燕麥麩皮β-葡聚糖的提取優化研究

蔡天革，侯倩倩,唐鳳德

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

燕麥麩皮β-葡聚糖的提取優化研究

蔡天革1，侯倩倩1,唐鳳德2*

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

燕麥中的可溶性膳食纖維的主要成分為β-葡聚糖，其許多功能的實現都要依賴于β-葡聚糖.實驗以燕麥麩皮為材料，以水為溶劑提取其中β-葡聚糖，用剛果紅分光光度法測量各提取條件下燕麥麩皮β-葡聚糖的得率.通過單因素實驗以及正交實驗確定燕麥麩皮β-葡聚糖提取得率最高的條件組合.結果表明：實驗中各因素對燕麥麩皮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>反應溫度>提取時間.提取β-葡聚糖的最佳條件為：提取時間100 min，料液體積比1∶20，提取液pH 10，反應溫度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;正交實驗

0 引言

燕麥屬禾本科燕麥屬一年生植物，在加拿大，美國，中國等地均有分布.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、淀粉、脂肪、膳食纖維、礦物質等[1]，而且其中多種營養物質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和膳食纖維[2].燕麥膳食纖維[3-4]由木質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.有關研究表明燕麥膳食纖維的多種功能主要是由β-葡聚糖實現的[5-6].

谷類中的β-葡聚糖[7-8]主要存在于麩皮及胚乳細胞壁中.燕麥中β-葡聚糖的含量遠遠高于如大麥、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-葡聚糖在醫藥，化妝品以及食品產業中有廣泛地應用.

近年來越來越多的人投入到β-葡聚糖的研究中.因此探究出β-葡聚糖提取最簡單、最佳的方法和條件，使得有關研究更快捷的進行，變得至關重要.本實驗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β-葡聚糖降血糖[10]、抑菌[15]等生理功能的研究提供一種簡單快速高效的β-葡聚糖的提取方法.

1 實驗材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥：白燕2號 吉林省白城農科院提供；

β-葡聚糖標準品 Sigma公司；

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

旋轉式往復式水浴恒溫振蕩器，上海四瑞儀器有限公司；

JW-3021高速冷凍離心機，安徽嘉文儀器裝備有限公司；

UV-2700紫外可見分光光度計，島津企業管理(中國)有限公司；

標準型pH計，賽多利斯科學儀器(北京)有限公司.

1.2 方法

1.2.1 剛果紅分光光度法[16]測量燕麥麩皮β-葡聚糖含量的標準曲線的繪制

取六組試管，分別標組號1-6，除標號1組外，其余每組3支作為平行試管.將β-葡聚糖標準溶液稀釋為等梯度的5個濃度分別取1.0 mL加入2-6號試管中，1號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，室溫下準確反應10 min，于545 nm波長下測定吸光度，以1號試管中的反應液作空白對照調零.

1.2.2 燕麥麩皮β-葡聚糖得率的測定

采用剛果紅分光光度法測定β-葡聚糖濃度，其得率計算公式：

得率(%)=100 m/M

式中：m為測定的燕麥麩皮中β-葡聚糖的質量，g；M為燕麥麩皮質量.

1.2.3 單因素實驗

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

1.2.3.1 提取液pH對燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

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

1.2.3.2 料液比對燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

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

1.2.3.3 提取時間對燕麥麩皮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，反應溫度15 ℃，研究提取時間為60、70、80、90、100、110、120 min時對燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響.

1.2.3.4 反應溫度對燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

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

1.2.4 正交實驗設計

在提取液pH，料液比(V)，提取時間，反應溫度4個單因素實驗的基礎上選擇三個對燕麥麩皮β-葡聚糖得率影響相對較大的因素各取3個水平，進行L9(34)正交實驗，實驗因素與實驗水平編碼如表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倍體積的過硫酸銨溶液4 000 r/ min離心20 min.反復提取三次后定容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，一定溫度下準確作用10 min.以2.0 mL蒸餾水作空白，在545nm波長下測定反應液吸光度，根據β-葡聚糖標準曲線以及得率計算公式即可得知樣品中β-葡聚糖的含量.

1.3 統計分析

采取Excel 2003對單因素實驗進行分析，采用SPSS21.0對正交實驗進行分析.

表1 正交實驗因素與水平編碼表

2 結果與分析

2.1 燕麥β-葡聚糖含量的標準曲線

以β-葡聚糖質量濃度為橫坐標，吸光度值為縱坐標，繪制標準曲線，結果如圖1.

圖1 剛果紅法測量β-葡聚糖的標準曲線

2.2 影響燕麥麩皮β-葡聚糖得率的單因素實驗

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發生水解，在一定的時間與pH范圍內，時間與pH的增加與水解過程成正比.實驗提取過程中β-葡聚糖的析出與水解是同時進行的.所以pH 10本實驗中燕麥麩皮β-葡聚糖得率最大時的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時達到最大；料液比(V)超過1∶20 以后得率反而降低.根據固液萃取基本理論，增大溶劑量有利于溶質的析出和擴散.但當溶質的析出達到一個動態平衡時通過加大溶劑的量來提高溶質的析出量意義不大.

圖2 提取液pH對燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響

圖3 料液比對β-葡聚糖的率的影響

2.2.3 提取時間

由圖4可知隨著提取時間的增加，燕麥麩皮β-葡聚糖的得率增加，在提取時間為100 min時得率達到最大，提取時間超過100 min時得率又降低.因為隨著時間的增加燕麥麩皮β-葡聚糖的浸出更加充分而時間過長導致浸出的β-葡聚糖被重新吸附從而導致得率下降[17].而已經析出的β-葡聚糖長時間處于高溫的堿溶液中反而會發生水解.

2.2.4 反應溫度

反應溫度指剛果紅與燕麥麩皮β-葡聚糖反應時的溫度.對β-葡聚糖的提取率沒有直接影響，它影響了反應液的吸光度使得測量時的數值偏低[16],由圖4可知隨著反應溫度的升高燕麥麩皮β-葡聚糖的得率降低.本實驗中16 ℃是燕麥麩皮β-葡聚糖得率最大的反應溫度.

2.3 影響燕麥麩皮β-葡聚糖得率的正交實驗

由單因素實驗結果可知，在上述因素中提取液pH、固液比 、反應溫度 、對燕麥麩皮β-葡聚糖得率的影響相對較大，因此對這三個因素進行正交實驗，結果如表2，表3.

圖4 提取時間對燕麥β-葡聚糖得率的影響

圖5 反應溫度對燕麥β-葡聚糖得率的影響

試驗號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 正交實驗方差分析

由表2，表3可知，各提取因素對燕麥麩皮β-葡聚糖得率影響均不顯著，影響的順序為提取液pH>料液比>反應溫度.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 結論

本實驗中各因素對燕麥麩皮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>反應溫度>提取時間.燕麥麩皮β-葡聚糖提取的最佳條件為：提取時間100 min，提取液pH 10，料液比(V)1∶20，反應溫度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

國家燕麥蕎麥產業技術體系資助項目(CARS-08)

蔡天革(1966-)，女，教授，從事植物生理生態和天然產物研究.

*

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