碱性过氧化氢法提取麦麸中的非淀粉性多糖

2011-12-19徐竟一陈海波

邯郸职业技术学院学报 2011年1期

关键词：树胶麦麸木糖

徐竟一陈海波

(河南工业职业技术学院,河南南阳 473009)

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)

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 (pH11.5)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%。

碱性过氧化氢;非淀粉性多糖;麦麸

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 (Glucuronoarabinoxylans,GAX)(占非淀粉性多糖的 70%)、纤维素和 (1-3),(1-4)-β-D-葡聚糖。通常情况下,麦麸中的小麦麸的 GAX主要由β-(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α-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 diferulic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、H2O2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Meneba Meel BV(Rotterdam,The Netherlands)提供。分别由 AACC-Methods18 44-19,08-01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)-β-D-葡聚糖的含量通过检验β-葡聚糖的混合键来测定。

稀释过氧化氢溶液并测定其浓度 (H2O2;30%;Vel,Leuven,Belgium),用 4.0 M NaOH调节 pH至11.5(Acros,Geel,Belgium)。碱性 (pH 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 AHP-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 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%)。

通过 (6000×g/20 min)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 2.0 M三氟乙酸 (Trifluoroacetic Acid, TFA)(Acros,Geel,Belgium)水解 120min。由 2.5 mL样品和 2.5mL 4.0 M TFA混合组成的 2.0 M溶液来水解悬浮物,并在 110℃用热处理 60 min。把醋酸盐加到装有火焰电离计的 9011气相色谱(Chrompack,Middelburg,TheNetherlands)的 SP-2380柱子 (30m;0.32 mm i.d.;0.2μm film thickness; Supelco,Belleforte,PA)中,在 225℃分离,在 275℃时注入样品并测量其作为固有特性的β-D-葡萄糖的含量 (Sigma Chemicals Co.,StLouis,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)-β-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(Arabinoxylans,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)-β-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、β-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%AHP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 15min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 6 h后在 25℃条件下用 H2O2处理,溶解 24h浓度增加为 75%。Doner和 Hicks发现在 25℃用碱性的 H2O2从玉米纤维中提取的时间从 8h增加到 24 h,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 Hicks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)

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 (AHP-1.0%,60℃,4 h,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 H2O2溶液在 60℃从麦麸中提取 4h。用 H2O2溶液提取葡萄糖、木糖和树胶醛糖,在 H2O2溶液浓度达到 2.0%后,就算再增加 H2O2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 AHP-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AHP-2.0%从麦麸中提取三种单糖是非常有效的。