本發明涉及多糖食品分離提純技術領域，具體涉及一種用于產業化生產β-葡聚糖的純化方法以及β-葡聚糖。
背景技術：
β-葡聚糖是一種可溶性食物纖維，β-1.3，β-1.4糖昔鍵連接起來的粘性多聚葡聚糖，是一種非淀粉多糖，按其溶解性分可為水溶性和水不溶性兩類。在糧食中，β-葡聚糖是種子構成胚乳細胞壁的主要成分，而且幾乎在整個種子中分布。
β-葡聚糖具有調節血糖、降低膽固醇、提高免疫力、抗腫瘤等作用。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。
目前，從糧食中提取β-葡聚糖的報道較少，一般多為從谷物中提取β-葡聚糖，提取方法多為利用水、酸化水或堿溶液作為溶劑將全部碾碎的谷物制成漿液，再通過過濾、離心和乙醇沉淀的技術來處理這些漿液以分離各種組分。以上方法存在的技術問題主要有：(1)水不溶性β-葡聚糖的嚴重流失；(2)提純β-葡聚糖的得率較低；(3)提取物中混雜的較多淀粉和蛋白質，造成β-葡聚糖的純度大大下降；(4)工藝路線復雜，難以工業化應用。
技術實現要素：
為了解決現有技術存在的問題，本發明的一個目的是提供一種用于產業化生產β-葡聚糖的純化方法，以解決現有β-葡聚糖得率低、純度低、提純工藝復雜的問題。本發明的另一個目的是提供一種β-葡聚糖，其純度高，制備工藝簡單。
本發明解決上述技術問題的技術方案如下：提供一種用于產業化生產β-葡聚糖的純化方法，包括：
(1)將粉碎后的糧食作物用無水乙醇進行加熱回流提取處理，將提取液過濾后得到第一濾液和第一濾渣，將第一濾渣進行脫溶處理；
(2)將經脫溶處理后的第一濾渣加水混合，并進行離心分離，得到第二濾液；
(3)將所述第一濾液和所述第二濾液合并后濃縮至原體積的1/5～1/10；然后向濃縮液中加入2u/g～8u/g的淀粉酶，反應體系持續升溫至65～75℃，調節溶液ph至3～5，離心分離，收集濾液，重復此過程1-3次；再次調節濾液的ph至8～10，加入2u/g～6u/g的蛋白酶，在36～37.5℃條件下恒溫水浴2～3h；在溫度為90～100℃的條件下進行滅酶，冷卻至室溫后離心分離，得到第三濾液；以及
(4)將第三濾液進行除雜處理，得到β-葡聚糖。
本發明用無水乙醇對粉碎后的糧食作物進行加熱回流提取的目的在于，提取出水不溶性β-葡聚糖，避免了因直接用水提取而導致水不溶性β-葡聚糖不溶于水而造成水不不溶性β-葡聚糖流失，從而提高β-葡聚糖的得率。
得到的第一濾液即為水不溶性β-葡聚糖，并且將第一濾渣經過脫溶處理后進一步提純β-葡聚糖，后續提純主要針對水溶性β-葡聚糖進行的。在步驟(2)中涉及的脫溶處理工藝，其目的在于除去步驟(1)中使用的無水乙醇，避免雜質的引入，從而保證最終產品純度。
本發明將經過兩次提取后的第一濾液和第二濾液合并，并用淀粉酶和蛋白酶進行酶解，去除合并濾液中的淀粉和蛋白質，此方式與現有提取工藝相比，方法簡單、易于控制，并且提純效果好。
本發明在步驟(3)中第一次調節溶液ph的目的在于，使濃縮后的濾液在酸性環境下沉淀析出混合有淀粉和蛋白質的β-葡聚糖。同時，在淀粉酶的作用下，混合在濾液中的淀粉被酶解，使得淀粉與β-葡聚糖分離，對β-葡聚糖進行分離提純。本發明的淀粉酶可以是α-淀粉酶、β-淀粉酶、γ-淀粉酶和異淀粉酶中的一種或多種。優選地，本發明的淀粉酶為α-淀粉酶。
本發明在步驟(3)中第二次調節ph的目的在于，為蛋白酶提供堿性的反應環境，從而酶解掉混合在濾液中的蛋白質，進一步提純分離β-葡聚糖。本發明的蛋白酶可以是胰蛋白酶、組織蛋白酶、木瓜蛋白酶和枯草桿菌蛋白酶中的一種或多種。優選地，本發明的蛋白酶為胰蛋白酶。
本發明在酶解反應后滅酶，以去除濾液中的淀粉酶和蛋白酶，避免引入新的雜質，從而保證最終產品的純度。
與現有提取工藝相比，本發明首先利用醇溶的方式，回收糧食作物中的水不溶性β-葡聚糖，避免了糧食作物中水不溶性β-葡聚糖的流失，然后通過酶解去除作物中的淀粉和蛋白質，能耗低、分離效果好。本發明工藝簡單、易于操作控制、成本低、有利于工業化生產。
在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進：
進一步地，在本法明較佳的實施例中，上述步驟(1)包括以下具體步驟：
(11)將粉碎后的糧食作物過100～500μm篩；
(12)取步驟(11)中的篩下物，在4～10倍體積量的無水乙醇中、在60℃～80℃下回流提取2～4h，冷卻至室溫后過濾，得到第一濾液和第一濾渣；以及
(13)將第一濾渣于30℃～60℃下減壓脫溶15～30h。
進一步地，在本法明較佳的實施例中，上述步驟(2)包括以下具體步驟：
將經脫溶處理后的第一濾渣加入至6～10倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，并調至ph至9～11，然后將溶液在30℃～60℃下攪拌20～40分鐘，冷卻至室溫后離心分離，得到第二濾液。
優選地，在步驟(2)用0.5～3mol/l的氫氧化鈉溶液調節溶液的ph至9～11。本發明通過調節溶液ph至9～11，使得水溶性β-葡聚糖完全溶解出來。
進一步地，在本法明較佳的實施例中，上述步驟(4)包括以下具體步驟：
(41)將第三濾液中加入活性炭并在溫度為20～60℃的條件下脫色處理20～40min，將收集的洗淋液在3～5℃下靜置，得到粗提液；
(42)將粗提液加入到3～5倍體積的去離子水中，加熱至30℃～50℃，攪拌溶解，然后加入沉淀劑溶液在30℃～50℃攪拌10～30min，離心分離；以及
(43)將步驟(42)中離心分離得到的沉淀在10℃～60℃下減壓脫溶10～35h，得到β-葡聚糖。
在去除淀粉以及蛋白質等主要雜質后，本發明通過活性炭、沉淀劑溶液繼續分離提純，進一步提高β-葡聚糖的純度，提高最終產品品質。
進一步地，在本法明較佳的實施例中，上述步驟(42)中的沉淀劑溶液為乙醇、異丙醇和硫酸銨中的一種或幾種。
進一步地，在本法明較佳的實施例中，上述步驟(43)中，將沉淀減壓脫溶處理后的物料過500～800μm篩。
進一步地，在本法明較佳的實施例中，上述離心分離的轉速為1000～4000轉/min。
一種β-葡聚糖，是將糧食作物根據上述的純化方法提取而成。
本發明具有以下有益效果：
1、本發明利用醇溶的方式，回收水不溶性β-葡聚糖，以提高得率；
2、本發明采用酶法脫淀粉和蛋白的方式，具有能耗低，單級分離效率高，分離過程簡單，不污染環境等優點；
3、選用溶劑沉淀法進一步提純β-葡聚糖，能夠明顯提高β-葡聚糖的純度；
4、本發明的工藝簡單，操作易于控制，成本低，易于工業化。
具體實施方式
以下對本發明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
需要說明的是，本發明實施例所指的“減壓脫溶”是指在低于常壓下進行脫溶處理，具體壓力大小不做限制。
實施例1：
本實施例的純化方法包括以下步驟：
①將糧食籽粒凈選，淘洗，去除雜質，進行干燥，并控制水分在<8％；
②將糧食經磨粉機粉碎后，過100μm篩；
③將步驟②中的碎粉用4倍體積的50％(體積百分比，下同)無水乙醇，在60℃下回流提取4個小時，使非水溶性β-葡聚糖溶解，同時在90℃下滅活各種酶；冷卻至室溫后，過濾，收集濾液；過濾后得到的濾渣用2倍體積量的無水乙醇繼續提取15分鐘，過濾，收集濾液并將兩次提取的濾液合并，得到第一濾液；將兩次提取后得到的第一濾渣于30℃下減壓脫溶30小時，使糧食碎粉中的乙醇完全揮發而達到脫溶目的。
④將步驟③中脫溶的第一濾渣加入到6倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，并用2mol/l氫氧化鈉溶液調至ph9，于30℃下攪拌40分鐘，使水溶性β-葡聚糖溶解；冷卻至室溫后，離心分離，收集的濾液；將離心分離所得沉淀繼續加入到2倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，用2mol/l氫氧化鈉溶液調至ph9，于30℃下攪拌40分鐘，冷卻、離心分離，并將兩次合并，得到第二濾液。
⑤合并第一濾液和第二濾液，將濾液濃縮至原體積的1/5，加入4u/g的α-淀粉酶，反應體系持續升溫至70℃，再用3mol/l鹽酸溶液調節濾液ph至4.5，離心分離，收集濾液。
⑥用2mol/l氫氧化鈉溶液調節步驟⑤中的濾液至ph9，加入2u/g的胰蛋白酶，37℃條件下，恒溫水浴2h，酶解后90°加熱滅酶，冷卻至室溫后離心分離，收集濾液為第三濾液。
⑦將0.5％的活性炭加入至第三濾液中，調節溫度在20℃，脫色40min，收集淋洗液，4℃下靜置過夜，得粗提液。
⑧將步驟⑦的粗提液加入到3倍體積的去離子水中，加熱至30℃，攪拌溶解，然后加入同體積的無水乙醇，于45℃攪拌20分鐘，離心分離；沉淀于60℃下減壓脫溶10小時，過800μm篩，得精制β-葡聚糖。
經“β-葡聚糖含量測定方法”分析，測定該精制β-葡聚糖的純度為72％，得率為9.9％。
實施例2：
本實施例的純化方法包括以下步驟：
①將糧食籽粒凈選，淘洗，去除雜質，進行干燥，并控制水分在<8％；
②將糧食經磨粉機粉碎后，過100μm篩；
③將步驟②中的碎粉用4倍體積的65％無水乙醇，在70℃下回流提取3個小時，使非水溶性β-葡聚糖溶解，同時在90℃下滅活各種酶；冷卻至室溫后，過濾，收集濾液；過濾后得到的濾渣用5倍體積量的無水乙醇繼續提取15分鐘，過濾，收集濾液并將兩次提取的濾液合并，得到第一濾液；將兩次提取后得到的第一濾渣于40℃下減壓脫溶25小時，使糧食碎粉中的乙醇完全揮發而達到脫溶目的。
④將步驟③中脫溶的第一濾渣加入到8倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，并用3mol/l氫氧化鈉溶液調至ph10，于40℃下攪拌30分鐘，使水溶性β-葡聚糖溶解；冷卻至室溫后，離心分離，收集的濾液；將離心分離所得沉淀繼續加入到8倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，用3mol/l氫氧化鈉溶液調至ph10，于40℃下攪拌30分鐘，冷卻、離心分離，并將兩次合并，得到第二濾液。
⑤合并第一濾液和第二濾液，將濾液濃縮至原體積的1/8，加入4u/g的α-淀粉酶，反應體系持續升溫至70℃，再用0.5mol/l鹽酸溶液調節濾液ph至4.5，離心分離，收集濾液。
⑥用0.5mol/l氫氧化鈉溶液調節步驟⑤中的濾液至ph10，加入2u/g的胰蛋白酶，37℃條件下，恒溫水浴2.5h，酶解后100°加熱滅酶，冷卻至室溫后離心分離，收集濾液為第三濾液。
⑦將2％的活性炭加入至第三濾液中，調節溫度在40℃，脫色20min，收集淋洗液，3℃下靜置過夜，得粗提液。
⑧將步驟⑦的粗提液加入到4倍體積的去離子水中，加熱至40℃，攪拌溶解，然后加入同體積的無水乙醇，于40℃攪拌20分鐘，離心分離；沉淀于10℃下減壓脫溶35小時，過500μm篩，得精制β-葡聚糖。
經“β-葡聚糖含量測定方法”分析，測定該精制β-葡聚糖的純度為81％，得率為10.7％。
實施例3：
本實施例的純化方法包括以下步驟：
①將糧食籽粒凈選，淘洗，去除雜質，進行干燥，并控制水分在<8％；
②將糧食經磨粉機粉碎后，過400μm篩；
③將步驟②中的碎粉用10倍體積的80％無水乙醇，在80℃下回流提取2個小時，使非水溶性β-葡聚糖溶解，同時在90℃下滅活各種酶；冷卻至室溫后，過濾，收集濾液；過濾后得到的濾渣用4倍體積量的無水乙醇繼續提取20分鐘，過濾，收集濾液并將兩次提取的濾液合并，得到第一濾液；將兩次提取后得到的第一濾渣于50℃下減壓脫溶25小時，使糧食碎粉中的乙醇完全揮發而達到脫溶目的。
④將步驟③中脫溶的第一濾渣加入到8倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，并用0.5mol/l氫氧化鈉溶液調至ph10，于50℃下攪拌25分鐘，使水溶性β-葡聚糖溶解；冷卻至室溫后，離心分離，收集的濾液；將離心分離所得沉淀繼續加入到2倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，用0.5mol/l氫氧化鈉溶液調至ph10，于50℃下攪拌25分鐘，冷卻、離心分離，并將兩次合并，得到第二濾液。
⑤合并第一濾液和第二濾液，將濾液濃縮至原體積的1/10，加入4u/g的α-淀粉酶，反應體系持續升溫至75℃，再用3mol/l鹽酸溶液調節濾液ph至5，離心分離，收集濾液。加入α-淀粉酶進行酶解反應的過程進行兩次。
⑥用2mol/l氫氧化鈉溶液調節步驟⑤中的濾液至ph8～10，加入2u/g的胰蛋白酶，36℃條件下，恒溫水浴3h，酶解后90°加熱滅酶，冷卻至室溫后離心分離，收集濾液為第三濾液。
⑦將2.5％的活性炭加入至第三濾液中，調節溫度在60℃，脫色40min，收集淋洗液，5℃下靜置過夜，得粗提液。
⑧將步驟⑦的粗提液加入到3倍體積的去離子水中，加熱至30℃，攪拌溶解，然后加入同體積的無水乙醇，于45℃攪拌20分鐘，離心分離；沉淀于40℃下減壓脫溶20小時，過800μm篩，得精制β-葡聚糖。
經“β-葡聚糖含量測定方法”分析，測定該精制β-葡聚糖的純度為61％，得率為7.8％。
實施例4：
本實施例的純化方法包括以下步驟：
①將糧食籽粒凈選，淘洗，去除雜質，進行干燥，并控制水分在<8％；
②將糧食經磨粉機粉碎后，過500μm篩；
③將步驟②中的碎粉用9倍體積的50％無水乙醇，在60℃下回流提取4個小時，使非水溶性β-葡聚糖溶解，同時在90℃下滅活各種酶；冷卻至室溫后，過濾，收集濾液；過濾后得到的濾渣用5倍體積量的無水乙醇繼續提取20分鐘，過濾，收集濾液并將兩次提取的濾液合并，得到第一濾液；將兩次提取后得到的第一濾渣于45℃下減壓脫溶18小時，使糧食碎粉中的乙醇完全揮發而達到脫溶目的。
④將步驟③中脫溶的第一濾渣加入到8倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，并用2.5mol/l氫氧化鈉溶液調至ph11，于30℃下攪拌40分鐘，使水溶性β-葡聚糖溶解；冷卻至室溫后，離心分離，收集的濾液；將離心分離所得沉淀繼續加入到4倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，用2.5mol/l氫氧化鈉溶液調至ph11，于50℃下攪拌25分鐘，冷卻、離心分離，并將兩次合并，得到第二濾液。
⑤合并第一濾液和第二濾液，將濾液濃縮至原體積的1/10，加入4u/g的α-淀粉酶，反應體系持續升溫至75℃，再用2.5mol/l鹽酸溶液調節濾液ph至5，離心分離，收集濾液。
⑥用2mol/l氫氧化鈉溶液調節步驟⑤中的濾液至ph9，加入2u/g的胰蛋白酶，37.5℃條件下，恒溫水浴2.5h，酶解后90°加熱滅酶，冷卻至室溫后離心分離，收集濾液為第三濾液。
⑦將2％的活性炭加入至第三濾液中，調節溫度在60℃，脫色20min，收集淋洗液，4℃下靜置過夜，得粗提液。
⑧將步驟⑦的粗提液加入到4倍體積的去離子水中，加熱至50℃，攪拌溶解，然后加入同體積的硫酸胺溶液，于45℃攪拌15分鐘，離心分離；沉淀于50℃下減壓脫溶20小時，過700μm篩，得精制β-葡聚糖。
經“β-葡聚糖含量測定方法”分析，測定該精制β-葡聚糖的純度為89％，得率為11.2％。
實施例5：
本實施例的純化方法包括以下步驟：
①將糧食籽粒凈選，淘洗，去除雜質，進行干燥，并控制水分在<8％；
②將糧食經磨粉機粉碎后，過400μm篩；
③將步驟②中的碎粉用5倍體積的80％無水乙醇，在75℃下回流提取3個小時，使非水溶性β-葡聚糖溶解，同時在90℃下滅活各種酶；冷卻至室溫后，過濾，收集濾液；過濾后得到的濾渣用6倍體積量的無水乙醇繼續提取20分鐘，過濾，收集濾液并將兩次提取的濾液合并，得到第一濾液；將兩次提取后得到的第一濾渣于50℃下減壓脫溶25小時，使糧食碎粉中的乙醇完全揮發而達到脫溶目的。
④將步驟③中脫溶的第一濾渣加入到6倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，并用2mol/l氫氧化鈉溶液調至ph10，于50℃下攪拌25分鐘，使水溶性β-葡聚糖溶解；冷卻至室溫后，離心分離，收集的濾液；將離心分離所得沉淀繼續加入到6倍體積量的水中攪拌混勻形成溶液，用2mol/l氫氧化鈉溶液調至ph10，于45℃下攪拌35分鐘，冷卻、離心分離，并將兩次合并，得到第二濾液。
⑤合并第一濾液和第二濾液，將濾液濃縮至原體積的1/8，加入4u/g的α-淀粉酶，反應體系持續升溫至70℃，再用4mol/l鹽酸溶液調節濾液ph至3，離心分離，收集濾液。此過程進行3次。
⑥用2mol/l氫氧化鈉溶液調節步驟⑤中的濾液至ph8，加入2u/g的胰蛋白酶，37℃條件下，恒溫水浴2h，酶解后90°加熱滅酶，冷卻至室溫后離心分離，收集濾液為第三濾液。
⑦將0.5％的活性炭加入至第三濾液中，調節溫度在40℃，脫色25min，收集淋洗液，4℃下靜置過夜，得粗提液。
⑧將步驟⑦的粗提液加入到4倍體積的去離子水中，加熱至40℃，攪拌溶解，然后加入同體積的無水乙醇和異丙醇的混合溶液，于30℃攪拌30分鐘，離心分離；沉淀于30℃下減壓脫溶25小時，過600μm篩，得精制β-葡聚糖。
經“β-葡聚糖含量測定方法”分析，測定該精制β-葡聚糖的純度為78％，得率為12.7％。
需要說明的是，本發明實施例中的糧食可以是稻谷、小麥、玉米、西紅柿或青稞。優選地，本發明實施例采用的糧食籽粒為使用申請號為201610347813.7的植物增效劑種植出的稻谷，其富含豐富的β-葡聚糖，在提取過程中，能夠獲得相較于普通作物更多的β-葡聚糖。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。