CN105399855A - 一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，属于燕麦深加工技术领域。该方法包括以下步骤：(1)预处理；(2)脱脂处理；(3)微波干燥；(4)碱水提取；(5)离心分离滤液；(6)超声处理；(7)淀粉酶处理；(8)糖化酶处理；(9)离心分离酶解液；(10)等电点沉淀；(11)灭酶后离心分离；(12)浓缩沉淀；(13)离心收集沉淀；(14)冷冻干燥。本发明采用了机械化学(球磨)结合酶解技术制备燕麦β-葡聚糖，弥补了机械化学在制备燕麦β-葡聚糖提取工艺的空白，球磨的加入，不仅可以缩短了酶解时间，改善了酶解效果，还可以使燕麦β-葡聚糖的价值得以更好的发挥。
Description
技术领域
本发明涉及一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，属于燕麦深加工技术领域。
背景技术
燕麦属于禾本科植物，具有降低胆固醇、降血糖、提高免疫力和抗肿瘤等功效，这主要归功于其除了含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸之外，还含有丰富的β-葡聚糖。其中，β-葡聚糖化学名称是(l→3)(l→4)-β-D-葡聚糖,是由β-D-吡喃葡萄糖单体按β-(l→3)和β-(l→4)糖苷键构成的多聚物，β-(l→3)糖苷键占30％左右，β-(l→4)糖苷键70％左右，是一种非淀粉多糖，在细胞壁中和蛋白质及木聚糖等结合在一起。近年来，随着生活水平和健康意识的提高，我国消费者对我国燕麦β-葡聚糖制品和保健品越来越重视，积极开发利用燕麦β-葡聚糖是非常重要的。然而，提取燕麦β-葡聚糖成为其开发利用的关键问题之一。
目前，国内关于燕麦β-葡聚糖提取工艺的专利报道很多。授权公告号为CN101857646B的专利公开了从燕麦麸皮中提取高纯度β-葡聚糖、燕麦全粉的方法，该提取工艺包括如下步骤：将脱脂燕麦麸皮加水搅拌加入α-淀粉酶；过滤，将得到的过滤液体离心，得到β-葡聚糖液体及燕麦分离蛋白；加入糖化酶，戊聚糖酶，果胶酶，中性蛋白酶，灭酶，微滤膜过滤，离子交换树脂处理，超滤膜浓缩，得到纯度可达到90-97％以上的β-葡聚糖；授权公告号为CN101798357B的专利公开了一种提取燕麦β-葡聚糖的方法，该提取工艺包括如下步骤：1)将燕麦麸皮去除表面的淀粉和浮尘；2)将燕麦麸皮在40～50℃加入水，调节pH7～8，搅拌1～5小时；3)分离后收集滤液，冷却至10～30℃，调整pH为4.5～5.0，搅拌后静置0.5～3小时；4)离心分离得滤液，加入低温α-淀粉酶，在35～45℃下，pH值5.5～6.5，处理1～2小时，采用硅藻土板框过滤，得到澄清液体；5)用截留分子量为50000～100000Da的超滤膜过滤，得到操作温度不高于50℃的燕麦β-葡聚糖溶液；申请公布号为CN102603915A的专利公开了一种提取燕麦β-葡聚糖的方法，该提取工艺包括如下步骤：(1)将燕麦麸粉碎后加水搅拌，调节pH6-7；(2)加入高温α-淀粉酶在85-90℃下处理水解燕麦麸皮中的淀粉；(3)加入葡糖淀粉酶在55-60℃下处理，过滤，得到澄清液体；(4)采用截留分子量为50000Da－100000Da的超滤膜过滤，得到β-葡聚糖溶液；(5)喷射干燥，得到提取率高达85％、品纯度高达到80％以上的燕麦β-葡聚糖产品。
上述技术方案都采用了酶解法提取得到β-葡聚糖，而酶解法容易存在反应效率不高，蛋白酶的利用率低等不足，从而导致反应时间长、酶的消耗量大、产物活性低等问题。近年来，机械化学在提取中的应用越来越广，这归功于机械化学打破植物细胞壁，提高有效成分的提取率，但是有关利用机械化学技术制备燕麦β-葡聚糖的文章还未见报道。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，包括如下步骤：
(1)预处理：先将燕麦清理筛选，然后粉碎，且过40目筛，得到燕麦粉；
(2)脱脂处理：将经步骤(1)处理得到的燕麦粉用70～80％乙醇在60～80℃条件下浸泡1～2h，冷却，倾去上液，得到沉淀燕麦粉；
(3)微波干燥：将经步骤(2)处理得到的沉淀燕麦粉进行微波干燥：微波功率40～60kW、微波时间10～15min；
(4)碱水提取：先将经步骤(3)处理得到的燕麦粉用30～40℃温水浸泡，浸泡3～7min，其中料液比为1：10～15，其次再用转速为100～150转/min的球磨机球磨，球磨10～20min，然后用碳酸钠溶液调节球磨后混合物pH值至9.0～11.0，最后继续用转速为150～200转/min的球磨机球磨球磨，球磨15～20min，过滤，并收集滤液；
(5)离心分离滤液：将经步骤(4)处理得到的滤液置于4000～5000转的离心机上离心15～20分钟，并收集上清液1；
(6)超声处理：将经步骤(5)处理得到的上清液1置于超声频率为20～40KHz，超声温度40～50℃下提取，提取10～15min；
(7)淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至4.0～7.0、酶解温度为70～80℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为1.0～3.0％，最后再用转速为100～150转/min的球磨机球磨，球磨20～30min；
(8)糖化酶处理：先将经步骤(7)处理得到的酶解液降温至50～60℃，并调节pH值至4.0～6.0，然后加入糖化酶进行酶解，糖化酶添加量为1.0～3.0％，最后再用转速为100～150转/min的球磨机球磨，球磨20～30min；
(9)离心分离酶解液：将经步骤(8)处理得到的酶解液置于3000～4000转的离心机上离心10～15分钟，并收集上清液2；
(10)等电点沉淀：将经步骤(9)处理得到的上清液2调节pH值至4.5，静置30～40min；
(11)灭酶后离心分离：将经步骤(10)处理得到的沉淀溶液加热到90～100℃，保温10～15min后，置于3000～4000转的离心机上离心10～15分钟，并收集上清液3；
(12)浓缩沉淀：将经步骤(11)处理得到的上清液3调节pH值至7.0，浓缩，并在浓缩后加入浓度为60～70％的乙醇，进行醇淀；
(13)离心收集沉淀：将经步骤(12)处理得到的乙醇沉淀后的悬浊液置于3000～4000转的离心机上离心10～15分钟，并收集沉淀；
(14)冷冻干燥：将经步骤(13)处理得到的沉淀进行冷冻干燥，得到燕麦β-葡聚糖。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明采用了机械化学(球磨)结合酶解技术制备燕麦β-葡聚糖，弥补了机械化学在制备燕麦β-葡聚糖提取工艺的空白，球磨的加入，不仅可以缩短了酶解时间，改善了酶解效果，还可以使燕麦β-葡聚糖得率高，纯度高，得率在7.25％左右，纯度在89.00％以上，从而使燕麦β-葡聚糖的价值得以更好的发挥。
具体实施方式
实施例1
一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，包括如下步骤：
(1)预处理：先将燕麦清理筛选，然后粉碎，且过40目筛，得到燕麦粉；
(2)脱脂处理：将经步骤(1)处理得到的燕麦粉用75％乙醇在70℃条件下浸泡1.5h，冷却，倾去上液，得到沉淀燕麦粉；
(3)微波干燥：将经步骤(2)处理得到的沉淀燕麦粉进行微波干燥：微波功率50kW、微波时间12min；
(4)碱水提取：先将经步骤(3)处理得到的燕麦粉用35℃温水浸泡，浸泡5min，其中料液比为1：12，其次再用转速为120转/min的球磨机球磨，球磨15min，然后用碳酸钠溶液调节球磨后混合物pH值至10.0，最后继续用转速为180转/min的球磨机球磨球磨，球磨18min，过滤，并收集滤液；
(5)离心分离滤液：将经步骤(4)处理得到的滤液置于4500转的离心机上离心18分钟，并收集上清液1；
(6)超声处理：将经步骤(5)处理得到的上清液1置于超声频率为30KHz，超声温度45℃下提取，提取12min；
(7)淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至5.5、酶解温度为75℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为2.0％，最后再用转速为120转/min的球磨机球磨，球磨25min；
(8)糖化酶处理：先将经步骤(7)处理得到的酶解液降温至55℃，并调节pH值至5.0，然后加入糖化酶进行酶解，糖化酶添加量为2.0％，最后再用转速为120转/min的球磨机球磨，球磨25min；
(9)离心分离酶解液：将经步骤(8)处理得到的酶解液置于3500转的离心机上离心12分钟，并收集上清液2；
(10)等电点沉淀：将经步骤(9)处理得到的上清液2调节pH值至4.5，静置35min；
(11)灭酶后离心分离：将经步骤(10)处理得到的沉淀溶液加热到95℃，保温12min后，置于3500转的离心机上离心12分钟，并收集上清液3；
(12)浓缩沉淀：将经步骤(11)处理得到的上清液3调节pH值至7.0，浓缩，并在浓缩后加入浓度为65％的乙醇，进行醇淀；
(13)离心收集沉淀：将经步骤(12)处理得到的乙醇沉淀后的悬浊液置于3500转的离心机上离心12分钟，并收集沉淀；
(14)冷冻干燥：将经步骤(13)处理得到的沉淀进行冷冻干燥，得到燕麦β-葡聚糖。
实施例2
一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，包括如下步骤：
(1)预处理：先将燕麦清理筛选，然后粉碎，且过40目筛，得到燕麦粉；
(2)脱脂处理：将经步骤(1)处理得到的燕麦粉用80％乙醇在80℃条件下浸泡2h，冷却，倾去上液，得到沉淀燕麦粉；
(3)微波干燥：将经步骤(2)处理得到的沉淀燕麦粉进行微波干燥：微波功率60kW、微波时间15min；
(4)碱水提取：先将经步骤(3)处理得到的燕麦粉用40℃温水浸泡，浸泡7min，其中料液比为1：15，其次再用转速为150转/min的球磨机球磨，球磨20min，然后用碳酸钠溶液调节球磨后混合物pH值至11.0，最后继续用转速为200转/min的球磨机球磨球磨，球磨20min，过滤，并收集滤液；
(5)离心分离滤液：将经步骤(4)处理得到的滤液置于5000转的离心机上离心20分钟，并收集上清液1；
(6)超声处理：将经步骤(5)处理得到的上清液1置于超声频率为40KHz，超声温度50℃下提取，提取15min；
(7)淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至7.0、酶解温度为80℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为3.0％，最后再用转速为150转/min的球磨机球磨，球磨30min；
(8)糖化酶处理：先将经步骤(7)处理得到的酶解液降温至60℃，并调节pH值至6.0，然后加入糖化酶进行酶解，糖化酶添加量为3.0％，最后再用转速为150转/min的球磨机球磨，球磨30min；
(9)离心分离酶解液：将经步骤(8)处理得到的酶解液置于4000转的离心机上离心15分钟，并收集上清液2；
(10)等电点沉淀：将经步骤(9)处理得到的上清液2调节pH值至4.5，静置40min；
(11)灭酶后离心分离：将经步骤(10)处理得到的沉淀溶液加热到100℃，保温15min后，置于4000转的离心机上离心15分钟，并收集上清液3；
(12)浓缩沉淀：将经步骤(11)处理得到的上清液3调节pH值至7.0，浓缩，并在浓缩后加入浓度为70％的乙醇，进行醇淀；
(13)离心收集沉淀：将经步骤(12)处理得到的乙醇沉淀后的悬浊液置于4000转的离心机上离心15分钟，并收集沉淀；
(14)冷冻干燥：将经步骤(13)处理得到的沉淀进行冷冻干燥，得到燕麦β-葡聚糖。
实施例3
一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，包括如下步骤：
(1)预处理：先将燕麦清理筛选，然后粉碎，且过40目筛，得到燕麦粉；
(2)脱脂处理：将经步骤(1)处理得到的燕麦粉用70％乙醇在60℃条件下浸泡1h，冷却，倾去上液，得到沉淀燕麦粉；
(3)微波干燥：将经步骤(2)处理得到的沉淀燕麦粉进行微波干燥：微波功率40kW、微波时间10min；
(4)碱水提取：先将经步骤(3)处理得到的燕麦粉用30℃温水浸泡，浸泡3min，其中料液比为1：10，其次再用转速为100转/min的球磨机球磨，球磨10min，然后用碳酸钠溶液调节球磨后混合物pH值至9.0，最后继续用转速为150转/min的球磨机球磨球磨，球磨15min，过滤，并收集滤液；
(5)离心分离滤液：将经步骤(4)处理得到的滤液置于4000转的离心机上离心15分钟，并收集上清液1；
(6)超声处理：将经步骤(5)处理得到的上清液1置于超声频率为20KHz，超声温度40℃下提取，提取10min；
(7)淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至4.0、酶解温度为70℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为1.0％，最后再用转速为100转/min的球磨机球磨，球磨20min；
(8)糖化酶处理：先将经步骤(7)处理得到的酶解液降温至50℃，并调节pH值至4.0，然后加入糖化酶进行酶解，糖化酶添加量为1.0％，最后再用转速为100转/min的球磨机球磨，球磨20min；
(9)离心分离酶解液：将经步骤(8)处理得到的酶解液置于3000转的离心机上离心10分钟，并收集上清液2；
(10)等电点沉淀：将经步骤(9)处理得到的上清液2调节pH值至4.5，静置30min；
(11)灭酶后离心分离：将经步骤(10)处理得到的沉淀溶液加热到90℃，保温10min后，置于3000转的离心机上离心10分钟，并收集上清液3；
(12)浓缩沉淀：将经步骤(11)处理得到的上清液3调节pH值至7.0，浓缩，并在浓缩后加入浓度为60％的乙醇，进行醇淀；
(13)离心收集沉淀：将经步骤(12)处理得到的乙醇沉淀后的悬浊液置于3000转的离心机上离心10分钟，并收集沉淀；
(14)冷冻干燥：将经步骤(13)处理得到的沉淀进行冷冻干燥，得到燕麦β-葡聚糖。
实施例4
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中步骤(4)球磨依次为：转速为100转/min，球磨10min、转速为150转/min，球磨15min；步骤(7)球磨：转速为100转/min，球磨20min；步骤(8)球磨：转速为100转/min，球磨20min。
实施例5
试验处理过程同实施例1，其不同在于其中步骤(4)球磨依次为：转速为150转/min，球磨20min、转速为200转/min，球磨20min；步骤(7)球磨：转速为150转/min，球磨30min；步骤(8)球磨：转速为150转/min，球磨30min。
对比例酶解法(没使用球磨技术)
(1)预处理：先将燕麦清理筛选，然后粉碎，且过40目筛，得到燕麦粉；
(2)脱脂处理：将经步骤(1)处理得到的燕麦粉用75％乙醇在70℃条件下浸泡1.5h，冷却，倾去上液，得到沉淀燕麦粉；
(3)微波干燥：将经步骤(2)处理得到的沉淀燕麦粉进行微波干燥：微波功率50kW、微波时间12min；
(4)碱水提取：先将经步骤(3)处理得到的燕麦粉用35℃温水浸泡，浸泡5min，其中料液比为1：12，然后用碳酸钠溶液调节pH值至10.0，搅拌18min，过滤，并收集滤液；
(5)离心分离滤液：将经步骤(4)处理得到的滤液置于4500转的离心机上离心18分钟，并收集上清液1；
(6)超声处理：将经步骤(5)处理得到的上清液1置于超声频率为30KHz，超声温度45℃下提取，提取12min；
(7)淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至5.5、酶解温度为75℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为2.0％，搅拌25min；
(8)糖化酶处理：先将经步骤(7)处理得到的酶解液降温至55℃，并调节pH值至5.0，然后加入糖化酶进行酶解，糖化酶添加量为2.0％，搅拌25min；
(9)离心分离酶解液：将经步骤(8)处理得到的酶解液置于3500转的离心机上离心12分钟，并收集上清液2；
(10)等电点沉淀：将经步骤(9)处理得到的上清液2调节pH值至4.5，静置35min；
(11)灭酶后离心分离：将经步骤(10)处理得到的沉淀溶液加热到95℃，保温12min后，置于3500转的离心机上离心12分钟，并收集上清液3；
(12)浓缩沉淀：将经步骤(11)处理得到的上清液3调节pH值至7.0，浓缩，并在浓缩后加入浓度为65％的乙醇，进行醇淀；
(13)离心收集沉淀：将经步骤(12)处理得到的乙醇沉淀后的悬浊液置于3500转的离心机上离心12分钟，并收集沉淀；
(14)冷冻干燥：将经步骤(13)处理得到的沉淀进行冷冻干燥，得到燕麦β-葡聚糖。
另外，申请人对实施例1～5和对比例制备得到的燕麦β-葡聚糖进行得率和纯度计算，计算结果如表1所示。
表1实施例和对比例制备得到的燕麦β-葡聚糖得率和纯度计算结果
| 类型 | 得率％ | 纯度％ |
| 实施例1 | 7.31 | 90.23 |
| 实施例2 | 7.28 | 89.56 |
| 实施例3 | 7.19 | 89.01 |
| 实施例4 | 7.22 | 89.45 |
| 实施例5 | 7.29 | 90.15 |
| 对比例 | 6.25 | 80.12 |
此外，申请人还进行了燕麦β-葡聚糖对动物血糖的影响试验：
将体重(20±2)g健康的昆明种小鼠20只，随机分成2组，每组10只，即空白组和试验组；将体重(20±2)g的糖尿病模型昆明小鼠40只，随机分成4组，每组10只，即糖尿病组、低剂量组、中剂量组和高剂量组。
其中，空白组：每天灌胃等量生理盐水一次，0.4ml/只，连续15天；
试验组：每天灌胃实施例1制得的燕麦β-葡聚糖一次，燕麦β-葡聚糖用量为200mg/kg·bw，用水溶解到0.4ml，连续15天；
糖尿病组：每天灌胃等量生理盐水一次，0.4ml/只，连续15天；
低剂量组：每天灌胃实施例1制得的燕麦β-葡聚糖一次，燕麦β-葡聚糖用量为100mg/kg·bw，用水溶解到0.4ml，连续15天；
中剂量组：每天灌胃实施例1制得的燕麦β-葡聚糖一次，燕麦β-葡聚糖用量为200mg/kg·bw，用水溶解到0.4ml，连续15天；
高剂量组：每天灌胃实施例1制得的燕麦β-葡聚糖一次，燕麦β-葡聚糖用量为400mg/kg·bw，用水溶解到0.4ml，连续15天。
最后一次灌胃后禁食24h，小鼠眼眶静脉采血，并将小鼠血样置于1.5ml离心管中，在恒温37℃培养箱恒温20min后，4000r/min冷冻离心10min，吸取上层血清测定空腹血糖值，测试结果如表2所示。
表2各组对小鼠血糖浓度测试结果
注：①P<0.01，与空白组比较；②P<0.05，③P<0.01，与模型组比较
当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)预处理：先将燕麦清理筛选，然后粉碎，且过40目筛，得到燕麦粉；
(2)脱脂处理：将经步骤(1)处理得到的燕麦粉用70～80％乙醇在60～80℃条件下浸泡1～2h，冷却，倾去上液，得到沉淀燕麦粉；
(3)微波干燥：将经步骤(2)处理得到的沉淀燕麦粉进行微波干燥：微波功率40～60kW、微波时间10～15min；
(4)碱水提取：先将经步骤(3)处理得到的燕麦粉用30～40℃温水浸泡，浸泡3～7min，其中料液比为1：10～15，其次再用转速为100～150转/min的球磨机球磨，球磨10～20min，然后用碳酸钠溶液调节球磨后混合物pH值至9.0～11.0，最后继续用转速为150～200转/min的球磨机球磨球磨，球磨15～20min，过滤，并收集滤液；
(5)离心分离滤液：将经步骤(4)处理得到的滤液置于4000～5000转的离心机上离心15～20分钟，并收集上清液1；
(6)超声处理：将经步骤(5)处理得到的上清液1置于超声频率为20～40KHz，超声温度40～50℃下提取，提取10～15min；
(7)淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至4.0～7.0、酶解温度为70～80℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为1.0～3.0％，最后再用转速为100～150转/min的球磨机球磨，球磨20～30min；
(8)糖化酶处理：先将经步骤(7)处理得到的酶解液降温至50～60℃，并调节pH值至4.0～6.0，然后加入糖化酶进行酶解，糖化酶添加量为1.0～3.0％，最后再用转速为100～150转/min的球磨机球磨，球磨20～30min；
(9)离心分离酶解液：将经步骤(8)处理得到的酶解液置于3000～4000转的离心机上离心10～15分钟，并收集上清液2；
(10)等电点沉淀：将经步骤(9)处理得到的上清液2调节pH值至4.5，静置30～40min；
(11)灭酶后离心分离：将经步骤(10)处理得到的沉淀溶液加热到90～100℃，保温10～15min后，置于3000～4000转的离心机上离心10～15分钟，并收集上清液3；
(12)浓缩沉淀：将经步骤(11)处理得到的上清液3调节pH值至7.0，浓缩，并在浓缩后加入浓度为60～70％的乙醇，进行醇淀；
(13)离心收集沉淀：将经步骤(12)处理得到的乙醇沉淀后的悬浊液置于3000～4000转的离心机上离心10～15分钟，并收集沉淀；
(14)冷冻干燥：将经步骤(13)处理得到的沉淀进行冷冻干燥，得到燕麦β-葡聚糖。
2.根据权利要求1所述的球磨制备燕麦β-葡聚糖的方法，其特征在于：步骤(7)中淀粉酶处理：先将经步骤(6)处理得到的提取液调节酶解pH值至5.5、酶解温度为75℃，然后加入α-淀粉酶进行酶解，淀粉酶添加量为2.0％，最后再用转速为120转/min的球磨机球磨，球磨25min。
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