微波辅助提取青稞β-葡聚糖工艺优化

罗燕平，李家林，张雪飞

（1.翁源广业清怡食品科技有限公司，广东韶关　512000；2.广东省食品工业研究所，广东广州　510220；3.广东省食品公共实验室，广东广州　510220）



微波辅助提取青稞β-葡聚糖工艺优化

罗燕平1，2，李家林1，2，张雪飞2，3

（1.翁源广业清怡食品科技有限公司，广东韶关512000；2.广东省食品工业研究所，广东广州510220；3.广东省食品公共实验室，广东广州510220）

以青稞为原料，采用微波辅助法提取β-葡聚糖。研究了微波功率、微波处理时间、pH值、粉碎粒度对其得率的影响，通过正交试验优化了提取工艺。结果表明，微波辅助提取青稞β-葡聚糖得率的最佳工艺条件为微波功率800 W，微波处理时间160 s，pH值10.5，粉碎粒度60目。该条件下，β-葡聚糖的得率为5.92%；各因素对微波辅助提取青稞β-葡聚糖得率的影响大小依次为微波功率＞pH值＞微波处理时间＞粉碎粒度。三氯乙酸法、Sevage法及木瓜蛋白酶法3种除蛋白方法中，木瓜蛋白酶法效果最佳，其蛋白质去除率可达88.6%，β-葡聚糖保留率可达91.3%。

青稞；β-葡聚糖；微波；提取

青稞是禾本科大麦属的一种禾谷类作物，又称裸大麦、元麦、米大麦，主要产自西藏、青海、四川、云南等地［1］。青稞具有丰富的营养价值，含有较高的β-葡聚糖、蛋白质、纤维素和维生素，以及含量较低的脂肪和糖类［2］。据检测，青稞β-葡聚糖平均含量为6.57%，优良品种青稞25含量为8.6%，是小麦平均含量的50倍。根据国内外研究报道，β-葡聚糖具有清肠、调节血糖、降低胆固醇和调节免疫力的四大生理功能［3-5］。

传统的β-葡聚糖提取方法有热水法、酸法和碱法［6］。热水法提取β-葡聚糖得率低，提取时间长；酸法提取β-葡聚糖纯度低；碱法提取时间较长。微波作为一种现代化食品加工技术，加热效率高、处理温度低且加热均匀，能够较好地保持食品组分中的色香味和营养物质含量［7-9］。因此，本文采用微波辅助法，从青稞中提取β-葡聚糖，研究微波功率、微波处理时间、pH值和粉碎粒度4个因素对其得率影响，通过正交试验优化提取工艺，为青稞β-葡聚糖的提取提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验材料

青稞购于西藏市场；β-葡聚糖标准样品，Sigma公司产品。

1.2试验仪器

格兰仕微波炉，广州格兰仕公司产品；723型可见分光光度计，上海棱光技术有限公司产品；RE-52B型旋转蒸发仪，上海笠化仪器设备有限公司产品；PHS-25型数显酸度计，上海虹益仪器仪表有限公司产品；Centrifuge 5430型台式高速离心机，德国艾本德股份公司产品；SKD-2000型全自动凯氏定氮仪，上海沛欧分析仪器有限公司产品。

1.3试验方法

1.3.1微波提取青稞β-葡聚糖的工艺流程

青稞→粉碎→微波辅助提取→中温、α-淀粉酶处理→离心（4 000 r/min，10 min） →上清液pH值调至7→真空浓缩→醇沉（浓缩液3倍体积的95%乙醇） →离心（4 500 r/min，10 min） →沉淀冷冻干燥→青稞β-葡聚糖粗提物。

1.3.2青稞β-葡聚糖得率测定

采用刚果红标准曲线法测定青稞提取物中β-葡聚糖含量［10］，按下述公式计算青稞β-葡聚糖得率。

式中：Y——青稞β-葡聚糖得率，%；

M1——提取的青稞β-葡聚糖质量，g；

M——干燥的青稞原料质量，g。

1.3.3单因素试验设计

主要研究微波功率（600，700，800，900，1 000 W）、粉碎粒度（40，50，60，70，80目）、pH值（8，9，10，11，12） 和微波处理时间（60，120，180，240，300 s）等因素对青稞β-葡聚糖得率的影响。试验时，每个条件下试验设计3次平均试验。

1.3.4正交试验设计

在单因素试验的基础上，选取微波功率、粉碎粒度、pH值和微波处理时间4个因素设计正交试验，确定最优工艺条件。

1.3.5青稞β-葡聚糖粗品的除蛋白方法

青稞β-葡聚糖粗品去除蛋白质的方法主要有三氯乙酸法（TCA法）、Sevage法和木瓜蛋白酶法，以蛋白质的去除率和β-葡聚糖的保留率为指标进行研究，确定最佳的方法。

（1）三氯乙酸法（TCA法）。取200 mL多糖提取液，滴加8%的三氯乙酸200 mL，混匀静置8 h，离心（4 000 r/min，10 min） 除去沉淀，得到脱蛋白液。分别测定蛋白质去除率和β-葡聚糖保留率。

（2） Sevage法。取200 mL多糖提取液，滴加1 000 mL Sevage试剂（氯仿∶正丁醇=5∶1），混合均匀，离心（4 000 r/min，10 min），除去水层和溶液层交界处的变性蛋白质。重复4次，直到离液面交界处无白色混悬，得到脱蛋白液。分别测定蛋白质去除率和β-葡聚糖保留率。

（3）木瓜蛋白酶法。取200 mL多糖提取液，加入木瓜蛋白酶，调节pH值至6～7，置于50℃水浴4 h，采用80℃水浴，灭木瓜蛋白酶40 min，得到脱蛋白液。分别测定蛋白质去除率和β-葡聚糖保留率。

按照下列公式计算蛋白质去除率和β-葡聚糖的保留率。

蛋白质去除率=

2　结果与分析

2.1单因素试验结果

2.1.1微波功率对青稞β-葡聚糖得率的影响

微波功率在600，700，800，900，1 000 W条件下，对青稞中β-葡聚糖得率的影响。

微波功率对青稞β-葡聚糖得率的影响见图1。

图1　微波功率对青稞β-葡聚糖得率的影响

由图1可知，青稞中β-葡聚糖得率会随着微波功率的增大而逐渐上升，在800 W时达到最大值；继续增加微波功率，β-葡聚糖得率会下降。这可能是因为加大微波功率，使部分不可溶β-葡聚糖的糖苷键发生变化，转化为水溶性β-葡聚糖，所以β-葡聚糖得率升高。当微波功率过高时，导致β-葡聚糖结构被破坏，β-葡聚糖得率降低。因此，微波功率适宜选择800 W。

2.1.2微波处理时间对青稞β-葡聚糖得率的影响

微波处理时间在60，120，180，240，300 s条件下，对青稞中β-葡聚糖得率的影响。

微波处理时间对青稞β-葡聚糖得率的影响见图2。

由图2可知，青稞中β-葡聚糖得率会随着微波处理时间的增加而逐渐增加，在180 s时达到最大值；继续增加处理时间，β-葡聚糖得率会下降。随着微波长时间的加热，青稞颗粒的胚乳细胞壁破裂，使其中的β-葡聚糖溶解，所以β-葡聚糖得率随着微波处理时间的增加而上升。当微波处理时间过长时，导致β-葡聚糖结构被破坏，β-葡聚糖得率降低。因此，微波处理时间适宜选择180 s。

图2　微波处理时间对青稞β-葡聚糖得率的影响

2.1.3pH值对青稞β-葡聚糖得率的影响

pH值在8，9，10，11，12的条件下，对青稞中β-葡聚糖得率的影响。

pH值对青稞β-葡聚糖得率的影响见图3。

图3　pH值对青稞β-葡聚糖得率的影响

由图3可知，青稞中β-葡聚糖得率随着pH值的增加出现先增大后减小的趋势，在pH值为10时，得率达到最大值。β-葡聚糖本身显碱性，所以在碱性溶液中有利于β-葡聚糖的提取，但是pH值大于10后，β-葡聚糖的糖苷键会断裂，导致β-葡聚糖得率下降。另外，pH值大于10后，提取液的颜色逐渐加深，这可能是提取过程中体系发生美拉德反应所造成。综合考虑，pH值适宜选择10。

2.1.4粉碎粒度对青稞β-葡聚糖得率的影响

粉碎粒度在40，50，60，70，80目的条件下，对青稞中β-葡聚糖得率的影响。

粉碎粒度对青稞β-葡聚糖得率的影响见图4。

图4　粉碎粒度对青稞β-葡聚糖得率的影响

由图4可知，青稞中β-葡聚糖得率随着粉碎粒度的增加出现先增大后减小的趋势，在粉碎粒度为60目时，得率达到最大值。这是由于适宜的粉碎粒度有利于β-葡聚糖的充分溶解。粉碎粒度适宜选择60目。

2.2正交试验优化β-葡聚糖的提取

对影响β-葡聚糖得率的主要因素设计正交试验，以β-葡聚糖得率为指标，采用L9（34）正交表安排试验。

因素与水平设计见表1，正交试验结果见表2，方差分析结果见表3。

表1　因素与水平设计

由表2中极差R可知，各因素对β-葡聚糖影响的次序为微波功率＞pH值＞微波处理时间＞粉碎粒度。优化的提取条件为A2C3B1D2，即微波功率800 W，pH值10.5，微波处理时间160 s，粉碎粒度60目。

表2　正交试验结果

表3　方差分析结果

由表3可知，微波功率对青稞β-葡聚糖得率的影响显著，pH值、微波处理时间、粉碎粒度对得率的影响不显著。

按照优化的条件，即粉碎粒度60目，微波功率800 W，微波处理时间160 s，pH值10.5的条件，取2 kg青稞提取β-葡聚糖，并进行3次验证试验，β-葡聚糖得率平均值为5.92%。

图5　3种除蛋白方法比较

2.3β-葡聚糖粗品除蛋白方法比较

3种除蛋白方法比较见图5。

由图5可知，TCA法和Sevage法除蛋白的效果不是很好，同时TCA法和Sevage法所用的试剂三氯乙酸、氯仿和正丁醇均为有机溶剂，易挥发，对环境造成污染。木瓜蛋白酶法的蛋白质去除率和β-葡聚糖保留率均较高，并且木瓜蛋白酶用量较少。因此，除蛋白的最佳方法是木瓜蛋白酶法。

3　结论

（1）微波辅助提取青稞β-葡聚糖得率的最佳工艺条件为微波功率800 W，微波处理时间160 s，pH值10.5，粉碎粒度60目。该条件下，β-葡聚糖的得率为5.92%。

（2）各因素对微波辅助提取青稞β-葡聚糖得率的影响大小依次为微波功率＞pH值＞微波处理时间＞粉碎粒度。

（3）三氯乙酸法、Sevage法及木瓜蛋白酶法3种除蛋白方法中，木瓜蛋白酶法效果最佳，其蛋白质去除率可达88.6%，β-葡聚糖保留率可达91.3%；三氯乙酸法次之；Sevage法最差。

［1］贾莹.青稞麸皮水溶性β-葡聚糖的提取、分离纯化和性质研究 ［D］.上海：华东理工大学，2013.

［2］李涛，王金水，李露.青稞的特性及其应用现状 ［J］.农产品工（学刊），2009（9）：92-93，96.

［3］宋江南，田明杰，苏立宏，等.青稞β-葡聚糖对高脂诱导的C57小鼠胆固醇代谢的影响 ［J］.中华疾病控制杂志，2013，17（2）：93-95.

［4］李文，杨焱，周帅，等.8种食用菌水溶性粗多糖的β-葡聚糖含量与体外免疫活性研究 ［J］.食用菌学报，2012，19（1）：65-69.

［5］张亚茹.丛峰松黑酵母β-1，3-1，6-葡聚糖对小鼠肿瘤及免疫功能的影响 ［J］.食品科学，2012，33（19）：306-309.

［6］连喜军，张平平，罗庆丰.西藏青稞β-葡聚糖提取研究 ［J］.粮食与油脂，2006（1）：27-28.

［7］陈业高，海丽娜，毕先钧.微波辐射在天然药用活性成分提取分离中的应用 ［J］.微波学报，2003，19（2）：85-89.

［8］Kratchanova M，Pavlova E，I Panchev.The effect of microwave heating of fresh orange peels on the fruit tissue and quality of extracted pectin［J］.Carbohydrate Polymers，2004，56：181-185.

［9］王尚玉，舒静，夏文水.燕麦麸皮β-葡聚糖的微波辅助浸提技术研究 ［J］.食品工业科技，2005，26（16）：143-144，171.

［10］江春艳，严冬，袁瑞瑛，等.紫外分光光度法测定西藏青稞中β-葡聚糖的含量 ［J］.西藏大学报，2010，25（1）：11-12.◇

Optimization of Microwave-Assisted Extraction Technology of β-Glucan from Barleys

LUO Yanping1，2，LI Jialin1，2，ZHANG Xuefei2，3
（1.Wengyuan Guangye Swiss Food Science&Technology Co.，Ltd.，Shaoguan，Guangdong 512000，China；2.Guangdong Food Industry Institute，Guangzhou，Guangdong 510220，China；3.Guangdong Food Public Laboratory，Guangzhou，Guangdong 510220，China）

Microwave assisted extraction technology is used to extract β-glucan from barley.The effect of microwave power，microwave processing time，pH，particle size on barley β-glucan yield are studied.Orthogonal tests are used to optimize extraction process.Results show that the optimized extraction process should be as follows：microwave power 800 W，microwave processing time 160 s，pH 10.5 and particle size 60.In this condition，the yield of β-glucan could reach 5.92%. The order of factors that influence the β-glucan yield is as follow：microwave power＞microwave processing time＞pH＞particle size.It shows that the papain method is the best，its protein removal rate could reach 88.6%，β-glucan retention rate can reach 91.3%.

barleys；β-glucan；microwave；extraction

TQ914.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.07.039

1671-9646（2016）07b-0035-04

2016-05-31

韶关市科技计划项目（韶科［2015］72号）。

罗燕平（1961— ），男，本科，工程师，研究方向为食品添加剂生产技术。