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)。
1.1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=
2.1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。
(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。
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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)。