CN101628922B - 一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法。制备步骤包括：将纤维质原料预处理后与质量浓度为1.5％的酸液混合，加热，搅拌，过滤，将滤液采用超滤设备去除未酸解的可溶性大分子，得到透过液；将透过液经树脂吸附，用水洗树脂去除低聚糖，再用乙醇水溶液洗脱；将乙醇洗脱液浓缩，干燥，得到低聚糖阿魏酸酯。本发明低聚糖阿魏酸酯具有比阿魏酸更强的抗氧化能力，其纯度高，含量高达90％；树脂在处理后还可经碱处理再生，碱处理液中含有游离阿魏酸，可生产阿魏酸副产品；真空浓缩过程中回收的乙醇可重复利用，从而降低成本；本发明利用农业和食品加工固体废弃物为原料，生产出新型高效功能性抗氧化剂低聚糖阿魏酸酯，经济意义和社会意义重大。
Description
技术领域
本发明属于农产品深加工领域，特别涉及一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法。
背景技术
阿魏酸在医药，食品，化妆品等领域有着日益广泛的用途。它是一种优良的抗氧化剂，具有抗血栓、预防动脉粥样硬化、心脏病、提高***活力、抗菌消炎等功能。低聚糖阿魏酸酯是阿魏酸羧基与低聚糖中不同位置上的糖羟基酯化而形成的一类化合物，其水溶性好。体外抗氧化研究结果表明，低聚糖阿魏酸酯的抗氧化能力显著高于阿魏酸和维生素C。因此，低聚糖阿魏酸酯可成为一类新型高效功能性抗氧化剂。
低聚糖阿魏酸酯可通过稀酸或多糖水解酶降解植物细胞壁材料获得，这是因为在植物中阿魏酸主要通过酯键与细胞壁多糖和木质素交联，从而构成细胞壁的一部分。
我国是粮食、糖蔗生产大国，小麦和稻谷产量都接近或超过2亿吨，玉米1.2亿吨，甘蔗8500万吨，在收获和加工过程中会产生大量的纤维质副产物，如麸皮、蔗渣等。这些副产物中酚酸含量为0.5％～4％，酚酸中大部分是反式阿魏酸(具体含量依原料而定)，尤其是玉米皮中，反式阿魏酸含量约可占到玉米皮的3％。如能利用这些纤维质副产物进行低聚糖阿魏酸酯的制备将可在一定程度上增加这些产业的经济效益。
目前，低聚糖阿魏酸酯可采用酶解法和酸解法进行制备。由于木质纤维素结构致密，酶解法的水解效率较低，本发明采用酸解法，可将水解效率提高十倍。但制备过程中会产生低聚糖和少量的游离阿魏酸等杂质，因此纯化成为从纤维质中制备低聚糖阿魏酸酯的瓶颈，本发明的关键在于解决其纯化问题。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法。该方法通过将蔗渣、玉米皮、麦麸、米糠或其混合物等纤维质原料，用质量浓度为1.5％的酸液处理，把***木聚糖长链随机切断，产生含阿魏酸的低聚糖和不含阿魏酸的低聚糖，采用树脂吸附法分离纯化含阿魏酸的低聚糖即得低聚糖阿魏酸酯。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，包括以下操作步骤：
(1)稀酸处理：将经预处理的纤维质原料与质量浓度为1～2％的酸液混合，在加热条件下搅拌，过滤，得到滤液和滤渣；将滤液采用超滤去除未酸解的可溶性大分子，得到透过液；
(2)低聚糖阿魏酸酯的获得：将步骤(1)所得透过液经树脂吸附后，用水洗树脂去除低聚糖；再用乙醇水溶液洗脱，得到乙醇洗脱液；将乙醇洗脱液真空浓缩，得到浓缩液；将浓缩液喷雾干燥，得到低聚糖阿魏酸酯；
步骤(1)所述纤维质原料是蔗渣、玉米皮、麦麸和米糠中的一种以上。
步骤(1)所述预处理是对纤维质原料进行粉碎、去淀粉和去蛋白；
所述粉碎是将纤维质原料在105℃下灭酶干燥4h，粉碎至80～120目。
所述去淀粉是将粉碎后的纤维质原料和水按质量体积比为0.1kg/L的比例混合均匀，得到混合液；将混合液在90℃下糊化30min后，加入耐高温α-淀粉酶，耐高温α-淀粉酶的添加量为混合液质量的0.2～0.3％，在90℃下酶解2～3h；
所述去蛋白是将去淀粉后的纤维质原料的温度降低到65℃，加入蛋白酶，蛋白酶的添加量为去淀粉后的纤维质原料质量的1％，反应30min后过滤，水洗滤渣3～5遍，获得预处理后的纤维质原料。
步骤(1)所述酸液是无机酸，优选盐酸、硫酸、硝酸或磷酸。所得滤渣可与下一循环纤维质原料合并酸处理。
步骤(1)所述经预处理的纤维质原料与酸液的质量体积比为0.05～0.1kg/L。
步骤(1)所述加热的温度为60～100℃，搅拌的时间为2～3小时；所述超滤的截留分子量是3000～10000。
步骤(2)所述树脂与透过液的固液体积比是3∶1～4∶1；所述乙醇水溶液的体积百分比浓度为50％～60％。
步骤(2)所述树脂是弱碱性阴离子交换树脂；所述水洗树脂是水洗至水洗液达8倍树脂体积时止；所述乙醇洗脱液为5倍树脂体积；所述浓缩液的体积为乙醇洗脱液体积的1/20～1/40。
所述树脂优选D301大孔弱碱性阴离子交换树脂。
步骤(2)所述浓缩为真空浓缩，浓缩温度为40°～60C；所述干燥为喷雾干燥，干燥温度为80℃～100℃。
本发明的科学依据如下：纤维质中的反式阿魏酸主要以酯键与多糖和木质素结合，采用酸处理可断开较弱的糖苷键，同时保留大部分阿魏酸酯键，因而形成了糖链长度不一的低聚糖阿魏酸酯。在酸处理过程中，不含阿魏酸的糖链段被酸解后，形成低聚糖；另外，少量的阿魏酸酯键也被酸解，形成游离态的阿魏酸。通过D301大孔弱碱性阴离子交换树脂吸附可将低聚糖阿魏酸酯和游离阿魏酸保留在树脂上，而不含阿魏酸的低聚糖经水洗去除，再由D301树脂对游离阿魏酸吸附能力较强的根据，采用60％的乙醇溶液将吸附能力较弱的低聚糖阿魏酸酯洗脱下来，从而获得高纯度的低聚糖阿魏酸酯溶液。溶液经真空浓缩除去大部分乙醇，最后喷雾干燥可获得高纯度的低聚糖阿魏酸酯固体产品。
本发明相对现有技术，具有如下的优点及有益效果：(1)获得的低聚糖阿魏酸酯具有比阿魏酸更强的抗氧化能力；(2)获得的低聚糖阿魏酸酯纯度高，其含量达90％以上；(3)D301大孔弱碱性阴离子交换树脂可经碱处理再生，碱处理液中含有游离阿魏酸，可生产出阿魏酸副产品；(4)真空浓缩过程中回收的乙醇可重复利用，从而降低成本；(5)本发明利用农业和食品加工固体废弃物为原料，生产出可应用在食品、医药、化妆品等行业的新型高效功能性抗氧化剂——低聚糖阿魏酸酯，经济意义和社会意义重大。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：利用玉米皮制备低聚糖阿魏酸酯
(1)原料的预处理：
取1千克玉米皮，在105℃下灭酶干燥4h，用粉碎机粉碎至80目；将粉碎后的玉米皮加10升水，混合均匀，在90℃下糊化30min后，加入耐高温α-淀粉酶，耐高温α-淀粉酶的添加量为混合液质量的0.2％，在90℃下酶解3h；将去淀粉后的玉米皮的温度降低到65℃，加入蛋白酶，蛋白酶的添加量为玉米皮质量的1％，反应30min；将去蛋白后的玉米皮过滤，水洗滤渣3遍，获得预处理后的玉米皮。
(2)稀酸处理：
将经预处理的玉米皮按固液比1千克∶15升(即质量体积比0.067kg/L)与质量浓度1.5％的盐酸水溶液混合，不断搅拌，100℃处理3小时，过滤；将所得滤液用截留分子量为5000的超滤设备进一步去除未完全酸解的可溶性大分子，得到透过液；
(3)高纯度的低聚糖阿魏酸酯的获得：
将步骤(2)所得透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理，D301大孔弱碱性阴离子交换树脂须先按以下步骤预处理：加3～5倍树脂体积的质量百分比浓度为5％NaOH到树脂中搅拌24个小时，然后用蒸馏水洗至中性，再加入3～5倍体积的5％HCl搅拌4个小时，用蒸馏水洗至pH＝1～3，备用；
透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理步骤如下：将D301大孔弱碱性阴离子交换树脂装到层析柱里，加入透过液，D301大孔弱碱性阴离子交换树脂与透过液的固液体积比是3∶1，过层析柱后的透过液丢弃，同时层析柱用8倍树脂体积的蒸馏水清洗，然后用5倍树脂体积的体积百分数60％的乙醇水溶液洗脱，得到乙醇洗脱液；
将上述乙醇洗脱液在40℃条件下真空浓缩至原来体积的1/20，在80℃条件下进行喷雾干燥，得到高纯度的低聚糖阿魏酸酯固体产品。
实施例2：利用麦麸制备低聚糖阿魏酸酯
(1)原料的预处理：
取1千克麦麸，在105℃下灭酶干燥4h，粉碎机粉碎至120目；将粉碎后的麦麸加10升水混合均匀，在90℃下糊化30min后，加入耐高温α-淀粉酶，耐高温α-淀粉酶的添加量为混合液质量的0.3％，在90℃下酶解2h，得到去淀粉的麦麸；将上述去淀粉的麦麸温度降低到65℃，加入蛋白酶，蛋白酶的添加量为麦麸质量的1％，反应30min，得到去蛋白的麦麸；将上述去蛋白的麦麸过滤，水洗滤渣4遍，获得预处理后的麦麸。
(2)稀酸处理：
经预处理的麦麸按固液比1千克∶20升(即质量体积比0.05kg/L)与质量浓度1％的硫酸水溶液混合，不断搅拌，60℃处理2小时，过滤，得到滤液和滤渣；
所得滤液用截留分子量为10000的超滤设备进一步去除未完全酸解的可溶性大分子，得到透过液。
(3)高纯度的低聚糖阿魏酸酯的获得：
将步骤(2)所得透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理；D301大孔弱碱性阴离子交换树脂须先按以下步骤预处理：加入3～5倍体积的5％NaOH到树脂中搅拌24个小时，然后用蒸馏水洗至中性，再加入3～5倍体积的5％HCl搅拌4个小时，用蒸馏水洗至pH＝1～3，备用。
透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理步骤如下：将D301大孔弱碱性阴离子交换树脂装到层析柱里，加入透过液，D301大孔弱碱性阴离子交换树脂与透过液的固液体积比是4∶1，过层析柱后的透过液丢弃，同时层析柱用8倍树脂体积的蒸馏水清洗，然后用5倍树脂体积的体积百分数50％乙醇水溶液洗脱，得到乙醇洗脱液；
将乙醇洗脱液在60℃条件下真空浓缩至原来体积的1/40后，在100℃条件下进行喷雾干燥获得高纯度的低聚糖阿魏酸酯固体产品。
实施例3：利用蔗渣制备低聚糖阿魏酸酯
(1)原料的预处理：
取蔗渣经粉碎机粉碎至100目后，在105℃下干燥4h。
(2)稀酸处理获得粗低聚糖阿魏酸酯：
经预处理的蔗渣按固液比1千克∶10升(即质量体积比0.1kg/L)与质量浓度2％的硝酸水溶液混合，不断搅拌，80℃处理2.5小时，过滤，得到滤渣和滤液；
将所得滤液用截留分子量为3000的超滤设备进一步去除未完全酸解的可溶性大分子，得到透过液；
(3)高纯度的低聚糖阿魏酸酯的获得：
将步骤(2)所得透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理。D301大孔弱碱性阴离子交换树脂须先按以下步骤预处理：加入3～5倍体积的5％NaOH到D301大孔弱碱性阴离子交换树脂中搅拌24个小时，然后用蒸馏水洗至中性，再加入3～5倍体积的5％HCl搅拌4个小时，用蒸馏水洗至pH＝1～3，备用。
透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理步骤如下：将D301大孔弱碱性阴离子交换树脂装到层析柱里，加入透过液，D301大孔弱碱性阴离子交换树脂与透过液的固液体积比是3∶1，过层析柱后的透过液丢弃，同时层析柱用8倍树脂体积的蒸馏水清洗，然后用5倍树脂体积的体积百分数55％乙醇水溶液洗脱，得到乙醇水溶液洗脱；
将上述乙醇水溶液洗脱液在50℃条件下真空浓缩至原来体积的1/30后，在90℃条件下进行喷雾干燥获得高纯度的低聚糖阿魏酸酯固体产品。
实施例4：利用米糠制备低聚糖阿魏酸酯
(1)原料的预处理：
取1千克米糠，在105℃下灭酶干燥4h，粉碎机粉碎至120目；将粉碎后的米糠加10升水混合均匀，在90℃下糊化30min后，加入耐高温α-淀粉酶，耐高温α-淀粉酶的添加量为混合液质量的0.3％，在90℃下酶解3h，得到去淀粉的米糠；将上述去淀粉的米糠温度降低到65℃，加入蛋白酶，蛋白酶的添加量为米糠质量的1％，反应30min，得到去蛋白的米糠；将上述去蛋白的米糠过滤，水洗滤渣5遍，获得预处理后的米糠。
(2)稀酸处理：
经预处理的米糠按固液比1千克∶15升(即质量体积比0.067kg/L)与质量浓度1.5％的磷酸水溶液混合，不断搅拌，60℃处理2小时，过滤，得到滤液和滤渣；
所得滤液用截留分子量为10000的超滤设备进一步去除未完全酸解的可溶性大分子，得到透过液。
(3)高纯度的低聚糖阿魏酸酯的获得：
将步骤(2)所得透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理；D301大孔弱碱性阴离子交换树脂须先按以下步骤预处理：加入3～5倍体积的5％NaOH到树脂中搅拌24个小时，然后用蒸馏水洗至中性，再加入3～5倍体积的5％HCl搅拌4个小时，用蒸馏水洗至pH＝1～3，备用。
透过液用D301大孔弱碱性阴离子交换树脂处理步骤如下：将D301大孔弱碱性阴离子交换树脂装到层析柱里，加入透过液，D301大孔弱碱性阴离子交换树脂与透过液的固液体积比是4∶1，过层析柱后的透过液丢弃，同时层析柱用8倍树脂体积的蒸馏水清洗，然后用5倍树脂体积的体积百分数50％乙醇水溶液洗脱，得到乙醇洗脱液；
将乙醇洗脱液在60℃条件下真空浓缩至原来体积的1/25后，在80℃条件下进行喷雾干燥获得高纯度的低聚糖阿魏酸酯固体产品。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：
(1)稀酸处理：将经预处理的纤维质原料与质量浓度为1～2％的酸液混合，在加热条件下搅拌，过滤，得到滤液和滤渣；将滤液采用超滤去除未酸解的可溶性大分子，得到透过液；所述经预处理的纤维质原料与酸液的质量体积比为0.05～0.1kg/L；
(2)低聚糖阿魏酸酯的获得：将步骤(1)所得透过液经树脂吸附后，用水洗树脂去除低聚糖；再用体积百分比浓度为50％～60％的乙醇水溶液洗脱，得到乙醇洗脱液；将乙醇洗脱液浓缩，得到浓缩液；将浓缩液干燥，得到低聚糖阿魏酸酯；所述树脂是D301大孔弱碱性阴离子交换树脂。
2.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述纤维质原料是蔗渣、玉米皮、麦麸和米糠中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述预处理是对纤维质原料进行粉碎、去淀粉和去蛋白；
所述粉碎是将纤维质原料在105℃下灭酶干燥4h，粉碎至80～120目；
所述去淀粉是将粉碎后的纤维质原料和水按质量体积比为0.1kg/L的比例混合均匀，得到混合液；将混合液在90℃下糊化30min后，加入耐高温α-淀粉酶，耐高温α-淀粉酶的添加量为混合液质量的0.2～0.3％，在90℃下酶解2～3h；
所述去蛋白是将去淀粉后的纤维质原料的温度降低到65℃，加入蛋白酶，蛋白酶的添加量为去淀粉后的纤维质原料质量的1％，反应30min后过滤，水洗滤渣3～5遍，获得预处理后的纤维质原料。
4.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述酸液中的酸是无机酸。
5.根据权利要求4所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：所述无机酸是盐酸、硫酸、硝酸或磷酸。
6.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述加热的温度为60～100℃，搅拌的时间为2～3小时；所述超滤的截留分子量是3000～10000。
7.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述树脂与透过液的固液体积比是3∶1～4∶1。
8.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述水洗树脂是水洗至水洗液达8倍树脂体积时止；所述乙醇洗脱液为5倍树脂体积；所述浓缩液的体积为乙醇洗脱液体积的1/20～1/40。
9.根据权利要求1所述的一种低聚糖阿魏酸酯的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述浓缩为真空浓缩，浓缩温度为40℃～60℃；所述干燥为喷雾干燥，干燥温度为80℃～100℃。
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