从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法与流程

本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法。

背景技术：

葛是多年生藤本植物，分类为豆科蚕豆亚目小豆族葛属，分布在中国的黄河长江流域、日本全境、朝鲜半岛、东南亚等地域，现有35种被确认，通常分为野葛和粉葛（甘葛）两个大类。葛植物具有适应性强，耐干旱、耐脊薄的特点，易于栽培和生长力旺盛，并具有出色的功能活性和营养价值，受到全世界的关注，具有广阔的市场前景。

葛植物的主要食用部分和药用部分是其根部，在中国、日本、韩国、泰国等中华文化圈有着几千年的传统。在药品上的利用形式主要有葛根总黄酮、葛根素、大豆苷和大豆苷元等产品。在食品上的利用形式主要有葛根片、葛根淀粉、葛面、葛米、葛根茶或饮料、葛根保健酒等粗加工或深加工系列产品。这些产品的保健作用和药理作用已得到消费者广泛认识，相关产业在不断发展壮大，产生了较好的经济和社会效益。

淀粉是葛根的主要营养成分与可食用部分，野葛根中淀粉的含量15%左右，粉葛根中淀粉的含量高达30%；纤维类多糖是葛根的第一大成分，占到50%左右，是葛根淀粉提取工程的主要废弃物，少量用作饲料、肥料，这部分资源没有得到充分利用；功能活性成分主要是可溶性多糖和异黄酮类化合物，此外，还富含蛋白质及矿物质微量元素等营养成分。在已研究的植物中，葛植物的异黄酮类化合物含量最高，已确定的种类达48种，总含量达5%左右，葛根素、羟基葛根素、甲氧基葛根素等是葛植物所特有的异黄酮类化合物。目前，我国、日本等国将葛根素、大豆苷与大豆苷元的含量与组成比作为葛根功效品质的评价指标。

葛异黄酮对心、脑血管及视网膜具有保护作用，能改善脑循环；改善微循环；对缺血心肌的保护作用；抗心率失常；有抗促癌及诱导癌细胞的分化作用；降低血糖作用；调整免疫作用；抗氧化作用和防治高粘高凝血症。葛根素对谷氨酸损伤的神经细胞有保护作用、对眼压升高有抑制作用和抑制血小板聚集作用。异黄酮类化合物于葛根、藤、叶、花、籽等全植株中都有分布，尤以根部含量最高、种类全。

葛根在药品上的利用主要以野生葛根为原料，在食品上主要以栽培葛根为原料。但无论是药品加工还是食品加工都会产生大量的废水，生产1吨葛粉产生20吨以上废水和70～80%的葛根残渣副产物，现在的葛根加工产业对葛根资源的综合利用效率都非常低，产业废弃物多，企业效益不高。

对葛根资源进行深度开发，将有效提高资源的综合利用率，减少产业废弃物，保护环境，提高产品质量和附加价值，延伸产业链，带动农民增收，具有较大的经济效益，社会效益和环境效益。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法，可实现葛根的淀粉成分、功能活性成分、纤维类多糖等三大类成分的同步提取与高附加值利用。

为解决上述技术问题，提供了一种从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法，包括以下步骤：

（1）将葛根打浆获得浆液和纤维，将浆液进行离心分离得到粗淀粉和水溶液；取粗淀粉进行碱液漂洗，然后用酸中和，离心分离得到颗粒淀粉；

（2）取步骤（1）中的水溶液煮沸后，静置，取上清液进行干燥获得水溶性异黄酮组合物；

（3）取步骤（1）中的纤维，用碱溶解后，高压下蒸煮，然后均质、酶解、中和、离心取上清液，将所述上清液干燥获得纤维多糖组合物。

所述水溶性异黄酮组合物包括葛根素、大豆苷、大豆苷元。

上述的方法，优选的，将步骤（2）中的所述水溶性异黄酮组合物配制成质量浓度小于等于5%的溶液（其浓度不为0），然后与步骤（1）中的颗粒淀粉混合，在0～45℃下浸泡5～90min，进行离心分离，收集沉淀，将所述沉淀烘干得到功能性淀粉，所述颗粒淀粉与所述溶液的质量体积比为1∶2～5。所述功能性淀粉包含淀粉和异黄酮，其中淀粉含量大于90%，异黄酮成分主要是葛根素、大豆苷、大豆苷元，其异黄酮的总含量为1000～5000ppm。

上述的方法，优选的，将步骤（2）中的所述水溶性异黄酮配制成浓度小于等于5%的溶液，然后与步骤（1）中的淀粉混合，在0～0.1MPa、0～45℃下浸泡1～20min，进行离心分离，收集沉淀，将所述沉淀烘干得到功能性淀粉，所述淀粉与所述溶液的质量体积比为1～99∶1。所述功能性淀粉包含淀粉和异黄酮，其中淀粉含量大于90%，异黄酮成分主要是葛根素、大豆苷、大豆苷元，其异黄酮的总含量为1000～5000ppm。

上述的方法，优选的，所述步骤（1）中，所述粗淀粉采用质量浓度0.1～0.5%的无机碱漂洗，然后用浓度为0.1～1M的酸中和。

上述的方法，优选的，所述无机碱为氢氧化钠或苏打，所述酸为盐酸或柠檬酸。

上述的方法，优选的，所述步骤（2）具体为：所述步骤（2）具体为：取步骤（1）的水溶液煮沸5～30min，在0～10℃下静置2～48h，取上清液浓缩后喷雾干燥获得水溶性异黄酮组合物，异黄酮组合物中异黄酮的含量为10～50%。

上述的方法，优选的，所述步骤（3）中所述酶解具体为：将均质后的混合溶液调节pH值为6.0～7.0，加入淀粉酶，在50～70℃下反应10～90min，灭活淀粉酶停止反应；然后调节pH值为7.0～8.0，继续加入蛋白酶制剂，在60～80℃下反应10～90min，灭活蛋白酶停止反应。

上述的方法，优选的，所述步骤（3）中采用相当于纤维残渣1～10倍重量的氢氧化钠溶液溶解纤维素，所述氢氧化钠的质量浓度为0.1～0.5%。

上述的方法，优选的，所述步骤（3）中所述高压蒸煮中压力为0.11～0.2MPa，所述蒸煮的时间为10～90min。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

（1）本发明提供了一种从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法，源于葛植物特有的功能性食用或非食用材料的制备方法与品质调控技术，精准调控颗粒淀粉、纤维及类似固体材料的异黄酮成分含量与组成，有效提高葛植物资源利用率，显著减少葛根加工工程中高污染废弃物的排放量。具有显著的经济效益、社会效益和生态效益。

（2）本发明提供了一种从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法，可同步提取葛根中的三大类成分，可实现资源的完全利用；尤其是主要产品葛根淀粉的质量得到显著提高，真正实现高品质的同时保证葛根淀粉的高功效和可靠性。

（3）本发明提供了一种从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法，原料不限于提取淀粉的葛根，还可以是采挖葛根时的下脚料、多年生葛藤等异黄酮成分与纤维多糖的富含部位和器官，进一步提高葛资源的利用及价值。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1的工艺流程。

图2为水溶性异黄酮组合物HPLC谱图。

图3为小白鼠摄取水溶性异黄酮组合物的体重增重变化。

图4为小白鼠摄取水溶性异黄酮组合物后大腿骨的软X射线照片。

图5为功能性颗粒淀粉的异黄酮组分HPLC谱图。

图6为小白鼠摄取功能性淀粉增强巨噬细胞活力的照片。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例1：

一种本发明的从葛根中提取淀粉、纤维多糖和水溶性异黄酮的方法，参见图1，包括以下步骤：

（1）葛根的预处理：

1.1、在葛植物完全落叶期间，采挖5年以上的野生鲜葛根，清洗、切片得到葛根片。

1.2、取10kg的葛根片，加20L水，打浆、均质，过100目筛，分别收集浆液和纤维。

1.3、取步骤（2）的浆液，在3000×g下离心分离，分别收集粗淀粉和水溶液。

（2）高纯度颗粒淀粉的提取：

2.1、在步骤1.3中的粗淀粉中加入相当于粗淀粉5倍体积的NaOH溶液（NaOH溶液的质量浓度为0.2%）搅拌2h。然后用0.5mol/L的盐酸调节pH值至7.0进行中和漂洗，继续搅拌0.5h，得到混合溶液。将混合溶液过400目筛，在3000×g下离心脱水，收集离心后的湿淀粉。

2.2、在湿淀粉中加入相当于湿淀粉5倍体积的水，搅拌1h，然后3000×g下离心脱水收集沉淀。

2.3、重复步骤2.2两次得到漂洗干净的湿淀粉。

2.4、将步骤2.3中的湿淀粉在45℃热风干燥机中烘干12小时后，继续在70℃热风干燥机中烘干，得到颗粒淀粉产品约1.26kg，水分含量小于10%，淀粉纯度达到96%。

（3）水溶性异黄酮组合物的提取：

3.1、取步骤1.3的水溶液，在压力锅里蒸煮15min，冷却至室温。

3.2、将压力锅内的水溶液移至漏斗状容器中，在5℃下静置24h，分离下层沉淀，上层清液用G5砂芯过滤。

3.3、取步骤3.2中过滤后的清液，真空浓缩，使浓缩液的固形物浓度为11～12%。

3.4、将步骤3.3中的浓缩液喷雾干燥（控制喷雾干燥的进风温度180℃）得到粉末状的水溶性异黄酮组合物。

将步骤3.4的水溶性异黄酮进行HPLC检测，检测结果参见图2：总异黄酮含量达到35.9%，其中甘元型异黄酮组分占到60%。图2中：1、Puerarin（葛根素）；2、Daizin（大豆苷）； 3、Glycitin；4、Genistin； 5、 6”-O-malonyldaizin； 6、6”-O-malonilglycitin；7、6”-O-acetyldaizin； 8、6”-O-acetylglycitin； 9、6”-O-malonylgenistin； 10、Daizein（大豆苷元）； 11、6”-O-acetylgenistin； 12、Genistein。

HPLC分析条件：A液为10%的乙腈溶液（含0.1%的蚁酸）；B液为35%的乙腈溶液（含0.1%的蚁酸），浓度梯度为0～60min：70%，60～70min：100%，70～90min：100%；流速为1ml/min；检测波长为260nm；层析柱为5C18-AR-II（4.6ID×250mm），柱温为30℃。

将步骤3中提取到的水溶性异黄酮组合物进行动物实验：

将小鼠从122日龄开始按50 mg /10ml/kg b.w.的投药量每天定时直接灌胃1次，考察小鼠体重的表面。图3为小白鼠摄取水溶性异黄酮组合物的体重增重变化结果；结果显示，水溶性异黄酮组合物对小白鼠因雌激素水平不足引起的肥胖症有显著的改善作用。

将步骤3中提取到的水溶性异黄酮组合物进行骨密度实验，图4为摄取水溶性异黄酮组合物30天后小鼠大腿骨的骨密度软X射线照片，结果显示，试验组的骨密度明显高于对照组。这些结果预示本发明的葛根水溶性异黄酮组合物对更年期综合症有良好的预防和治疗作用。

（4）功能性淀粉的制取：

4.1、将步骤3.4中的水溶性异黄酮组合物，用水溶解，配制成浓度为5000ppm的异黄酮水溶液，体积为5L，并调节pH为7.0。

4.2、取步骤2.4的颗粒淀粉1kg，分散在5L的异黄酮水溶液中。

4.3、在40℃的恒温水浴中，以120rpm的速度搅拌，并保温1h。

4.4、以3000×g离心，并收集湿淀粉。

4.5、在收集的湿淀粉中加入5L的水，在常温下以120rpm的速度洗涤5min。

4.6、以3000×g离心，并收集湿淀粉，将湿淀粉在45℃下热风干燥12h，然后继续在70℃下热风干燥12h，得到功能性淀粉。经检测功能性淀粉中，水分含量8%，总异黄酮含量约为4500 ppm。

将步骤（4）中的功能性淀粉进行HPLC检测：

异黄酮含量检测方法：精确称取高纯度高功能颗粒淀粉100 mg，加水3ml，在100℃水浴中加热，使淀粉充分糊化后，加99.5%的乙醇7ml，混匀后室温下静置1小时，离心分离（8000×g），收集上清液。沉淀部加70%的乙醇5ml，充分搅匀后离心分离（8000×g），收集上清液。沉淀部再次加70%的乙醇5ml，充分搅匀后离心分离（8000×g），收集上清液。汇集3次收集的上清液用70%的乙醇定容至25 ml。取适量溶液用0.45μm过滤器过滤作为HPLC分析用样品。HPLC分析条件与实施例2同。

图5表示得到的功能性淀粉的异黄酮组分的HPLC图谱，结果显示，功能性淀粉被赋予的异黄酮成分主要是葛根素、大豆苷和大豆甘元，这些组分的比例关系与水溶性异黄酮组合物比较发生了显著的变化。

将步骤4中提取到的功能性淀粉进行动物实验：

将功能性淀粉配伍到小白鼠的饲料中，让小白鼠自由摄取1星期后，取腹腔巨噬细胞与塑料微珠（直径1μm）一起培养24h后，观察了巨噬细胞吞食微珠的数量（图6），结果显示试验群的吞食活力显著高于对照群，表明功能性淀粉可有效提高小白鼠的免疫力。

（5）纤维多糖的提取：

5.1、取步骤1.2中收集到的纤维，加入5倍重量0.5%的氢氧化钠溶液，浸泡1小时得到混合溶液。

5.2、将步骤5.1中的混合溶液在不锈钢高压锅中，高压（0.15MPa）蒸煮30min，冷却至70℃，均质机处理30min（900rpm/min）。

5.3、调整pH值至6.5。加入淀粉酶制剂（100U/g物料（干基）），在60℃恒温下反应60min。煮沸15min停止反应。

5.4、调整pH值至7.5。加入蛋白酶制剂（40U/g物料（干基）），在70℃恒温下反应60min。煮沸15min停止反应。

5.5、用1M盐酸调整pH值至7.0，离心处理（5000×g），去除沉淀物。

5.6、上清液通过半透膜处理除去低分子成分后，调整固形物浓度至10%左右，喷雾干燥，得到粉末状纤维多糖组合物。经检测，可溶性成分达到96%。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。