CN115850531B - 一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及青稞加工技术领域，公开了一种具有降糖功能的青稞β‑葡聚糖的制备方法，以青稞米为原料，经碱液提取、离心处理后，浓缩、醇沉、干燥得到青稞β‑葡聚糖，离心处理分别利用卧螺离心机和碟片离心机对提取液进行离心。本发明克服了现有技术偏见，创造性的采用脱皮处理后的青稞米作为青稞β‑葡聚糖的提取原料，提升了青稞β‑葡聚糖的纯度和提取率，在领域内具有重要应用意义和推广价值。

Description

一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法

技术领域

本发明涉及青稞加工技术领域，具体涉及一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法。

背景技术

青稞(拉丁学名：Hordeum vulgare Linn.var.nudumHook.f.)，禾本科大麦属植物，为大麦的一种变种，是藏族常见的粮食作物，主要分布在西藏、青海、四川省甘孜和阿坝藏族羌族自治州、甘肃省甘南藏族自治州以及云南、贵州的部分地区。青稞作为大麦的一种特殊类型，其营养成分也较水稻、小麦、玉米为高，是食用、饲用、酿造及药用兼用的作物。在粮食作物中，青稞具有高蛋白质、高纤维、高维生素、低脂肪、低糖等特点；其蛋白质含量为6.35％～21.00％，平均值为11.31％，高于小麦、水稻、玉米。淀粉含量为40.54％～67.68％，平均值为59.25％，普遍含有74％～78％支链淀粉，有些甚至高达或接近100％。粗脂肪为1.18％～3.09％，平均值为2.13％，比玉米和燕麦低，但高于小麦和水稻；它还含有降胆固醇作用的油酸、亚油酸、亚麻酸等；可溶性纤维和总纤维含量均高于其它谷类作物；青稞富含B族维生素、维生素C等；所含微量元素钙、磷、铁、铜、锌、锰、硒都高于玉米，其中，铁的含量高于小麦、水稻。

由于青稞是海拔3500米以上唯一生长成熟的一种作物，高海拔缺氧，高辐射，温度低，昼夜温差大的等极致的气候环境孕育了青稞的丰富的营养价值和保健功能。青稞中含有丰富的β-葡聚糖，其也是谷物中β-葡聚糖含量最高的一种作物，青稞β葡聚糖的含量约占青稞的3-5％之间。近年来对于β-葡聚糖的体内和体外研究显示，青稞β-葡聚糖可从吸附油脂、胆盐、胆固醇、抑制胰脂肪酶活性4个途径达到降血脂的效果，可增加MnSOD(锰超氧化物歧化酶)对血管生成的影响，对于预防缺血性重塑和心力衰竭有重要意义，研究还发现了其在免疫调节和抑制肿瘤细胞活性中也有重要作用。正因如此，近年来青稞及青稞β-葡聚糖越来越成为行业内的研发热点。在青稞β-葡聚糖的研究中，领域内大部分文献都称青稞β-葡聚糖富含在青稞麸皮当中，所以很多青稞β-葡聚糖的提取原料选用麸皮，但是发明人研究发现，利用麸皮提取青稞β-葡聚糖始终效果欠佳，提取率不理想。因此，亟需开发一种新的青稞β-葡聚糖的提取及制备工艺。

发明内容

本发明意在提供一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，以解决现有技术中青稞β-葡聚糖提取效果不理想的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，以脱皮后的青稞米为原料，经碱液提取、离心处理后，浓缩、醇沉、干燥得到青稞β-葡聚糖，离心处理分别利用卧螺离心机和碟片离心机对提取液进行离心。

本方案的原理及优点是：实际应用时，本技术方案中，对于现有技术中青稞β-葡聚糖提取效果不理想的问题进行反向原因分析：青稞β葡聚糖的含量约占青稞的3-5％，现有技术中，大量研究和文献报道青稞β-葡聚糖富含在青稞麸皮中，因此，前期的研发大多聚焦于以青稞麸皮为原料，提取青稞β-葡聚糖，通过对青稞脱皮工艺进行优化，降低青稞麸皮的损耗，以此来提升青稞β-葡聚糖的含量。但是通过前期大量的测试发现，青稞麸皮中青稞β-葡聚糖的含量约为2-3％，始终无法有更高的突破。发明人通过检测发现，脱皮青稞米的β-葡聚糖含量可以达到4.5-6.5，故而尝试利用脱皮处理后的青稞米进行青稞β-葡聚糖的提取，结果发现每100克粉碎青稞米可得青稞β-葡聚糖6.3-8.8克之间，提取率约为50％。本技术方案在确定了青稞β-葡聚糖的提取原料后，对提取及处理工艺进行了进一步的优化，青稞β-葡聚糖水溶液是高粘液体，会给分离杂质造成很多困难，尤其是工业生产；同时溶液中杂质的比重和水很接近，给离心分离带来很大困难，造成生产出来的青稞β-葡聚糖的提取率低和纯度较低，这也是工业化生产青稞β-葡聚糖的技术难点。本方案在离心除杂阶段，创造性的采用了卧螺离心机+碟片离心机的组合分离的方式，通过卧螺离心机除去提取液中的大颗粒杂质，再利用碟片离心机除去小颗粒杂质，能够避免杂质干扰青稞β-葡聚糖的提取效果，进而提升青稞β-葡聚糖的纯度和提取率。

本技术方案的有益效果在于：

1、本技术方案克服了现有技术偏见，创造性的采用脱皮处理后的青稞米作为青稞β-葡聚糖的提取原料，提升了青稞β-葡聚糖的纯度和提取率。

2、本技术方案中，通过对青稞β-葡聚糖的工艺进行优化，采用了卧螺离心机+碟片离心机的组合分离的方式，通过卧螺离心机除去提取液中的大颗粒杂质，再利用碟片离心机除去小颗粒杂质，能够避免杂质干扰青稞β-葡聚糖的提取效果，进而提升青稞β-葡聚糖的纯度和提取率。采用本技术方案的工艺每100克粉碎青稞米可得青稞β-葡聚糖6.3-8.8克之间，提取率约为50％，在领域内具有重要应用意义和推广价值。

优选的，作为一种改进，卧螺离心机离心的条件为主机频率44-48Hz，副机频率40-44Hz，进料速度500-1000kg/h，转速3200-3600r/min。

本技术方案中，在离心阶段卧螺离心机主要去除大颗粒杂质，离心的条件对于提取液的除杂效果具有较大影响，频率和转速呈线性关系，频率越高，转速越高。卧螺离心机的最高转速是一定的，本技术方案选用的LW350SD*1400型卧螺离心机最高转速3700转，最大频率50Hz，通过调节频率来调整转速，转速越大，分离效果越好。主机频率和副机频率要有一定的差额，这样的转速差可以调整排渣的速度，转速差越大，排渣速度越快，但是转速差也不能过大，长径比4:1的转轴如果转速差过大会影响机器的平衡，一般转速频率差控制在5以内，综上，上述的条件为经过大量实验验证的优选条件。

优选的，作为一种改进，碟片离心机离心的条件为进料速度300-1000kg/h，碟片转速7000r/min，排渣频率5-10min/次。

本技术方案中，在离心阶段，碟片离心机主要去除小颗粒杂质，本技术方案选用的KZG-WL350D碟片离心机转速是一定的，通过调整碟片间隙和进料速度来达到控制分离效果的目的；进料速度越慢，分离效果越好，碟片间的缝隙和要分离的杂质大小越接近并且略大，分离效果越好，上述的条件为经过大量实验验证的优选条件。

优选的，作为一种改进，碱液提取的条件为提取温度30-50℃，提取时间2h，提取pH7-10。

青稞米中含有大量的淀粉，现有技术中通常提取温度为80℃左右，高于淀粉的糊化温度。本技术方案中，通过对原料及提取工艺的优化，使得其在较低温度下即可实现青稞β-葡聚糖的提取，低温提取可疑防止淀粉的糊化，从而降低提取液粘度，易于后续杂质的分离，且相较于传统的80℃左右提取，降低了提取的难度及能耗。

优选的，作为一种改进，浓缩过程为减压浓缩，减压浓缩的压力为-0.06～-0.08MPa，温度为60℃。

本技术方案中，浓缩的目的是降低水分，提高产物的浓度，进而减少醇沉的酒精用量。在上述的参数范围下，能够通过降低压力，来降低水的沸点，使之在低温下沸腾挥发，降低能耗。

优选的，作为一种改进，醇沉过程的条件为：乙醇浓度为95％，添加浓缩液质量1-2倍的食用级乙醇，搅拌10min后静置30min，静置后过滤。

本技术方案中，乙醇的浓度和产物的分子量有关，乙醇浓度越高，醇沉的产物分子量越小。青稞β-葡聚糖的分子量是一个分布，平均分子量大于10000道尔顿，提取工艺的不同，葡聚糖的平均分子量也会有所不同，本技术方案的提取工艺平均分子量10000-100000道尔顿之间。乙醇浓度过大，产物的产量相对会提高，但乙醇的消耗也会提高，另外从安全生产的角度考虑，乙醇的浓度不易过大。乙醇浓度过小，产物有一部分不会被沉淀，造成提取率过低。

优选的，作为一种改进，过滤后将滤渣进行重悬并再次搅拌、静置、过滤处理。

本技术方案中，重悬的目的是清洗产物中的残留乙醇以及部分可溶于水的小分子产物，降低干燥工序的安全隐患，调节pH值接近中性。

优选的，作为一种改进，烘干的条件为：干燥温度40-60℃，干燥时间4h。

本技术方案中，干燥温度过高会引起美拉德反应，而干燥温度过低会造成干燥时间延长，不适用于实际生产。

优选的，作为一种改进，干燥后对所得粉末进行粉碎、过筛处理，筛网直径80目。

本技术方案中，通过对粉末进行过筛处理，能够保证粒度均一，品质一致性好。

优选的，作为一种改进，还包括乙醇回收步骤，采用乙醇回收塔进行乙醇的循环回收。

本技术方案中，每批次青稞β-葡聚糖使用后可回收酒精的量约为100-300kg，纯度约为50％，经过回收塔循环回收以后，可以得到95％的乙醇循环利用，废液排放量的酒精含量低于0.5％。在研发过程中，发明人也曾尝试使用减压回流的方式回收乙醇，但是得到的乙醇含量仅为70％左右，回收利用度低。而使用JH-400酒精回收塔，循环回收，间歇工作，节能，酒精综合利用率高。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。若未特别指明，下述实施方式所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段；所用的实验方法均为常规方法；所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。

实施例1

一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、碱液提取：取100kg脱皮后的青稞米(60-80目，藏青25，脱皮去掉麸皮层和糊粉层，保留胚乳层)，加入1800kg的饮用水，而后加入饱和碳酸钠溶液将pH值调整到8.5-9.5，加热并搅拌，待温度达到45℃时，计时并提取2h。青稞的脱皮采用苏州佐柱机械的VCW5A型脱皮机，脱皮过程中的参数条件为：电流：150、120，75A；流量：4.5吨/小时；风压0.7-0.8kpa；砂辊和筛板间距：4.5，5.0，5.0mm。

步骤二、离心处理：离心处理过程采用卧螺离心机(LW350SD*1400型卧螺离心机)和碟片离心机(KZG-WL350D碟片离心机)分别进行离心处理，其中卧螺离心机处理的条件为：主机频率48Hz，副机频率44Hz，进料速度1000kg/h，转速3600r/min，使得液相中的固含量在5％以下，收集清液至缓冲罐内暂存。

将缓冲罐内的清液通过碟片离心机进行二次离心，碟片离心机处理时的条件为：进料速度500kg/h，碟片转速7000r/min，排渣频率5min/次，当液相中的固含量2％以下时，停止离心。

步骤三、浓缩：将离心后获得的清液进行减压浓缩处理，减压浓缩的条件为压力-0.06～0.08MPa，温度60℃；浓缩液质量为120kg左右。

步骤四、醇沉：称重后加入浓缩液等质量的95％食用级乙醇，搅拌10min后，静置30min，静置后200目滤布过滤，清液回收。

步骤五、干燥：将上层滤渣加入100kg饮用水，搅拌10min后，静置30min，静置后200目纱布过滤。而后收集滤渣并放入热风循环干燥箱内干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为4h。

步骤六、粉碎：将干燥后的固体原料用万能粉碎机粉碎(筛网目数80目)成粉末，即得青稞β-葡聚糖固体粉末。

步骤七、乙醇回收：采用JH-400型乙醇回收塔进行乙醇的循环回收，得到纯度为95％的乙醇，可实现循环利用。

本实施例中，每批次青稞β-葡聚糖的可回收酒精的量约为120kg，纯度约为50％，经过回收塔循环回收以后，可以得到95％的乙醇循环利用，废液排放量的酒精含量低于0.5％。在研发过程中，发明人也曾尝试使用减压回流的方式回收乙醇，但是得到的乙醇含量仅为70％左右，回收利用度低。而使用JH-400酒精回收塔，循环回收，间歇工作，节能，酒精综合利用率高。

实验例一青稞β-葡聚糖原料优化实验

分别以青稞麸皮、含皮青稞米、脱皮青稞米I(脱去胚芽、糊粉层、亚糊粉层和部分胚乳层)、脱皮青稞米II(脱去胚芽、糊粉层、亚糊粉层)、脱皮青稞米III(脱去胚芽)为原料，采用实施例1的提取工艺提取青稞β-葡聚糖，并对青稞β-葡聚糖的纯度和提取率进行计算，结果如表1所示。提取率＝提取物的质量×β-葡聚糖的纯度/原始物料中β-葡聚糖的含量。

从表1数据可知，采用传统的青稞麸皮作为原料提取青稞β-葡聚糖，其提取率和纯度分别为36％和41％；利用含皮青稞米作为原料提取青稞β-葡聚糖，其提取率和纯度分别为38％和40％；而利用脱皮青稞米作为原料提取青稞β-葡聚糖，其提取率和纯度显著提升，且以脱皮青稞米I(脱去胚芽、糊粉层、亚糊粉层和部分胚乳层)、脱皮青稞米II(脱去胚芽、糊粉层、亚糊粉层)为最佳，青稞β-葡聚糖提取率和纯度均在50％以上。

表1

实验例二提取条件的优化

1、提取温度的优化，以脱皮青稞米I为原料，以提取温度为变量，其余参数同实施例1不变的条件下，探究40℃、45℃、55℃、60℃、80℃条件下对青稞β-葡聚糖的纯度和提取率的影响。结果如表2所示：随着提取温度的升高，青稞β-葡聚糖的纯度和提取率呈现先升高后降低的非线性趋势。当提取温度从40℃提升至50℃，青稞β-葡聚糖的纯度和提取率分别上升至54％和51％，继续升温，两者均出现不同趋势的下降。而当温度升高至80℃时，青稞β-葡聚糖的纯度和提取率又出现小幅上高，但80℃高温提取一方面会造成成分损耗，而且能耗较高。

表2

2、提取时间的优化，以脱皮青稞米I为原料，以提取时间为变量，其余参数同实施例1不变的条件下，探究0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h条件下对对青稞β-葡聚糖的纯度和提取率的影响。结果如表3所示：随着提取时间的延长，青稞β-葡聚糖的纯度和提取率呈现先升高后稳定的趋势。当提取时间从0.5h延长至2h，青稞β-葡聚糖的纯度和提取率均上升至53％，继续延长提取时间，对于青稞β-葡聚糖的纯度和提取率无明显影响。

表3

3、提取pH的优化，以脱皮青稞米I为原料，以提取pH为变量，其余参数同实施例1不变的条件下，探究pH为7、8、8.5、9、9.5、10条件下对对青稞β-葡聚糖的纯度和提取率的影响。结果如表4所示。

表4

实验例三除杂方式的优化

本实验以脱皮青稞米I为原料，以除杂方式为变量，其余参数同实施例1不变的条件下，探究不同除杂方式对除杂效果及青稞β-葡聚糖提取效果的影响，具体实验设计及实验结果如表5所示，从表5数据可知，单独使用卧螺离心机能够将固形物含量降至5％，而采用本技术方案卧螺离心机与碟片离心机联合使用，可以将清液固形物含量降至2％以下，效果显著。而更换其他的过滤方式效果均欠佳。

其中，分离效果的评价标准如下：取离心后清液15ml置于离心管中，用台式离心机，转速6000转/分，离心5分钟，取出离心管观察离心管中下部的固形物占比，大于20％的定为差，5-20％定为较差，2-5％定为较好，小于2％以下定为好。

表5

实验例四不同提取方式下获得的青稞β-葡聚糖二型糖尿病模型小鼠空腹血糖测试

实验方法：

动物模型的建立方法：取健康Wistar大鼠(SPF级，雄性，体重100～150g，甘肃中医学院动物中心提供合格证号：SCXK(甘)2004-0006)，适应性饲养1周，检疫合格后，按体重随机分为正常对照组和造模组，其中正常对照组10只，喂常规饲料；造模组110只，喂高脂饲料(猪油20％、蔗糖20％、蛋黄粉3％、胆固醇2.5％、胆酸钠1％、常规饲料53.5％)。饲养5～6周后，禁食过夜(不禁水)，腹腔注射小剂量STZ(30mg/kg，链脲佐菌素临用前用0.1mol/LpH4.0的枸橼酸/枸橼酸钠缓冲液配成6mg/ml的溶液，且在10min内用完)，诱导建立2型糖尿病模型动物。6d后，断尾采集空腹静脉血，用葡萄糖氧化酶法测定血糖，以血糖值高于11.1mmol/L者视为建模成功。

采用Wistar大鼠，利用高脂高糖饲料正常饲养5～6周后得，腹腔一次性注射链脲佐菌素诱发2型糖尿病(T2DM)动物模型。随机分为模型组、二甲双胍组、PJT低剂量组、PJT高剂量组，灌胃给予相应的药物后，于给药后0、2、5、8、12、16d、20d以葡萄糖氧化酶法测定空腹尾静脉血糖值。实验室温度21～25℃，湿度30～50％。

PJT表示上述实施例1制备得到的葡聚糖。PJT低剂量组的剂量为：灌胃0.4g/kg·d(每kg大鼠每天灌胃0.4g)；PJT高剂量组的剂量为灌胃1.2g/kg·d；二甲双胍组为灌胃二甲双胍片250mg/kg·d；模型组灌胃饮用水1.2ml/100g·d。

实验组一用表1中脱皮青稞米I为原料，采用实施例1的方法得到的青稞β-葡聚糖(纯度50％)；

实验组二用青稞麸皮为原料，采用碱提酸沉(碳酸钠溶液调pH值9.0，温度80℃，提取2小时。然后用盐酸调pH至4.5，离心过滤，清液加入淀粉酶和糖化酶进行酶解，用膜分离浓缩，喷雾干燥得到的青稞β-葡聚糖，纯度38％)。第20d的检测结果如表6所示，模型鼠经过不同处理20d后，模型组血糖浓度均有较大幅度升高，而低剂量组与二甲双胍组血糖浓度上升相对较小，高剂量组血糖浓度有一定程度的下降。且结合高剂量组(对应剂量为：每kg大鼠每天灌胃1.2g)数据可知，采用本技术方案获得的青稞β-葡聚糖(实验组一)更有利于降低小鼠的空腹血糖，其显著低于传统工艺获得的青稞β-葡聚糖(实验组二)。

表6

实验组别	检测指标	模型组	低剂量组	高剂量组	二甲双胍组
						实验组一	血糖浓度	19.0mmol/L	16.9mmol/L	8.3mmol/L	17.7mmol/L
实验组二	血糖浓度	19.8mmol/L	18.9mmol/L	10.8mmol/L	17.3mmol/L

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：以脱皮后的青稞米为原料，经碱液提取、离心处理后，浓缩、醇沉、干燥得到青稞β-葡聚糖、乙醇回收，所述碱液提取的条件为提取温度40-50℃，提取pH8.5-9.5；所述离心处理分别利用卧螺离心机和碟片离心机对提取液进行离心。

2.根据权利要求1所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述卧螺离心机离心的条件为主机频率44-48Hz，副机频率40-44Hz，进料速度500-1000kg/h，转速3200-3600r/min。

3.根据权利要求2所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述碟片离心机离心的条件为进料速度300-1000kg/h，碟片转速7000r/min，排渣频率5-10min/次。

4.根据权利要求3所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述碱液提取的提取时间2h。

5.根据权利要求4所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述浓缩过程为减压浓缩，减压浓缩的压力为-0.06～-0.08MPa，温度为60℃。

6.根据权利要求5所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述醇沉过程的条件为：乙醇浓度为95％，添加浓缩液质量1-2倍的食用级乙醇，搅拌10min后静置30min，静置后过滤。

7.根据权利要求6所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：过滤后将滤渣进行重悬并再次搅拌、静置、过滤处理。

8.根据权利要求7所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述干燥的条件为：干燥温度40-60℃，干燥时间4h。

9.根据权利要求8所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：干燥后对所得粉末进行粉碎、过筛处理，筛网直径80目。

10.根据权利要求1所述的一种具有降糖功能的青稞β-葡聚糖的制备方法，其特征在于：所述乙醇回收步骤，采用乙醇回收塔进行乙醇的循环回收。