第24卷第1期 邯郸职业技术学院学报 2011年3月
碱性过氧化氢法提取麦麸中的非淀粉性多糖
徐竟一 陈海波
(河南工业职业技术学院, 河南南阳473009)
摘要:利用稀释的碱性过氧化氢法去除纤维素质材料中的木质素, 从麦麸中提取非淀粉性多糖。影响提取的因素包括提取温度、时间、过氧化氢的浓度及麦麸中碱性氧化物在提取液中的糖含量(包括葡萄糖、树胶醛糖和木糖) 。在60 的碱性条件下(pH 11. 5) 提取4h, 双氧水浓度为2. 0%, 麦麸的提取率为2. 0%。碱性提取法中, 树胶醛糖的含量为77%, 木糖含量为65%, 非纤维质葡萄糖的含量为86%。
关键词:碱性过氧化氢; 非淀粉性多糖; 麦麸
中图分类号:TS210. 9 文献标识码:A 文章编号:1009-5462(2011) 01-0055-03
1前言
麦麸是由制粉工业大量产生的可利用资源, 通常在麦粒的表层中, 含量为14%~19%, 其主要成分为含量46%的非淀粉性多糖, 除此之外, 含有淀粉(10%~20%) 、蛋白质(15%~22%) 、木质素(4%~8%) 和其它一些微量元素。最主要的非淀粉性多糖是葡糖醛酸阿拉伯木棸糖(G lucur onoarab i n oxy -lans , GAX ) (占非淀粉性多糖的70%) 、纤维素和(1-3), (1-4) - -D -葡聚糖。通常情况下, 麦麸中的小麦麸的GAX 主要由 -(1-4) 于O -2、O -3或O-2和O-3位置连接了D 吡喃的残基到 -L-呋喃的残基上。大部分的谷氨酸连接在一些吡喃残留物5, 6的O -2位置。Ferulic 酸被酯化后连接在阿拉伯树胶酸残留物的O -5位置上。
麦麸中的GAX 在水中难以提取是由于它们相互之间以及和其它细胞壁成分之间的作用, 比如木质素和纤维素, 通过difer u lic 酸桥和氢键的束缚难以实现在水中提取。
本研究的目的是完善提取GAX 的方法。GAX 可以用作粘性增强剂、乳化剂或者起泡剂、吸水剂、增稠剂、凝胶或者填充剂、脂肪代替物等。
从麦麸中提取GAX 有各种不同的工艺。为了获得纯GAX, 麦麸在提取前就要进行纯化。在这个步骤中, 为了纯化细胞壁物质, 需用化学方法或酶法去除麦麸中的脂肪、蛋白质和淀粉。碱性溶液对于从麦麸的细胞壁物质中提取GAX 是很重要的。GAX 的提取率随温度、提取时间、碱性强弱和浓度的增加显著增大。
我们研究的影响因素包括提取时间、提取温度、H 2O 2的浓度以及用碱溶液从麦麸中提取的糖占麦麸的百分数。
2材料和方法
2. 1麦麸
工业麦麸由M eneba M eel BV (Rotterda m, The Netherlands) 提供。分别由AACC -M et h ods1844-19, 08-01和32-05测量其水分、灰分、总膳食纤维的含量。蛋白质含量由凯氏定氮来测定。(1-3), (1-4) - -D -葡聚糖的含量通过检验 -葡聚糖的混合键来测定。
收稿日期:2011-02-21
作者简介:徐竟一, 男, 河南南阳人, 河南工业职业技术学院助教。
Vo1. 24 No . 1 Journa l ofH andan Polytechn ic Co llege M ar . 2011
稀释过氧化氢溶液并测定其浓度(H2O 2; 30%; V e, l Leuven , Belg i u m ), 用4. 0M N a OH 调节pH 至11. 5(Acr os , G ee, l B el g ium ) 。碱性(p H 11. 5) 的氢过氧化物溶液(1. 0%) 和碱性(pH 11. 5) 的氢过氧化物溶液(2. 0%) 分别称为AH P-1. 0%和AHP-2. 0%。
2. 2碱性过氧化氢提取物
麦麸的提取物可以进一步放置室温并不停的搅拌30m i n –24h 。在60 下用AHP-1. 0%和AH P -2. 0%以得到不同百分比提取物(1. 0%~10. 0%) 。
通过(6000 g /20m i n ) 离心以去除残渣, 将得到的悬浮于上层的碱性麦麸半纤维素贮存于4 (24h) 直至单糖成分完全析出。
2. 3单糖的含量及组成
麦麸中的单糖成分以及获得的悬浮于表层的物质用醋酸盐水解和硼氢化钠浓缩后用气相色谱来测定。为了估计麦麸中非纤维组分的单糖组成, 在110 C 下样品用2. 0M 三氟乙酸(T rifluoroacetic A cid , TFA) (Acros , Gee, l B elgium ) 水解120m i n 。由2. 5mL 样品和2. 5mL 4. 0M TF A 混合组成的2. 0M 溶液来水解悬浮物, 并在110 用热处理60m in 。把醋酸盐加到装有火焰电离计的9011气相色谱(Chro m pack , M idde l b urg , The N etherlands) 的SP-2380柱子(30m; 0. 32mm . i d . ; 0. 2 m fil m thickness ; Supe lco , Be ll e forte , PA ) 中, 在225 分离, 在275 时注入样品并测量其作为固有特性的 -D-葡萄糖的含量(S i g m a Che m icals Co . , St Lou is , MO ) 。
在实验中, 用TFA 水解来释放含有大部分的非纤维素质多糖物质和只有小部分纤维素组成的物质。根据分析葡萄糖来确定淀粉和(1-3) (1-4) - -葡聚糖的含量。总的非纤维物质含量由测到的总的单糖含量 0. 88来计算。麦麸中阿拉伯糖基木聚糖的含量由0. 88 (树胶醛糖%+木糖%) 来计算。在两者的情况, 因素0. 88为在多糖中自由糖转变成糖酐时的比例。由于麦麸中阿拉伯糖基木聚糖(Ara -b i n oxy lans , AX) 含3%钙交联剂, 它们进一步被称为GAX 和%AX+3%酸性交联剂。分析得到的总膳食纤维含量包括GAX 、(1-3) (1-4) - -D-葡聚糖、纤维素和木质素。麦麸中纤维的总量和木质素的含量在计算总的膳食纤维含量和GAX 、 -葡聚糖含量时是不同的。3结果与讨论
葡萄糖是糖残渣中的主要成分, 木糖、树胶醛糖、半乳糖和甘露糖是其中的微小成分(见表I) 。
麦麸中水不溶性的AX 含量为24. 1%, 但是水溶性的AX 仅有0. 9%。由于它们之间的相互作用力和细胞壁组成的不同, 只能从麦麸的碱溶液中提取出来。数据显示先前的结果是具有参考性的。3. 1提取时间和温度对糖浸出率的影响
麦麸在室温的条件下提取后, 在60 用1. 0%AH P 处理, 提取物中麸的含量为2. 0%。提取物的残渣中主要的糖类物质是葡萄糖、木糖和树胶醛糖。这些主要物质的产率及提取时间的关系见表1。
这三种糖的残留随提取的时间增长而增加, 在室温的条件下, 提取时间越长, 从麦麸中提取的量也逐渐增加。在60 的条件下, 当提取时间从15m i n 延长至4h 时, 提取物中三种糖的含量明显增加。当提取时间延长至4h 以后, 三种糖的提取率增加不明显。
在麦杆中的情况是, 近50%的半纤维素溶解6h 后在25 条件下用H 2O 2处理, 溶解24h 浓度增加为75%。Doner 和H icks 发现在25 用碱性的H 2O 2从玉米纤维中提取的时间从8h 增加到24h , 产率将提高一倍。当把提取时间增加到72h , 产量的提高不是很大。
在当前的工作中, 提取率受提取温度的影响很大。树胶醛糖、木糖和葡萄糖的产量在室温下提取24h 并在60 下提取4h 后达到最大值。在室温下提取木糖和树胶醛糖得到的最大产率比在60 下提取得到的最大产率小。在室温和60 下得到的木糖的量分别占麦麸中总的木糖量的38%和57%, 树胶醛糖分别占总的树胶醛糖量的48%和72%。非纤维多糖的提取率在室温(72%) 和在60 (68%) 时差别不是很大。经对比发现, 麦杆在60 处理4h 后质量损失比在25 时处理来的快(主要是由于半纤维溶解) 。Doner and H icks 发现在60 时提取半纤维多糖的产率比在25 高, 他们在25 时从玉米纤维
第24卷第1期 邯郸职业技术学院学报 2011年3月中提取24h 得到35%的半纤维多糖, 在60 时提取2h 得到42%的半纤维多糖。
表1麦麸中的化学组成(干物质的百分数)
组成
灰分
蛋白质
总糖残留
树脂醛糖木糖
甘露糖
半乳糖
非纤维质葡萄糖
-葡聚糖总可食性纤维
GAX
纤维素和木质素干物质的百分数%5. 417. 644. 99. 518. 90. 71. 525. 51. 855. 028. 025. 2
对比两种条件下提取的葡萄糖、木糖和树胶醛糖的产率, 在60 时提取要高于在室温下提取, 因此60 是最适宜的提取温度。在进一步的处理(AH P-1. 0%, 60 , 4h , 麸在提取物中所占的百分数为2. 0%) 时, 则从麦麸中提取的非纤维多糖、树胶醛糖和木糖的产率分别为68%, 72%和57%。
3. 2碱性过氧化氢的含量对多糖得率的影响
用不同碱性配比 从0. 1%到5. 2%一系列配比的H 2O 2溶液在60 从麦麸中提取4h 。用H 2O 2溶液提取葡萄糖、木糖和树胶醛糖, 在H 2O 2溶液浓度达到2. 0%后, 就算再增加H 2O 2溶液的浓度, 还是不能增加这三种单糖的产率。甚至当浓度超过2. 0%时, 还会降低提取的效率。用AH P-2. 0%在60 从麦麸(浸出物中含麸5. 0%) 中提取4h 后非纤维多糖、树胶醛糖、木糖最大的产率分别为86%, 77%和65%。这些数据表明用碱性的氢过氧化物溶液和AH P-2. 0%从麦麸中提取三种单糖是非常有效的。4结论
含麸量为2. 5%的麦麸在AH P-2. 0%的碱性条件下60 提取4h , 能回收占总量77%的树胶醛糖、65%的木糖和86%的非纤维葡萄糖。因此, 碱性H 2O 2溶液是麦麸中NSP 提取的最佳溶液。参考文献
[1]方积年. 多糖的分离纯化及其纯度鉴别与分子量测定[J].药学通报, 1984, 19(10):46~49
[2]王光亚. 粗多糖的测定方法 分光光度法[M ].保健食品功效成分的测定方法. 北京:中国轻工业出版社, 2002:19
~23
[3]邓国栋, 郁建平. 茶叶多糖提取分离研究[J].西南农业大学学报, 2002, 24(6):546~547
[4]方建国, 丁水平, 田庚元. 枸杞多糖药理作用与临床应用. 2004, 23(7):484~485
[5]田奇伟, 唐绍海, 郭成立. 木瓜的抗菌作用[J].微生物学通报, 1982, 9(6):271
[6]龙盛京, 农冠荣, 马文力. 黑芝麻色素和多糖对全血化学发光和活性氧的抑制作用[J].食品工业科技, 1999, 20(2):7
~9
[7]叶姜瑜, 谈锋. 灵脂多糖的纯化及组分分析[J].西南师范大学学报(自然科学版), 2002, 27(6) :945~949
[8]叶凯贞, 黎碧娜, 王奎兰. 多糖的提取、分离与纯化[J].广州食品工业科技, 2004(3) :144~145
[9]李八方. 功能食品与保健食品[M ].青岛:青岛海洋大学出版社. 1997.
[10]李小定, 荣建华, 吴谋成. 灰树花多糖药理研究进展[J].天然产物研究与开发, 2003, 15(4):364~368
[责任编校:张彩红]
第24卷第1期 邯郸职业技术学院学报 2011年3月
碱性过氧化氢法提取麦麸中的非淀粉性多糖
徐竟一 陈海波
(河南工业职业技术学院, 河南南阳473009)
摘要:利用稀释的碱性过氧化氢法去除纤维素质材料中的木质素, 从麦麸中提取非淀粉性多糖。影响提取的因素包括提取温度、时间、过氧化氢的浓度及麦麸中碱性氧化物在提取液中的糖含量(包括葡萄糖、树胶醛糖和木糖) 。在60 的碱性条件下(pH 11. 5) 提取4h, 双氧水浓度为2. 0%, 麦麸的提取率为2. 0%。碱性提取法中, 树胶醛糖的含量为77%, 木糖含量为65%, 非纤维质葡萄糖的含量为86%。
关键词:碱性过氧化氢; 非淀粉性多糖; 麦麸
中图分类号:TS210. 9 文献标识码:A 文章编号:1009-5462(2011) 01-0055-03
1前言
麦麸是由制粉工业大量产生的可利用资源, 通常在麦粒的表层中, 含量为14%~19%, 其主要成分为含量46%的非淀粉性多糖, 除此之外, 含有淀粉(10%~20%) 、蛋白质(15%~22%) 、木质素(4%~8%) 和其它一些微量元素。最主要的非淀粉性多糖是葡糖醛酸阿拉伯木棸糖(G lucur onoarab i n oxy -lans , GAX ) (占非淀粉性多糖的70%) 、纤维素和(1-3), (1-4) - -D -葡聚糖。通常情况下, 麦麸中的小麦麸的GAX 主要由 -(1-4) 于O -2、O -3或O-2和O-3位置连接了D 吡喃的残基到 -L-呋喃的残基上。大部分的谷氨酸连接在一些吡喃残留物5, 6的O -2位置。Ferulic 酸被酯化后连接在阿拉伯树胶酸残留物的O -5位置上。
麦麸中的GAX 在水中难以提取是由于它们相互之间以及和其它细胞壁成分之间的作用, 比如木质素和纤维素, 通过difer u lic 酸桥和氢键的束缚难以实现在水中提取。
本研究的目的是完善提取GAX 的方法。GAX 可以用作粘性增强剂、乳化剂或者起泡剂、吸水剂、增稠剂、凝胶或者填充剂、脂肪代替物等。
从麦麸中提取GAX 有各种不同的工艺。为了获得纯GAX, 麦麸在提取前就要进行纯化。在这个步骤中, 为了纯化细胞壁物质, 需用化学方法或酶法去除麦麸中的脂肪、蛋白质和淀粉。碱性溶液对于从麦麸的细胞壁物质中提取GAX 是很重要的。GAX 的提取率随温度、提取时间、碱性强弱和浓度的增加显著增大。
我们研究的影响因素包括提取时间、提取温度、H 2O 2的浓度以及用碱溶液从麦麸中提取的糖占麦麸的百分数。
2材料和方法
2. 1麦麸
工业麦麸由M eneba M eel BV (Rotterda m, The Netherlands) 提供。分别由AACC -M et h ods1844-19, 08-01和32-05测量其水分、灰分、总膳食纤维的含量。蛋白质含量由凯氏定氮来测定。(1-3), (1-4) - -D -葡聚糖的含量通过检验 -葡聚糖的混合键来测定。
收稿日期:2011-02-21
作者简介:徐竟一, 男, 河南南阳人, 河南工业职业技术学院助教。
Vo1. 24 No . 1 Journa l ofH andan Polytechn ic Co llege M ar . 2011
稀释过氧化氢溶液并测定其浓度(H2O 2; 30%; V e, l Leuven , Belg i u m ), 用4. 0M N a OH 调节pH 至11. 5(Acr os , G ee, l B el g ium ) 。碱性(p H 11. 5) 的氢过氧化物溶液(1. 0%) 和碱性(pH 11. 5) 的氢过氧化物溶液(2. 0%) 分别称为AH P-1. 0%和AHP-2. 0%。
2. 2碱性过氧化氢提取物
麦麸的提取物可以进一步放置室温并不停的搅拌30m i n –24h 。在60 下用AHP-1. 0%和AH P -2. 0%以得到不同百分比提取物(1. 0%~10. 0%) 。
通过(6000 g /20m i n ) 离心以去除残渣, 将得到的悬浮于上层的碱性麦麸半纤维素贮存于4 (24h) 直至单糖成分完全析出。
2. 3单糖的含量及组成
麦麸中的单糖成分以及获得的悬浮于表层的物质用醋酸盐水解和硼氢化钠浓缩后用气相色谱来测定。为了估计麦麸中非纤维组分的单糖组成, 在110 C 下样品用2. 0M 三氟乙酸(T rifluoroacetic A cid , TFA) (Acros , Gee, l B elgium ) 水解120m i n 。由2. 5mL 样品和2. 5mL 4. 0M TF A 混合组成的2. 0M 溶液来水解悬浮物, 并在110 用热处理60m in 。把醋酸盐加到装有火焰电离计的9011气相色谱(Chro m pack , M idde l b urg , The N etherlands) 的SP-2380柱子(30m; 0. 32mm . i d . ; 0. 2 m fil m thickness ; Supe lco , Be ll e forte , PA ) 中, 在225 分离, 在275 时注入样品并测量其作为固有特性的 -D-葡萄糖的含量(S i g m a Che m icals Co . , St Lou is , MO ) 。
在实验中, 用TFA 水解来释放含有大部分的非纤维素质多糖物质和只有小部分纤维素组成的物质。根据分析葡萄糖来确定淀粉和(1-3) (1-4) - -葡聚糖的含量。总的非纤维物质含量由测到的总的单糖含量 0. 88来计算。麦麸中阿拉伯糖基木聚糖的含量由0. 88 (树胶醛糖%+木糖%) 来计算。在两者的情况, 因素0. 88为在多糖中自由糖转变成糖酐时的比例。由于麦麸中阿拉伯糖基木聚糖(Ara -b i n oxy lans , AX) 含3%钙交联剂, 它们进一步被称为GAX 和%AX+3%酸性交联剂。分析得到的总膳食纤维含量包括GAX 、(1-3) (1-4) - -D-葡聚糖、纤维素和木质素。麦麸中纤维的总量和木质素的含量在计算总的膳食纤维含量和GAX 、 -葡聚糖含量时是不同的。3结果与讨论
葡萄糖是糖残渣中的主要成分, 木糖、树胶醛糖、半乳糖和甘露糖是其中的微小成分(见表I) 。
麦麸中水不溶性的AX 含量为24. 1%, 但是水溶性的AX 仅有0. 9%。由于它们之间的相互作用力和细胞壁组成的不同, 只能从麦麸的碱溶液中提取出来。数据显示先前的结果是具有参考性的。3. 1提取时间和温度对糖浸出率的影响
麦麸在室温的条件下提取后, 在60 用1. 0%AH P 处理, 提取物中麸的含量为2. 0%。提取物的残渣中主要的糖类物质是葡萄糖、木糖和树胶醛糖。这些主要物质的产率及提取时间的关系见表1。
这三种糖的残留随提取的时间增长而增加, 在室温的条件下, 提取时间越长, 从麦麸中提取的量也逐渐增加。在60 的条件下, 当提取时间从15m i n 延长至4h 时, 提取物中三种糖的含量明显增加。当提取时间延长至4h 以后, 三种糖的提取率增加不明显。
在麦杆中的情况是, 近50%的半纤维素溶解6h 后在25 条件下用H 2O 2处理, 溶解24h 浓度增加为75%。Doner 和H icks 发现在25 用碱性的H 2O 2从玉米纤维中提取的时间从8h 增加到24h , 产率将提高一倍。当把提取时间增加到72h , 产量的提高不是很大。
在当前的工作中, 提取率受提取温度的影响很大。树胶醛糖、木糖和葡萄糖的产量在室温下提取24h 并在60 下提取4h 后达到最大值。在室温下提取木糖和树胶醛糖得到的最大产率比在60 下提取得到的最大产率小。在室温和60 下得到的木糖的量分别占麦麸中总的木糖量的38%和57%, 树胶醛糖分别占总的树胶醛糖量的48%和72%。非纤维多糖的提取率在室温(72%) 和在60 (68%) 时差别不是很大。经对比发现, 麦杆在60 处理4h 后质量损失比在25 时处理来的快(主要是由于半纤维溶解) 。Doner and H icks 发现在60 时提取半纤维多糖的产率比在25 高, 他们在25 时从玉米纤维
第24卷第1期 邯郸职业技术学院学报 2011年3月中提取24h 得到35%的半纤维多糖, 在60 时提取2h 得到42%的半纤维多糖。
表1麦麸中的化学组成(干物质的百分数)
组成
灰分
蛋白质
总糖残留
树脂醛糖木糖
甘露糖
半乳糖
非纤维质葡萄糖
-葡聚糖总可食性纤维
GAX
纤维素和木质素干物质的百分数%5. 417. 644. 99. 518. 90. 71. 525. 51. 855. 028. 025. 2
对比两种条件下提取的葡萄糖、木糖和树胶醛糖的产率, 在60 时提取要高于在室温下提取, 因此60 是最适宜的提取温度。在进一步的处理(AH P-1. 0%, 60 , 4h , 麸在提取物中所占的百分数为2. 0%) 时, 则从麦麸中提取的非纤维多糖、树胶醛糖和木糖的产率分别为68%, 72%和57%。
3. 2碱性过氧化氢的含量对多糖得率的影响
用不同碱性配比 从0. 1%到5. 2%一系列配比的H 2O 2溶液在60 从麦麸中提取4h 。用H 2O 2溶液提取葡萄糖、木糖和树胶醛糖, 在H 2O 2溶液浓度达到2. 0%后, 就算再增加H 2O 2溶液的浓度, 还是不能增加这三种单糖的产率。甚至当浓度超过2. 0%时, 还会降低提取的效率。用AH P-2. 0%在60 从麦麸(浸出物中含麸5. 0%) 中提取4h 后非纤维多糖、树胶醛糖、木糖最大的产率分别为86%, 77%和65%。这些数据表明用碱性的氢过氧化物溶液和AH P-2. 0%从麦麸中提取三种单糖是非常有效的。4结论
含麸量为2. 5%的麦麸在AH P-2. 0%的碱性条件下60 提取4h , 能回收占总量77%的树胶醛糖、65%的木糖和86%的非纤维葡萄糖。因此, 碱性H 2O 2溶液是麦麸中NSP 提取的最佳溶液。参考文献
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[9]李八方. 功能食品与保健食品[M ].青岛:青岛海洋大学出版社. 1997.
[10]李小定, 荣建华, 吴谋成. 灰树花多糖药理研究进展[J].天然产物研究与开发, 2003, 15(4):364~368
[责任编校:张彩红]