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        微波輔助提取青稞β-葡聚糖工藝優(yōu)化

        2016-08-29 12:02:25羅燕平李家林張雪飛
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2016年14期
        關(guān)鍵詞:葡聚糖青稞粒度

        羅燕平,李家林,張雪飛

        (1.翁源廣業(yè)清怡食品科技有限公司,廣東韶關(guān) 512000;2.廣東省食品工業(yè)研究所,廣東廣州 510220;3.廣東省食品公共實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州 510220)

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        微波輔助提取青稞β-葡聚糖工藝優(yōu)化

        羅燕平1,2,李家林1,2,張雪飛2,3

        (1.翁源廣業(yè)清怡食品科技有限公司,廣東韶關(guān)512000;2.廣東省食品工業(yè)研究所,廣東廣州510220;3.廣東省食品公共實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州510220)

        以青稞為原料,采用微波輔助法提取β-葡聚糖。研究了微波功率、微波處理時(shí)間、pH值、粉碎粒度對(duì)其得率的影響,通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了提取工藝。結(jié)果表明,微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的最佳工藝條件為微波功率800 W,微波處理時(shí)間160 s,pH值10.5,粉碎粒度60目。該條件下,β-葡聚糖的得率為5.92%;各因素對(duì)微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的影響大小依次為微波功率>pH值>微波處理時(shí)間>粉碎粒度。三氯乙酸法、Sevage法及木瓜蛋白酶法3種除蛋白方法中,木瓜蛋白酶法效果最佳,其蛋白質(zhì)去除率可達(dá)88.6%,β-葡聚糖保留率可達(dá)91.3%。

        青稞;β-葡聚糖;微波;提取

        青稞是禾本科大麥屬的一種禾谷類作物,又稱裸大麥、元麥、米大麥,主要產(chǎn)自西藏、青海、四川、云南等地[1]。青稞具有豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,含有較高的β-葡聚糖、蛋白質(zhì)、纖維素和維生素,以及含量較低的脂肪和糖類[2]。據(jù)檢測(cè),青稞β-葡聚糖平均含量為6.57%,優(yōu)良品種青稞25含量為8.6%,是小麥平均含量的50倍。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究報(bào)道,β-葡聚糖具有清腸、調(diào)節(jié)血糖、降低膽固醇和調(diào)節(jié)免疫力的四大生理功能[3-5]。

        傳統(tǒng)的β-葡聚糖提取方法有熱水法、酸法和堿法[6]。熱水法提取β-葡聚糖得率低,提取時(shí)間長(zhǎng);酸法提取β-葡聚糖純度低;堿法提取時(shí)間較長(zhǎng)。微波作為一種現(xiàn)代化食品加工技術(shù),加熱效率高、處理溫度低且加熱均勻,能夠較好地保持食品組分中的色香味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量[7-9]。因此,本文采用微波輔助法,從青稞中提取β-葡聚糖,研究微波功率、微波處理時(shí)間、pH值和粉碎粒度4個(gè)因素對(duì)其得率影響,通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝,為青稞β-葡聚糖的提取提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1試驗(yàn)材料

        青稞購(gòu)于西藏市場(chǎng);β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)樣品,Sigma公司產(chǎn)品。

        1.2試驗(yàn)儀器

        格蘭仕微波爐,廣州格蘭仕公司產(chǎn)品;723型可見分光光度計(jì),上海棱光技術(shù)有限公司產(chǎn)品;RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,上海笠化儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品;PHS-25型數(shù)顯酸度計(jì),上海虹益儀器儀表有限公司產(chǎn)品;Centrifuge 5430型臺(tái)式高速離心機(jī),德國(guó)艾本德股份公司產(chǎn)品;SKD-2000型全自動(dòng)凱氏定氮儀,上海沛歐分析儀器有限公司產(chǎn)品。

        1.3試驗(yàn)方法

        1.3.1微波提取青稞β-葡聚糖的工藝流程

        青稞→粉碎→微波輔助提取→中溫、α-淀粉酶處理→離心(4 000 r/min,10 min) →上清液pH值調(diào)至7→真空濃縮→醇沉(濃縮液3倍體積的95%乙醇) →離心(4 500 r/min,10 min) →沉淀冷凍干燥→青稞β-葡聚糖粗提物。

        1.3.2青稞β-葡聚糖得率測(cè)定

        采用剛果紅標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定青稞提取物中β-葡聚糖含量[10],按下述公式計(jì)算青稞β-葡聚糖得率。

        式中:Y——青稞β-葡聚糖得率,%;

        M1——提取的青稞β-葡聚糖質(zhì)量,g;

        M——干燥的青稞原料質(zhì)量,g。

        1.3.3單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        主要研究微波功率(600,700,800,900,1 000 W)、粉碎粒度(40,50,60,70,80目)、pH值(8,9,10,11,12) 和微波處理時(shí)間(60,120,180,240,300 s)等因素對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響。試驗(yàn)時(shí),每個(gè)條件下試驗(yàn)設(shè)計(jì)3次平均試驗(yàn)。

        1.3.4正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取微波功率、粉碎粒度、pH值和微波處理時(shí)間4個(gè)因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),確定最優(yōu)工藝條件。

        1.3.5青稞β-葡聚糖粗品的除蛋白方法

        青稞β-葡聚糖粗品去除蛋白質(zhì)的方法主要有三氯乙酸法(TCA法)、Sevage法和木瓜蛋白酶法,以蛋白質(zhì)的去除率和β-葡聚糖的保留率為指標(biāo)進(jìn)行研究,確定最佳的方法。

        (1)三氯乙酸法(TCA法)。取200 mL多糖提取液,滴加8%的三氯乙酸200 mL,混勻靜置8 h,離心(4 000 r/min,10 min) 除去沉淀,得到脫蛋白液。分別測(cè)定蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖保留率。

        (2) Sevage法。取200 mL多糖提取液,滴加1 000 mL Sevage試劑(氯仿∶正丁醇=5∶1),混合均勻,離心(4 000 r/min,10 min),除去水層和溶液層交界處的變性蛋白質(zhì)。重復(fù)4次,直到離液面交界處無白色混懸,得到脫蛋白液。分別測(cè)定蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖保留率。

        (3)木瓜蛋白酶法。取200 mL多糖提取液,加入木瓜蛋白酶,調(diào)節(jié)pH值至6~7,置于50℃水浴4 h,采用80℃水浴,滅木瓜蛋白酶40 min,得到脫蛋白液。分別測(cè)定蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖保留率。

        按照下列公式計(jì)算蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖的保留率。

        蛋白質(zhì)去除率=

        2 結(jié)果與分析

        2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

        2.1.1微波功率對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        微波功率在600,700,800,900,1 000 W條件下,對(duì)青稞中β-葡聚糖得率的影響。

        微波功率對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響見圖1。

        圖1 微波功率對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        由圖1可知,青稞中β-葡聚糖得率會(huì)隨著微波功率的增大而逐漸上升,在800 W時(shí)達(dá)到最大值;繼續(xù)增加微波功率,β-葡聚糖得率會(huì)下降。這可能是因?yàn)榧哟笪⒉üβ?,使部分不可溶?葡聚糖的糖苷鍵發(fā)生變化,轉(zhuǎn)化為水溶性β-葡聚糖,所以β-葡聚糖得率升高。當(dāng)微波功率過高時(shí),導(dǎo)致β-葡聚糖結(jié)構(gòu)被破壞,β-葡聚糖得率降低。因此,微波功率適宜選擇800 W。

        2.1.2微波處理時(shí)間對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        微波處理時(shí)間在60,120,180,240,300 s條件下,對(duì)青稞中β-葡聚糖得率的影響。

        微波處理時(shí)間對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響見圖2。

        由圖2可知,青稞中β-葡聚糖得率會(huì)隨著微波處理時(shí)間的增加而逐漸增加,在180 s時(shí)達(dá)到最大值;繼續(xù)增加處理時(shí)間,β-葡聚糖得率會(huì)下降。隨著微波長(zhǎng)時(shí)間的加熱,青稞顆粒的胚乳細(xì)胞壁破裂,使其中的β-葡聚糖溶解,所以β-葡聚糖得率隨著微波處理時(shí)間的增加而上升。當(dāng)微波處理時(shí)間過長(zhǎng)時(shí),導(dǎo)致β-葡聚糖結(jié)構(gòu)被破壞,β-葡聚糖得率降低。因此,微波處理時(shí)間適宜選擇180 s。

        圖2 微波處理時(shí)間對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        2.1.3pH值對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        pH值在8,9,10,11,12的條件下,對(duì)青稞中β-葡聚糖得率的影響。

        pH值對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響見圖3。

        圖3 pH值對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        由圖3可知,青稞中β-葡聚糖得率隨著pH值的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),在pH值為10時(shí),得率達(dá)到最大值。β-葡聚糖本身顯堿性,所以在堿性溶液中有利于β-葡聚糖的提取,但是pH值大于10后,β-葡聚糖的糖苷鍵會(huì)斷裂,導(dǎo)致β-葡聚糖得率下降。另外,pH值大于10后,提取液的顏色逐漸加深,這可能是提取過程中體系發(fā)生美拉德反應(yīng)所造成。綜合考慮,pH值適宜選擇10。

        2.1.4粉碎粒度對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        粉碎粒度在40,50,60,70,80目的條件下,對(duì)青稞中β-葡聚糖得率的影響。

        粉碎粒度對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響見圖4。

        圖4 粉碎粒度對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響

        由圖4可知,青稞中β-葡聚糖得率隨著粉碎粒度的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì),在粉碎粒度為60目時(shí),得率達(dá)到最大值。這是由于適宜的粉碎粒度有利于β-葡聚糖的充分溶解。粉碎粒度適宜選擇60目。

        2.2正交試驗(yàn)優(yōu)化β-葡聚糖的提取

        對(duì)影響β-葡聚糖得率的主要因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),以β-葡聚糖得率為指標(biāo),采用L9(34)正交表安排試驗(yàn)。

        因素與水平設(shè)計(jì)見表1,正交試驗(yàn)結(jié)果見表2,方差分析結(jié)果見表3。

        表1 因素與水平設(shè)計(jì)

        由表2中極差R可知,各因素對(duì)β-葡聚糖影響的次序?yàn)槲⒉üβ剩緋H值>微波處理時(shí)間>粉碎粒度。優(yōu)化的提取條件為A2C3B1D2,即微波功率800 W,pH值10.5,微波處理時(shí)間160 s,粉碎粒度60目。

        表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

        表3 方差分析結(jié)果

        由表3可知,微波功率對(duì)青稞β-葡聚糖得率的影響顯著,pH值、微波處理時(shí)間、粉碎粒度對(duì)得率的影響不顯著。

        按照優(yōu)化的條件,即粉碎粒度60目,微波功率800 W,微波處理時(shí)間160 s,pH值10.5的條件,取2 kg青稞提取β-葡聚糖,并進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn),β-葡聚糖得率平均值為5.92%。

        圖5 3種除蛋白方法比較

        2.3β-葡聚糖粗品除蛋白方法比較

        3種除蛋白方法比較見圖5。

        由圖5可知,TCA法和Sevage法除蛋白的效果不是很好,同時(shí)TCA法和Sevage法所用的試劑三氯乙酸、氯仿和正丁醇均為有機(jī)溶劑,易揮發(fā),對(duì)環(huán)境造成污染。木瓜蛋白酶法的蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖保留率均較高,并且木瓜蛋白酶用量較少。因此,除蛋白的最佳方法是木瓜蛋白酶法。

        3 結(jié)論

        (1)微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的最佳工藝條件為微波功率800 W,微波處理時(shí)間160 s,pH值10.5,粉碎粒度60目。該條件下,β-葡聚糖的得率為5.92%。

        (2)各因素對(duì)微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的影響大小依次為微波功率>pH值>微波處理時(shí)間>粉碎粒度。

        (3)三氯乙酸法、Sevage法及木瓜蛋白酶法3種除蛋白方法中,木瓜蛋白酶法效果最佳,其蛋白質(zhì)去除率可達(dá)88.6%,β-葡聚糖保留率可達(dá)91.3%;三氯乙酸法次之;Sevage法最差。

        [1]賈瑩.青稞麩皮水溶性β-葡聚糖的提取、分離純化和性質(zhì)研究 [D].上海:華東理工大學(xué),2013.

        [2]李濤,王金水,李露.青稞的特性及其應(yīng)用現(xiàn)狀 [J].農(nóng)產(chǎn)品工(學(xué)刊),2009(9):92-93,96.

        [3]宋江南,田明杰,蘇立宏,等.青稞β-葡聚糖對(duì)高脂誘導(dǎo)的C57小鼠膽固醇代謝的影響 [J].中華疾病控制雜志,2013,17(2):93-95.

        [4]李文,楊焱,周帥,等.8種食用菌水溶性粗多糖的β-葡聚糖含量與體外免疫活性研究 [J].食用菌學(xué)報(bào),2012,19(1):65-69.

        [5]張亞茹.叢峰松黑酵母β-1,3-1,6-葡聚糖對(duì)小鼠腫瘤及免疫功能的影響 [J].食品科學(xué),2012,33(19):306-309.

        [6]連喜軍,張平平,羅慶豐.西藏青稞β-葡聚糖提取研究 [J].糧食與油脂,2006(1):27-28.

        [7]陳業(yè)高,海麗娜,畢先鈞.微波輻射在天然藥用活性成分提取分離中的應(yīng)用 [J].微波學(xué)報(bào),2003,19(2):85-89.

        [8]Kratchanova M,Pavlova E,I Panchev.The effect of microwave heating of fresh orange peels on the fruit tissue and quality of extracted pectin[J].Carbohydrate Polymers,2004,56:181-185.

        [9]王尚玉,舒靜,夏文水.燕麥麩皮β-葡聚糖的微波輔助浸提技術(shù)研究 [J].食品工業(yè)科技,2005,26(16):143-144,171.

        [10]江春艷,嚴(yán)冬,袁瑞瑛,等.紫外分光光度法測(cè)定西藏青稞中β-葡聚糖的含量 [J].西藏大學(xué)報(bào),2010,25(1):11-12.◇

        Optimization of Microwave-Assisted Extraction Technology of β-Glucan from Barleys

        LUO Yanping1,2,LI Jialin1,2,ZHANG Xuefei2,3
        (1.Wengyuan Guangye Swiss Food Science&Technology Co.,Ltd.,Shaoguan,Guangdong 512000,China;2.Guangdong Food Industry Institute,Guangzhou,Guangdong 510220,China;3.Guangdong Food Public Laboratory,Guangzhou,Guangdong 510220,China)

        Microwave assisted extraction technology is used to extract β-glucan from barley.The effect of microwave power,microwave processing time,pH,particle size on barley β-glucan yield are studied.Orthogonal tests are used to optimize extraction process.Results show that the optimized extraction process should be as follows:microwave power 800 W,microwave processing time 160 s,pH 10.5 and particle size 60.In this condition,the yield of β-glucan could reach 5.92%. The order of factors that influence the β-glucan yield is as follow:microwave power>microwave processing time>pH>particle size.It shows that the papain method is the best,its protein removal rate could reach 88.6%,β-glucan retention rate can reach 91.3%.

        barleys;β-glucan;microwave;extraction

        TQ914.1

        A

        10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2016.07.039

        1671-9646(2016)07b-0035-04

        2016-05-31

        韶關(guān)市科技計(jì)劃項(xiàng)目(韶科[2015]72號(hào))。

        羅燕平(1961— ),男,本科,工程師,研究方向?yàn)槭称诽砑觿┥a(chǎn)技術(shù)。

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