微波輔助提取青稞β-葡聚糖工藝優(yōu)化

羅燕平，李家林，張雪飛

（1.翁源廣業(yè)清怡食品科技有限公司，廣東韶關(guān)　512000；2.廣東省食品工業(yè)研究所，廣東廣州　510220；3.廣東省食品公共實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州　510220）

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微波輔助提取青稞β-葡聚糖工藝優(yōu)化

羅燕平1，2，李家林1，2，張雪飛2，3

（1.翁源廣業(yè)清怡食品科技有限公司，廣東韶關(guān)512000；2.廣東省食品工業(yè)研究所，廣東廣州510220；3.廣東省食品公共實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510220）

以青稞為原料，采用微波輔助法提取β-葡聚糖。研究了微波功率、微波處理時間、pH值、粉碎粒度對其得率的影響，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了提取工藝。結(jié)果表明，微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的最佳工藝條件為微波功率800 W，微波處理時間160 s，pH值10.5，粉碎粒度60目。該條件下，β-葡聚糖的得率為5.92%；各因素對微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的影響大小依次為微波功率＞pH值＞微波處理時間＞粉碎粒度。三氯乙酸法、Sevage法及木瓜蛋白酶法3種除蛋白方法中，木瓜蛋白酶法效果最佳，其蛋白質(zhì)去除率可達(dá)88.6%，β-葡聚糖保留率可達(dá)91.3%。

青稞；β-葡聚糖；微波；提取

青稞是禾本科大麥屬的一種禾谷類作物，又稱裸大麥、元麥、米大麥，主要產(chǎn)自西藏、青海、四川、云南等地［1］。青稞具有豐富的營養(yǎng)價值，含有較高的β-葡聚糖、蛋白質(zhì)、纖維素和維生素，以及含量較低的脂肪和糖類［2］。據(jù)檢測，青稞β-葡聚糖平均含量為6.57%，優(yōu)良品種青稞25含量為8.6%，是小麥平均含量的50倍。根據(jù)國內(nèi)外研究報道，β-葡聚糖具有清腸、調(diào)節(jié)血糖、降低膽固醇和調(diào)節(jié)免疫力的四大生理功能［3-5］。

傳統(tǒng)的β-葡聚糖提取方法有熱水法、酸法和堿法［6］。熱水法提取β-葡聚糖得率低，提取時間長；酸法提取β-葡聚糖純度低；堿法提取時間較長。微波作為一種現(xiàn)代化食品加工技術(shù)，加熱效率高、處理溫度低且加熱均勻，能夠較好地保持食品組分中的色香味和營養(yǎng)物質(zhì)含量［7-9］。因此，本文采用微波輔助法，從青稞中提取β-葡聚糖，研究微波功率、微波處理時間、pH值和粉碎粒度4個因素對其得率影響，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝，為青稞β-葡聚糖的提取提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

青稞購于西藏市場；β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)樣品，Sigma公司產(chǎn)品。

1.2試驗(yàn)儀器

格蘭仕微波爐，廣州格蘭仕公司產(chǎn)品；723型可見分光光度計，上海棱光技術(shù)有限公司產(chǎn)品；RE-52B型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海笠化儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；PHS-25型數(shù)顯酸度計，上海虹益儀器儀表有限公司產(chǎn)品；Centrifuge 5430型臺式高速離心機(jī)，德國艾本德股份公司產(chǎn)品；SKD-2000型全自動凱氏定氮儀，上海沛歐分析儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1微波提取青稞β-葡聚糖的工藝流程

青稞→粉碎→微波輔助提取→中溫、α-淀粉酶處理→離心（4 000 r/min，10 min） →上清液pH值調(diào)至7→真空濃縮→醇沉（濃縮液3倍體積的95%乙醇） →離心（4 500 r/min，10 min） →沉淀冷凍干燥→青稞β-葡聚糖粗提物。

1.3.2青稞β-葡聚糖得率測定

采用剛果紅標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定青稞提取物中β-葡聚糖含量［10］，按下述公式計算青稞β-葡聚糖得率。

式中：Y——青稞β-葡聚糖得率，%；

M1——提取的青稞β-葡聚糖質(zhì)量，g；

M——干燥的青稞原料質(zhì)量，g。

1.3.3單因素試驗(yàn)設(shè)計

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） 和微波處理時間（60，120，180，240，300 s）等因素對青稞β-葡聚糖得率的影響。試驗(yàn)時，每個條件下試驗(yàn)設(shè)計3次平均試驗(yàn)。

1.3.4正交試驗(yàn)設(shè)計

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取微波功率、粉碎粒度、pH值和微波處理時間4個因素設(shè)計正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)工藝條件。

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質(zhì)的方法主要有三氯乙酸法（TCA法）、Sevage法和木瓜蛋白酶法，以蛋白質(zhì)的去除率和β-葡聚糖的保留率為指標(biāo)進(jìn)行研究，確定最佳的方法。

（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，混勻靜置8 h，離心（4 000 r/min，10 min） 除去沉淀，得到脫蛋白液。分別測定蛋白質(zhì)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試劑（氯仿∶正丁醇=5∶1），混合均勻，離心（4 000 r/min，10 min），除去水層和溶液層交界處的變性蛋白質(zhì)。重復(fù)4次，直到離液面交界處無白色混懸，得到脫蛋白液。分別測定蛋白質(zhì)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，調(diào)節(jié)pH值至6～7，置于50℃水浴4 h，采用80℃水浴，滅木瓜蛋白酶40 min，得到脫蛋白液。分別測定蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖保留率。

按照下列公式計算蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖的保留率。

蛋白質(zhì)去除率=

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1微波功率對青稞β-葡聚糖得率的影響

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

微波功率對青稞β-葡聚糖得率的影響見圖1。

圖1　微波功率對青稞β-葡聚糖得率的影響

由圖1可知，青稞中β-葡聚糖得率會隨著微波功率的增大而逐漸上升，在800 W時達(dá)到最大值；繼續(xù)增加微波功率，β-葡聚糖得率會下降。這可能是因?yàn)榧哟笪⒉üβ?，使部分不可溶?葡聚糖的糖苷鍵發(fā)生變化，轉(zhuǎn)化為水溶性β-葡聚糖，所以β-葡聚糖得率升高。當(dāng)微波功率過高時，導(dǎo)致β-葡聚糖結(jié)構(gòu)被破壞，β-葡聚糖得率降低。因此，微波功率適宜選擇800 W。

2.1.2微波處理時間對青稞β-葡聚糖得率的影響

微波處理時間在60，120，180，240，300 s條件下，對青稞中β-葡聚糖得率的影響。

微波處理時間對青稞β-葡聚糖得率的影響見圖2。

由圖2可知，青稞中β-葡聚糖得率會隨著微波處理時間的增加而逐漸增加，在180 s時達(dá)到最大值；繼續(xù)增加處理時間，β-葡聚糖得率會下降。隨著微波長時間的加熱，青稞顆粒的胚乳細(xì)胞壁破裂，使其中的β-葡聚糖溶解，所以β-葡聚糖得率隨著微波處理時間的增加而上升。當(dāng)微波處理時間過長時，導(dǎo)致β-葡聚糖結(jié)構(gòu)被破壞，β-葡聚糖得率降低。因此，微波處理時間適宜選擇180 s。

圖2　微波處理時間對青稞β-葡聚糖得率的影響

2.1.3pH值對青稞β-葡聚糖得率的影響

pH值在8，9，10，11，12的條件下，對青稞中β-葡聚糖得率的影響。

pH值對青稞β-葡聚糖得率的影響見圖3。

圖3　pH值對青稞β-葡聚糖得率的影響

由圖3可知，青稞中β-葡聚糖得率隨著pH值的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在pH值為10時，得率達(dá)到最大值。β-葡聚糖本身顯堿性，所以在堿性溶液中有利于β-葡聚糖的提取，但是pH值大于10后，β-葡聚糖的糖苷鍵會斷裂，導(dǎo)致β-葡聚糖得率下降。另外，pH值大于10后，提取液的顏色逐漸加深，這可能是提取過程中體系發(fā)生美拉德反應(yīng)所造成。綜合考慮，pH值適宜選擇10。

2.1.4粉碎粒度對青稞β-葡聚糖得率的影響

粉碎粒度在40，50，60，70，80目的條件下，對青稞中β-葡聚糖得率的影響。

粉碎粒度對青稞β-葡聚糖得率的影響見圖4。

圖4　粉碎粒度對青稞β-葡聚糖得率的影響

由圖4可知，青稞中β-葡聚糖得率隨著粉碎粒度的增加出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在粉碎粒度為60目時，得率達(dá)到最大值。這是由于適宜的粉碎粒度有利于β-葡聚糖的充分溶解。粉碎粒度適宜選擇60目。

2.2正交試驗(yàn)優(yōu)化β-葡聚糖的提取

對影響β-葡聚糖得率的主要因素設(shè)計正交試驗(yàn)，以β-葡聚糖得率為指標(biāo)，采用L9（34）正交表安排試驗(yàn)。

因素與水平設(shè)計見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析結(jié)果見表3。

表1　因素與水平設(shè)計

由表2中極差R可知，各因素對β-葡聚糖影響的次序?yàn)槲⒉üβ剩緋H值＞微波處理時間＞粉碎粒度。優(yōu)化的提取條件為A2C3B1D2，即微波功率800 W，pH值10.5，微波處理時間160 s，粉碎粒度60目。

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果

表3　方差分析結(jié)果

由表3可知，微波功率對青稞β-葡聚糖得率的影響顯著，pH值、微波處理時間、粉碎粒度對得率的影響不顯著。

按照優(yōu)化的條件，即粉碎粒度60目，微波功率800 W，微波處理時間160 s，pH值10.5的條件，取2 kg青稞提取β-葡聚糖，并進(jìn)行3次驗(yàn)證試驗(yàn)，β-葡聚糖得率平均值為5.92%。

圖5　3種除蛋白方法比較

2.3β-葡聚糖粗品除蛋白方法比較

3種除蛋白方法比較見圖5。

由圖5可知，TCA法和Sevage法除蛋白的效果不是很好，同時TCA法和Sevage法所用的試劑三氯乙酸、氯仿和正丁醇均為有機(jī)溶劑，易揮發(fā)，對環(huán)境造成污染。木瓜蛋白酶法的蛋白質(zhì)去除率和β-葡聚糖保留率均較高，并且木瓜蛋白酶用量較少。因此，除蛋白的最佳方法是木瓜蛋白酶法。

3　結(jié)論

（1）微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的最佳工藝條件為微波功率800 W，微波處理時間160 s，pH值10.5，粉碎粒度60目。該條件下，β-葡聚糖的得率為5.92%。

（2）各因素對微波輔助提取青稞β-葡聚糖得率的影響大小依次為微波功率＞pH值＞微波處理時間＞粉碎粒度。

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

［1］賈瑩.青稞麩皮水溶性β-葡聚糖的提取、分離純化和性質(zhì)研究 ［D］.上海：華東理工大學(xué)，2013.

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［3］宋江南，田明杰，蘇立宏，等.青稞β-葡聚糖對高脂誘導(dǎo)的C57小鼠膽固醇代謝的影響 ［J］.中華疾病控制雜志，2013，17（2）：93-95.

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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

韶關(guān)市科技計劃項(xiàng)目（韶科［2015］72號）。

羅燕平（1961— ），男，本科，工程師，研究方向?yàn)槭称诽砑觿┥a(chǎn)技術(shù)。