一种高收率高纯度的青稞β-葡聚糖的制备方法

本发明属于青稞天然成分提取技术，涉及β-葡聚糖制备技术，具体涉及高收率高纯度的青稞β-葡聚糖的制备方法。

背景技术：

1、青稞(hordeum vulgare var.coeleste linnaeus)是禾本科、大麦属一年生草本植物，三秆直立，光滑，高可达100厘米，叶鞘光滑，两侧具两叶耳，互相抱茎；叶舌膜质，叶片微粗糙。青稞是中国藏区居民主要食粮、燃料和牲畜饲料，而且也是啤酒、医药和保健品生产的原料。青稞中β-葡聚糖的含量为3.7％～16.9％，高于小麦、大麦和燕麦等谷物中β-葡聚糖的含量。

2、目前，针对谷物中β-葡聚糖的传统制备方法主要包括水提取、酸提取、碱提取、酶提取以及微生物富集。水提法是提取水溶性β-葡聚糖的常见方法，具有提取条件温和、成本低和葡聚糖降解少的优点，但其不足在于周期长、提取收率和纯度普遍偏低[1]。在水提法的基础上，加酸进行提取，可以提高β-葡聚糖的得率，但是酸的加入通常使得β-葡聚糖的降解程度提高[2]。同样的，采用高浓度碱液也可以提高β-葡聚糖的得率，但碱液的存在也会导致β-葡聚糖分子的降解[3]。酶法提取需要选择合适的酶，不同选择下的提取效果往往差异很大，例如在ahmed[4]的研究中，对于大麦β-葡聚糖的提取产率，酶法提取低于水热提取；而在maheshwari g[5]的研究中，酶法提取的产率比水热提取和碱提取的产率高。除此之外，还有研究采用一些辅助手段以提高β-葡聚糖的提取水平，如超声辅助[6]、微波辅助[7]。

3、上述传统制备方法，无论是单一方法还是各方法联用，均难以实现提取率和纯度的平衡，要么得率高、纯度低，要么纯度高、得率低，极少做到得率和纯度均高。为了克服这一缺陷，近些年出现了微生物发酵法，研究人员通过考察不同的发酵菌对于β-葡聚糖的富集效果，发现合适的发酵菌可以较大幅度的提升收得率[8]。类似的研究[9-10]，也表明微生物发酵法是一种较好的β-葡聚糖的制备方法。不过微生物发酵法同样未能同时解决收得率和纯度之间的平衡，而且需要较高的环保措施，生产成本较高。

4、因此，如何开发一种工艺简单且能同时获得较高收得率和纯度的青稞β-葡聚糖的制备方法，是本领域所亟需的。

5、[1]贾莹.青稞麸皮水溶性β-葡聚糖的提取、分离纯化和性质研究[d].华东理工大学,2013.

6、[2]ahmad a,anjum f m,zahoor t,et al.extraction and characterizationof beta-d-glucan from oat for industrial utilization.[j].internationaljournal of biological macromolecules,2010,46(3):304-309.doi:10.1016/j.ijbiomac.2010.01.002.

7、[3]babu l r,joy d b.green extraction techniques,structural analysisandantioxidant activites of–glucan present in oats[j].current advances inmechanical design&production vii,2016,7(1):511-519.doi:doi:10.1016/b978-008043711-8/50052-0.

8、[4]ahmad a,anjum f m,zahoor t,et al.extraction and characterizationof beta-d-glucan from oat for industrial utilization.[j].internationaljournal of biological macromolecules,2010,46(3):304-309.doi:10.1016/j.ijbiomac.2010.01.002.

9、[5]maheshwari g,sowriraian s,joseph b.extraction and isolation ofβ-glucan from grain sources—a review[j].journal of food science,2017,82(7-9):1535-1545.doi:10.1111/1750-3841.13765.

10、[6]邓爱华,杨品红,刘也嘉,等.青稞β-葡聚糖超声辅助提取工艺优化[j].粮食科技与经济,2022(003):047.

11、[7]罗燕平,李家林,张雪飞.微波辅助提取青稞β-葡聚糖工艺优化[j].农产品加工,2016,(14):

12、[8]陈瑜,王伟,焦迎春等.不同发酵剂对青稞中富集β-葡聚糖的影响[j].食品研究与开发,2023,44(04):

13、[9]刘新琦,何先喆,刘洁纯等.发酵法提取青稞麸皮中β-葡聚糖的工艺优化及其理化性质研究[j].食品工业科技,2020,41(07):

14、[10]张奋搏,陈琼,蒋涛等.藏灵菇发酵富集青稞中β-葡聚糖和γ-氨基丁酸的工艺优化[j].现代食品科技,2022,38(11):

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种工艺简单、青稞β-葡聚糖收得率和纯度均高的制备方法。具体而言，需要青稞β收得率达到90％以上，纯度达到95％以上。

2、为了实现该目标，本发明提供了如下技术方案：

3、一种高收率高纯度的青稞β-葡聚糖的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

4、(1)利用碱液对青稞进行浸泡处理，浸泡温度为20～40℃，浸泡时长为3～5分钟；所述碱液包括氢氧化钾或氢氧化钠水溶液；

5、(2)去除步骤(1)所得物中的碱液，加入预处理液，于20～40℃下超声处理，处理时间为5～10；所述预处理液由甜菜碱、1，4-丁二醇和乙二醇按照摩尔比1:1:2组成的水溶液；

6、(3)去除步骤(2)所得物中的预处理液，加入水，使得料液的重量体积比为1g:10～15ml，于85～95℃下提取1～1.5小时，取滤液；

7、(4)对步骤(3)所得物进行醇沉处理，对沉淀物加水复溶，然后加入活性炭进行处理，经过滤、浓缩和干燥后，即得。

8、优选地，所述碱液的ph为8～8.5。

9、优选地，步骤(1)中的碱液ph为8.2，浸泡时间为4分钟，温度为30℃；步骤(2)中的预处理温度为30℃，处理时间为8分钟。

10、优选地，步骤(2)中，超声功率为300w。

11、优选地，步骤(2)中去除碱液或者步骤(3)中去除预处理液的方法为过滤后用水清洗。

12、优选地，步骤(3)中，料液的重量体积比为1g:12ml，提取温度为90℃，提取时间为75分钟。

13、优选地，步骤(4)中，进行醇沉时，采用无水乙醇进行，醇沉时间为12小时。

14、优选地，步骤(4)中，向复溶的溶液中加入活性炭时，活性炭与复溶的溶液的重量体积比为1g/100ml，加入后，于50℃下处理20分钟。

15、优选地，步骤(4)中，所述干燥为冷冻干燥。

16、本发明还提供由上述制备方法制备得到的β-葡聚糖。

17、在传统的制备方法中，水热提取法是典型方法，提取得到的β-葡聚糖的纯度普遍偏低，例如张峰[11]提供的方案所得β-葡聚糖的纯度仅为64.72％，若需提高纯度还需要负责的纯化处理，但即便如此，纯化后的β-葡聚糖的纯度也仅为88.7％。另外，水热提取法所得的β-葡聚糖的得率也比较低，即使在超声和微波的辅助下，得率的提升幅度也有限，难以最大限度的从青稞提取其中的β-葡聚糖[12]。诸如酸法和碱法等其它方法，为了提升收得率(或以得率计算)通常会牺牲所得β-葡聚糖的纯度为代价。如前所述，虽然酶解法可以获得较高的收得率或者纯度，例如cn106117389b提供的从青稞谷粒中提取和纯化β-葡聚糖的方法，可以达到98.86％的纯度，但是其工艺复杂、难以控制，而且提取率仅为31.1％。另外，微生物发酵法也如前述，存在环境的生物安全问题，建厂生产β-葡聚糖的成本比较高。

18、本发明在成熟的水热提取法的基础上，对提取的前处理进行了大胆创新，采用；两段预处理法，第一步采用碱液进行低温短时浸泡，再引入甜菜碱、1，4-丁二醇和乙二醇构成的预处理液进行低温超声预处理，之后进行水热提取，能够显著的提高收得率和纯度。

19、在本发明方法中，预处理步骤中的温度、时长和预处理液是关键，碱液可以是氢氧化钠或氢氧化钾等，温度不超过40℃，时长不超过5分钟；第二步预处理的温度不超过40℃，时长不超过10分钟。如本发明作为对比的方案所示，温度、时长和预处理液的不同，会导致最终收得率和纯度的大幅降低。另外，预处理步骤的顺序以及各步骤的有无，对于结果的影响也是巨大的。

20、据发明人所知，本领域中虽然有一些在水提取之前进行预处理的报道，例如曹静等人[13]在对灵芝子实体β-葡聚糖进行提取时，分别用乙醇回流预处理和乙醇联合酶进行预处理，再进行水提取，实现了得率的提升。不过该方法的预处理时间较长，长达45分钟至2小时，提取周期过长。另外，在青稞β-葡聚糖的提取方面，如果通过预处理的方式提升收得率和纯度，目前极少有报道，本领域技术人员主要从改善已有提取方法的参数或者对不同提取方法联用，来实现相应的收得率和纯度的提升。因此，在本发明之前，本领域技术人员在制备青稞β-葡聚糖方面，仍然受困于前述记载的现有技术缺陷。在如何通过简单的方法将青稞β-葡聚糖的收得率和纯度分别提升至90％和95％以上，还未找到有效的路径。

21、因此，本发明对于本领域的技术贡献在于，提供了一种耗时短、能耗低的预处理办法，通过水热提取法制备得到了高收得率和高纯度的青稞β-葡聚糖。

22、另外，本发明还意外的发现，本发明所得的β-葡聚糖具有高抗氧化性。本领域多项报道已经发现，不同的提取方法得到的β-葡聚糖的功能往往存在较大差异。本发明所得的β-葡聚糖的高抗氧化性可能是由于本发明的提取方法温和，制备路线中对于β-葡聚糖的降解和破坏作用较小，分子成分均一造成的。

23、本发明的有益效果：

24、本发明在制备青稞-β葡聚糖时，具有收得率高达90％以上，所得β-葡聚糖的纯度高达95％以上的优点；同时，本发明中的预处理步骤耗时短、能耗低。因此，本发明在制备青稞β-葡聚糖方面，具有良好的应用前景。同时，本发明所得青稞β-葡聚糖具有较高的抗氧化水平。

25、[11]张峰.青稞β-葡聚糖的分离纯化及其理化性质研究[d].西南农业大学,2005.

26、[12]游茂兰,覃小丽,段娇娇等.超声-微波协同提取青稞β-葡聚糖[j].食品与发酵工业,2019,45(08):