本發(fā)明屬于植物木聚糖的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從小麥麩皮中提取木聚糖的方法。
背景技術(shù)：
木聚糖(xylan)是一種存在于植物細(xì)胞壁中的異質(zhì)多糖，約占植物細(xì)胞干重的15％～35％，是植物半纖維素(hemicellose)的主要成分。大多數(shù)木聚糖是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的、具有高度分枝的異質(zhì)多糖，含有許多不同的取代基，其應(yīng)用廣泛。
近來(lái)，木聚糖被看成是最重要的可再生資源之一，是因?yàn)樗鼘?duì)通過(guò)化學(xué)修飾反應(yīng)而得到的新生物多聚體材料以及功能聚合物有著重要的基礎(chǔ)作用。木聚糖也因?yàn)槠渲泄δ芊肿拥亩鄻有缘膽?yīng)用潛力無(wú)限而被看好，木聚糖及其衍生物最有可能產(chǎn)生的重要的應(yīng)用便是藥物載體、傷口敷料以及造紙業(yè)中的添加劑。另外,木聚糖在食品中可用作乳化劑及膳食纖維,具有促進(jìn)有絲分裂及免疫調(diào)節(jié)等功能。此外，木聚糖酶的另一主要應(yīng)用是作為木聚糖酶活性測(cè)定的底物。由于木聚糖酶廣泛應(yīng)用于飼料工業(yè)中，其可以分解飼料工業(yè)中的原料細(xì)胞壁以及β-葡聚糖，降低飼料用糧中的非淀粉多糖，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。它可以將飼料的非淀粉多糖(NSPS)分解成較小聚合度的低聚木糖，從而改善飼料性能，消除或降低非淀粉多糖在動(dòng)物腸胃中因粘度較大而引起的抗?fàn)I養(yǎng)作用同時(shí)它可以破壞植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)源性消化酶的活性，提高飼料養(yǎng)分的利用。因此，在飼料研究領(lǐng)域中急需與飼料用酶相關(guān)性高的木聚糖作為活性測(cè)定底物。
目前木聚糖的提取來(lái)源包括各種禾本種，谷類和草本植物等。麥麩是一種常見(jiàn)的提取來(lái)源，它是由制粉工業(yè)大量產(chǎn)生的可利用資源，其主要成分為含量約46％的分淀粉性多糖，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，而最主要的非淀粉性多糖就是木棸糖。麥麩中的木聚糖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(guò)酸橋和氫鍵的束縛難以實(shí)現(xiàn)在水中提取。
現(xiàn)今研究比較成熟的從麥麩中提取木聚糖的工藝，包括高溫堿法或超聲波輔助提取法等，但高溫和超聲手段，容易破壞木聚糖分子，并且生產(chǎn)出的木聚糖雜質(zhì)殘留很多，不能滿足需要。尤其在飼料研究領(lǐng)域的木聚糖酶制備過(guò)程中，木聚糖作為酶活測(cè)定底物，需要嚴(yán)格的來(lái)源、活性和純度要求。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，申請(qǐng)人在前期實(shí)驗(yàn)中通過(guò)大量單因素和正交試驗(yàn)，對(duì)麩皮堿提取方法進(jìn)行了步驟和參數(shù)的優(yōu)化，包括前期的純化和后期的提取過(guò)程，從而獲得一套適于小麥麩皮提取的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于麥麩木聚糖提取率低的技術(shù)缺陷，提供一種新的小麥麩皮中提取木聚糖的方法，該提取方法條件溫和，效率高，且可重復(fù)性好。
本發(fā)明的方法，包括如下步驟：
小麥麩預(yù)處理
1)將小麥粉碎過(guò)篩；
2)小麥麩脫淀粉用細(xì)孔棉布包裹已過(guò)篩的步驟1)的小麥麩，加入胰液素，用橡皮筋扎緊，在熱水中多次搓洗并擰干；
3)將已脫淀粉的步驟2)的麩皮放入5L燒杯中，加入EDTA溶液，攪拌1h，用細(xì)孔棉布過(guò)濾后再用蒸餾水清洗并擰干，105℃，4h烘干，粉碎保存；
木聚糖提取
4)堿溶稱取適量步驟3)經(jīng)預(yù)處理后的小麥麩，加入過(guò)氧化氫溶液，邊磁力攪拌邊加入4M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至堿性，加熱恒溫水浴震蕩過(guò)夜；
5)再用10％鹽酸調(diào)節(jié)上述步驟4)的溶液pH值至弱酸性，靜置，抽濾過(guò)兩層細(xì)孔棉布，最后用少量蒸餾水清洗濾渣；
6)乙醇沉淀步驟5)獲得的濾液邊磁力攪拌邊加入過(guò)量的無(wú)水乙醇，自然沉淀；
7)沉淀烘干。
上述步驟1)為取200～300g小麥麩粉碎，過(guò)60目篩；
上述步驟3)中的EDTA溶液濃度為0.2％(w/v)；
上述步驟4)中小麥麩與過(guò)氧化氫溶液的料液比為1:50；
上述步驟6)的沉降時(shí)間為3h；
上述步驟7)中還包括烘干后倒去上清液，沉淀先65℃烘至松軟且不易破碎后，再105℃烘4h至絕干，粉碎過(guò)100目，陰涼干燥處保存。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益技術(shù)效果：
1)本發(fā)明提取方法，包括了麩皮的預(yù)處理和提取步驟。預(yù)處理過(guò)程中通過(guò)加入胰液素等有效的脫除淀粉等雜質(zhì)；在提取步驟中，通過(guò)加入過(guò)氧化氫有效的脫除木質(zhì)素并起到漂白作用，同時(shí)作為大分子木聚糖的溫和增溶劑，促進(jìn)木聚糖的溶解；隨后經(jīng)中和、過(guò)濾后濾液中溶劑的木聚糖通過(guò)有機(jī)溶劑沉淀提取。整個(gè)過(guò)程通過(guò)條件參數(shù)的優(yōu)化，獲得一套木聚糖提取率高的方法，該方法獲得的麩皮提取率都在30％以上。
2)本發(fā)明同一批次和不同批次的提取率變異系數(shù)均不超過(guò)8％，具有良好穩(wěn)定性。
3)本發(fā)明的方法制備的木聚糖具有高純度，穩(wěn)定性好。
4)本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，條件溫和，在提取過(guò)程中不涉及高溫或超聲波等劇烈步驟，最大程度的保護(hù)了木聚糖的分子，提高了產(chǎn)品的品質(zhì)。
5)本發(fā)明以小麥麩皮為基礎(chǔ)提取獲得的木聚糖酶，由于與飼料工業(yè)的木聚糖酶相關(guān)性更高，更適于木聚糖酶活的準(zhǔn)確測(cè)定，為飼料木聚糖酶研究提供基礎(chǔ)。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，但并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
以下實(shí)施例中采用的儀器和設(shè)備包括：
細(xì)孔棉布
植物樣品粉碎機(jī)
試驗(yàn)篩：孔徑0.30mm(60目)
天平：2000g，分度值0.01g
分析天平：分度值0.0001g
pH計(jì)：分度值0.01
磁力攪拌器(型號(hào)：EMS-9A，天津市歐諾儀器儀表有限公司)
恒溫水浴震蕩器(型號(hào)：SDSHZ-300A，江蘇太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠)
真空泵(型號(hào)：FY-IH-N，飛越)
抽濾瓶
布氏漏斗(直徑9cm)
旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(型號(hào)：RV8，HB10，廣東儀科實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有限公司)
電熱鼓風(fēng)干燥箱(型號(hào)：SHG-9140A，中儀國(guó)科(北京)科技有限公司)
快速低溫冷卻循環(huán)泵(型號(hào)：DLK-5003，寧波新芝生物科技有限公司)
所采用的試劑和材料包括：
小麥麩：按照GB/T 14699.1進(jìn)行飼料的采樣，樣品制備后應(yīng)盡快檢驗(yàn)。
乙二胺四乙酸溶液，濃度為0.2％：稱取EDTA 0.2g，溶于蒸餾水中，定容至100mL。
過(guò)氧化氫溶液，濃度為30％
氫氧化鈉溶液，濃度為4mol/L：稱取160g NaOH，溶于蒸餾水，定容至1000mL。
鹽酸溶液，濃度為10％：量取134mL濃鹽酸，用蒸餾水定容至500mL(注意先加水，后加鹽酸)。
無(wú)水乙醇，分析純
木聚糖的提取率計(jì)算方法如下：
試驗(yàn)中提取率用R表示
式中：
R(％)：木聚糖提取率，％；
m2：6.2中預(yù)處理后的麩皮稱樣重，單位為g；
m3：提取出底物木聚糖重量，單位為g；
r(％)：麥麩預(yù)處理后與處理前的比值，％。
小麥麩皮預(yù)處理后的獲得率用r表示：
式中：
m0：預(yù)處理前麩皮的量，單位為g；
m1：預(yù)處理后麩皮的量，單位為g。
實(shí)施例1：原產(chǎn)地北京的小麥麩木聚糖提取及提取率測(cè)定
小麥麩預(yù)處理：取200～300g北京原產(chǎn)地的小麥麩粉碎，過(guò)60目篩。用細(xì)孔棉布包裹已過(guò)篩的小麥麩，加入胰液素，用橡皮筋扎緊，在熱水中多次搓洗并擰干。將已脫淀粉的麩皮放入5L燒杯中，加入0.2％(w/v)EDTA溶液，攪拌1h，用細(xì)孔棉布(4.1)過(guò)濾后再用蒸餾水清洗并擰干。105℃，4h烘干，粉碎保存。
木聚糖提?。簤A溶稱取適量經(jīng)預(yù)處理后的小麥麩，加入過(guò)氧化氫溶液，料液比1:50，邊磁力攪拌邊加入4M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至堿性，加熱恒溫水浴震蕩過(guò)夜。再用10％鹽酸調(diào)節(jié)上述溶液pH值至弱酸性，靜置，抽濾過(guò)兩層細(xì)孔棉布，最后用少量蒸餾水清洗濾渣。濾液邊磁力攪拌邊加入過(guò)量的無(wú)水乙醇，自然沉淀3h。沉淀烘干倒去上清液，沉淀先65℃烘至松軟且不易破碎后，再105℃烘4h至絕干，粉碎過(guò)100目，陰涼干燥處保存。根據(jù)上述公式測(cè)定提取率為31.12％。
實(shí)施例2：原產(chǎn)地江蘇的小麥麩木聚糖提取
除小麥麩皮來(lái)源于江蘇外，其他參數(shù)與實(shí)施例1相同，根據(jù)上述公式測(cè)定提取率為31.07％。
實(shí)施例3：原產(chǎn)地吉林的小麥麩木聚糖提取
除小麥麩皮來(lái)源于吉林外，其他參數(shù)與實(shí)施例1相同，根據(jù)上述公式測(cè)定提取率為32.09％。
實(shí)施例4：原產(chǎn)地陜西的小麥麩木聚糖提取
除小麥麩皮來(lái)源于陜西外，其他參數(shù)與實(shí)施例1相同，根據(jù)上述公式測(cè)定提取率為31.19％。
實(shí)施例5：原產(chǎn)地河南的小麥麩木聚糖提取
除小麥麩皮來(lái)源于河南外，其他參數(shù)與實(shí)施例1相同，根據(jù)上述公式測(cè)定提取率為33.81％。
上述實(shí)施例1-5的小麥麩皮中提取木聚糖結(jié)果如下：
表1：不同原料來(lái)源的木聚糖提取率對(duì)比
結(jié)果表明，不同來(lái)源的麩皮木聚糖提取率都在30％以上，且變異系數(shù)較小，適于推廣。
實(shí)施例6：對(duì)來(lái)自北京的不同批次的小麥麩皮進(jìn)行檢測(cè)。
小麥麩預(yù)處理：取200～300g北京原產(chǎn)地的小麥麩粉碎，過(guò)60目篩。用細(xì)孔棉布包裹已過(guò)篩的小麥麩，加入胰液素，用橡皮筋扎緊，在熱水中多次搓洗并擰干。將已脫淀粉的麩皮放入5L燒杯中，加入0.2％(w/v)EDTA溶液，攪拌1h，用細(xì)孔棉布(4.1)過(guò)濾后再用蒸餾水清洗并擰干。105℃，4h烘干，粉碎保存。
木聚糖提?。簤A溶稱取適量經(jīng)預(yù)處理后的小麥麩，加入過(guò)氧化氫溶液，料液比1:50，邊磁力攪拌邊加入4M NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至堿性，加熱恒溫水浴震蕩過(guò)夜。再用10％鹽酸調(diào)節(jié)上述溶液pH值至弱酸性，靜置，抽濾過(guò)兩層細(xì)孔棉布，最后用少量蒸餾水清洗濾渣。濾液邊磁力攪拌邊加入過(guò)量的無(wú)水乙醇，自然沉淀3h。沉淀烘干倒去上清液，沉淀先65℃烘至松軟且不易破碎后，再105℃烘4h至絕干，粉碎過(guò)100目，陰涼干燥處保存。比較不同批次的木聚糖提取率，結(jié)果如下表2：
表2：北京來(lái)源小麥麩皮不同批次的木聚糖提取率對(duì)比
由上表數(shù)據(jù)可知，不同批次間提取效率相似，具有較低的變異系數(shù)，表明該方法的可重復(fù)性好，適于推廣。
實(shí)施例7：作為飼料木聚糖酶底物測(cè)定的酶活(GB/T 23874-2009)檢測(cè)
對(duì)實(shí)施例1-5中不同來(lái)源的小麥麩皮提取的木聚糖為底物，同時(shí)以燕麥和山毛櫸來(lái)源的木聚糖為對(duì)照，進(jìn)行木聚糖酶酶活測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果表明本發(fā)明麩皮來(lái)源的木聚糖更適于作為酶活底物，且其變異系數(shù)也不超過(guò)8％，如下表3。
表3：不同來(lái)源的木聚糖酶底物酶活對(duì)比(U/g)稀釋倍數(shù)：90萬(wàn)
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明任何形式上的限制。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出可能的變動(dòng)和修飾，或改動(dòng)為等同的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同替換、等效變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。