堿性過氧化氫法提取麥麩中的非淀粉性多糖

徐竟一 陳海波

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南南陽 473009)

堿性過氧化氫法提取麥麩中的非淀粉性多糖

徐竟一 陳海波

(河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南南陽 473009)

利用稀釋的堿性過氧化氫法去除纖維素質(zhì)材料中的木質(zhì)素,從麥麩中提取非淀粉性多糖。影響提取的因素包括提取溫度、時間、過氧化氫的濃度及麥麩中堿性氧化物在提取液中的糖含量 (包括葡萄糖、樹膠醛糖和木糖)。在 60℃的堿性條件下 (pH11.5)提取 4h,雙氧水濃度為 2.0%,麥麩的提取率為 2.0%。堿性提取法中,樹膠醛糖的含量為 77%,木糖含量為 65%,非纖維質(zhì)葡萄糖的含量為 86%。

堿性過氧化氫;非淀粉性多糖;麥麩

1 前言

麥麩是由制粉工業(yè)大量產(chǎn)生的可利用資源,通常在麥粒的表層中,含量為 14%～19%,其主要成分為含量 46%的非淀粉性多糖,除此之外,含有淀粉 (10%～20%)、蛋白質(zhì) (15%～22%)、木質(zhì)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 (Glucuronoarabinoxylans,GAX)(占非淀粉性多糖的 70%)、纖維素和 (1-3),(1-4)-β-D-葡聚糖。通常情況下,麥麩中的小麥麩的 GAX主要由β-(1-4)于 O-2、O-3或 O-2和 O-3位置連接了 D—吡喃的殘基到α-L-呋喃的殘基上。大部分的谷氨酸連接在一些吡喃殘留物 5,6的 O-2位置。Ferulic酸被酯化后連接在阿拉伯樹膠酸殘留物的 O-5位置上。

麥麩中的 GAX在水中難以提取是由于它們相互之間以及和其它細(xì)胞壁成分之間的作用,比如木質(zhì)素和纖維素,通過 diferulic酸橋和氫鍵的束縛難以實現(xiàn)在水中提取。

本研究的目的是完善提取 GAX的方法。GAX可以用作粘性增強劑、乳化劑或者起泡劑、吸水劑、增稠劑、凝膠或者填充劑、脂肪代替物等。

從麥麩中提取 GAX有各種不同的工藝。為了獲得純 GAX,麥麩在提取前就要進(jìn)行純化。在這個步驟中,為了純化細(xì)胞壁物質(zhì),需用化學(xué)方法或酶法去除麥麩中的脂肪、蛋白質(zhì)和淀粉。堿性溶液對于從麥麩的細(xì)胞壁物質(zhì)中提取 GAX是很重要的。GAX的提取率隨溫度、提取時間、堿性強弱和濃度的增加顯著增大。

我們研究的影響因素包括提取時間、提取溫度、H2O2的濃度以及用堿溶液從麥麩中提取的糖占麥麩的百分?jǐn)?shù)。

2 材料和方法

2.1 麥麩

工業(yè)麥麩由Meneba Meel BV(Rotterdam,The Netherlands)提供。分別由 AACC-Methods18 44-19,08-01和 32-05測量其水分、灰分、總膳食纖維的含量。蛋白質(zhì)含量由凱氏定氮來測定。(1-3), (1-4)-β-D-葡聚糖的含量通過檢驗β-葡聚糖的混合鍵來測定。

稀釋過氧化氫溶液并測定其濃度 (H2O2;30%;Vel,Leuven,Belgium),用 4.0 M NaOH調(diào)節(jié) pH至11.5(Acros,Geel,Belgium)。堿性 (pH 11.5)的氫過氧化物溶液 (1.0%)和堿性 (pH 11.5)的氫過氧化物溶液 (2.0%)分別稱為 AHP-1.0%和 AHP-2.0%。

2.2 堿性過氧化氫提取物

麥麩的提取物可以進(jìn)一步放置室溫并不停的攪拌 30min– 24h。在 60℃下用 AHP-1.0%和 AHP -2.0%以得到不同百分比提取物 (1.0%～10.0%)。

通過 (6000×g/20 min)離心以去除殘渣,將得到的懸浮于上層的堿性麥麩半纖維素貯存于 4℃(24h)直至單糖成分完全析出。

2.3 單糖的含量及組成

麥麩中的單糖成分以及獲得的懸浮于表層的物質(zhì)用醋酸鹽水解和硼氫化鈉濃縮后用氣相色譜來測定。為了估計麥麩中非纖維組分的單糖組成,在 110°C下樣品用 2.0 M三氟乙酸 (Trifluoroacetic Acid, TFA)(Acros,Geel,Belgium)水解 120min。由 2.5 mL樣品和 2.5mL 4.0 M TFA混合組成的 2.0 M溶液來水解懸浮物,并在 110℃用熱處理 60 min。把醋酸鹽加到裝有火焰電離計的 9011氣相色譜(Chrompack,Middelburg,TheNetherlands)的 SP-2380柱子 (30m;0.32 mm i.d.;0.2μm film thickness; Supelco,Belleforte,PA)中,在 225℃分離,在 275℃時注入樣品并測量其作為固有特性的β-D-葡萄糖的含量 (Sigma Chemicals Co.,StLouis,MO)。

在實驗中,用 TFA水解來釋放含有大部分的非纖維素質(zhì)多糖物質(zhì)和只有小部分纖維素組成的物質(zhì)。根據(jù)分析葡萄糖來確定淀粉和(1-3)(1-4)-β-葡聚糖的含量?？偟姆抢w維物質(zhì)含量由測到的總的單糖含量 ×0.88來計算。麥麩中阿拉伯糖基木聚糖的含量由 0.88×(樹膠醛糖%+木糖%)來計算。在兩者的情況,因素 0.88為在多糖中自由糖轉(zhuǎn)變成糖酐時的比例。由于麥麩中阿拉伯糖基木聚糖(Arabinoxylans,AX)含 3%鈣交聯(lián)劑,它們進(jìn)一步被稱為 GAX和%AX+3%酸性交聯(lián)劑。分析得到的總膳食纖維含量包括 GAX、(1-3)(1-4)-β-D-葡聚糖、纖維素和木質(zhì)素。麥麩中纖維的總量和木質(zhì)素的含量在計算總的膳食纖維含量和 GAX、β-葡聚糖含量時是不同的。

3 結(jié)果與討論

葡萄糖是糖殘渣中的主要成分,木糖、樹膠醛糖、半乳糖和甘露糖是其中的微小成分 (見表 I)。

麥麩中水不溶性的 AX含量為 24.1%,但是水溶性的AX僅有 0.9%。由于它們之間的相互作用力和細(xì)胞壁組成的不同,只能從麥麩的堿溶液中提取出來。數(shù)據(jù)顯示先前的結(jié)果是具有參考性的。

3.1 提取時間和溫度對糖浸出率的影響

麥麩在室溫的條件下提取后,在 60℃用 1.0%AHP處理,提取物中麩的含量為 2.0%。提取物的殘渣中主要的糖類物質(zhì)是葡萄糖、木糖和樹膠醛糖。這些主要物質(zhì)的產(chǎn)率及提取時間的關(guān)系見表 1。

這三種糖的殘留隨提取的時間增長而增加,在室溫的條件下,提取時間越長,從麥麩中提取的量也逐漸增加。在 60℃的條件下,當(dāng)提取時間從 15min延長至 4h時,提取物中三種糖的含量明顯增加。當(dāng)提取時間延長至 4h以后,三種糖的提取率增加不明顯。

在麥桿中的情況是,近 50%的半纖維素溶解 6 h后在 25℃條件下用 H2O2處理,溶解 24h濃度增加為 75%。Doner和 Hicks發(fā)現(xiàn)在 25℃用堿性的 H2O2從玉米纖維中提取的時間從 8h增加到 24 h,產(chǎn)率將提高一倍。當(dāng)把提取時間增加到 72h,產(chǎn)量的提高不是很大。

在當(dāng)前的工作中,提取率受提取溫度的影響很大。樹膠醛糖、木糖和葡萄糖的產(chǎn)量在室溫下提取24h并在 60℃下提取 4h后達(dá)到最大值。在室溫下提取木糖和樹膠醛糖得到的最大產(chǎn)率比在 60℃下提取得到的最大產(chǎn)率小。在室溫和 60℃下得到的木糖的量分別占麥麩中總的木糖量的 38%和 57%,樹膠醛糖分別占總的樹膠醛糖量的 48%和 72%。非纖維多糖的提取率在室溫 (72%)和在 60℃(68%)時差別不是很大。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),麥桿在 60℃處理 4h后質(zhì)量損失比在 25℃時處理來的快 (主要是由于半纖維溶解)。Doner and Hicks發(fā)現(xiàn)在 60℃時提取半纖維多糖的產(chǎn)率比在 25℃高,他們在 25℃時從玉米纖維中提取 24h得到 35%的半纖維多糖,在 60℃時提取 2h得到 42%的半纖維多糖。

表1 麥麩中的化學(xué)組成 (干物質(zhì)的百分?jǐn)?shù))

對比兩種條件下提取的葡萄糖、木糖和樹膠醛糖的產(chǎn)率,在 60℃時提取要高于在室溫下提取,因此60℃是最適宜的提取溫度。在進(jìn)一步的處理 (AHP-1.0%,60℃,4 h,麩在提取物中所占的百分?jǐn)?shù)為2.0%)時,則從麥麩中提取的非纖維多糖、樹膠醛糖和木糖的產(chǎn)率分別為 68%,72%和 57%。

3.2 堿性過氧化氫的含量對多糖得率的影響

用不同堿性配比—從 0.1%到 5.2%一系列配比的 H2O2溶液在 60℃從麥麩中提取 4h。用 H2O2溶液提取葡萄糖、木糖和樹膠醛糖,在 H2O2溶液濃度達(dá)到 2.0%后,就算再增加 H2O2溶液的濃度,還是不能增加這三種單糖的產(chǎn)率。甚至當(dāng)濃度超過 2.0%時,還會降低提取的效率。用 AHP-2.0%在 60℃從麥麩 (浸出物中含麩 5.0%)中提取 4h后非纖維多糖、樹膠醛糖、木糖最大的產(chǎn)率分別為 86%,77%和65%。這些數(shù)據(jù)表明用堿性的氫過氧化物溶液和AHP-2.0%從麥麩中提取三種單糖是非常有效的。

4 結(jié)論

含麩量為 2.5%的麥麩在 AHP-2.0%的堿性條件下 60℃提取 4h,能回收占總量 77%的樹膠醛糖、65%的木糖和 86%的非纖維葡萄糖。因此,堿性 H2O2溶液是麥麩中 NSP提取的最佳溶液。

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TS210.9

A

1009-5462(2011)01-0055-03

2011-02-21

徐竟一,男,河南南陽人,河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助教。

[責(zé)任編校:張彩紅 ]