CN111978430A - 一种燕麦β-葡聚糖的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燕麦β‑葡聚糖的制备方法，首先对原料进行脱脂处理，利于后续有效成分溶出以及减少杂质，之后在水提后通过对混合液进行电解处理，促使燕麦麸皮中的β‑葡聚糖分离、溶解；在经过电解处理后，再进行超声处理和酶解处理，促使β‑葡聚糖的完全释放，有效的提高了β‑葡聚糖的提取率，提取过程中通过等电点沉淀、絮凝沉淀和醇沉去除杂质确保产物纯度，最后采用不同规格分离膜串联分离得到不同分子量的产物，满足各个领域的需求，最后通过真空干燥的方式，能够最大限度的使得β‑葡聚糖的化学结构不被破坏，保持β‑葡聚糖优越的化学活性，具有较高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，特别涉及一种燕麦β-葡聚糖的制备方法。
背景技术
燕麦与其它谷物相比较，具有全面和较高的营养价值。在蛋白质、脂肪、维生素、矿物元素、纤维素等五大营养指标均居于首位。研究表明燕麦中含有大量的膳食纤维，其中水溶性的膳食纤维β-葡萄聚糖具有较高的应用价值。β-葡聚糖是由吡喃型葡萄糖单元通过1-3和1-4糖苷键连接而成的非淀粉黏性多糖，具有降胆固醇，调节血糖，提高免疫力等特殊生理功能，以及防治便秘、改善肠道微环境，化妆品中间体等，广泛应用于医药、保健食品和化妆品领域。
现有技术中多采用燕麦麸皮提取β-葡聚糖，在提取中多是用酶解法水解淀粉和蛋白质后，再从滤液中分离β-葡聚糖，在利用燕麦麸皮提取β-葡聚糖的过程中，由于燕麦麸皮本身存在一定的油脂和其余物质，进而影响β-葡聚糖的溶出和纯度，故在提取过程中多需要先加入一定的有机溶剂或乙醇溶出其余物质后再进行提纯，然而现有技术中多是针对淀粉和纤维素等物质的去除提纯，经提纯后的β-葡聚糖中还会残留部分有机溶剂或乙醇及其它物质，造成β-葡聚糖的提取成本高、纯度有限且提取率不佳，并且在不同领域的应用对β-葡聚糖的分子量具有一定的要求，然而现有技术中缺乏特定分子量的β-葡聚糖整体制备方案，严重限制了其发展和应用。
因此，如何提供一种高效的高纯度且分子量可控的燕麦β-葡聚糖的制备方法是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，对提取工艺进行改进整合，高效且快速的生产高纯度燕麦β-葡聚糖。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，包括以下步骤：
(1)将燕麦粒脱水烘干后粉碎至10-150目，分离得到燕麦麸皮，之后将燕麦麸皮20-60kW微波干燥5-10min；
(2)将步骤(1)中的燕麦麸皮进行超临界二氧化碳萃取，萃取时间3-5h；
(3)将步骤(2)处理后的燕麦麸皮分散至清水中，之后***碳棒电极电解10-15min；
(4)将电解后的混合液超声处理60-150min，然后调节温度和pH，加入混合酶酶解，得到酶解液；
(5)调节酶解液pH至8-10，温度20-95℃，提取30-90min并重复操作1-3次；
(6)将步骤(5)的提取液pH调整为3-6后升温至80-100℃，加热30-90min后静置沉淀1-12h，分离得上清液；
(7)以上清液质量为基础，向步骤(6)上清液中先添加0.01wt％-2.0wt％壳聚糖后，再添加0.1wt％-5.0wt％的海藻酸钠，然后搅拌均匀，并静置沉淀1-15h，分离得上清液；
(8)将步骤(7)的上清液用不同截留分子量的超滤膜采用串联膜分离的方式过滤分离，分段收集截留液，将截留液分别浓缩后冷却至室温，加入酒精醇沉后收集沉淀，将沉淀物真空干燥得到不同分子量的高纯燕麦β-葡聚糖。
优选的，步骤(2)中的超临界二氧化碳萃取压力20-50MPa、温度40-60℃、萃取流量2200-4300L/h。
上述优选技术方案的有益效果是：超临界萃取可首先去除燕麦麸皮中的油脂，并且不损害其中的有效成分，利于后续β-葡聚糖的溶出，并且降低后续处理过程中的杂质含量，利于提纯。
优选的，步骤(3)中的燕麦麸皮与清水的料液比为1:(10-25)，调节pH至3-4，电解电压15-20V。
优选的，步骤(4)中的超声处理温度40-60℃，时间60-150min。
上述优选技术方案的有益效果是：该料液比范围内可促使反应正向移动，利于β-葡聚糖的充分溶出，并且对混合液进行电解处理，能够有效的促进混合液中离子的快速定向移动，从而会对燕麦麸皮组织成分进行有效的冲击，促进燕麦麸皮组织的分解，促使燕麦麸皮中的β-葡聚糖分离、溶解；
并且在经过电解处理后再进行超声处理，能够降低燕麦麸皮组织中内源性β-葡聚糖酶的活性，在超声处理时，β-葡聚糖可以吸收水分，从而促使细胞壁的溶涨破裂，从而促使在糊粉层中和蛋白质、戊聚糖、半纤维素等物质结合的β-葡聚糖的释放出来，提高β-葡聚糖酶的溶解度，进而有效的提高了β-葡聚糖的提取率，然而超声温度过高，溶出的淀粉容易糊化，阻止后续β-葡聚糖的溶出，时间过长溶出淀粉增加会提升体系黏附，同样影响β-葡聚糖溶出。
优选的，步骤(4)中的酶解前调节温度至30-40℃、pH6-8，加入的混合酶为α-淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶，以燕麦麸皮的重量为基础计，所述α-淀粉酶的加入量为0.1wt％-0.3wt％，所述糖化酶为0.5wt％-3wt％，所述碱性蛋白酶为1wt％-8wt％。
上述优选技术方案的有益效果是：经过调整体系温度和pH，使其达到最佳的酶解条件，并且通过复合酶酶解使结合在淀粉和蛋白质中的β-葡聚糖进一步完全释放，同时使淀粉和蛋白质水解为小分子利于后续过程通过等电点沉淀和絮凝沉淀将其完全去除。
优选的，步骤(8)中超滤膜的截留分子量分别为30000-1500000Da。
上述优选技术方案的有益效果是：在该范围内可依据需求选择膜分子量，适应不同的产品需求。
优选的，步骤(8)中浓缩采用双效浓缩，浓缩温度40-70℃、真空度40-80Kpa、时间为1-10h，浓缩液浓度为20-40°Bé。
优选的，步骤(8)中醇沉前冷却至20-30℃，加入的酒精体积浓度为60％-90％，加入量为浓缩液体积的4-6倍。
优选的，步骤(8)中真空干燥温度50-80℃、真空度60-100KPa，干燥时间2-8h。
上述优选技术方案的有益效果是：通过采用真空干燥的方式，有效控制干燥温度，能够最大限度的使得β-葡聚糖的化学结构不被破坏，保持β-葡聚糖优越的化学活性。
经由上述技术方案，与现有技术相比，本发明提供了一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，能够极大的提高β-葡聚糖的提取率和纯度，首先对原料进行脱脂处理，利于后续有效成分溶出以及减少杂质，之后在水提后通过对混合液进行电解处理，促使燕麦麸皮中的β-葡聚糖分离、溶解；在经过电解处理后，再进行超声处理和酶解处理，促使β-葡聚糖的完全释放，有效的提高了β-葡聚糖的提取率，提取过程中通过等电点沉淀、絮凝沉淀和醇沉去除杂质确保产物纯度，最后采用不同规格分离膜串联分离得到不同分子量的产物，满足各个领域的需求，最后通过真空干燥的方式，能够最大限度的使得β-葡聚糖的化学结构不被破坏，保持β-葡聚糖优越的化学活性，具有较高的实际应用价值。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)将燕麦粒脱水烘干后粉碎至100目，分离得到燕麦麸皮，之后将燕麦麸皮20kW微波干燥10min；
(2)将步骤(1)中的燕麦麸皮在压力20MPa、温度60℃条件下进行超临界二氧化碳萃取，萃取时间5h，萃取流量4300L/h；
(3)将步骤(2)处理后的燕麦麸皮以料液比1:10的比例分散至清水中调节pH至3，之后***碳棒电极，15V电解15min；
(4)将电解后的混合液在60℃下超声处理60min，然后调节温度30℃、pH6，加入混合酶酶解，得到酶解液，其中混合酶为α-淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶，以燕麦麸皮的重量为基础计，所述α-淀粉酶的加入量为0.1wt％，所述糖化酶为0.5wt％，所述碱性蛋白酶为1wt％；
(5)调节酶解液pH至8，温度30℃，提取90min并重复操作3次；
(6)将步骤(5)的提取液pH调整为3后升温至80℃，加热90min后静置沉淀6h，分离得上清液；
(7)以上清液质量为基础，向步骤(6)上清液中先添加2.0wt％壳聚糖后，再添加5.0wt％的海藻酸钠，然后搅拌均匀，并静置沉淀6h，分离得上清液；
(8)将步骤(7)的上清液用不同截留分子量的超滤膜采用串联膜分离的方式过滤分离，分段收集截留液，将截留液分别进行双效浓缩，浓缩温度40℃、真空度80Kpa、时间为3h，浓缩液浓度为20°Bé；浓缩后冷却至室温，加入浓缩液体积4倍的浓度为60％-90％的酒精醇沉后收集沉淀，将沉淀物50℃、真空度100KPa的条件下真空干燥得到不同分子量的高纯燕麦β-葡聚糖。
其中，步骤(8)中超滤膜的截留分子量分别为30000-1500000Da。
实施例2
(1)将燕麦粒脱水烘干后粉碎至100目，分离得到燕麦麸皮，之后将燕麦麸皮40kW微波干燥8min；
(2)将步骤(1)中的燕麦麸皮在压力35MPa、温度50℃条件下进行超临界二氧化碳萃取，萃取时间5h，萃取流量3500L/h；
(3)将步骤(2)处理后的燕麦麸皮以料液比1:20的比例分散至清水中调节pH至4，之后***碳棒电极，20V电解10min；
(4)将电解后的混合液在50℃下超声处理100min，然后调节温度30℃、pH7，加入混合酶酶解，得到酶解液，其中混合酶为α-淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶，以燕麦麸皮的重量为基础计，所述α-淀粉酶的加入量为0.2wt％，所述糖化酶为1.8wt％，所述碱性蛋白酶为5wt％；
(5)调节酶解液pH至9，温度550℃，提取50min并重复操作3次；
(6)将步骤(5)的提取液pH调整为5后升温至90℃，加热60min后静置沉淀12h，分离得上清液；
(7)以上清液质量为基础，向步骤(6)上清液中先添加0.01wt％壳聚糖后，再添加5.0wt％的海藻酸钠，然后搅拌均匀，并静置沉淀15h，分离得上清液；
(8)将步骤(7)的上清液用不同截留分子量的超滤膜采用串联膜分离的方式过滤分离，分段收集截留液，将截留液分别进行双效浓缩，浓缩温度550℃、真空度60Kpa、时间为5h，浓缩液浓度为30°Bé；浓缩后冷却至室温，加入浓缩液体积5倍的浓度为60％-90％的酒精醇沉后收集沉淀，将沉淀物650℃、真空度80KPa的条件下真空干燥得到不同分子量的高纯燕麦β-葡聚糖。
其中，步骤(8)中超滤膜的截留分子量分别为30000-1500000Da。
实施例3
(1)将燕麦粒脱水烘干后粉碎至150目，分离得到燕麦麸皮，之后将燕麦麸皮60kW微波干燥5min；
(2)将步骤(1)中的燕麦麸皮在压力50MPa、温度40℃条件下进行超临界二氧化碳萃取，萃取时间3h，萃取流量2200L/h；
(3)将步骤(2)处理后的燕麦麸皮以料液比1:25的比例分散至清水中调节pH至4，之后***碳棒电极，20V电解15min；
(4)将电解后的混合液在40℃下超声处理150min，然后调节温度40℃、pH8，加入混合酶酶解，得到酶解液，其中混合酶为α-淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶，以燕麦麸皮的重量为基础计，所述α-淀粉酶的加入量为0.3wt％，所述糖化酶为3wt％，所述碱性蛋白酶为8wt％；
(5)调节酶解液pH至10，温度95℃，提取30min并重复操作2次；
(6)将步骤(5)的提取液pH调整为6后升温至100℃，加热30min后静置沉淀12h，分离得上清液；
(7)以上清液质量为基础，向步骤(6)上清液中先添加2.0wt％壳聚糖后，再添加0.1wt％的海藻酸钠，然后搅拌均匀，并静置沉淀12h，分离得上清液；
(8)将步骤(7)的上清液用不同截留分子量的超滤膜采用串联膜分离的方式过滤分离，分段收集截留液，将截留液分别进行双效浓缩，浓缩温度70℃、真空度40Kpa、时间为10h，浓缩液浓度为40°Bé；浓缩后冷却至室温，加入浓缩液体积6倍的浓度为60％-90％的酒精醇沉后收集沉淀，将沉淀物50℃、真空度60KPa的条件下真空干燥得到不同分子量的高纯燕麦β-葡聚糖。
其中，步骤(8)中超滤膜的截留分子量分别为30000-1500000Da
燕麦β-葡聚糖的得率计算为：提取得到的各个分子量的燕麦β-葡聚糖总量/原料总重量*100％；纯度采用常规手段进行测定，结果如下：
| 得率(％) | 纯度(％) | |
| 实施例1 | 7.96 | 91％ |
| 实施例2 | 8.32 | 93％ |
| 实施例3 | 8.21 | 89％ |
因此，采用本发明的技术方案，不仅可以确保燕麦β-葡聚糖的高得率，而且还大大提升了产品的纯度，有效降低杂质，同时也避免了其中掺杂有过敏原限制其在食品或化妆品中的应用，通过不同规格膜得到的不同分子量的高纯燕麦β-葡聚糖可适用于各种领域，具有较高的实际应用价值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将燕麦粒脱水烘干后粉碎至10-150目，分离得到燕麦麸皮，之后将燕麦麸皮20-60kW微波干燥5-10min；
(2)将步骤(1)中的燕麦麸皮进行超临界二氧化碳萃取，萃取时间3-5h；
(3)将步骤(2)处理后的燕麦麸皮分散至清水中，之后***碳棒电极电解10-15min；
(4)将电解后的混合液超声处理60-150min，然后调节温度和pH，加入混合酶酶解，得到酶解液；
(5)调节酶解液pH至8-10，温度20-95℃，提取30-90min并重复操作1-3次；
(6)将步骤(5)的提取液pH调整为3-6后升温至80-100℃，加热30-90min后静置沉淀1-12h，分离得上清液；
(7)以上清液质量为基础，向步骤(6)上清液中先添加0.01wt％-2.0wt％壳聚糖后，再添加0.1wt％-5.0wt％的海藻酸钠，然后搅拌均匀，并静置沉淀1-15h，分离得上清液；
(8)将步骤(7)的上清液用不同截留分子量的超滤膜采用串联膜分离的方式过滤分离，分段收集截留液，将截留液分别浓缩后冷却至室温，加入酒精醇沉后收集沉淀，将沉淀物真空干燥得到不同分子量的高纯燕麦β-葡聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的超临界二氧化碳萃取压力20-50MPa、温度40-60℃、萃取流量2200-4300L/h。
3.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的燕麦麸皮与清水的料液比为1:(10-25)，调节pH至3-4，电解电压15-20V。
4.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的超声处理温度40-60℃，时间60-150min。
5.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(4)中的酶解前调节温度至30-40℃、pH6-8，加入的混合酶为α-淀粉酶、糖化酶和碱性蛋白酶，以燕麦麸皮的重量为基础计，所述α-淀粉酶的加入量为0.1wt％-0.3wt％，所述糖化酶为0.5wt％-3wt％，所述碱性蛋白酶为1wt％-8wt％。
6.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(8)中超滤膜的截留分子量分别为30000-1500000Da。
7.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(8)中浓缩采用双效浓缩，浓缩温度40-70℃、真空度40-80Kpa、时间为1-10h，浓缩液浓度为20-40°Bé。
8.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(8)中醇沉前冷却至20-30℃，加入的酒精体积浓度为60％-90％，加入量为浓缩液体积的4-6倍。
9.根据权利要求1所述的一种燕麦β-葡聚糖的制备方法，其特征在于，步骤(8)中真空干燥温度50-80℃、真空度60-100KPa，干燥时间2-8h。
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