專利名稱：從青稞中提取β－葡聚糖的方法
技術領域：
本發明涉及一種從谷物中提取β-葡聚糖的方法。
背景技術：
β-葡聚糖是一種可溶性食物纖維，在禾本科植物，如大麥、燕麥、青稞中，β-葡聚糖是種子中構成胚乳細胞壁的主要成分，而且幾乎在整個種子中分布，尤其以麩皮中的含量為最高。動物和人體試驗表明，β-葡聚糖有明顯的降血脂、控制血液膽固醇水平的功效。不同的生物材料由于其結構成分的差異，導致提取的質量和效率不同，而其中某些大麥品種具有比水稻、小麥、玉米、燕麥等高很多的β-葡聚糖含量。初步分析表明中國西藏的青稞具有較高的β-葡聚糖含量和其他的功效成分，例如含有豐富的Ca、Fe、Mn、Cn、Al、Mo等元素以及維生素B和復合維生素，且一般青稞(裸大麥)中的β-葡聚糖含量≥6％，即青稞中的β-葡聚糖的質量百分比占整個青稞種子的6％以上。由此可以看出，從大麥，尤其是從青稞中提取保健成份β-葡聚糖，開發前景很大。
在提取技術上，中國專利97199439.0公開了一種β-葡聚糖產物及從谷物中提取的方法，主要是將谷物與水混合，形成料漿，然后將水溶液與固體殘渣分離，從水溶液中回收β-葡聚糖，且在該方法中沒有使一種或多種酶失活的步驟。但在該方法中，使用的原料為去除了麩皮的大麥粉，由于麩皮是大麥中β-葡聚糖含量最高的結構部分，因此要實現在最終的β-葡聚糖產物中確保有高的β-葡聚糖含量是很困難的。
中國專利99812477.x公開了一種從燕麥粉組分生產水溶性β-葡聚糖組合物的方法，其中組合物具有高葡聚糖/葡萄糖的重量比，較佳的為15∶1或更高，該方法中使用了β-淀粉酶，其用量足以將燕麥粉組分中所含的50％重量的淀粉，較佳的是65％重量的淀粉轉化為麥芽糖。在生產方法上，需要滅活原料中的碳水化合物降解酶和β-淀粉酶，以及其他的支鏈淀粉酶。
發明內容
為建立從大麥青稞中提取β-葡聚糖的方法，并提高提取得率和產物中β-葡聚糖的含量，本發明提供以下技術方案。
從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于包含以下步驟a.粉碎青稞種子，b.加水混合經粉碎后的青稞種子，添加萃取促進劑，萃取，c.離心分離，收集上清液，d.去除上清液中的蛋白質，e.在上清液中加入沉淀劑，沉淀，得粗提物，f.噴霧干燥粗提物。
優選的方案為步驟a中谷物種子經30～400目粉碎。更優選150～400目。最優選200目。
優選的方案為在萃取過程中添加萃取促進劑。更優選的方案在萃取過程中添加的萃取促進劑為(A)淀粉酶或(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物或(A)和(B)的混合物，或者是(A)、(B)與(C)Ca2+、紅曲霉菌提取液的共同混合物，添加量為各組分的含量均為100ml/200kg(相當3U)青稞。最優選的方案為添加的萃取促進劑為(A)、(B)的混合物或(A)、(B)、(C)的混合物。
即優選添加的萃取促進劑為淀粉酶或者是木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物，又或者是淀粉酶、木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物，再或者是淀粉酶、木聚糖酶、PME、PGs、PLs、Ca2+、紅曲霉菌提取液的混合物，添加量為各組分均為100ml/200kg(相當3U)青稞。最優選添加的萃取促進劑為淀粉酶、木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物或者是淀粉酶、木聚糖酶、PME、PGs、PLs、Ca2+、紅曲霉菌提取液的混合物，添加的量為各組分均為100ml/200kg青稞(相當3U)。
優選的方案為在萃取過程中萃取固液相比例為不大于1∶1。更優選的萃取固液相比例為1∶1～1∶5。最優選的萃取固液相比例為1∶3～1∶5。
優選在萃取過程中進行攪拌。更優選的方案為攪拌的速度為60～200rpm。
優選在萃取過程中萃取的溫度為30～80℃，萃取時間2小時以上。更優選的方案為萃取時間為2～8小時。最優選萃取時間為4～8小時。
優選的方案為步驟c離心分離的速度為500～5000g。更優選的速度為1000～3000g。最優選的速度為1000g。
步驟d優選用加溫沉淀(70～100℃)、過濾的方法去除蛋白質。更優選的溫度為90～100℃。
優選的方案為，步驟e中在上清液中加入的沉淀劑為95％的食用酒精，沉淀劑與上清液的比例為1∶0.5～1∶5，優選的比例為1∶1～1∶2，沉淀的溫度為4～25℃，更優選的溫度為4～15℃。沉淀時間5～24小時。沉淀的方式可以是自然沉淀，也可以是離心沉淀，優選自然沉淀。而離心分離沉淀后或再經噴霧干燥得到的粗提物可用于保健功能食品(如青稞餅干)、食品(或飼料)添加劑、醫藥中間體、化工原料的加工，使用的加工方法可以是常規的加工方法。
優選經步驟e后，收集沉淀后的上清液，蒸餾回收，沉淀劑循環使用。經蒸餾揮發沉淀劑后的上清液(含少量的β-葡聚糖粗提物)可用于動物飼料的生產，或用于制備食品、飲料。例如青稞茶等等。
優選步驟f中噴霧干燥的溫度為200～400℃，流量20～50L/h。
此外，還可以對步驟f后得到的分離物進行精提，精提的步驟為a.重新溶解粗提物，b.精提，c.冷凍干燥。
通常采取的精提方法可以是柱層析法、膜過濾法等已知的技術方法。
對粗提物進行的精提可以是反復多次的。
通過大量的實驗我們發現，以下因素是影響青稞β-葡聚糖提取質量和提取率的主要原因。
1.青稞的粉碎細度對提取率的影響。
原則上，較細的顆粒更有利于萃取，經實驗比較后我們認為通常在粉碎細度為30目以上時，就可以獲得β-葡聚糖，顆粒越細，β-葡聚糖提取率越高，詳見表1。
表1 不同粉碎細度對β-葡聚糖提取率(％)的影響粉碎細度 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±0.052.萃取固液相比例對提取率的影響固液相比例不同，其提取率也有差異，實驗結果表明，在固液相比例高于1∶1時，β-葡聚糖提取率較低。萃取固液相比例(溶質與溶液比)在1∶1～1∶5或者更低時，能得到較高的β-葡聚糖提取率。但考慮到萃取過程中的操作性以及比例過低會使生產設備增大，生產成本增加，所以我們優選的萃取固液相比例為1∶1～1∶5，更優選的萃取固液相比例范圍為1∶3～1∶5。不同萃取固液相比例對β-葡聚糖提取率的影響詳見表2。
表2 不同固液相比例對β-葡聚糖提取率的影響固液相比例 1∶1 1∶2 1∶3 1∶4 1∶5提取率％1.7±0.022.3±0.022.3±0.062.3±0.052.4±0.093.不同萃取促進劑的研制及其對提取率的影響。
針對谷物的細胞壁特性，通過大量的探索和比較實驗，發明研制了青稞β-葡聚糖提取的萃取促進劑，發現添加萃取促進劑可以極大提高細胞分離和增加細胞壁軟化疏松，促進β-葡聚糖成分與細胞壁上其他成分的分離。通過實驗發現，不同的萃取促進劑對β-葡聚糖提取率的影響不同，詳見表3。主要有以下幾種萃取促進劑及其配比，(A)淀粉酶，(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs，(C)Ca2+、紅曲霉菌提取液。
表3 不同萃取促進劑對β-葡聚糖提取率的影響萃取促進劑 CK A B AB ABC添加量(各成分分 0 100ml/200kg青 100ml/200kg青 100ml/200kg青 100ml/200kg青別) 稞 稞 稞 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是空白對照組。
4.提取時間對β-葡聚糖提取率的影響。
一般而言，萃取時間越長，β-葡聚糖提取率越高。當萃取時間在2小時以上時，一般就可以獲得較高的β-葡聚糖提取率，在本發明中優選30～80℃作為萃取的溫度條件，考慮到過長的萃取時間會提高工藝成本，因此我們優選的萃取時間為2～8小時，更優選的萃取時間為4～8小時，在這個范圍內，隨著時間的延長，提取率有所提高，但提取率的增加不明顯。詳見表4。
表4 提取時間(h)對β-葡聚糖提取率的影響提取時間h2 468提取率％2.1±0.042.3±0.022.3±0.042.3±0.015.離心速度對β-葡聚糖提取率的影響。
隨著分離時離心速度的增加，β-葡聚糖的提取率提高，但是隨著離心速度的提高會帶來一個較大的問題，就是提取物的β-葡聚糖純度由于淀粉等其他物質的混入而急劇下降。因此，綜合考慮其提取物的加工用途，通過含量測定表明，離心速度在500～1000g時，雖然其提取率略低于離心速度2000g和3000g，但其純度(20％～30％)顯著高于后者(約10％)。各離心速度對β-葡聚糖提取率的影響詳見表5。
表5 離心速度(g)對β-葡聚糖提取率的影響離心速度g 500 1000 2000 3000 5000提取率％2.1±0.052.3±0.022.4±0.042.4±0.052.5±0.09本發明所公開的從青稞中提取β-葡聚糖的方法還可適用于各種谷物，如大麥、小麥、黑小麥、水稻、等，尤其適用于大麥和青稞。
β-葡聚糖含量測定采用McCleary等(1985，1991)提出和確立的，并被美國谷物化學協會認可推薦的方法，對提取純化的產物進行測定，其β-葡聚糖含量可達20％～50％，精提純化后達50～80％；通過多次精提、活化和冷凍干燥后的精提純品其β-葡聚糖含量可達到90％以上。
在與公開方法的對比實驗中，我們發現，β-葡聚糖大量存在于青稞麩皮中，如果將麩皮去除后再提取，β-葡聚糖提取率(按籽粒計算)大大下降，無法得到高提取率的β-葡聚糖提取技術。
說明書附1為青稞β-葡聚糖提取的工藝流程。
具體實施例方式
實施例1取青稞種子，清洗后剔除沙礫等雜質，再將清洗除雜質后的種子粉碎，粉碎細度為200目，按1∶3的固液相比例加水混合，并加入100ml/200kg青稞的ABC萃取促進劑，在30～80℃條件下萃取6小時，在萃取過程用螺旋槳攪拌，攪拌速度60rpm，離心分離萃取所得溶液，離心速度1000g，離心后收集上清液，沉淀的余渣經常規加工方法收集加工可以制成飼料。上清液經加溫沉淀去處蛋白質等物質；以1∶1的比例加入95％的食用酒精作為沉淀劑，攪拌，4～15℃，沉淀12小時以上得到粗提物。收集上清液，在蒸餾塔內蒸餾回收沉淀劑，循環使用。經蒸餾揮發沉淀劑后的上清液(含少量β-葡聚糖粗提物)可用于制備西藏青稞茶或其他的食品、飲料。取粗提物在200℃噴霧干燥，噴霧流量為20L/h，得成品β-葡聚糖粗提物。此時，采用McCleary等(1985，1991)提出和確立的β-葡聚糖含量測定方法測得，β-葡聚糖含量為為20～50％，再次溶解粗提物，采用柱層析精提，冷凍干燥后測得精提物中的β-葡聚糖含量為50％～80％，如此反復多次進行精提，測得終產物中β-葡聚糖含量可達90％。
在制備工藝中，變換各工藝參數與提取物中β-葡聚糖含量及得率的一一對應關系詳見表6。
實施例2將青稞大麥種子清洗后剔除沙礫等雜質，再去除麩皮，粉碎后，處理方法同實施例1。各工藝條件與提取物中β-葡聚糖含量及得率的一一對應關系詳見表7。
表6 完整青稞大麥在制備工藝中，實施各工藝參數與提取物中β-葡聚糖含量及得率的對應關系
注得率以種子總β-葡聚糖含量的％計算。
表7 青稞大麥去麩皮后在制備工藝中，實施各工藝參數與提取物中β-葡聚糖含量及得率的對應關系
注得率以去麩皮前種子總β-葡聚糖含量的％計算。
權利要求
1.從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于包含以下步驟a.粉碎谷物種子，b.加水混合經粉碎后的谷物種子，萃取，c.離心分離，收集上清液，d.加溫去除蛋白質，e.在上清液中加入沉淀劑，沉淀，得粗提物，f.噴霧干燥粗提物。
2.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步驟a中谷物種子經30～400目粉碎。
3.如權利要求2所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步驟a中谷物種子經200目粉碎。
4.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取過程中添加萃取促進劑。
5.如權利要求4所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取過程中添加的萃取促進劑為(A)淀粉酶或(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs的混合物或(A)和(B)的混合物，或者是(A)、(B)與(C)Ca2+、紅曲霉菌提取液的共同混合物，添加量為各組分的含量均為100ml/200kg青稞。
6.如權利要求5所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取過程中添加的萃取促進劑為(A)(B)(C)的混合物，添加量為各組分含量均為100ml/200kg青稞。
7.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取固液相比例為不大于1∶1。
8.如權利要求7所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取固液相比例為1∶3～1∶5。
9.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取的過程中進行攪拌。
10.如權利要求9所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于攪拌的速度為60～200rpm。
11.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取的溫度為30～80℃，萃取時間2小時以上。
12.如權利要求11所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取時間為4～8小時。
13.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步驟c離心分離的速度為500～5000g。
14.如權利要求13所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于離心分離的速度為1000g。
15.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于用加溫至70～100℃后沉淀、過濾的方法去除蛋白質。
16.如權利要求15所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于加溫至90～100℃。
17.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在上清液中加入的沉淀劑為95％的酒精，沉淀劑與上清液的比例為1∶1～1∶2，沉淀的溫度為4～15℃，沉淀時間5～24小時。
18.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于經步驟e后，收集沉淀后的上清液，蒸餾回收沉淀劑，循環使用。
19.如權利要求1所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步驟f中噴霧干燥的溫度為200～400℃，流量20～50L/h。
20.如權利要求1至19中任一項所述的從青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于還可以對步驟f后得到的粗提物進行精提，精提的步驟為a.重新溶解粗提物，b.精提，c.冷凍干燥。
全文摘要
本發明公開了一種從谷物中提取β－葡聚糖的方法。主要是在粉碎谷物種子之后，加水，添加萃取促進劑進行萃取，離心分離，收集上清液，加溫去除上清液中的蛋白質，然后在上清液中加入沉淀劑，自然或離心沉淀，噴霧干燥沉淀物。由此方法可以獲得較高的提取得率和在產物中保有較高的β－葡聚糖含量。經反復精提后的產物中β－葡聚糖含量可以達到80％左右，甚至更高。
文檔編號C08B37/00GK1597702SQ200410053740
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月13日 優先權日2004年8月13日
發明者朱睦元, 強小林, 張玉紅, 陳建澍 申請人:西藏青稞研究與發展中心, 朱睦元