CN1331889C - 从青稞中提取β－葡聚糖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从谷物中提取β-葡聚糖的方法。主要是在粉碎谷物种子之后，加水，添加萃取促进剂进行萃取，离心分离，收集上清液，加温去除上清液中的蛋白质，然后在上清液中加入沉淀剂，自然或离心沉淀，喷雾干燥沉淀物。由此方法可以获得较高的提取得率和在产物中保有较高的β-葡聚糖含量。经反复精提后的产物中β-葡聚糖含量可以达到80%左右，甚至更高。

Description

从青稞中提取β-葡聚糖的方法
技术领域
本发明涉及一种从谷物中提取β-葡聚糖的方法。
背景技术
β-葡聚糖是一种可溶性食物纤维，在禾本科植物，如大麦、燕麦、青稞中，β-葡聚糖是种子中构成胚乳细胞壁的主要成分，而且几乎在整个种子中分布，尤其以麸皮中的含量为最高。动物和人体试验表明，β-葡聚糖有明显的降血脂、控制血液胆固醇水平的功效。不同的生物材料由于其结构成分的差异，导致提取的质量和效率不同，而其中某些大麦品种具有比水稻、小麦、玉米、燕麦等高很多的β-葡聚糖含量。初步分析表明中国西藏的青稞具有较高的β-葡聚糖含量和其他的功效成分，例如含有丰富的Ca、Fe、Mn、Cn、Al、Mo等元素以及维生素B和复合维生素。由此可以看出，从大麦，尤其是从青稞中提取保健成份β-葡聚糖，开发前景很大。
在提取技术上，中国专利97199439.0公开了一种β-葡聚糖产物及从谷物中提取的方法，主要是将谷物与水混合，形成料浆，然后将水溶液与固体残渣分离，从水溶液中回收β-葡聚糖，且在该方法中没有使一种或多种酶失活的步骤。但在该方法中，使用的原料为去除了麸皮的大麦粉，由于麸皮是大麦中β-葡聚糖含量最高的结构部分，因此要实现在最终的β-葡聚糖产物中确保有高的β-葡聚糖含量是很困难的。
中国专利99812477.x公开了一种从燕麦粉组分生产水溶性β-葡聚糖组合物的方法，其中组合物具有高葡聚糖/葡萄糖的重量比，较佳的为15∶1或更高，该方法中使用了β-淀粉酶，其用量足以将燕麦粉组分中所含的50％重量的淀粉，较佳的是65％重量的淀粉转化为麦芽糖。在生产方法上，需要灭活原料中的碳水化合物降解酶和β-淀粉酶，以及其他的支链淀粉酶。
发明内容
为建立从大麦青稞中提取β-葡聚糖的方法，并提高提取得率和产物中β-葡聚糖的含量，本发明提供以下技术方案。
从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于包含以下步骤：
a.粉碎谷物种子，
b.加水混合经粉碎后的谷物种子，添加萃取促进剂进行萃取，萃取的温度为30～80℃，萃取时间2小时以上，其中的萃取促进剂为(A)淀粉酶和(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物，或(A)、(B)与(C)Ca2+、红曲霉菌提取液的共同混合物，添加量为各组分的含量均为100ml/200kg青稞，
c.离心分离，收集上清液，
d.加温去除蛋白质，
e.在上清液中加入沉淀剂，自然沉淀，
f.喷雾干燥沉淀物。
优选的方案为步骤a中谷物种子经30～400目粉碎。更优选150～400目。最优选200目。
优选的方案为添加的萃取促进剂为(A)、(B)、(C)的混合物。
即优选添加的萃取促进剂为淀粉酶、木聚糖酶、PME、PGs、PLs、Ca2+、红曲霉菌提取液的混合物，添加的量为各组分均为100ml/200kg青稞(相当3U)。
优选的方案为在萃取过程中萃取固液相比例为不大于1∶1。更优选的萃取固液相比例为1∶1～1∶5。最优选的萃取固液相比例为1∶3～1∶5。
优选在萃取过程中进行搅拌。更优选的方案为搅拌的速度为60～200rpm。
优选的萃取时间为2～8小时。最优选萃取时间为4～8小时。
优选的方案为步骤c离心分离的速度为500～5000g。更优选的速度为1000～3000g。最优选的速度为1000g。
步骤d优选用加温沉淀(70～100℃)、过滤的方法去除蛋白质。更优选的温度为90～100℃
优选的方案为，步骤e中在上清液中加入的沉淀剂为95％的食用酒精，沉淀剂与上清液的比例为1∶0.5～1∶5，沉淀的温度为4～25℃，更优选的温度为4～15℃。沉淀时间5～24小时。沉淀的方式可以是自然沉淀，也可以是离心沉淀，优选自然沉淀。而离心分离后得到的沉淀物可用于具一定保健功能的食品(如青稞饼干)或饲料添加剂，医药原料的加工，使用的加工方法可以是常规的加工方法。
优选经步骤e后，收集沉淀后的上清液，蒸馏回收，沉淀剂循环使用。经蒸馏后的上清液可用于制备食品、饮料。例如青稞茶等等。
优选步骤f中喷雾干燥的温度为200～400℃，流量20～50L/h。
此外，还可以对步骤f后得到的分离物进行精提，精提的步骤为
a.重新溶解分离物，
b.精提，
c.冷冻干燥。
通常采取的精提方法可以是柱层析法、膜过滤法等已知的技术方法。
对分离物进行的精提可以是反复多次的。
通过大量的实验我们发现，以下因素是影响青稞β-葡聚糖提取质量和提取率的主要原因。
1.青稞的粉碎细度对提取率的影响。
原则上，较细的颗粒更有利于萃取，经实验比较后我们认为通常在粉碎细度为30目以上时，就可以获得β-葡聚糖，颗粒越细，β-葡聚糖提取率越高，详见表1。
表1不同粉碎细度对β-葡聚糖提取率(％)的影响
粉碎细度   30目 60目   100目   150目   200目   300目   400目
提取率％   0.4±0.01  0.6±0.01   1.1±0.02   1.7±0.02   2.3±0.02   2.3±0.04   2.3±0.05
2.萃取固液相比例对提取率的影响
固液相比例不同，其提取率也有差异，实验结果表明，在固液相比例高于1∶1时，β-葡聚糖提取率较低。萃取固液相比例(溶质与溶液比)在1∶1～1∶5或者更低时，能得到较高的β-葡聚糖提取率。但考虑到萃取过程中的操作性以及比例过低会使生产设备增大，生产成本增加，所以我们优选的萃取固液相比例为1∶1～1∶5，更优选的萃取固液相比例范围为1∶3～1∶5。不同萃取固液相比例对β-葡聚糖提取率的影响详见表2。
表2不同固液相比例对β-葡聚糖提取率的影响
固液相比例     1∶1     1∶2     1∶3     1∶4     1∶5
提取率％     1.7±0.02     2.3±0.02     2.3±0.06     2.3±0.05     2.4±0.09
3.不同萃取促进剂的研制及其对提取率的影响。
针对谷物的细胞壁特性，通过大量的探索和比较实验，发明研制了青稞β-葡聚糖提取的萃取促进剂，发现添加萃取促进剂可以极大提高细胞分离和增加细胞壁软化疏松，促进β-葡聚糖成分与细胞壁上其他成分的分离。通过实验发现，不同的萃取促进剂对β-葡聚糖提取率的影响不同，详见表3。主要有以下几种萃取促进剂及其配比，(A)淀粉酶，(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs，(C)C2+、红曲霉菌提取液。
表3不同萃取促进剂对β-葡聚糖提取率的影响
萃取促进剂 CK A B AB ABC
添加量(各成分分别) 0 100ml/200kg青稞 100ml/200kg青稞 100ml/200kg青稞 100ml/200kg青稞
提取率％     0.8±0.03   1.5±0.03   1.8±0.08   2.0±0.04   2.3±0.02
注：CK是空白对照组。
4.提取时间对β-葡聚糖提取率的影响。
一般而言，萃取时间越长，β-葡聚糖提取率越高。当萃取时间在2小时以上时，一般就可以获得较高的β-葡聚糖提取率，在本发明中优选30～80℃作为萃取的温度条件，考虑到过长的萃取时间会提高工艺成本，因此我们优选的萃取时间为2～8小时，更优选的萃取时间为4～8小时，在这个范围内，随着时间的延长，提取率有所提高，但提取率的增加不明显。详见表4。
表4提取时间(h)对β-葡聚糖提取率的影响
提取时间h     2     4     6     8
提取率％     2.1±0.04     2.3±0.02     2.3±0.04     2.3±0.01
5.离心速度对β-葡聚糖提取率的影响。
随着分离时离心速度的增加，β-葡聚糖的提取率提高，但是随着离心速度的提高会带来一个较大的问题，就是提取物的β-葡聚糖纯度由于淀粉等其他物质的混入而急剧下降。因此，综合考虑其提取物的加工用途，通过含量测定表明，离心速度在500～1000g时，虽然其提取率略低于离心速度2000g和3000g，但其纯度(20％～30％)显著高于后者(约10％)。各离心速度对β-葡聚糖提取率的影响详见表5。
表5离心速度(g)对β-葡聚糖提取率的影响
离心速度g  500     1000     2000     3000     5000
提取率％  2.1±0.05     2.3±0.02     2.4±0.04     2.4±0.05     2.5±0.09
本发明所公开的从青稞中提取β-葡聚糖的方法还可适用于各种谷物，如大麦、小麦、黑小麦、水稻、等，尤其适用于大麦和青稞。
β-葡聚糖含量测定采用McCleary等(1985，1991)提出和确立的，并被美国谷物化学协会认可推荐的方法，对提取纯化的产物进行测定，其β-葡聚糖含量可达20％～50％，精提纯化后达50％～80％，通过精提、活化和冷冻干燥后的精提纯品其β-葡聚糖含量可达到90％以上。
在与公开方法的对比实验中，我们发现，β-葡聚糖大量存在于青稞麸皮中，如果将麸皮去除后再提取，β-葡聚糖提取率(按籽粒计算)大大下降，无法得到高提取率的β-葡聚糖提取技术。
说明书附图
图1为青稞β-葡聚糖提取的工艺流程。
具体实施方式
实施例1
取青稞种子，清洗后剔除沙砾等杂质，再将清洗除杂质后的种子粉碎，粉碎细度为200目，按1∶3的固液相比例加水混合，并加入100ml/200kg青稞的ABC萃取促进剂，在30～80℃条件下萃取6小时，在萃取过程用螺旋桨搅拌，搅拌速度60rpm，离心分离萃取所得溶液，离心速度1000g，离心后收集上清液，沉淀物经常规加工方法加工可以制成饲料。上清液经加温沉淀去处蛋白质等物质；以1∶1的比例加入95％的食用酒精作为沉淀剂，搅拌，4～15℃，沉淀12小时以上。收集上清液，在蒸馏塔内蒸馏回收沉淀剂，循环使用。蒸馏后的上清液可用于制备西藏青稞茶或其他的食品、饮料。取沉淀物在200℃喷雾干燥，喷雾流量为20L/h，得β-葡聚糖提取物。此时，采用McCleary等(1985，1991)提出和确立的β-葡聚糖含量测定方法测得，β-葡聚糖含量为20％～50％，再次溶解分离物，采用柱层析精提，冷冻干燥后测得精提物中的β-葡聚糖含量为50％～80％，如此反复多次进行精提，测得终产物中β-葡聚糖含量可达90％。
在制备工艺中，变换各工艺参数与提取物中β-葡聚糖含量及得率的一一对应关系详见表6。
实施例2
将青稞大麦种子清洗后剔除沙砾等杂质，再去除麸皮，粉碎后，处理方法同实施例1。各工艺条件与提取物中β-葡聚糖含量及得率的一一对应关系详见表7。
表6完整青稞大麦在制备工艺中，实施各工艺参数与提取物中β-葡聚糖含量及得率的对应关系
实施例 粉碎细度(目) 萃取搅拌速度(rpm) 萃取促进剂 萃取固液相比例(w/v) 萃取时间(h) 萃取温度℃ 离心分离速度(g) 沉淀剂与上清液的比例(v/v) 沉淀温度(℃) 沉淀时间(h) 沉淀剂循环使用 喷雾干燥的温度(℃) 喷雾干燥的流里(L/h) β-葡聚糖含量测定值 得率(％) 精提后的β-葡聚糖含量(％)
1  30  60  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  0.4±0.01  11.25  /
2  60  60  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  0.6±0.01  13.33  /
3  100  60  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.1±0.02  24.44  /
4 150 60 ABC 1∶5 4 45 1000 1∶1 10 12 是 250 20 1.7±0.02 37.78 /
5  200  60  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  2.3±0.02  51.11  80.1
6  300  60  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  2.3±0.04  51.11  75.2
7  400  60  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  2.3±0.05  51.11  73.3
8  200  60  ABC  1∶1  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.7±0.02  37.78  /
9  200  60  ABC  1∶2  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  2.1±0.02  46.67  /
  10   200   60   ABC   1∶3   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.3±0.06   51.11   /
  11   200   60   ABC   1∶4   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20h   2.3±0.05   51.11   /
  12   200   80   ABC   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.3±0.09   51.11   79.1
  13   200   60   /   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   0.8±0.03   17.78   81.1
  14   200   60   A   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   1.5±0.03   33.33   /
  15   200   60   B   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   1.8±0.08   40.00   /
  16   200   60   AB   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.0±0.04   44.44   /
  17   200   90   ABC   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.4±0.02   53.33   78.3
  18   200   60   ABC   1∶5   2   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20h   2.1±0.04   46.67   /
  19   200   100   ABC   1∶5   4   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.3±0.05   51.11   /
  20   200   60   ABC   1∶5   6   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.3±0.04   51.11   /
21 200 60 ABC 1∶5 8 45 1000 1∶1 10 12 是 250 20 2.3±0.01 51.11 76.3
  22   200   60   ABC   1∶5   8   45   500   1∶1   10   12   是   250   20   2.1±0.05   46.67   81.4
  23   200   120   ABC   1∶5   8   45   1000   1∶1   10   12   是   250   20   2.4±0.01   53.33   78.2
  24   200   60   ABC   1∶5   8   45   2000   1∶1   10   12   是   250   20   2.4±0.04   53.33   /
  25   200   60   ABC   1∶5   8   45   3000   1∶1   10   12   是   250   20   2.4±0.05   53.33   /
  26   200   60   ABC   1∶5   8   45   5000   1∶1   10   12   是   250   20   2.5±0.09   55.55   69.5
注：得率以种子总β-葡聚糖含量的％计算。
表7青稞大麦去麸皮后在制备工艺中，实施各工艺参数与提取物中β-葡聚糖含量及得率的对应关系
实施例 粉碎细度(目) 萃取搅拌速度(rpm) 萃取促进剂 萃取固液相比例(w/v) 萃取时间(h) 萃取温度℃ 离心分离速度(g) 沉淀剂与上清液的比例(v/v) 沉淀温度(℃) 沉淀时间(h) 沉淀剂循环使用 喷雾干燥的温度(℃) 喷雾干燥的流量(L/h) β-葡聚糖含量测定值 得率(％) 精提后的β-葡聚糖含量(％)
 1  200  60  ABC  1∶1  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.3±0.02  28.89  /
 2  200  60  ABC  1∶2  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.7±0.02  37.78  /
 3  200  60  ABC  1∶3  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.8±0.06  40.00  /
 4  200  60  ABC  1∶4  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.8±0.05  40.00  /
 5  200  80  ABC  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.9±0.09  42.22  /
 6  200  60  /  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  0.7±0.03  15.56  75.1
 7  200  60  A  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.3±0.03  28.89  /
 8  200  60  B  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.5±0.08  33.33  /
 9  200  60  AB  1∶5  4  45  1000  1∶1  10  12 是 250  20  1.7±0.04  37.78  /
  10     200     90     ABC     1∶5     4     45     1000     1∶1     10     12     是     250     20     1.9±0.02     42.22     /
  11     200     60     ABC     1∶5     2     45     1000     1∶1     10     12     是     250     20     1.7±0.04     37.78     /
  12     200     100     ABC     1∶5     4     45     1000     1∶1     10     12     是     250     20     1.8±0.05     40.00     /
  13     200     60     ABC     1∶5     6     45     1000     1∶1     10     12     是     250     20     1.8±0.04     40.00     /
  14     200     60     ABC     1∶5     8     45     1000     1∶1     10     12     是     250     20     1.7±0.01     37.78     /
  15     200     60     ABC     1∶5     8     45     500     1∶1     10     12     是     250     20     1.6±0.05     35.56     79.99
  16     200     120     ABC     1∶5     8     45     1000     1∶1     10     12     是     250     20     1.9±0.01     42.22     /
  17     200     60     ABC     1∶5     8     45     2000     1∶1     10     12     是     250     20     1.9±0.04     42.22     /
  18     200     60     ABC     1∶5     8     45     3000     1∶1     10     12     是     250     20     2.0±0.05     44.44     /
  19     200     60     ABC     1∶5     8     45     5000     1∶1     10     12     是     250     20     2.0±0.09     44.44     68.5
注：得率以去麸皮前种子总β-葡聚糖含量的％计算。

Claims (8)

1.从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于包含以下步骤：
a.粉碎谷物种子，
b.加水混合经粉碎后的谷物种子，添加萃取促进剂进行萃取，萃取的温度为30～80℃，萃取时间2小时以上，其中的萃取促进剂为(A)淀粉酶和(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物，或(A)、(B)与(C)Ca2+、红曲霉菌提取液的共同混合物，添加量为各组分的含量均为100ml/200kg青稞，
c.离心分离，收集上清液，
d.加温去除蛋白质，
e.在上清液中加入沉淀剂，自然沉淀，
f.喷雾干燥沉淀物。
2.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤a中谷物种子经30～400目粉碎。
3.如权利要求2所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤a中谷物种子经200目粉碎。
4.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取过程中添加的萃取促进剂为(A)、(B)、(C)的共同混合物。
5.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取固液相比例为1∶3～1∶5。
6.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取时间为4～8小时。
7.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤c离心分离的速度为500～5000g。
8.如权利要求7所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于离心分离的速度为1000g。
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