一種糙米多糖及其製備方法和應用與流程
2023-05-20 10:53:36
本發明涉及天然產物領域，且特別涉及一種糙米多糖及其製備方法和應用。
背景技術：
自由基，化學上也稱為「游離基」，是指化合物的分子在光熱等外界條件下，共價鍵發生均裂而形成的具有不成對電子的原子或基團。自由基反應在燃燒、氣體化學、聚合反應、等離子體化學、生物化學和其他各種化學學科中扮演很重要的角色。外界環境中的陽光輻射、空氣汙染、吸菸、農藥等都會使人體產生更多活性氧自由基，使核酸突變，這是人類衰老和患病的根源。
體內活性氧自由基具有一定的功能，如免疫和信號傳導過程。但過多的活性氧自由基就會有破壞作用，導致人體正常細胞和組織的損壞，從而引起多種疾病。如心臟病、老年痴呆症、帕金森病和腫瘤。眾多醫學研究及臨床試驗證明：人體細胞電子被搶奪是萬病之源，自由基ROS是一種缺乏電子的物質(不飽和電子物質)，進入人體後到處爭奪電子，如果奪去細胞蛋白分子的電子，使蛋白質接上支鏈發生烷基化，形成畸變的分子而致癌。該畸變分子由於自己缺少電子，又要去奪取鄰近分子的電子，又使鄰近分子也發生畸變而致癌。這樣，惡性循環就會形成大量畸變的蛋白分子，基因突變形成大量癌細胞，最後出現癌症。而當自由基或畸變分子搶奪了基因的電子時，人就會直接得癌症。人體得到負離子後，由於負離子帶負電有多餘的電子，可提供大量電子，而阻斷惡性循環，癌細胞就可防止或被抑制。目前用於清除自由基的藥品種類較少且其中有些還具有副作用，因而從天然植物中尋找高效、副作用小的自由基抑制劑為目前國內外研究的熱點。
糙米是稻穀去掉稻殼後保留胚芽、糠層和胚乳的全穀米粒。糙米含有多種對人體健康有益的生物活性物質，例如天然維生素E、植物甾醇、植酸、γ-氨基丁酸、神經醯胺、阿魏酸、多糖等，而以上活性物質主要存在於米糠中。但現有報導的米糠多糖的羥基自由基清除效果不高，也即抗氧化活性不高，遠低於維生素C的抗氧化活性。
技術實現要素：
本發明的目的之一在於提供一種糙米多糖的製備方法，此製備方法操作簡單，易於實現，製得的多糖物質含量較高且對羥基自由基的清除作用較強。
本發明的第二目的在於提供一種由上述製備方法製備而得的糙米多糖，該多糖具有很好的抗氧化作用。其原料為可食用性物質，安全無毒，且來源廣、價格低廉。
本發明的第三目的在於提供一種糙米多糖的應用，即將糙米多糖作為抗氧化產品。
本發明解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的：
本發明提出一種糙米多糖的製備方法，其包括以下步驟：
去除發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠；用非極性溶劑對糙米米糠進行脫脂，再經超聲波提取，得到糙米多糖。
本發明還提出一種由上述製備方法製備所得的糙米多糖。
本發明還提出了一種糙米多糖作為抗氧化產品。
本發明較佳實施例中糙米多糖的製備方法的有益效果是：選擇發芽糙米作為原料，可使處於該階段的糙米中的多種酶被激活，根據不同酶的酶解作用，進而使活性多糖的含量、結構及其種類有所改變，以利於提取並能夠被人類進食。在超聲波提取前對糙米米糠進行除胚乳和脫脂處理，可除去發芽糙米中所含的澱粉和脂類物質，避免上述非多糖類物質對提取多糖造成不利影響。多糖提取時採用超聲波提取，成本較低、操作較易且提取率較高。因此，上述製備方法簡單，易操作。經此方法製備而得的糙米多糖具有很好的羥基自由基清除效果。此外，鑑於糙米多糖所具有的較高羥基自由基清除效果，以及其安全無毒的特點，故可將其廣泛應用於抗氧化產品中。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本發明的某些實施例，因此不應被看作是對範圍的限定，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。
圖1為不同質量濃度的糙米多糖對羥基自由基的清除作用以及不同質量濃度的維生素C對羥基自由基的清除作用的對比圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。實施例中未註明具體條件者，按照常規條件或製造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未註明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。
下面對本發明實施例的糙米多糖及其製備方法和應用進行具體說明。
本發明實施例提供的糙米多糖的製備方法，以糙米原料經脫脂和超聲波提取而得。
糙米屬於穎果，表面平滑有光澤，由果皮、種皮、外胚乳、胚乳和胚組成。胚乳是糙米中最大部分，包括糊粉層和澱粉細胞。糊粉層細胞中充滿了微小的糊粉粒，含有蛋白質、脂肪等，不含澱粉。較普通白米而言，糙米含有更多的維他命、礦物質和膳食纖維，如維生素E是白米的10倍，鈣是白米的1.7倍，鐵是白米的2.75倍，而天然維生素E、植物甾醇、植酸、γ-氨基丁酸、神經醯胺、阿魏酸、多糖等活性物質大部分存在於米糠中。此外，糙米味甘性溫，能夠健脾養胃、補中益氣、調和五臟、鎮靜神經以及促進消化吸收。
因多糖的抗氧化活性與組成多糖的單糖、單糖連接次序以及分子量等化學結構相關。通過化學修飾法引入化學官能團可以改善和提高多糖的抗氧化活性。但化學修飾法容易引入化學副產物而導致多糖不適合直接食用。
種子在萌發時可激活其所含的多種酶，被激活的酶進而催化種子中各種物質的代謝。作為可選地，本實施例中經稻穀去殼後得到糙米優選為發芽糙米，從而在糙米在發芽的過程中，經激活酶的酶解作用，可使多糖的含量、結構、種類及其生物活性都有所改變。
由於糙米中的胚乳含有較多的澱粉，為了避免對提取多糖造成影響，在製備多糖的前期，可去除發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。去除胚乳可以直接採用碾米機進行。
然後對糙米米糠進行脫脂，去除其所含有的脂溶物。較佳地，根據相似相溶及最大化原理，可以採用非極性溶劑，如正己烷、石油醚、乙烷等對糙米米糠浸提脫脂，得到脫脂後的糙米米糠，也即脫脂糙米米糠。脫脂過程中，可根據待脫脂的糙米米糠的量進行分批處理，以提高脫脂效果。又因本實施例中所製備的多糖可用於食品中，故上述非極性溶劑優選為食品級溶劑，以避免殘留於多糖中的溶劑對人體造成不利影響。
接著，對脫脂糙米米糠進行多糖提取處理，得到糙米多糖。作為可選地，考慮提取的綜合效益，選擇成本較低、操作較易且提取率較高的超聲波-水提取法。超聲波提取法也即超聲萃取技術，是由溶劑萃取技術與超聲波技術結合而成的新技術，因超聲場的存在，使其較單一的溶劑萃取技術提高了萃取效率。具體的，超聲波提取技術主要是利用超聲波的空化作用來增大物質分子的運動頻率和速度，從而增加溶劑的穿透力，提高被提取成分的溶出速度。其中，空化作用即不斷產生無數內部壓力達上千個大氣壓的微小氣泡，並不斷「爆破」產生微觀上的強衝擊波並作用於樣品上。
多糖是由糖苷鍵結合的糖鏈，同樣的，根據相似相溶原則，超聲波提取中的溶劑優選為水溶性溶劑，例如水和醇類(乙醇、甲醇等)，可以是水和醇類中的任意一種，也可以是水和醇類的混合液。本實施例中例如可僅選擇水為溶劑，既能保證多糖類物質浸出速度較快、浸出的純度較高、雜質少，而且成本低。
作為可選地，超聲波提取例如可以用水溶性溶劑以料液比1kg:5-30L在具有超聲波的條件下，例如具有超聲波的水浴條件下提取脫脂糙米米糠。超聲波提取可在功率為80-180W的條件下進行，此功率範圍內可使超聲波有效將脫脂糙米米糠中的多糖物質溶解於溶劑中。因提取時間過短或提取溫度過低會造成有效物質溶出率低，提取時間過長或提取溫度過高又會使得糙米米糠中多糖以外的其它雜質過多的溶出，增大分離純化的難度並降低糙米多糖的純度，故本實施例在提取過程中，可將提取溫度控制在20-80℃，提取時間控制在15-90min。
為降低提取而得的糙米多糖中雜質的含量，可在提取對糙米多糖溶液進行過濾，去除沉澱，然後濃縮濾液，以便於貯存和保藏。為避免高溫條件下對多糖分子結構或性質造成改變，濃縮時的溫度例如可以控制在38-42℃的範圍內。
較佳地，在超聲波提取多糖前，還可將脫脂糙米米糠進行粉碎，以增大脫脂糙米米糠與提取劑之間的接觸面積，提高浸出速度。作為可選地，可將脫脂糙米米糠粉碎至40-60目，該粒度範圍內脫脂糙米米糠中的多糖類成分溶出率較大。
值得說明的是，根據超聲提取的結果以及便於實際操作，可對上述提取條件和過程進行適當調整，例如可增加提取次數並同時縮短提取時間等。
因經上述製備方法製備而得的糙米多糖具有較高的清除羥基自由基的能力，故在實際應用中，可將糙米多糖作為抗氧化產品。具體的，例如可將其用於製備抗氧化食品，如作為食品添加劑，或直接用於加工抗氧化的傳統食品、功能食品、功能飲料、保健食品。此外，還可以用於製備化妝品，如具有抗氧化作用的保溼水、保溼霜、護手霜和面膜等。
以下結合實施例對本發明的特徵和性能作進一步的詳細描述。
實施例1
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂，得到脫脂糙米米糠。
用水作為溶劑，在20℃的水浴和超聲功率為80W的條件下，按料液比1kg:5L對脫脂糙米米糠超聲波提取90min，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖製備食品添加劑添加於食品中。
實施例2
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級石油醚對糙米米糠進行浸提脫脂，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至40目，然後用乙醇作為溶劑，在80℃且超聲功率為180W的條件下下，按料液比1kg:30L對脫脂糙米米糠超聲波提取15min，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖直接用於製備抗氧化的傳統食品。
實施例3
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級乙烷對糙米米糠進行浸提脫脂，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至60目，然後用甲醇作為溶劑，在50℃且超聲功率為130W的條件下，按料液比1kg:17.5L對脫脂糙米米糠超聲波提取52.5min，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖直接用於加工抗氧化的功能食品。
實施例4
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至50目，然後用乙醇-水溶液作為溶劑，在30℃且超聲功率為100W的條件下，按料液比1kg:10L對脫脂糙米米糠超聲波提取80min，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖直接用於製備抗氧化的功能飲料。
實施例5
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂2次，合併2次脫脂後的糙米米糠，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至45目，然後用水作為溶劑，在40℃的水浴和超聲功率為140W的條件下，按料液比1kg:10L對脫脂糙米米糠超聲波提取60min。然後靜置，過濾，去除沉澱，取濾液在40℃的條件下濃縮，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖直接用於製備抗氧化的保健食品。
實施例6
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級石油醚對糙米米糠進行浸提脫脂3次，合併3次脫脂後的糙米米糠，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至55目，然後用水作為溶劑，在60℃的水浴和超聲功率為120W的條件下，按料液比1kg:15L對脫脂糙米米糠超聲波提取70min。然後靜置，過濾，去除沉澱，取濾液在38℃的條件下濃縮，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖用於製備具有抗氧化作用的保溼水中。
實施例7
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂3次，合併3次脫脂後的糙米米糠，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至48目，然後用水作為溶劑，在30℃的水浴和超聲功率為160W的條件下，按料液比1kg:22L對脫脂糙米米糠超聲波提取50min。然後靜置，過濾，去除沉澱，取濾液在42℃的條件下濃縮，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖用於製備具有抗氧化作用的保溼霜中。
實施例8
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂3次，合併3次脫脂後的糙米米糠，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至48目，然後用水作為溶劑，在30℃的水浴和超聲功率為160W的條件下，按料液比1kg:22L對脫脂糙米米糠超聲波提取30min。然後靜置，過濾，去除沉澱。重複超聲提取步驟2次，合併2次提取後所得的濾液在40℃的條件下濃縮，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖用於製備具有抗氧化作用的護手霜中。
實施例9
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂3次，合併3次脫脂後的糙米米糠，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至48目，然後用水作為溶劑，在30℃的水浴和超聲功率為160W的條件下，按料液比1kg:22L對脫脂糙米米糠超聲波提取40min。然後靜置，過濾，去除沉澱。重複超聲提取步驟3次，合併3次提取後所得的濾液在40℃的條件下濃縮，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖用於製備具有抗氧化作用的面膜中。
實施例10
用碾米機去除食品級發芽糙米中的胚乳，得到糙米米糠。然後用食品級正己烷對糙米米糠進行浸提脫脂3次，合併3次脫脂後的糙米米糠，得到脫脂糙米米糠。
將脫脂糙米米糠粉碎至48目，然後用水作為溶劑，在30℃的水浴和超聲功率為160W的條件下，按料液比1kg:22L對脫脂糙米米糠超聲波提取40min。然後靜置，過濾，去除沉澱。重複超聲提取步驟2次，合併2次提取後所得的濾液在38℃的條件下濃縮，得到糙米多糖。
將所得的糙米多糖用於製備具有抗氧化作用的沐浴乳中。
試驗例1
重複以上實施例1-10以製得足夠多的糙米多糖，通過對比，經實施例5的製備方法所製備出的糙米多糖含量最多，具體的，即0.5公斤脫脂糙米米糠中提取出的多糖含量為17.3g，也即該多糖相對於脫脂糙米多糖原料的提取率為3.46％。
將實施例5製備而得的糙米多糖作為試驗組，以維生素C作為對照組，比較二者對羥基自由基的清除效果。其結果如圖1所示。
由圖1可以看出，隨糙米多糖質量濃度的增加，其對羥基自由基的清除率也隨之增加，至到糙米多糖質量濃度達到80μg/mL後，其對羥基自由基的清除率趨於平穩。其中，當糙米多糖濃度為65μg/mL時，其對羥基自由基的清除率達到最大值，即57.25％。經計算，糙米多糖對羥基自由清除率的IC50值為46.72μg/mL。此外，由圖1還可以看出，經本實施例提取方法得到的糙米多糖較維生素C對羥基自由基的清除率明顯更高，由此表明糙米多糖的確具有較強的羥基自由基清除效果。
經試驗，經實施例1-4和實施例6-10的製備方法製備出的糙米多糖同樣較維生素C對羥基自由基的清除率更高。說明本實施例提供的糙米多糖的製備方法簡單有效。
綜上所述，本發明實施例通過對發芽糙米進行去除胚乳和脫脂操作，有效避免了澱粉和脂類物質對多糖提取的影響。將脫脂糙米米糠進行粉碎，增加了脫脂糙米米糠與提取劑之間的接觸面積，提高浸出速度。以水溶性溶劑為超聲波提取劑，既能保證浸出速度快、浸出物的純度高、雜質少，而且還能降低成本。以1kg:5-30L作為料液比可使發芽糙米中的多糖類物質提取效果較佳；將超聲提取的溫度、功率和時間分別控制在20-80℃、80-180W和15-90min，可避免因提取時間過短、溫度過低或功率過低造成多糖類物質溶出率低，提取時間過長、溫度過高或功率過高又會使得發芽糙米中的非多糖類雜質過多的溶出，增大分離純化的難度等缺陷。該製備方法操作簡單，易於實現，製備出的糙米多糖具有很好的自由基清除作用。由於該發明的原料為可食用的發芽糙米，安全無毒，故由其製備出的多糖物質可廣泛應用於抗氧化產品中。
以上所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。