莜麥麩皮中β-葡聚糖提取工藝的研究

莎 娜，祝涵鋌

（內蒙古科技大學生命科學與技術學院食品科學與工程系，內蒙古包頭 014010）

莜麥俗稱裸燕麥，是我國西北地區特有的糧食作物，內蒙古武川地區種植的莜麥籽粒大、品質優、營養豐富，加工后產品也深受人們的喜愛[1]。莜麥中富含膳食纖維、蛋白質、維生素和礦物質等多種營養物質，是一種具有食療效果的糧食作物，同時也是啤酒工業中主要的生產原料和畜牧業上的重要飼料[2-3]。莜麥麩皮是莜麥在初加工過程中的副產物，以皮層為主，混入一些麥胚和未刮干凈的胚乳的混合物。莜麥麩皮中含大量膳食纖維，其中含的β-葡聚糖是可溶性膳食纖維中含量較高的一種功能性成分[4]。β-葡聚糖具有非常高的營養價值，在預防肥胖、降血糖、降膽固醇和預防癌癥的發生等方面有顯著的生理功效，可以應用到食品行業的各個方面[5]。莜麥麩皮在加工過程中多數被扔掉，其營養成分的研究較少，而β-葡聚糖是莜麥麩皮中的主要膳食纖維，具有重要的生理功能。隨著生活水平的提高，我國消費者越來越重視對合理的膳食結構，積極開發利用富含β-葡聚糖的莜麥麩皮勢在必行。本文選用微波輔助堿提法對莜麥麩皮中的β-葡聚糖進行提取，通過提取溫度、微波時間、微波功率、pH等單因素和正交試驗對堿提法提取工藝進行優化，獲得最佳提取工藝，以期為莜麥與β-葡聚糖的綜合開發利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 原材料

莜麥麩皮，購自內蒙古自治區烏蘭察布市卓資縣。

1.2 試劑

無水乙醇、80%乙醇溶液、0.1 moL/L的NaOH溶液、20%的NaOH溶液、20%的HCL溶液、α-淀粉酶。

1.3 儀器

儀器與設備見表1。

表1 實驗儀器

1.4 試驗方法及步驟

1.4.1 β-葡聚糖堿提法提取工藝流程

麩皮→過篩、烘干→脫脂、滅酶→堿提→去淀粉→去蛋白→醇沉→β-葡聚糖粗品→計算提取率

將莜麥麩皮過60目篩，篩3次后放入稱量瓶中烘干1 h，冷卻后稱取2.00 g麩皮.在85 ℃下脫脂滅酶1 h，在1∶17料液比下加入0.1 moL/L的NaOH溶液，迅速攪拌均勻，調節pH值為10，放入微波萃取儀中，調節微波功率600 W，反應240 s，磁力攪拌提取1 h，離心30 min取上清液，加入0.03 g的α-淀粉酶，離心10 min取上清液。用20%的HCL調上清液等電點至pH值為4.5，4 ℃下靜置30 min后將液體離心15 min取上清液，加入等體積一定濃度乙醇溶液，4 ℃下靜置12 h，離心30 min，去除上清液，將沉淀在稱量瓶中烘干至恒重。計算提取率。

1.4.2 單因素和正交試驗

通過改變微波時間、功率、提取溫度和pH值進行單因素試驗，分別做3組平行試驗，研究各因素對β-葡聚糖提取率的影響；結合單因素試驗結果和文獻報道設計多因素試驗，并進行L9（34）正交試驗。試驗是對pH（A），提取溫度（B），微波時間（C），微波功率（D）4個因素進行優化。

2 結果與分析

2.1 莜麥麩皮β-葡聚糖提取工藝單因素試驗

2.1.1 pH對β-葡聚糖提取率的影響

由圖1可知，pH升高，得率逐漸增加，在pH為10時，得率最高，而后得率緩慢減少，可能是因為堿性較強會破壞β-葡聚糖的分子結構。隨著pH的增加，提取液的顏色由淺到深，由白色逐漸變成土黃色，pH為12時變為褐色，這是由于提取時發生了美拉德反應，因此，pH為10時，效果最好。

圖1 pH對β-葡聚糖提取率的影響

2.1.2 微波功率對β-葡聚糖提取率的影響

由圖2可知，微波功率不斷上升，提取率呈明顯上升趨勢，在功率維持在700 W時，得率最高，在700～800 W，增長率趨于平緩，逐漸增加微波功率至900 W，得率明顯下降。同一時間內，微波功率的增加，微波作用可能造成β-葡聚糖分子的降解，所以得率降低。因此，微波功率為700～800 W時，β-葡聚糖提取效果最好。

圖2 微波功率對β-葡聚糖提取率的影響

2.1.3 微波時間對β-葡聚糖提取率的影響

由圖3可知，起初微波時間的增加，β-葡聚糖的得率迅速增加，在180～240 s，增長率緩慢增加，在240 s后，隨著微波時間的延長，得率迅速下降，因為長時間的微波，降低了某些反應的活化能，使之前不能自發的反應發生，增加了分子之間的碰撞機會。同時，較長時間的微波作用可能造成葡聚糖分子的降解。因此，在此功率下240 s的微波時間最適宜。

圖3 微波時間對β-葡聚糖提取率的影響

2.1.4 提取溫度對β-葡聚糖提取率的影響

由圖4可知，溫度逐漸升高到75 ℃前，提取率逐漸增加，75 ℃時提取率最高，提取液黏度隨著溫度升高而減小，溫度升高，分子運動加快，β-葡聚糖更容易被提取出來。接著隨著溫度逐漸再升高，提取率開始下降。因為高溫破壞了β-葡聚糖的分子結構，導致提取率下降。因此，溫度75 ℃時提取效果最好。

圖4 提取溫度對β-葡聚糖提取率的影響

2.2 莜麥麩皮β-葡聚糖提取工藝正交試驗

根據各單因素的實驗，確定各因素對莜麥麩β-葡聚糖的影響程度，選擇pH、提取溫度、微波時間和微波功率4個因素進行正交試驗，用L9（34）正交表顯示正交的優化方案，正交試驗因素與水平見表2，正交試驗結果見表3。。

表2 正交試驗因素與水平

表3 正交試驗結果

由表3的正交試驗的極差值可知，以上4個因素對本實驗的影響程度為提取溫度＞pH值＞微波時間＞微波功率。

通過比較4因素的k值得知，最佳處理條件為A3B1C1D2，即pH值為11，微波功率為600 W，微波時間為180 s，提取溫度為75 ℃。通過正交試驗選出的最佳處理條件，再重復3次實驗，驗證實驗結果，得到的提取率為3.472%，見表4。

表4 正交驗證結果

3 結論

莜麥麩皮中β-葡聚糖的提取工藝研究中，根據單因素試驗可知，提取溫度為75 ℃，pH值為10，微波功率700 W，微波時間240 s。正交試驗最佳工藝為pH值為11，微波功率為600 W，微波時間為180 s，提取溫度為75 ℃，提取率為3.472%。