CN111378055B - 一种从青稞中连续提取和制备非淀粉多糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种从青稞中连续提取和制备非淀粉多糖的方法。该法以青稞为原料，经过碾磨、水提取/碱提取、酶解、醇沉、冷冻干燥得到粗制多糖，再通过乙醇醇沉法得到纯化多糖。本发明方法简单快速，方便经济，能有效的从青稞中分离得到高纯度的β‑葡聚糖和阿拉伯木聚糖，可用于其结构解析、理化性质鉴定及生物活性研究等。
Description
技术领域
本发明属于青稞食品技术领域，具体涉及一种从青稞中连续提取和制备非淀粉多糖的方法。
背景技术
青稞(Hordeum vulgareLinn.var.nudumHook.F.)，又称元麦、裸大麦，是禾本科大麦属的一种谷类作物。在粮食作物中，不同于其它谷类，青稞拥有高蛋白质、高维生素、高纤维、低糖、低脂等的优点，这比较贴近于现代健康文明生活所鼓励提倡的“三高两低”膳食结构，同时，因其产量稳定、生育期较短、较早成熟、适应性广，是当今社会一种亟待开发的理想保健食品资源。但至今，青稞的用途范围依旧狭小，仍主要用于饲料和作为制作啤酒的原料，仅有小部分能够被人们直接食用，如青稞酒、青稞饼干、青稞粑粑、青稞麦片、青稞奶茶等，利用率较低。
早在20世纪80年代末，大麦尤其是青稞中的(1→3)(1→4)-β-葡聚糖(简称β-葡聚糖)就被美国科学家发现具有降低血脂、降胆固醇和预防心血管疾病的作用，后来，陆续发现β-葡聚糖也具有调节血糖、提高免疫力、抗肿瘤等重要作用，引起了全世界的广泛关注。常规的β-葡聚糖提取包括干磨、筛分等物理法及热水浸提、强碱提取等化学法，采用酶法、酸法等常见纯化方法，获得β-1,3和β-1,4两种糖苷键比例不同、组合方式不同的β-葡聚糖。
除β-葡聚糖外，阿拉伯木聚糖也是青稞中一种典型的非淀粉性多糖。长期以来，阿拉伯木聚糖一直是谷物化学领域的重要课题，在青稞等谷物加工行业影响到碾磨性能、面筋质量、啤酒的酿造、对面团的处理等。根据性质不同，阿拉伯木聚糖提取方法分为水提法、碱提法及酶解法(使不可溶的阿拉伯木聚糖因降解而可溶)，在除去淀粉、蛋白质、葡聚糖、阿拉伯半乳聚糖等杂质后，通过乙醇分级沉淀、柱层析等方法，获得较纯的阿拉伯木聚糖。由于阿拉伯木聚糖存在于麸皮中较胚乳细胞壁中多，因此为获得高纯度阿拉伯木聚糖，多数研究针对谷物麸皮进行提取。
本发明通过优化提取、纯化工艺，对青稞进行充分利用，热水浸提得到β-葡聚糖含量较多的粗提物后，再对废弃的残渣进行碱提，以获得阿拉伯木聚糖含量较多的粗提物，并分别对两种粗提物进行快速的分离纯化，最终得到高纯度的青稞β-葡聚糖及阿拉伯木聚糖。
发明内容
本发明目的在于提供一种从青稞中连续提取非淀粉多糖的方法。该方法以青稞为原料，经过碾磨、水提取/碱提取、酶解、醇沉、冷冻干燥得到粗制多糖，其分别溶解后再经由无水乙醇沉淀得到纯化多糖，所述方法能有效从青稞中分离得到高纯度的β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖，可用于其结构解析、理化性质鉴定及生物活性研究等。
本发明采用的技术方案如下：
1.一种从青稞中连续提取非淀粉多糖的方法，包括以下步骤：
(1)β-葡聚糖的制备
a.原料的预处理：对青稞全谷粒粉末样品进行粉碎、乙醇回流灭酶处理，烘干得固体粉末；
b.热水提取：将步骤a所得粉末样品加水并加热提取，将提取物用纱布过滤，分别收集滤液S和残渣P，重复提取2～3次；
c.酶法水解：合并步骤b中所得滤液S，浓缩后依次加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶进行酶解，将酶解液离心，得上清液S1；
d.醇沉：将步骤c中的上清液S1进行浓缩，并加入5～6倍体积95％食用乙醇，静置过夜，离心；
e.冷冻干燥：将步骤d中的醇沉沉淀物经无水乙醇洗涤两遍后，用水复溶，经透析、浓缩、冷冻干燥，得含β-葡聚糖固体粉末；
f.纯化：取步骤e中获得的固体粉末加水溶解，离心；上清液经分级醇沉方式进行分离纯化，取20％乙醇(v/v)醇沉组分，静置过夜，离心，收集沉淀物，经冷冻干燥得高纯度β-葡聚糖；
(2)阿拉伯木聚糖的制备：
g.碱提取：将步骤b中残渣P经乙醇、热水先后洗涤后再烘干，之后加入饱和氢氧化钡溶液溶解，在室温条件下提取2～3次，合并上清液后调节pH值至6.5～6.8，离心；
h.酶解：碱提上清液依次加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶进行酶解，将酶解液离心，得上清液S2；
i.醇沉：将步骤h中的上清液S2进行浓缩，并加入5～6倍体积95％食用乙醇，静置过夜，离心；
j.冷冻干燥：将步骤i中的醇沉沉淀物经无水乙醇洗涤两遍后，再加水复溶，经透析、浓缩、冷冻干燥，得含阿拉伯木聚糖固体粉末；
k.纯化：取步骤j中获得的固体粉末加水溶解，离心，上清液直接加1.5倍体积无水乙醇，静置过夜，离心，收集沉淀物，经冷冻干燥得高纯度阿拉伯木聚糖。
优选地，步骤a中乙醇回流的浓度为80％～85％，温度为80～85℃，回流处理1～3h。
优选地，步骤b中青稞谷粒粉末样品与水重量比为1:8～1:12，水浴条件：温度为50～55℃，时间为1～3h；每次水提取中间用纱布过滤，渣滓与水重量比为1:8～1:12，进行下一次水提取。
优选地，步骤c和步骤h中，依次加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶进行酶解，具体为：加入15～20μL/g耐高温α-淀粉酶，90～100℃水浴2～3h；水浴温度调至55～65℃，冷却后加入1～2μL/g糖化酶，水浴20～40min；加入15～20mg/g蛋白酶，水浴1～2h；100℃水浴灭酶10～20min。
优选地，步骤g，具体为：残渣P先后用95％食用乙醇、热水进行洗涤，后用55～65℃热风干燥至完全；饱和氢氧化钡溶液与青稞谷粒粉末的用量比为(6mL:1g～4mL:1g)，室温搅拌提取15～17h后离心分离上清液和沉淀物，然后沉淀物中再加入饱和氢氧化钡溶液(4mL:1g～2mL:1g)，室温搅拌提取5～7h；用稀HCl溶液对合并后的上清液调pH值至6.5～6.8，离心。
本发明的有益效果：
1.本发明较现有技术单一的制备非淀粉糖，能同时制备获得β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖两种非淀粉糖，不但提高了效率同时也节约了成本；
2.本发明较现有技术，制备阿拉伯木聚糖，在碱提取步骤时，将青稞经预处理和热水处理后获得的残渣依次采用乙醇、热水进行洗涤，后用热风干燥，再进行后续步骤处理，由于经乙醇、热水洗涤后，可以极大程度除去剩余的水溶性多糖，同时采用热风干燥物料，极大程度重组了剩余生物质的结构，有利于碱溶性多糖的提取，因此对碱提取步骤时的改进极大地提高了阿拉伯木聚糖的纯度；
3.本发明纯化步骤均采用乙醇沉淀的方式，分别分离纯化粗制多糖HBBG中的β-葡聚糖和HBAX中的阿拉伯木聚糖，在保证了纯化得到的β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖的纯度较高的情况下，同时还实现了更加快速简单、方便经济、周期短的生产方式。
4.采用温和的酶解方式除去淀粉、蛋白质等大分子杂质，多次水提取使得水溶性β-葡聚糖的提取率最大化，并且极大提高了后续阿拉伯木聚糖的提取率和纯度；
附图说明
图1为测定多糖组分HBBG-G20及直接二次醇沉后得到纯化样品HBBG-60与粗制多糖HBBG对比的高效液相色谱。
图2为测定多糖组分HBAX-60及HBAX分级醇沉后各组分对比原样HBAX的高效液相色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的描述，有必要在此指出的是以下实施例只是用于对本发明进行进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员根据上述发明内容所做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
一种连续从青稞谷粒中提取和纯化非淀粉多糖的方法，具体步骤如下：
(1)β-葡聚糖的制备
a.原料的预处理：筛选若干正常青稞谷粒，碾磨；称取2kg粉末状样品加20L 82％食用乙醇溶解，85℃水浴2h；纱布过滤后，将渣滓挥干乙醇，待用；
b.热水提取：取上述经乙醇回流处理过的1kg固体粉末加10L水溶解，搅拌水浴52℃加热2h，纱布过滤后，分别收集滤液和残渣P，重复提取3次，合并滤液S，并留存经3次提取后的残渣P备用；
c.酶法水解：滤液S中加入15mL耐高温α-淀粉酶，95℃水浴3h；冷却，水浴温度调至60℃后，加入1mL糖化酶，水浴30min；加入10g木瓜蛋白酶，水浴1h；100℃水浴灭酶10min；酶解液经3000转离心10min得上清液S1；
d.醇沉：上清液S1于65℃水浴蒸发浓缩至约2L，边搅拌边加入95％食用乙醇至终浓度为80％，静置过夜；10000转4℃冷冻离心15min，醇沉液弃去；
e.冷冻干燥：沉淀物用无水乙醇(GR级)反复洗两次后，用适量蒸馏水复溶，60℃水浴蒸发浓缩至约700mL；-20℃冷冻，真空冷冻干燥24h，将得到固体粉末粗制多糖HBBG；
f.纯化：取1g HBBG加100mL蒸馏水溶解，10000转4℃冷冻离心15min；上清液边搅拌边加入约11mL无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为10％，静置12h后，10000转4℃冷冻离心15min，沉淀物弃去，醇沉液继续边搅拌边加入适量无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为20％，静置12h后，10000转4℃离心15min，沉淀物用适量蒸馏水复溶，60℃水浴蒸发浓缩至约15mL；-20℃冷冻，真空干燥24h即得纯化多糖HBBG-G20。
(2)阿拉伯木聚糖的制备
g.碱提取：留存残渣P经乙醇、热水洗涤后，经60℃热风干燥，之后加入5L饱和氢氧化钡溶液溶解，在室温下搅拌提取16h；3000转室温离心10min，上清液待用，沉淀物继续用3L饱和氢氧化钡溶液溶解，在室温下搅拌提取6h，3000转离心10min，沉淀物弃去，两次上清液合并；用稀HCl调pH至6.5，3000转离心10min，沉淀物弃去；
h.酶解：上清液加入15mL耐高温α-淀粉酶，95℃水浴3h；冷却，水浴温度调至60℃后，加入1mL糖化酶，水浴30min；加入15g木瓜蛋白酶，水浴1h；100℃水浴灭酶10min；酶解液3000转离心10min得上清液S2；
i.醇沉：上清液S2于65℃水浴蒸发浓缩至约1L，边搅拌边加入95％食用乙醇至终浓度为80％，静置过夜；10000转4℃冷冻离心15min；醇沉液弃去；
j.冷冻干燥：将沉淀物用无水乙醇(GR级)反复洗两次后，用适量蒸馏水复溶，60℃水浴蒸发浓缩至约200mL；-20℃冷冻，真空冷冻干燥24h，将得到粗制多糖HBAX。
k.纯化：取1g HBAX加100mL蒸馏水溶解，10000转4℃冷冻离心15min；上清液边搅拌边加入约1.5倍体积的无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为60％，4℃静置12h后，10000转4℃冷冻离心15min，醇沉液弃去，沉淀物用适量蒸馏水复溶，60℃水浴蒸发浓缩至约20mL；-20℃冷冻，真空干燥24h即得纯化多糖HBAX-60。
将制备得到的纯化多糖组分HBBG-20和HBAX-60计算得率，并采用离子色谱检测粗制多糖和纯化多糖所含中性糖成分及含量，β-葡聚糖采用Megazyme试剂盒检测，结果如下表1所示。
表1.粗制多糖和纯化多糖成分组成及含量(％)
| 组分 | 葡萄糖 | 木糖 | 阿拉伯糖 | β-葡聚糖 |
| HBBG | 48.61％ | 5.40％ | 3.94％ | 46.89％ |
| HBBG-G20 | 83.22％ | n.d. | n.d. | 78.04％ |
| HBAX | 3.24％ | 37.98％ | 26.67％ | 1.59％ |
| HBAX-60 | 0.07％ | 59.25％ | 40.72％ | n.d. |
注：HBBG：制备β-葡聚糖的粗制多糖，HBBG-G20：制备β-葡聚糖的纯化多糖，
HBAX：制备阿拉伯木聚糖的粗制多糖，HBAX-60：制备阿拉伯木聚糖的纯化多糖
n.d.:未检出；
采用实施例1制备得到的纯化多糖组分HBBG-G20和HBAX-60，较粗制多糖HBBG和HBAX比较，得率分别为24.53％和72.19％。采用离子色谱检测粗制多糖和纯化多糖所含中性糖成分及含量，由上表1可知，纯化多糖较粗制多糖在中性糖尤其是目标产物β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖含量上都有较大幅度的提升，纯化多糖HBBG-G20中β-葡聚糖含量达78.04％，纯化多糖HBAX-60中阿拉伯糖含量与木糖含量之和高达99.97％。结果表明，本发明对于β-葡聚糖和阿拉伯木聚糖的分离纯化方法非常行之有效。
对比例1
与实施例1的区别在于：(2)阿拉伯木聚糖的制备“g.碱提取”步骤时，残渣P的处理方式不同，省略了经乙醇、热水先后洗涤后再烘干过程，即残渣P直接加入饱和氢氧化钡溶液溶解进行提取；其它操作同实施例1。
将制备得到的粗制多糖组分HBAX采用离子色谱检测所含中性糖成分及含量，结果如下表2所示。
表2.粗制多糖HBAX成分组成及含量(％)
| 组分 | 葡萄糖 | 木糖 | 阿拉伯糖 | β-葡聚糖 | 半乳糖 |
| HBAX | 23.84％ | 18.73％ | 22.13％ | 16.43％ | 1.81％ |
注：HBAX：制备阿拉伯木聚糖的粗制多糖；
由上表2可知，粗制多糖HBAX中阿拉伯糖含量与木糖含量之和约为40.86％，较实施例1中64.65％含量下降达24％；同时由于葡萄糖含量大幅度增加，如实施例1中HBAX中仅为3.24％，而对比例2则上升到了23.84％，从而给后续针对目标纯化产物阿拉伯糖的研究实验增加了困难。结果表明在碱提取步骤时，对残渣P用乙醇、热水先后洗涤后再烘干过程，由于经乙醇、热水洗涤后，可以极大程度除去剩余的水溶性多糖，同时采用热风干燥物料，极大程度重组了剩余生物质的结构，有利于碱溶性多糖的提取，因此对碱提取步骤时的改进极大地提高了阿拉伯木聚糖的纯度。
对比例2
与实施例1的区别在于：(1)β-葡聚糖的制备“f.纯化”步骤时，采用直接醇沉的方式，具体为：
称取HBBG加蒸馏水溶解至浓度为10mg/mL，10000转4℃冷冻离心15min；上清液边搅拌边加入约1.5倍体积的无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为60％，静置12h后，10000转4℃离心15min，沉淀物用适量蒸馏水复溶，60℃水浴蒸发浓缩至约15mL；-20℃冷冻，真空干燥24h，即得纯化多糖HBBG-60。其它操作同实施例1。
将制备得到的纯化多糖组分HBBG-60采用离子色谱检测所含中性糖成分及含量，结果如下表3所示，所得图谱如图1所示。
表3.HBBG-60成分组成及含量(％)
| 组分 | 葡萄糖 | 木糖 | 阿拉伯糖 |
| HBBG-60 | 70.23％ | 6.30％ | 12.88％ |
注：HBBG-60：制备β-葡聚糖的纯化多糖；
由上表3可知，HBBG-60中葡萄糖含量较低，阿拉伯糖与木糖含量占多糖总含量较大，约为21.45％，不如实施例1中所得HBBG-20的葡萄糖纯度高，因此所得到的β-葡聚糖显然纯度更差。另外由HBBG-60的离子色谱结果及图1液相色谱图可知，采用对比例2纯化后的多糖HBBG-60均一性较差。
对比例3
与实施例1的区别在于：(2)阿拉伯木聚糖的制备“g.碱提取”步骤时，HBAX的纯化采用分级醇沉的方式，具体为：
取1g HBAX加100mL蒸馏水溶解，10000转4℃冷冻离心15min；上清液边搅拌边加入约11mL无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为10％，静置12h后，10000转4℃冷冻离心15min，沉淀物(HBAX-G10)待测，醇沉液继续边搅拌边加入适量无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为20％，静置12h后，10000转4℃离心15min，收集沉淀物(HBAX-G20)，醇沉液继续边搅拌边加入适量无水乙醇(GR级)至乙醇终浓度为30％，并以此类推；将期间所得所有沉淀物(HBAX-G10～HBAX-G70)分别用适量蒸馏水复溶，60℃水浴蒸发浓缩至约15mL；-20℃冷冻，真空干燥24h即得纯化多糖。其它操作同实施例1。
将上述采用不同浓度乙醇醇沉后得到的纯化多糖组分，计算得率，并用离子色谱检测所含中性糖成分及含量，所得图谱如图2所示。由于HBAX-G10组分样本量获得太少，无法进行分析检测，其它成分检测结果如下表4所示。
表4.HBAX不同纯化组分的提取率、单糖组成分析对比(％)
根据图2中的均一性分析可知，HBAX-G20和HBAX-G30的均一性较好，但两者的得率较低，分别为6.95％和18.12％，不如实施例中的纯化得率高；而经离子色谱分析，葡萄糖含量占纯化多糖HBAX-G20及HBAX-G30中性糖含量较实施例中多，不如实施例中采用直接醇沉的效果好。
Claims (5)
1.一种从青稞中连续提取非淀粉多糖的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)β-葡聚糖的制备
a.原料的预处理：对青稞全谷粒粉末样品进行粉碎、乙醇回流灭酶处理，烘干得固体粉末；
b.热水提取：将步骤a所得粉末样品加水并加热提取，将提取物用纱布过滤，分别收集滤液S和残渣P，重复提取2～3次；
c.酶法水解：合并步骤b中所得滤液S，浓缩后依次加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶进行酶解，将酶解液离心，得上清液S1；
d.醇沉：将步骤c中的上清液S1进行浓缩，并加入5～6倍体积95％食用乙醇，静置过夜，离心；
e.冷冻干燥：将步骤d中的醇沉沉淀物经无水乙醇洗涤两遍后，用水复溶，经透析、浓缩、冷冻干燥，得固体粉末；
f.纯化：取步骤e中获得的固体粉末加水溶解，离心；上清液经分级醇沉方式进行分离纯化，取20％乙醇(v/v)醇沉组分，静置过夜，离心，收集沉淀物，经冷冻干燥得高纯度β-葡聚糖；
(2)阿拉伯木聚糖的制备
g.碱提取：将步骤b中残渣P经乙醇、热水先后洗涤后再经过55～65℃热风烘干，之后加入饱和氢氧化钡溶液溶解，在室温条件下提取2～3次，合并上清液后调节pH值至6.5～6.8，离心；
h.酶解：碱提上清液依次加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶进行酶解，将酶解液离心，得上清液S2；
i.醇沉：将步骤h中的上清液S2进行浓缩，并加入5～6倍体积95％食用乙醇，静置过夜，离心；
j.冷冻干燥：将步骤i中的醇沉沉淀物经无水乙醇洗涤两遍后，再加水复溶，经透析、浓缩、冷冻干燥，得固体粉末；
k.纯化：取步骤j中获得的固体粉末加水溶解，离心，上清液直接加1.5倍体积无水乙醇，静置过夜，离心，收集沉淀物，经冷冻干燥得高纯度阿拉伯木聚糖。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a中乙醇回流的浓度为80％～85％，温度为80～85℃，回流处理1～3h。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b中青稞谷粒粉末样品与水重量比为1:8～1:12，水浴条件：温度为50～55℃，时间为1～3h；每次水提取中间用纱布过滤，渣滓与水重量比为1:8～1:12，进行下一次水提取。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤c和步骤h中，依次加入耐高温α-淀粉酶、糖化酶、木瓜蛋白酶进行酶解，具体为：加入15～20μL/g耐高温α-淀粉酶，90～100℃水浴2～3h；水浴温度调至55～65℃，冷却后加入1～2μL/g糖化酶，水浴20～40minn；加入15～20mg/g蛋白酶，水浴1～2h；100℃水浴灭酶10～20min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤g，具体为：残渣P先后用95％食用乙醇、热水进行洗涤，后用55～65℃热风干燥至完全；饱和氢氧化钡溶液与青稞谷粒粉末的用量比为(6mL:1g～4mL:1g)，室温搅拌提取15～17h后离心分离上清液和沉淀物，然后沉淀物中再加入饱和氢氧化钡溶液(4mL:1g～2mL:1g)，室温搅拌提取5～7h；用稀HCl溶液对合并后的上清液调pH值至6.5～6.8，离心。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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