燕麥麩皮β-葡聚糖的提取優(yōu)化研究

蔡天革，侯倩倩,唐鳳德

(1.遼寧大學(xué) 生命科學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036； 2.遼寧大學(xué) 商學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

燕麥麩皮β-葡聚糖的提取優(yōu)化研究

蔡天革1，侯倩倩1,唐鳳德2*

(1.遼寧大學(xué) 生命科學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036； 2.遼寧大學(xué) 商學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036)

燕麥中的可溶性膳食纖維的主要成分為β-葡聚糖，其許多功能的實(shí)現(xiàn)都要依賴于β-葡聚糖.實(shí)驗(yàn)以燕麥麩皮為材料，以水為溶劑提取其中β-葡聚糖，用剛果紅分光光度法測(cè)量各提取條件下燕麥麩皮β-葡聚糖的得率.通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)以及正交實(shí)驗(yàn)確定燕麥麩皮β-葡聚糖提取得率最高的條件組合.結(jié)果表明：實(shí)驗(yàn)中各因素對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖的提取率都有一定影響，影響順序依次為提取液pH>料液比>反應(yīng)溫度>提取時(shí)間.提取β-葡聚糖的最佳條件為：提取時(shí)間100 min，料液體積比1∶20，提取液pH 10，反應(yīng)溫度10 ℃，在此提取條件中β-葡聚糖的得率為4.31%.

β-葡聚糖;剛果紅法;正交實(shí)驗(yàn)

0 引言

燕麥屬禾本科燕麥屬一年生植物，在加拿大，美國(guó)，中國(guó)等地均有分布.燕麥一般分為皮燕麥和裸燕麥兩種類型，我國(guó)的燕麥以裸燕麥居多.燕麥作為糧食作物，其中含有豐富的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、膳食纖維、礦物質(zhì)等[1]，而且其中多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量都高于其他谷類作物.在燕麥加工中，由于籽粒軟，麩皮與胚乳不易分離，麩皮中含有一定的胚乳并且含有高比例的蛋白質(zhì)和膳食纖維[2].燕麥膳食纖維[3-4]由木質(zhì)素和多糖化合物組成，其多糖化合物又由β-葡聚糖，果膠等組成，具有降低膽固醇和低密度脂蛋白的功能.有關(guān)研究表明燕麥膳食纖維的多種功能主要是由β-葡聚糖實(shí)現(xiàn)的[5-6].

谷類中的β-葡聚糖[7-8]主要存在于麩皮及胚乳細(xì)胞壁中.燕麥中β-葡聚糖的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于如大麥、小麥等其他谷類作物.β-葡聚糖是一種非淀粉類的多糖，具有良好的水溶性，吸水性，能清除體內(nèi)自由基，具有降血脂[9-10]、抗衰老[11]、清腸道[12]等功能，而且β-葡聚糖溶液具有一定粘性[13]，在食品中可以起到增稠的作用，因此β-葡聚糖在醫(yī)藥，化妝品以及食品產(chǎn)業(yè)中有廣泛地應(yīng)用.

近年來(lái)越來(lái)越多的人投入到β-葡聚糖的研究中.因此探究出β-葡聚糖提取最簡(jiǎn)單、最佳的方法和條件，使得有關(guān)研究更快捷的進(jìn)行，變得至關(guān)重要.本實(shí)驗(yàn)以燕麥麩皮為原材料，探究剛果紅分光光度法[14]提取燕麥β-葡聚糖,各因素對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響，以及此方法中β-葡聚糖得率最大的條件，為后續(xù)β-葡聚糖降血糖[10]、抑菌[15]等生理功能的研究提供一種簡(jiǎn)單快速高效的β-葡聚糖的提取方法.

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥：白燕2號(hào) 吉林省白城農(nóng)科院提供；

β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品 Sigma公司；

剛果紅，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鈉，碳酸氫鈉，氫氧化鈉，過(guò)硫酸銨等,均為分析純；

旋轉(zhuǎn)式往復(fù)式水浴恒溫振蕩器，上海四瑞儀器有限公司；

JW-3021高速冷凍離心機(jī)，安徽嘉文儀器裝備有限公司；

UV-2700紫外可見分光光度計(jì)，島津企業(yè)管理(中國(guó))有限公司；

標(biāo)準(zhǔn)型pH計(jì)，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司.

1.2 方法

1.2.1 剛果紅分光光度法[16]測(cè)量燕麥麩皮β-葡聚糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取六組試管，分別標(biāo)組號(hào)1-6，除標(biāo)號(hào)1組外，其余每組3支作為平行試管.將β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為等梯度的5個(gè)濃度分別取1.0 mL加入2-6號(hào)試管中，1號(hào)試管中加入等量的蒸餾水.在上述試管中分別加入4.0 mL的剛果紅溶液搖勻，室溫下準(zhǔn)確反應(yīng)10 min，于545 nm波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，以1號(hào)試管中的反應(yīng)液作空白對(duì)照調(diào)零.

1.2.2 燕麥麩皮β-葡聚糖得率的測(cè)定

采用剛果紅分光光度法測(cè)定β-葡聚糖濃度，其得率計(jì)算公式：

得率(%)=100 m/M

式中：m為測(cè)定的燕麥麩皮中β-葡聚糖的質(zhì)量，g；M為燕麥麩皮質(zhì)量.

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

選擇提取液pH，料液比(V)，提取時(shí)間，反應(yīng)溫度為影響因素[17]，研究各影響因素的不同水平對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響.

1.2.3.1 提取液pH對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

選擇提取溫度為50 ℃，料液比(V)為1∶15，提取時(shí)間90 min，反應(yīng)溫度為15 ℃，研究pH為 7、8、9、10、11 時(shí)對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響.

1.2.3.2 料液比對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

選擇提取溫度為50 ℃，提取時(shí)間為90 min，提取液pH為7.0，反應(yīng)溫度15 ℃，研究了料液比(V)為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35時(shí)對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響.

1.2.3.3 提取時(shí)間對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

選擇料液比(V)為1∶15，提取液pH為7.0，反應(yīng)溫度15 ℃，研究提取時(shí)間為60、70、80、90、100、110、120 min時(shí)對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響.

1.2.3.4 反應(yīng)溫度對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

選擇提取時(shí)間90 min，料液比(V)為1∶15，提取液pH為7.0，研究反應(yīng)溫度為12、16、20、24 ℃時(shí)對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響.

1.2.4 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在提取液pH，料液比(V)，提取時(shí)間，反應(yīng)溫度4個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上選擇三個(gè)對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率影響相對(duì)較大的因素各取3個(gè)水平，進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素與實(shí)驗(yàn)水平編碼如表1.

1.2.5 燕麥 β-葡聚糖

燕麥麩皮于烘箱中105 ℃烘2h，加入提取溶劑，恒溫水浴振蕩浸提一定時(shí)間.提取液以4 000 r/ min 離心20 min后收集上清，加入2倍體積的過(guò)硫酸銨溶液4 000 r/ min離心20 min.反復(fù)提取三次后定容10 mL.吸取0.1 mL提取的β-葡聚糖溶液，依次加入1.9 mL的蒸餾水，4.0 mL的剛果紅，一定溫度下準(zhǔn)確作用10 min.以2.0 mL蒸餾水作空白，在545nm波長(zhǎng)下測(cè)定反應(yīng)液吸光度，根據(jù)β-葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)曲線以及得率計(jì)算公式即可得知樣品中β-葡聚糖的含量.

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

采取Excel 2003對(duì)單因素實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，采用SPSS21.0對(duì)正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析.

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平編碼表

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥β-葡聚糖含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線

以β-葡聚糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖1.

圖1 剛果紅法測(cè)量β-葡聚糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 影響燕麥麩皮β-葡聚糖得率的單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 pH值

β-葡聚糖作為可溶性纖維的一種可溶于弱酸性和弱堿性的溶液中，而且在不同的溶液中β-葡聚糖的溶解度不同.由圖2可知隨著pH的升高燕麥麩皮β-葡聚糖的得率增加，在pH 10的溶液中其提取率達(dá)到最大，pH大于10以后燕麥麩皮β-葡聚糖的提取率下降.β-葡聚糖在弱酸和弱堿溶液中會(huì)發(fā)生水解，在一定的時(shí)間與pH范圍內(nèi)，時(shí)間與pH的增加與水解過(guò)程成正比.實(shí)驗(yàn)提取過(guò)程中β-葡聚糖的析出與水解是同時(shí)進(jìn)行的.所以pH 10本實(shí)驗(yàn)中燕麥麩皮β-葡聚糖得率最大時(shí)的pH值.

2.2.2 料液比

由圖3可知隨著料液比的增加β-葡聚糖的得率也在增加，在1∶20時(shí)達(dá)到最大；料液比(V)超過(guò)1∶20 以后得率反而降低.根據(jù)固液萃取基本理論，增大溶劑量有利于溶質(zhì)的析出和擴(kuò)散.但當(dāng)溶質(zhì)的析出達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)通過(guò)加大溶劑的量來(lái)提高溶質(zhì)的析出量意義不大.

圖2 提取液pH對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

圖3 料液比對(duì)β-葡聚糖的率的影響

2.2.3 提取時(shí)間

由圖4可知隨著提取時(shí)間的增加，燕麥麩皮β-葡聚糖的得率增加，在提取時(shí)間為100 min時(shí)得率達(dá)到最大，提取時(shí)間超過(guò)100 min時(shí)得率又降低.因?yàn)殡S著時(shí)間的增加燕麥麩皮β-葡聚糖的浸出更加充分而時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致浸出的β-葡聚糖被重新吸附從而導(dǎo)致得率下降[17].而已經(jīng)析出的β-葡聚糖長(zhǎng)時(shí)間處于高溫的堿溶液中反而會(huì)發(fā)生水解.

2.2.4 反應(yīng)溫度

反應(yīng)溫度指剛果紅與燕麥麩皮β-葡聚糖反應(yīng)時(shí)的溫度.對(duì)β-葡聚糖的提取率沒(méi)有直接影響，它影響了反應(yīng)液的吸光度使得測(cè)量時(shí)的數(shù)值偏低[16],由圖4可知隨著反應(yīng)溫度的升高燕麥麩皮β-葡聚糖的得率降低.本實(shí)驗(yàn)中16 ℃是燕麥麩皮β-葡聚糖得率最大的反應(yīng)溫度.

2.3 影響燕麥麩皮β-葡聚糖得率的正交實(shí)驗(yàn)

由單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在上述因素中提取液pH、固液比 、反應(yīng)溫度 、對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響相對(duì)較大，因此對(duì)這三個(gè)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2，表3.

圖4 提取時(shí)間對(duì)燕麥β-葡聚糖得率的影響

圖5 反應(yīng)溫度對(duì)燕麥β-葡聚糖得率的影響

試驗(yàn)號(hào)ABC得率/%11113.6721223.9531333.2442124.3152233.6162313.2073133.7183213.6793323.65k13.623.903.51k23.713.743.97k33.683.403.52R0.090.500.45

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析

由表2，表3可知，各提取因素對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖得率影響均不顯著，影響的順序?yàn)樘崛∫簆H>料液比>反應(yīng)溫度.提取燕麥麩皮β-葡聚糖的最佳方案為A2B1C2，即提取液pH 10，反應(yīng)溫度14 ℃，料液比1∶20，在此條件下β-葡聚糖的得率為4.31%.

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)中各因素對(duì)燕麥麩皮β-葡聚糖的提取率都有一定影響但是影響均不顯著，影響順序依次為提取液pH>料液比>反應(yīng)溫度>提取時(shí)間.燕麥麩皮β-葡聚糖提取的最佳條件為：提取時(shí)間100 min，提取液pH 10，料液比(V)1∶20，反應(yīng)溫度10 ℃，在此條件下燕麥麩皮β-葡聚糖得率4.31%.

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(責(zé)任編輯李超)

RearchofExtractionandOptimizationofOatBranβ-glucan

CAI Tian-ge1,HOU Qian-qian1,TANG Feng-de2*

(1.CollegeofLifeScience,LiaoningUniversity,Shenyang110036,China;2.BusinessSchool,LiaoningUniversity,Shenyang110036,China)

The main component of soluble dietary fiber in oats is β-glucan,and many of its functions are dependent on β-glucan.In this experiment,oat bran was taken as the material,the β-glucan was extracted by Congo red extraction and the yield of β-glucan from oat bran was deter mined by spectrophotometry.The single factor test and orthogonal test were used to deter mine the combination of the highest extraction yield of oat bran β-glucan.The results showed that the extraction rate of oat bran β-glucan was influenced by the factors of the experiment,and the order was pH>ratio of material to solvent>reaction temperature>extraction time.The optimum extraction conditions were as follows:extraction time 100 min,ratio of material to liquid 1:20,extraction pH 10,reaction temperature 10 ℃.Under the optimal extraction condition,β-glucan The extraction rate was 4.31%.

β-glucan;congo red extraction; orthogonal experiment

R 284.2

A

1000-5846(2017)04-0351-06

2017-02-20

國(guó)家燕麥?zhǔn)w麥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目(CARS-08)

蔡天革(1966-)，女，教授，從事植物生理生態(tài)和天然產(chǎn)物研究.

*

唐鳳德(1967-)，男，教授，從事生態(tài)學(xué)和生態(tài)旅游研究，E-mail:tangfd@126.com.