從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法與流程

本發(fā)明涉及食品加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法。

背景技術(shù)：

葛是多年生藤本植物，分類為豆科蠶豆亞目小豆族葛屬，分布在中國的黃河長江流域、日本全境、朝鮮半島、東南亞等地域，現(xiàn)有35種被確認(rèn)，通常分為野葛和粉葛（甘葛）兩個大類。葛植物具有適應(yīng)性強(qiáng)，耐干旱、耐脊薄的特點(diǎn)，易于栽培和生長力旺盛，并具有出色的功能活性和營養(yǎng)價(jià)值，受到全世界的關(guān)注，具有廣闊的市場前景。

葛植物的主要食用部分和藥用部分是其根部，在中國、日本、韓國、泰國等中華文化圈有著幾千年的傳統(tǒng)。在藥品上的利用形式主要有葛根總黃酮、葛根素、大豆苷和大豆苷元等產(chǎn)品。在食品上的利用形式主要有葛根片、葛根淀粉、葛面、葛米、葛根茶或飲料、葛根保健酒等粗加工或深加工系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品的保健作用和藥理作用已得到消費(fèi)者廣泛認(rèn)識，相關(guān)產(chǎn)業(yè)在不斷發(fā)展壯大，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

淀粉是葛根的主要營養(yǎng)成分與可食用部分，野葛根中淀粉的含量15%左右，粉葛根中淀粉的含量高達(dá)30%；纖維類多糖是葛根的第一大成分，占到50%左右，是葛根淀粉提取工程的主要廢棄物，少量用作飼料、肥料，這部分資源沒有得到充分利用；功能活性成分主要是可溶性多糖和異黃酮類化合物，此外，還富含蛋白質(zhì)及礦物質(zhì)微量元素等營養(yǎng)成分。在已研究的植物中，葛植物的異黃酮類化合物含量最高，已確定的種類達(dá)48種，總含量達(dá)5%左右，葛根素、羥基葛根素、甲氧基葛根素等是葛植物所特有的異黃酮類化合物。目前，我國、日本等國將葛根素、大豆苷與大豆苷元的含量與組成比作為葛根功效品質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)。

葛異黃酮對心、腦血管及視網(wǎng)膜具有保護(hù)作用，能改善腦循環(huán)；改善微循環(huán)；對缺血心肌的保護(hù)作用；抗心率失常；有抗促癌及誘導(dǎo)癌細(xì)胞的分化作用；降低血糖作用；調(diào)整免疫作用；抗氧化作用和防治高粘高凝血癥。葛根素對谷氨酸損傷的神經(jīng)細(xì)胞有保護(hù)作用、對眼壓升高有抑制作用和抑制血小板聚集作用。異黃酮類化合物于葛根、藤、葉、花、籽等全植株中都有分布，尤以根部含量最高、種類全。

葛根在藥品上的利用主要以野生葛根為原料，在食品上主要以栽培葛根為原料。但無論是藥品加工還是食品加工都會產(chǎn)生大量的廢水，生產(chǎn)1噸葛粉產(chǎn)生20噸以上廢水和70～80%的葛根殘?jiān)碑a(chǎn)物，現(xiàn)在的葛根加工產(chǎn)業(yè)對葛根資源的綜合利用效率都非常低，產(chǎn)業(yè)廢棄物多，企業(yè)效益不高。

對葛根資源進(jìn)行深度開發(fā)，將有效提高資源的綜合利用率，減少產(chǎn)業(yè)廢棄物，保護(hù)環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加價(jià)值，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，帶動農(nóng)民增收，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益，社會效益和環(huán)境效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法，可實(shí)現(xiàn)葛根的淀粉成分、功能活性成分、纖維類多糖等三大類成分的同步提取與高附加值利用。

為解決上述技術(shù)問題，提供了一種從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法，包括以下步驟：

（1）將葛根打漿獲得漿液和纖維，將漿液進(jìn)行離心分離得到粗淀粉和水溶液；取粗淀粉進(jìn)行堿液漂洗，然后用酸中和，離心分離得到顆粒淀粉；

（2）取步驟（1）中的水溶液煮沸后，靜置，取上清液進(jìn)行干燥獲得水溶性異黃酮組合物；

（3）取步驟（1）中的纖維，用堿溶解后，高壓下蒸煮，然后均質(zhì)、酶解、中和、離心取上清液，將所述上清液干燥獲得纖維多糖組合物。

所述水溶性異黃酮組合物包括葛根素、大豆苷、大豆苷元。

上述的方法，優(yōu)選的，將步驟（2）中的所述水溶性異黃酮組合物配制成質(zhì)量濃度小于等于5%的溶液（其濃度不為0），然后與步驟（1）中的顆粒淀粉混合，在0～45℃下浸泡5～90min，進(jìn)行離心分離，收集沉淀，將所述沉淀烘干得到功能性淀粉，所述顆粒淀粉與所述溶液的質(zhì)量體積比為1∶2～5。所述功能性淀粉包含淀粉和異黃酮，其中淀粉含量大于90%，異黃酮成分主要是葛根素、大豆苷、大豆苷元，其異黃酮的總含量為1000～5000ppm。

上述的方法，優(yōu)選的，將步驟（2）中的所述水溶性異黃酮配制成濃度小于等于5%的溶液，然后與步驟（1）中的淀粉混合，在0～0.1MPa、0～45℃下浸泡1～20min，進(jìn)行離心分離，收集沉淀，將所述沉淀烘干得到功能性淀粉，所述淀粉與所述溶液的質(zhì)量體積比為1～99∶1。所述功能性淀粉包含淀粉和異黃酮，其中淀粉含量大于90%，異黃酮成分主要是葛根素、大豆苷、大豆苷元，其異黃酮的總含量為1000～5000ppm。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟（1）中，所述粗淀粉采用質(zhì)量濃度0.1～0.5%的無機(jī)堿漂洗，然后用濃度為0.1～1M的酸中和。

上述的方法，優(yōu)選的，所述無機(jī)堿為氫氧化鈉或蘇打，所述酸為鹽酸或檸檬酸。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟（2）具體為：所述步驟（2）具體為：取步驟（1）的水溶液煮沸5～30min，在0～10℃下靜置2～48h，取上清液濃縮后噴霧干燥獲得水溶性異黃酮組合物，異黃酮組合物中異黃酮的含量為10～50%。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟（3）中所述酶解具體為：將均質(zhì)后的混合溶液調(diào)節(jié)pH值為6.0～7.0，加入淀粉酶，在50～70℃下反應(yīng)10～90min，滅活淀粉酶停止反應(yīng)；然后調(diào)節(jié)pH值為7.0～8.0，繼續(xù)加入蛋白酶制劑，在60～80℃下反應(yīng)10～90min，滅活蛋白酶停止反應(yīng)。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟（3）中采用相當(dāng)于纖維殘?jiān)?～10倍重量的氫氧化鈉溶液溶解纖維素，所述氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為0.1～0.5%。

上述的方法，優(yōu)選的，所述步驟（3）中所述高壓蒸煮中壓力為0.11～0.2MPa，所述蒸煮的時(shí)間為10～90min。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

（1）本發(fā)明提供了一種從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法，源于葛植物特有的功能性食用或非食用材料的制備方法與品質(zhì)調(diào)控技術(shù)，精準(zhǔn)調(diào)控顆粒淀粉、纖維及類似固體材料的異黃酮成分含量與組成，有效提高葛植物資源利用率，顯著減少葛根加工工程中高污染廢棄物的排放量。具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

（2）本發(fā)明提供了一種從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法，可同步提取葛根中的三大類成分，可實(shí)現(xiàn)資源的完全利用；尤其是主要產(chǎn)品葛根淀粉的質(zhì)量得到顯著提高，真正實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的同時(shí)保證葛根淀粉的高功效和可靠性。

（3）本發(fā)明提供了一種從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法，原料不限于提取淀粉的葛根，還可以是采挖葛根時(shí)的下腳料、多年生葛藤等異黃酮成分與纖維多糖的富含部位和器官，進(jìn)一步提高葛資源的利用及價(jià)值。

附圖說明

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的工藝流程。

圖2為水溶性異黃酮組合物HPLC譜圖。

圖3為小白鼠攝取水溶性異黃酮組合物的體重增重變化。

圖4為小白鼠攝取水溶性異黃酮組合物后大腿骨的軟X射線照片。

圖5為功能性顆粒淀粉的異黃酮組分HPLC譜圖。

圖6為小白鼠攝取功能性淀粉增強(qiáng)巨噬細(xì)胞活力的照片。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例

以下實(shí)施例中所采用的材料和儀器均為市售。

實(shí)施例1：

一種本發(fā)明的從葛根中提取淀粉、纖維多糖和水溶性異黃酮的方法，參見圖1，包括以下步驟：

（1）葛根的預(yù)處理：

1.1、在葛植物完全落葉期間，采挖5年以上的野生鮮葛根，清洗、切片得到葛根片。

1.2、取10kg的葛根片，加20L水，打漿、均質(zhì)，過100目篩，分別收集漿液和纖維。

1.3、取步驟（2）的漿液，在3000×g下離心分離，分別收集粗淀粉和水溶液。

（2）高純度顆粒淀粉的提?。?/p>

2.1、在步驟1.3中的粗淀粉中加入相當(dāng)于粗淀粉5倍體積的NaOH溶液（NaOH溶液的質(zhì)量濃度為0.2%）攪拌2h。然后用0.5mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值至7.0進(jìn)行中和漂洗，繼續(xù)攪拌0.5h，得到混合溶液。將混合溶液過400目篩，在3000×g下離心脫水，收集離心后的濕淀粉。

2.2、在濕淀粉中加入相當(dāng)于濕淀粉5倍體積的水，攪拌1h，然后3000×g下離心脫水收集沉淀。

2.3、重復(fù)步驟2.2兩次得到漂洗干凈的濕淀粉。

2.4、將步驟2.3中的濕淀粉在45℃熱風(fēng)干燥機(jī)中烘干12小時(shí)后，繼續(xù)在70℃熱風(fēng)干燥機(jī)中烘干，得到顆粒淀粉產(chǎn)品約1.26kg，水分含量小于10%，淀粉純度達(dá)到96%。

（3）水溶性異黃酮組合物的提?。?/p>

3.1、取步驟1.3的水溶液，在壓力鍋里蒸煮15min，冷卻至室溫。

3.2、將壓力鍋內(nèi)的水溶液移至漏斗狀容器中，在5℃下靜置24h，分離下層沉淀，上層清液用G5砂芯過濾。

3.3、取步驟3.2中過濾后的清液，真空濃縮，使?jié)饪s液的固形物濃度為11～12%。

3.4、將步驟3.3中的濃縮液噴霧干燥（控制噴霧干燥的進(jìn)風(fēng)溫度180℃）得到粉末狀的水溶性異黃酮組合物。

將步驟3.4的水溶性異黃酮進(jìn)行HPLC檢測，檢測結(jié)果參見圖2：總異黃酮含量達(dá)到35.9%，其中甘元型異黃酮組分占到60%。圖2中：1、Puerarin（葛根素）；2、Daizin（大豆苷）； 3、Glycitin；4、Genistin； 5、 6”-O-malonyldaizin； 6、6”-O-malonilglycitin；7、6”-O-acetyldaizin； 8、6”-O-acetylglycitin； 9、6”-O-malonylgenistin； 10、Daizein（大豆苷元）； 11、6”-O-acetylgenistin； 12、Genistein。

HPLC分析條件：A液為10%的乙腈溶液（含0.1%的蟻酸）；B液為35%的乙腈溶液（含0.1%的蟻酸），濃度梯度為0～60min：70%，60～70min：100%，70～90min：100%；流速為1ml/min；檢測波長為260nm；層析柱為5C18-AR-II（4.6ID×250mm），柱溫為30℃。

將步驟3中提取到的水溶性異黃酮組合物進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)：

將小鼠從122日齡開始按50 mg /10ml/kg b.w.的投藥量每天定時(shí)直接灌胃1次，考察小鼠體重的表面。圖3為小白鼠攝取水溶性異黃酮組合物的體重增重變化結(jié)果；結(jié)果顯示，水溶性異黃酮組合物對小白鼠因雌激素水平不足引起的肥胖癥有顯著的改善作用。

將步驟3中提取到的水溶性異黃酮組合物進(jìn)行骨密度實(shí)驗(yàn)，圖4為攝取水溶性異黃酮組合物30天后小鼠大腿骨的骨密度軟X射線照片，結(jié)果顯示，試驗(yàn)組的骨密度明顯高于對照組。這些結(jié)果預(yù)示本發(fā)明的葛根水溶性異黃酮組合物對更年期綜合癥有良好的預(yù)防和治療作用。

（4）功能性淀粉的制?。?/p>

4.1、將步驟3.4中的水溶性異黃酮組合物，用水溶解，配制成濃度為5000ppm的異黃酮水溶液，體積為5L，并調(diào)節(jié)pH為7.0。

4.2、取步驟2.4的顆粒淀粉1kg，分散在5L的異黃酮水溶液中。

4.3、在40℃的恒溫水浴中，以120rpm的速度攪拌，并保溫1h。

4.4、以3000×g離心，并收集濕淀粉。

4.5、在收集的濕淀粉中加入5L的水，在常溫下以120rpm的速度洗滌5min。

4.6、以3000×g離心，并收集濕淀粉，將濕淀粉在45℃下熱風(fēng)干燥12h，然后繼續(xù)在70℃下熱風(fēng)干燥12h，得到功能性淀粉。經(jīng)檢測功能性淀粉中，水分含量8%，總異黃酮含量約為4500 ppm。

將步驟（4）中的功能性淀粉進(jìn)行HPLC檢測：

異黃酮含量檢測方法：精確稱取高純度高功能顆粒淀粉100 mg，加水3ml，在100℃水浴中加熱，使淀粉充分糊化后，加99.5%的乙醇7ml，混勻后室溫下靜置1小時(shí)，離心分離（8000×g），收集上清液。沉淀部加70%的乙醇5ml，充分?jǐn)噭蚝箅x心分離（8000×g），收集上清液。沉淀部再次加70%的乙醇5ml，充分?jǐn)噭蚝箅x心分離（8000×g），收集上清液。匯集3次收集的上清液用70%的乙醇定容至25 ml。取適量溶液用0.45μm過濾器過濾作為HPLC分析用樣品。HPLC分析條件與實(shí)施例2同。

圖5表示得到的功能性淀粉的異黃酮組分的HPLC圖譜，結(jié)果顯示，功能性淀粉被賦予的異黃酮成分主要是葛根素、大豆苷和大豆甘元，這些組分的比例關(guān)系與水溶性異黃酮組合物比較發(fā)生了顯著的變化。

將步驟4中提取到的功能性淀粉進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)：

將功能性淀粉配伍到小白鼠的飼料中，讓小白鼠自由攝取1星期后，取腹腔巨噬細(xì)胞與塑料微珠（直徑1μm）一起培養(yǎng)24h后，觀察了巨噬細(xì)胞吞食微珠的數(shù)量（圖6），結(jié)果顯示試驗(yàn)群的吞食活力顯著高于對照群，表明功能性淀粉可有效提高小白鼠的免疫力。

（5）纖維多糖的提?。?/p>

5.1、取步驟1.2中收集到的纖維，加入5倍重量0.5%的氫氧化鈉溶液，浸泡1小時(shí)得到混合溶液。

5.2、將步驟5.1中的混合溶液在不銹鋼高壓鍋中，高壓（0.15MPa）蒸煮30min，冷卻至70℃，均質(zhì)機(jī)處理30min（900rpm/min）。

5.3、調(diào)整pH值至6.5。加入淀粉酶制劑（100U/g物料（干基）），在60℃恒溫下反應(yīng)60min。煮沸15min停止反應(yīng)。

5.4、調(diào)整pH值至7.5。加入蛋白酶制劑（40U/g物料（干基）），在70℃恒溫下反應(yīng)60min。煮沸15min停止反應(yīng)。

5.5、用1M鹽酸調(diào)整pH值至7.0，離心處理（5000×g），去除沉淀物。

5.6、上清液通過半透膜處理除去低分子成分后，調(diào)整固形物濃度至10%左右，噴霧干燥，得到粉末狀纖維多糖組合物。經(jīng)檢測，可溶性成分達(dá)到96%。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和技術(shù)方案的情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同替換、等效變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。