專利名稱：一種協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及天然產(chǎn)物加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法。
背景技術(shù)：
魔芋葡甘聚糖(KGM)是天南星科魔芋屬多年生草本植物魔芋的主要成分，由D-葡萄糖和D-甘露糖按1: 1.5或1: 1.6的比例通過β -1, 4糖苷鍵連接構(gòu)成的天然高分子多糖，在其主鏈的某些甘露糖糖殘基C-3位上存在并由β -1，3糖苷鍵組成的支鏈，其平均聚合度介于1000 10000之間。由于具有減肥、降血脂、降血糖等多種生理功能和優(yōu)良的凝膠性、成膜性和生物相容性等特性，目前已被廣泛應(yīng)用于食品、化工、化妝品和醫(yī)藥等領(lǐng)域。然而由于KGM存在分子聚合度較高，粘性較大，溶解度較小等缺陷，因此，在一定程度上限制了天然KGM的應(yīng)用。中聚合度KGM是指聚合度介于100 900之間的KGM，該種多糖在保持了 KGM原有特性的前提下，降低了 KGM水溶膠的粘度，并使得KGM溶解度得到有效的增加。因此，中聚合度KGM是一種極具潛力的功能性多糖。目前常見的KGM降解方法主要有化學(xué)法、物理法和生物工程酶法?！妒称房茖W(xué)》2012年第6期羅清楠的文章“響應(yīng)曲面法優(yōu)化酸法魔芋葡甘露聚糖水解工藝”，通過向KGM溶液中加入鹽酸，并控制鹽酸與乙醇體積配比、反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度等因素，制備不同聚合度的KGM低聚糖。該方法操作工藝較為簡單、條件易于控制，然而該方法制備的KGM聚合度分布較為分散，而且使用了鹽酸等化學(xué)試劑，產(chǎn)物的分離純化過程較為復(fù)雜。申請?zhí)枮?00510019307.7的發(fā)明專利“一種魔芋低聚糖的制備方法”，利用紫外光照射KGM水溶膠，使KGM發(fā) 生降解，從而達到制備聚合度較低的KGM的目的。該方法具有操作簡便快捷、產(chǎn)物收率高、KGM的聚合度易于進行控制等優(yōu)點，然而由于反應(yīng)未能進行良好的密閉處理，導(dǎo)致KGM極易被氧化，而且由于KGM吸水易發(fā)生膨脹，導(dǎo)致紫外光照射處理量較大，難以在實際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。申請?zhí)枮?1128868.X的發(fā)明專利“中性β -甘露聚糖酶降解魔芋精粉生產(chǎn)葡甘露低聚糖技術(shù)”，采用β_甘露聚糖酶對KGM進行降解，使得KGM的聚合度降低。該方法產(chǎn)物收率高，生理活性好，然而該方法存在酶制劑價格昂貴、酶解工藝復(fù)雜、產(chǎn)物分離純化難度大、產(chǎn)物聚合度難以控制等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有KGM降解技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定性較高，可重復(fù)進行操作的協(xié)同制備中聚合度KGM的方法，以魔芋粉為原料，經(jīng)過對魔芋粉的合理精制、6tlCo Y射線誘變以及綜合的后續(xù)處理技術(shù)方案，獲得中聚合度KGM，針對性解決現(xiàn)有技術(shù)制備中聚合度KGM的工藝較為復(fù)雜、產(chǎn)物聚合度難以控制、KGM易被氧化、不適于大規(guī)模生產(chǎn)等缺陷。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
提供一種協(xié)同制備中聚合度KGM的方法，包括以下步驟:
51.用不同濃度的乙醇水溶液將魔芋粉洗滌2 4次，每次洗滌乙醇水溶液的用量按照Ig魔芋粉10 40 mL乙醇水溶液的量來確定，然后將洗滌完畢的魔芋粉于3(T50 °C進行減壓干燥3(T60 min，制備獲得高純度的魔芋精粉；
52.將SI制備獲得的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的質(zhì)量為0.5 4 kg，于室溫下采用輻照劑量率為2(T30 Gy的6tlCo Y射線對魔芋精粉進行輻照處理，輻照時間為5 42 h，輻照劑量為10 50 kGy，輻照結(jié)束后，將呈白色或略微呈淡黃色魔芋精粉置于干燥環(huán)境下保存；
53.將S2輻照處理過的魔芋精粉加水溶解溶脹，溶脹后用100目的濾布進行過濾，然后將濾液于4000 8000 r/min下離心5 15 min,取上清液備用；
54.將S3所得上清液通過超濾膜進行超濾處理:具體是將S3所得上清液首先通過截留分子量為100 200 KD超濾膜，控制超濾壓力為0.10 0.20 MPa，料液溫度為30 45°C，pH值為7.0 8.0，超濾時間為15 45 min，取濾過液；然后將濾過液通過截留分子量為20 50 KD超濾膜，控制超濾壓力為0.02 0.15 MPa，料液溫度為20 40 °C，pH值為6.0 8.0，超濾時間為25 60 min，收集濃縮液備用；
55.將收集的濃縮液于3(T50°C進行減壓濃縮后干燥，即得中聚合度KGM。所得中聚合度KGM呈白色或略微呈淡黃色粉末狀。優(yōu)選地，SI所述不同濃度的乙醇水溶液的體積百分比濃度為40 80%。更為優(yōu)選的是乙醇水溶液的濃度是40%、60%、80%，即首先用40%的乙醇水溶液洗滌魔芋粉，再用60%的的乙醇水溶液洗滌魔芋粉，然后用80%的乙醇水溶液洗滌魔芋粉。每次洗滌用的乙醇水溶液的用量優(yōu)選按照I g魔芋粉:20 30 mL乙醇水溶液的量來確定。粗的魔芋粉中含有許多雜質(zhì)，雜質(zhì)在輻照過程中會發(fā)生各種聚合反應(yīng)，按上述方法用乙醇洗滌后獲得的魔芋精粉純度較高，有利于后續(xù)輻照處理。優(yōu)選地，S2所述輻照劑量率為25 Gy/min。優(yōu)選地，S2所述輻照時間為12 20 h。優(yōu)選地，S2所述輻照劑量為20 30 kGy οKGM輻照的基本原理:是通過高能的r-射線對KGM進行輻照處理，使KGM糖環(huán)上產(chǎn)生自由基，并進而通過自由基的作用，導(dǎo)致KGM的糖苷鍵發(fā)生斷裂。因此只需要通過控制輻照射線的強度和輻照時間，就可有效的控制魔芋葡甘聚糖的降解反應(yīng)。優(yōu)選地，S3所述加水溶解溶脹是將輻照處理過的魔芋精粉用蒸餾水進行溶解，配置成質(zhì)量濃度為3 5%的KGM溶液，于45 55 °C溶脹2 h。優(yōu)選地，S3所述過濾是采用100目的濾布進行過濾。優(yōu)選地，S3所述離心轉(zhuǎn)速為6000 r/min，離心時間為 10 min。優(yōu)選地，S4所述第一次超濾的超濾膜的截留分子量為150 KD ;所述第二次超濾的超濾膜的截留分子量為20 KD。

優(yōu)選地，S5所述減壓濃縮是將收集的濃縮液于40 1:進行減壓濃縮。本發(fā)明首先用不同濃度的乙醇溶液對魔芋粉進行洗滌，獲得高純度的魔芋精粉，然后將魔芋精粉進行抽真空密封處理，利用6ciCo Y射線對魔芋精粉進行輻照處理，促使KGM發(fā)生降解，最后利用超濾設(shè)備使不同聚合度的KGM進行分離，獲得中聚合度KGM。本發(fā)明具有操作工藝簡單、重現(xiàn)性好、生產(chǎn)成本低廉、KGM氧化程度低、產(chǎn)物聚合度分布較窄、適于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點?；诒景l(fā)明的制備原理和設(shè)計思想之下，經(jīng)過長期大量的研究和實驗總結(jié)，魔芋粉經(jīng)過洗滌精制后獲得的魔芋精粉，經(jīng)輻照處理后發(fā)生降解的降解率可達到55 90%。例如:未經(jīng)輻照的KGM的重均分子量(Mw)為48.06 X IO4,經(jīng)過50 kGy劑量輻照的KGM的重均分子量(Mw)為6.59 X IO4,降解率為86.29%。


圖1.本發(fā)明的工藝流程圖。圖2.福照劑量為O kGy的KGM分子量分布圖。圖3.輻照劑量為50 kGy的KGM分子量分布圖。圖4.KGM原糖與中聚合度KGM的FT-1R圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明。本發(fā)明所述魔芋粉的來源是云南昭通市三艾有機魔芋發(fā)展有限公司。本發(fā)明也可采用其它常規(guī)方法獲得的魔芋粉。實施例1:
本發(fā)明的工藝流程圖如附圖1所示。S1.依次用體積濃度為40%、60%、80%的乙醇水溶液對魔芋粉進行洗滌，每次洗滌乙醇水溶液的用量按照I g魔芋粉30 mL乙醇水溶液的量來確定，然后將洗滌完畢的魔芋粉于30 °C進行減壓干燥60 min，制備得到純度為95.4%的魔芋精粉；
52.將SI制備得到的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的質(zhì)量為I kg，于室溫下采用劑量率為30 Gy/min的6tlCo Y射線對魔芋精粉進行輻照處理28 h，輻照劑量為50 kGy，輻照結(jié)束后，魔芋精粉略微呈淡黃色，KGM的降解率為82.69%，將魔芋精粉置于干燥環(huán)境下密閉保存；
53.將經(jīng)S2輻照處理過的魔芋精粉用蒸餾水進行溶解，配置成質(zhì)量濃度為6%的KGM溶液，于60 °C下溶脹I h，然后用100目的濾布進行過濾，除去濾渣，將濾液置于4000 r/min下離心處理5 min,取上清液備用；
54.將S3制備的上清液通過截留分子量為100KD的超濾膜，控制超濾壓力為0.12MPa，料液溫度為35 °C，pH值為6.5，超濾時間為40 min ;取濾過液，然后將濾過液通過截留分子量為20 KD，控制超濾壓力為0.05 MPa，料液溫度為20°C，pH值為7.5，超濾時間為70min，收集濃縮液備用；
55.將S4收集的濃縮液于301:進行減壓濃縮后干燥，即獲得分子量介于20 100 KD的中聚合度KGM。本實施例所得的中聚合度KGM呈淡黃色粉末狀，易溶于水。取所得的中聚合度KGM配成質(zhì)量濃度小于0.5 mg/mL的水溶液，用烏氏粘度計(內(nèi)徑0.5 0.6 mm)在30±0.1 °C測定特性粘數(shù)(η )為2.23 Pa *s，根據(jù)水溶液的特性粘數(shù)與分子量的關(guān)系式(H )=5.06 X 10_4MW°_754，計算得中聚合度KGM的重均分子量(Mw)為68.09KD，根據(jù)KGM聚合單體的分子量為180，可計算得所制備的KGM的平均聚合度為378，符合中聚合度KGM聚合度為10(Γ1000的范圍。實施例2
S1.依次用濃度為45%、55%、75%的乙醇水溶液對魔芋粉洗滌，每次洗滌乙醇水溶液的用量按照I g魔芋粉25 mL乙醇水溶液的量來確定，然后將洗滌完畢的魔芋粉于40 °C進行減壓干燥45 min,制備獲得純度為93.2%%的魔芋精粉。S2.將SI制備得到的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的質(zhì)量為2 kg，于室溫下采用劑量率為25 Gy的6tlCo Y射線對魔芋精粉進行輻照處理20 h，輻照劑量為30 kGy，輻照結(jié)束后，魔芋精粉略微呈淡黃色，KGM的降解率為77.67%，將魔芋精粉置于干燥環(huán)境下密閉保存；
53.將上述輻照處理過的魔芋精粉用蒸餾水進行溶解，配置成濃度為4%的KGM溶液，于50 °C溶脹2 h,然后用100目的濾布進行過濾,除去濾洛,然后將濾液置于6000 r/min下進行離心10 min，取上清液備用；
54.將上述制備的KGM上清液通過截留分子量為150KD的超濾膜，控制超濾壓力為
0.16 MPa，料液溫度為40 V，pH值為7.0，超濾時間為30 min，取濾過液，然后將濾過液用截留分子量為30 KD的超濾膜，控制超濾壓力為0.08 MPa，料液溫度為25 °C，pH值為7.5，超濾時間為60 min，收集濃縮液備用。S5.將收集的濃縮液于40 1:進行減壓濃縮后干燥，即獲得分子量介于30 150KD的粉末狀中聚合度KGM。本實施例所得的中聚合度KGM呈微黃色粉末狀，易溶于水。取所得的中聚合度KGM粉末配成質(zhì)量濃度小于0.5 mg/mL的水溶液，用烏氏粘度計(內(nèi)徑0.5 0.6 mm)在30±0.1 °C測定特性粘數(shù)(η )為3.17 Pa.S，根據(jù)水溶液的特性粘數(shù)與分子量的關(guān)系式(n) =5.0exiO-4Mw0-754,計算得中聚合度kgm的重均分子量(Mw)為108.56 KD，根據(jù)KGM聚合單體的分子量為180，可計算得所制備的KGM的平均聚合度為603，符合中聚合度KGM聚合度為10(Γ1000的范圍。實施例3
S1.依次用濃度為50%、60%、70%的乙醇對魔芋粉進行洗滌，每次洗滌乙醇水溶液的用量按照I g魔芋粉20 mL乙醇水溶液的量來確定，然后將洗滌完畢的魔芋粉于50 °C進行減壓干燥30 min，制備得到得純度為91.6%的魔芋精粉。S2.將制備獲得的魔芋精粉，抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的質(zhì)量為3 kg，于室溫下采用劑量率為20 Gy/min的6tlCo Y射線對魔芋精粉進行輻照處理9 h，輻照劑量為10 kGy，輻照結(jié)束后，魔芋精粉呈白色粉末狀，KGM的降解率為66.98%，然后將魔芋精粉置于干燥環(huán)境下密閉保存；
S3.將上述輻照處理過的魔芋精粉用蒸餾水進行溶解，配置成質(zhì)量濃度為2%的KGM溶液，于40 °C溶脹3 h,然后用100目的濾布進行過濾,除去濾洛,然后將濾液置于8000 r/min下進行離心15 min,取上清液備用。S4.將上述制備的KGM上清液通過截留分子量為200 KD的超濾膜，控制超濾壓力為0.20 MPa，料液溫度為45 °C，pH值為7.0，超濾時間為20 min，去濾過液，然后將濾過液通過截留分子量為50 KD的超濾膜，控制超濾壓力為0.10 MPa，料液溫度為30 °C，pH值為6.5,超濾時間為50 min,收集濃縮液備用。S5.將收集的濃縮液于50 1:進行減壓濃縮后干燥，即獲得分子量介于80 200KD的粉末狀中聚合度KGM。本實施例所得的中聚合度KGM呈白色粉末狀，易溶于水。取所得的中聚合度KGM粉末配成質(zhì)量濃度小于0.5 mg/mL的水溶液，用烏氏粘度計(內(nèi)徑0.5 0.6 mm)在30±0.1 °C測定特性粘數(shù)(η )為3.96 Pa.S，根據(jù)水溶液的特性粘數(shù)與分子量的關(guān)系式〔Π〕=5.06X10_4Mw°_754，計算中聚合度KGM的重均分子量(Mw)為145.83 KD，根據(jù)KGM聚合單體的分子量為180，可計算得所制備的KGM的平均聚合度為810，符合中聚合度KGM聚合度為10(Γ1000的范圍。本發(fā)明采用所述方法做了成千上萬次試驗，長期大量實驗證明，將魔芋粉采用本發(fā)明所述范圍內(nèi)的技術(shù)參數(shù)洗滌精制后的輻照處理，采用不同輻照強度輻照下，魔芋粉都一定發(fā)生了降解，而且，降解率幅度在50 90%之間，同一輻照強度下，魔芋粉的降解率變化幅度很微小，本發(fā)明具有穩(wěn)定技術(shù)效果，實用可行；進一步結(jié)合本發(fā)明精制、超濾分離技術(shù)方案，可簡單易行地實 現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)中聚合度KGM。
權(quán)利要求
1.一種協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，包括以下步驟:不同濃度的乙醇水溶液洗滌魔芋粉，然后將洗滌完畢的魔芋粉進行減壓干燥，制備得到聞純度的魔芋精粉；SI制備得到的魔芋精粉抽真空密封于高阻隔性的聚乙烯塑料袋中，每袋魔芋粉的質(zhì)量為0.5 4 kg，然后于室溫下采用6tlCo Y射線對魔芋精粉進行輻照處理，輻照結(jié)束后，魔芋精呈白色或略微呈淡黃色，然后將經(jīng)過輻照處理后的魔芋精粉置于干燥環(huán)境下保存；經(jīng)S2輻照處理過的魔芋精粉加水溶解溶脹，溶脹后過濾，將濾液離心處理，取上清液備用；S3所得上清液通過截留分子量較大的超濾膜，取濾過液，然后將濾過液通過截留分子量較小的超濾膜，收集濃縮液備用；S4收集的濃縮液進行減壓濃縮后干燥，即得中聚合度魔芋葡甘聚糖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，SI所述不同濃度的乙醇水溶液的體積百分比濃度為40 80% ;洗滌次數(shù)為2 4次，每次洗滌用的乙醇水溶液的用量優(yōu)選按照I g魔芋粉1(T40 mL乙醇水溶液的量來確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，SI所述減壓干燥是將魔芋粉置于30 50 1:的溫度下進行減壓干燥3(T60 min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S2所述輻照的劑量率為20 30 Gy/min，輻照時間為5 42 h，輻照劑量為10 50 kGy。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S3所述加水溶解溶脹是將輻照處理過的魔芋精粉用蒸餾水進行溶解，配置成質(zhì)量百分濃度為I 8%的溶液，于40 60°C溶脹I 3h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S3所述過濾是采用100目的濾布進行過濾；所述離心處理的時間4000 8000 r/min下離心處理5 15 min。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S4所述的截留分子量較大的超濾膜為截留分子量為100 200 KD的超濾膜，超濾條件為:超濾壓力0.10 0.20 MPa,料液溫度30 45 °C，pH值7.0 8.0，超濾時間15 45 min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法，其特征在于，S4所述的截留分子量較小的超濾膜為截留分子量為20 50 KD的超濾膜，超濾條件為:超濾壓力0.02 0.15 MPa,料液溫度20 40 °C，pH值6.0 8.0，超濾時間25 60 min。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法， 其特征在于，S5所述減壓濃縮是將收集的濃縮液于30 50 °C的溫度下進行減壓濃縮。
10.權(quán)利要求1至9任一項所述方法制備得到的中聚合度魔芋葡甘聚糖。
全文摘要
本發(fā)明涉及天然產(chǎn)物加工技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種協(xié)同制備中聚合度魔芋葡甘聚糖的方法。本發(fā)明用不同濃度的乙醇溶液對魔芋粉進行洗滌，制備獲得魔芋精粉；然后將魔芋精粉進行抽真空密封包裝，利用60Coγ射線對魔芋精粉進行輻照處理，獲得不同聚合度的魔芋葡甘聚糖復(fù)合物；接著將魔芋葡甘聚糖復(fù)合物溶解于水中，配成魔芋葡甘聚糖水溶液，通過超濾處理，獲得中聚合度魔芋葡甘聚糖溶液；最后，將獲得的中聚合度魔芋葡甘聚糖溶液進行減壓濃縮干燥，即獲得粉末狀的中聚合度魔芋葡甘聚糖。本發(fā)明方法操作工藝較為簡單、生產(chǎn)成本低廉、產(chǎn)物聚合度分布較窄、氧化程度低，適于進行工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C08B37/02GK103102430SQ20131002294
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者彭述輝, 熊波, 徐振林, 潘廷跳, 張挺, 黃利華 申請人:廣州城市職業(yè)學(xué)院