专利名称：从青稞中提取β－葡聚糖的方法
技术领域：
本发明涉及一种从谷物中提取β-葡聚糖的方法。
背景技术：
β-葡聚糖是一种可溶性食物纤维，在禾本科植物，如大麦、燕麦、青稞中，β-葡聚糖是种子中构成胚乳细胞壁的主要成分，而且几乎在整个种子中分布，尤其以麸皮中的含量为最高。动物和人体试验表明，β-葡聚糖有明显的降血脂、控制血液胆固醇水平的功效。不同的生物材料由于其结构成分的差异，导致提取的质量和效率不同，而其中某些大麦品种具有比水稻、小麦、玉米、燕麦等高很多的β-葡聚糖含量。初步分析表明中国西藏的青稞具有较高的β-葡聚糖含量和其他的功效成分，例如含有丰富的Ca、Fe、Mn、Cn、Al、Mo等元素以及维生素B和复合维生素，且一般青稞(裸大麦)中的β-葡聚糖含量≥6％，即青稞中的β-葡聚糖的质量百分比占整个青稞种子的6％以上。由此可以看出，从大麦，尤其是从青稞中提取保健成份β-葡聚糖，开发前景很大。
在提取技术上，中国专利97199439.0公开了一种β-葡聚糖产物及从谷物中提取的方法，主要是将谷物与水混合，形成料浆，然后将水溶液与固体残渣分离，从水溶液中回收β-葡聚糖，且在该方法中没有使一种或多种酶失活的步骤。但在该方法中，使用的原料为去除了麸皮的大麦粉，由于麸皮是大麦中β-葡聚糖含量最高的结构部分，因此要实现在最终的β-葡聚糖产物中确保有高的β-葡聚糖含量是很困难的。
中国专利99812477.x公开了一种从燕麦粉组分生产水溶性β-葡聚糖组合物的方法，其中组合物具有高葡聚糖/葡萄糖的重量比，较佳的为15∶1或更高，该方法中使用了β-淀粉酶，其用量足以将燕麦粉组分中所含的50％重量的淀粉，较佳的是65％重量的淀粉转化为麦芽糖。在生产方法上，需要灭活原料中的碳水化合物降解酶和β-淀粉酶，以及其他的支链淀粉酶。
发明内容
为建立从大麦青稞中提取β-葡聚糖的方法，并提高提取得率和产物中β-葡聚糖的含量，本发明提供以下技术方案。
从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于包含以下步骤a.粉碎青稞种子，b.加水混合经粉碎后的青稞种子，添加萃取促进剂，萃取，c.离心分离，收集上清液，d.去除上清液中的蛋白质，e.在上清液中加入沉淀剂，沉淀，得粗提物，f.喷雾干燥粗提物。
优选的方案为步骤a中谷物种子经30～400目粉碎。更优选150～400目。最优选200目。
优选的方案为在萃取过程中添加萃取促进剂。更优选的方案在萃取过程中添加的萃取促进剂为(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)与(C)Ca2+、红曲霉菌提取液的共同混合物，添加量为各组分的含量均为100ml/200kg(相当3U)青稞。最优选的方案为添加的萃取促进剂为(A)、(B)的混合物或(A)、(B)、(C)的混合物。
即优选添加的萃取促进剂为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+、红曲霉菌提取液的混合物，添加量为各组分均为100ml/200kg(相当3U)青稞。最优选添加的萃取促进剂为淀粉酶、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+、红曲霉菌提取液的混合物，添加的量为各组分均为100ml/200kg青稞(相当3U)。
优选的方案为在萃取过程中萃取固液相比例为不大于1∶1。更优选的萃取固液相比例为1∶1～1∶5。最优选的萃取固液相比例为1∶3～1∶5。
优选在萃取过程中进行搅拌。更优选的方案为搅拌的速度为60～200rpm。
优选在萃取过程中萃取的温度为30～80℃，萃取时间2小时以上。更优选的方案为萃取时间为2～8小时。最优选萃取时间为4～8小时。
优选的方案为步骤c离心分离的速度为500～5000g。更优选的速度为1000～3000g。最优选的速度为1000g。
步骤d优选用加温沉淀(70～100℃)、过滤的方法去除蛋白质。更优选的温度为90～100℃。
优选的方案为，步骤e中在上清液中加入的沉淀剂为95％的食用酒精，沉淀剂与上清液的比例为1∶0.5～1∶5，优选的比例为1∶1～1∶2，沉淀的温度为4～25℃，更优选的温度为4～15℃。沉淀时间5～24小时。沉淀的方式可以是自然沉淀，也可以是离心沉淀，优选自然沉淀。而离心分离沉淀后或再经喷雾干燥得到的粗提物可用于保健功能食品(如青稞饼干)、食品(或饲料)添加剂、医药中间体、化工原料的加工，使用的加工方法可以是常规的加工方法。
优选经步骤e后，收集沉淀后的上清液，蒸馏回收，沉淀剂循环使用。经蒸馏挥发沉淀剂后的上清液(含少量的β-葡聚糖粗提物)可用于动物饲料的生产，或用于制备食品、饮料。例如青稞茶等等。
优选步骤f中喷雾干燥的温度为200～400℃，流量20～50L/h。
此外，还可以对步骤f后得到的分离物进行精提，精提的步骤为a.重新溶解粗提物，b.精提，c.冷冻干燥。
通常采取的精提方法可以是柱层析法、膜过滤法等已知的技术方法。
对粗提物进行的精提可以是反复多次的。
通过大量的实验我们发现，以下因素是影响青稞β-葡聚糖提取质量和提取率的主要原因。
1.青稞的粉碎细度对提取率的影响。
原则上，较细的颗粒更有利于萃取，经实验比较后我们认为通常在粉碎细度为30目以上时，就可以获得β-葡聚糖，颗粒越细，β-葡聚糖提取率越高，详见表1。
表1 不同粉碎细度对β-葡聚糖提取率(％)的影响粉碎细度 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.萃取固液相比例对提取率的影响固液相比例不同，其提取率也有差异，实验结果表明，在固液相比例高于1∶1时，β-葡聚糖提取率较低。萃取固液相比例(溶质与溶液比)在1∶1～1∶5或者更低时，能得到较高的β-葡聚糖提取率。但考虑到萃取过程中的操作性以及比例过低会使生产设备增大，生产成本增加，所以我们优选的萃取固液相比例为1∶1～1∶5，更优选的萃取固液相比例范围为1∶3～1∶5。不同萃取固液相比例对β-葡聚糖提取率的影响详见表2。
表2 不同固液相比例对β-葡聚糖提取率的影响固液相比例 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.不同萃取促进剂的研制及其对提取率的影响。
针对谷物的细胞壁特性，通过大量的探索和比较实验，发明研制了青稞β-葡聚糖提取的萃取促进剂，发现添加萃取促进剂可以极大提高细胞分离和增加细胞壁软化疏松，促进β-葡聚糖成分与细胞壁上其他成分的分离。通过实验发现，不同的萃取促进剂对β-葡聚糖提取率的影响不同，详见表3。主要有以下几种萃取促进剂及其配比，(A)淀粉酶，(B)木聚糖酶、PME、PGs、PLs，(C)Ca2+、红曲霉菌提取液。
表3 不同萃取促进剂对β-葡聚糖提取率的影响萃取促进剂 CK A B AB ABC添加量(各成分分 0 100ml/200kg青 100ml/200kg青 100ml/200kg青 100ml/200kg青别) 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是空白对照组。
4.提取时间对β-葡聚糖提取率的影响。
一般而言，萃取时间越长，β-葡聚糖提取率越高。当萃取时间在2小时以上时，一般就可以获得较高的β-葡聚糖提取率，在本发明中优选30～80℃作为萃取的温度条件，考虑到过长的萃取时间会提高工艺成本，因此我们优选的萃取时间为2～8小时，更优选的萃取时间为4～8小时，在这个范围内，随着时间的延长，提取率有所提高，但提取率的增加不明显。详见表4。
表4 提取时间(h)对β-葡聚糖提取率的影响提取时间h2 468提取率％2.1±0.042.3±0.022.3±0.042.3±0.015.离心速度对β-葡聚糖提取率的影响。
随着分离时离心速度的增加，β-葡聚糖的提取率提高，但是随着离心速度的提高会带来一个较大的问题，就是提取物的β-葡聚糖纯度由于淀粉等其他物质的混入而急剧下降。因此，综合考虑其提取物的加工用途，通过含量测定表明，离心速度在500～1000g时，虽然其提取率略低于离心速度2000g和3000g，但其纯度(20％～30％)显著高于后者(约10％)。各离心速度对β-葡聚糖提取率的影响详见表5。
表5 离心速度(g)对β-葡聚糖提取率的影响离心速度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本发明所公开的从青稞中提取β-葡聚糖的方法还可适用于各种谷物，如大麦、小麦、黑小麦、水稻、等，尤其适用于大麦和青稞。
β-葡聚糖含量测定采用McCleary等(1985，1991)提出和确立的，并被美国谷物化学协会认可推荐的方法，对提取纯化的产物进行测定，其β-葡聚糖含量可达20％～50％，精提纯化后达50～80％；通过多次精提、活化和冷冻干燥后的精提纯品其β-葡聚糖含量可达到90％以上。
在与公开方法的对比实验中，我们发现，β-葡聚糖大量存在于青稞麸皮中，如果将麸皮去除后再提取，β-葡聚糖提取率(按籽粒计算)大大下降，无法得到高提取率的β-葡聚糖提取技术。
说明书附1为青稞β-葡聚糖提取的工艺流程。
具体实施例方式
实施例1取青稞种子，清洗后剔除沙砾等杂质，再将清洗除杂质后的种子粉碎，粉碎细度为200目，按1∶3的固液相比例加水混合，并加入100ml/200kg青稞的ABC萃取促进剂，在30～80℃条件下萃取6小时，在萃取过程用螺旋桨搅拌，搅拌速度60rpm，离心分离萃取所得溶液，离心速度1000g，离心后收集上清液，沉淀的余渣经常规加工方法收集加工可以制成饲料。上清液经加温沉淀去处蛋白质等物质；以1∶1的比例加入95％的食用酒精作为沉淀剂，搅拌，4～15℃，沉淀12小时以上得到粗提物。收集上清液，在蒸馏塔内蒸馏回收沉淀剂，循环使用。经蒸馏挥发沉淀剂后的上清液(含少量β-葡聚糖粗提物)可用于制备西藏青稞茶或其他的食品、饮料。取粗提物在200℃喷雾干燥，喷雾流量为20L/h，得成品β-葡聚糖粗提物。此时，采用McCleary等(1985，1991)提出和确立的β-葡聚糖含量测定方法测得，β-葡聚糖含量为为20～50％，再次溶解粗提物，采用柱层析精提，冷冻干燥后测得精提物中的β-葡聚糖含量为50％～80％，如此反复多次进行精提，测得终产物中β-葡聚糖含量可达90％。
在制备工艺中，变换各工艺参数与提取物中β-葡聚糖含量及得率的一一对应关系详见表6。
实施例2将青稞大麦种子清洗后剔除沙砾等杂质，再去除麸皮，粉碎后，处理方法同实施例1。各工艺条件与提取物中β-葡聚糖含量及得率的一一对应关系详见表7。
表6 完整青稞大麦在制备工艺中，实施各工艺参数与提取物中β-葡聚糖含量及得率的对应关系
注得率以种子总β-葡聚糖含量的％计算。
表7 青稞大麦去麸皮后在制备工艺中，实施各工艺参数与提取物中β-葡聚糖含量及得率的对应关系
注得率以去麸皮前种子总β-葡聚糖含量的％计算。
权利要求
1.从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于包含以下步骤a.粉碎谷物种子，b.加水混合经粉碎后的谷物种子，萃取，c.离心分离，收集上清液，d.加温去除蛋白质，e.在上清液中加入沉淀剂，沉淀，得粗提物，f.喷雾干燥粗提物。
2.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤a中谷物种子经30～400目粉碎。
3.如权利要求2所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤a中谷物种子经200目粉碎。
4.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取过程中添加萃取促进剂。
5.如权利要求4所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取过程中添加的萃取促进剂为(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)与(C)Ca2+、红曲霉菌提取液的共同混合物，添加量为各组分的含量均为100ml/200kg青稞。
6.如权利要求5所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取过程中添加的萃取促进剂为(A)(B)(C)的混合物，添加量为各组分含量均为100ml/200kg青稞。
7.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取固液相比例为不大于1∶1。
8.如权利要求7所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取固液相比例为1∶3～1∶5。
9.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在萃取的过程中进行搅拌。
10.如权利要求9所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于搅拌的速度为60～200rpm。
11.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取的温度为30～80℃，萃取时间2小时以上。
12.如权利要求11所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于萃取时间为4～8小时。
13.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤c离心分离的速度为500～5000g。
14.如权利要求13所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于离心分离的速度为1000g。
15.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于用加温至70～100℃后沉淀、过滤的方法去除蛋白质。
16.如权利要求15所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于加温至90～100℃。
17.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于在上清液中加入的沉淀剂为95％的酒精，沉淀剂与上清液的比例为1∶1～1∶2，沉淀的温度为4～15℃，沉淀时间5～24小时。
18.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于经步骤e后，收集沉淀后的上清液，蒸馏回收沉淀剂，循环使用。
19.如权利要求1所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于步骤f中喷雾干燥的温度为200～400℃，流量20～50L/h。
20.如权利要求1至19中任一项所述的从青稞中提取β-葡聚糖的方法，其特征在于还可以对步骤f后得到的粗提物进行精提，精提的步骤为a.重新溶解粗提物，b.精提，c.冷冻干燥。
全文摘要
本发明公开了一种从谷物中提取β－葡聚糖的方法。主要是在粉碎谷物种子之后，加水，添加萃取促进剂进行萃取，离心分离，收集上清液，加温去除上清液中的蛋白质，然后在上清液中加入沉淀剂，自然或离心沉淀，喷雾干燥沉淀物。由此方法可以获得较高的提取得率和在产物中保有较高的β－葡聚糖含量。经反复精提后的产物中β－葡聚糖含量可以达到80％左右，甚至更高。
文档编号C08B37/00GK1597702SQ200410053740
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月13日 优先权日2004年8月13日
发明者朱睦元, 强小林, 张玉红, 陈建澍 申请人:西藏青稞研究与发展中心, 朱睦元