/100g，总制备时间为10.0h。
实施例4
一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，包括如下步骤：
(1)将2.4g水溶性大豆多糖与0.3g氯化钙以8∶1的质量比例加入去离子水中，控制固液比为1∶20，加入柠檬酸三钠，使水溶性大豆多糖与氯化钙混合物的质量与柠檬酸三钠的质量比为10∶1，于室温下搅拌1h，得到溶液a；
(2)调节溶液a的pH为7.0，进行脉冲电场处理，电场强度10.0kV/cm，脉冲数25次，脉宽200μs，反应时间25s，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入5mL浓度为2mol/L的碳酸钠溶液，于6000r/min下离心10min，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠水溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c中加入体积百分比浓度95％乙醇溶液，加入体积百分比浓度95％乙醇溶液的体积为溶液c体积的4倍，于4℃下醇沉8h，得到溶液d；
(5)将步骤(4)所述溶液d进行离心，离心速率为6000r/min，离心时间为10min，取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品的钙含量为8.28g/100g，总制备时间为10.0h。
实施例5
一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，包括如下步骤：
(1)将1.0g水溶性大豆多糖与1.0g氯化钙以1∶1的质量比例加入去离子水中，控制固液比为1∶10，加入柠檬酸三钠，使水溶性大豆多糖与氯化钙混合物的质量与柠檬酸三钠的质量比为10∶1，于室温下搅拌1h，得到溶液a；
(2)调节溶液a的pH为6.5，进行脉冲电场处理，电场强度4.0kV/cm，脉冲数35次，脉宽100μs，反应时间35s，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入5mL浓度为2mol/L的碳酸钠溶液，于6000r/min下离心10min，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠水溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c中加入体积百分比浓度95％乙醇溶液，加入体积百分比浓度95％乙醇溶液的体积为溶液c体积的4倍，于4℃下醇沉8h，得到溶液d；
(5)将步骤(4)所述溶液d进行离心，离心速率为6000r/min，离心时间为10min，取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品的钙含量为8.19g/100g，总制备时间为10.0h。
对比例
(1)将2.5g水溶性大豆多糖与0.5g氯化钙以5∶1的质量比例加入去离子水中，控制固液比为1∶15，加入柠檬酸三钠，使水溶性大豆多糖与氯化钙混合物的质量与柠檬酸三钠的质量比为10∶1，得到溶液a；
(2)调节溶液1的pH为7.0，置于65℃热水中水浴搅拌3h，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入5mL浓度为2mol/L的碳酸钠溶液，于6000r/min下离心10min，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠水溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c加入体积百分比浓度95％乙醇溶液，加入体积百分比浓度95％乙醇溶液的体积为溶液c体积的4倍，于4℃下醇沉8h，得到溶液d；
(5)将步骤(4)所述溶液d进行离心，离心速率为6000r/min，离心时间为10min，取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物，最终产品的钙含量为3.53g/100g，总制备时间为12.0h。
表1本发明方法与对比例的实际效果对比
将对比例中的制备参数和终产品中的钙含量与本发明方法进行对比(见表1)发现，本发明方法能够提高螯合反应效率，从实施例1-5来看，提高效率范围：66.34％～83.15％。另外，本发明方法能够提高水溶性大豆多糖钙螯合物的钙含量，从实施例1-5来看，钙含量提高率范围：132.01％～226.63％。这说明本发明方法——一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，能够显著提高生产效率，进而能为企业节约大量的生产成本；所得产物的高含钙量也能够充分的满足广大消费者的需求。因此，本发明方法具有广泛的应用前景和具突出的社会贡献。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将水溶性大豆多糖溶于水中，加入氯化钙，之后加入柠檬酸三钠，搅拌，得到溶液a；
(2)调节步骤(1)所述溶液a的pH，进行脉冲电场处理，得到溶液b；
(3)向步骤(2)所述溶液b中加入碳酸钠溶液，然后离心，取上清液，重复向上清液中加入碳酸钠溶液，离心，直至无沉淀产生，得到溶液c；
(4)向步骤(3)所述溶液c中加入乙醇溶液，进行醇沉处理，离心取沉淀，冷冻干燥，得到所述水溶性大豆多糖钙螯合物。
2.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(1)所述水溶性大豆多糖与氯化钙的质量比为8∶1～1∶1。
3.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(1)中水溶性大豆多糖与氯化钙的混合物与水的固液比为1∶10～1∶20g/mL。
4.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(1)所述搅拌的时间为0.5～1.0h。
5.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(2)所述溶液a的pH调节为6.5～7.5。
6.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(2)所述进行脉冲电场处理的脉冲电场强度4.0～10.0kV/cm。
7.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(2)所述进行脉冲电场处理的脉冲数20～50次。
8.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(2)所述进行脉冲电场处理的脉宽100～200μs。
9.根据权利要求1所述的高压脉冲电场辅助制备水溶性大豆多糖钙螯合物的方法，其特征在于，步骤(2)所述进行脉冲电场处理的时间为20-50s。
10.根据权利要求1-9任一项所述方法制备得到的水溶性大豆多糖钙螯合物在食品添加剂或补钙剂中的应用。
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