徐竟一 陳海波

(河南工業(yè)職業(yè)技術學院,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)技術學院,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行純化。在這個步驟中,為了純化細胞壁物質(zhì),需用化學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數(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。總的非纖維物質(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。當把提取時間增加到 72h,產(chǎn)量的提高不是很大。

在當前的工作中,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 麥麩中的化學組成 (干物質(zhì)的百分數(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。在進一步的處理 (AHP-1.0%,60℃,4 h,麩在提取物中所占的百分數(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)技術學院助教。

[責任編校:張彩紅 ]