一种硫酸酯化玉米皮膳食纤维的制备方法与流程

1.本发明涉及一种硫酸酯化玉米皮膳食纤维的制备方法，属于粮油副产物综合利用领域，应用于食品加工、可再生资源利用等领域。


背景技术：

2.玉米是世界上分布较广的农作物之一，其产量仅次于水稻和小麦。玉米皮是玉米深加工的副产物，占玉米籽粒的15％，其主要成分为半纤维素、纤维素及木质素等，具有降血脂、提高免疫、抗肿瘤等功效，是良好的食用、药用植物活性多糖。目前小部分编织成工艺品，绝大多数用于饲料生产或废弃，或作为生物燃料，造成环境污染和食物资源的大量浪费。因此对废弃玉米皮进行再利用，既可以减少焚烧带来的环境污染，又可以缓解能源危机，将具有绿色环保意义、保健价值和经济效益多重优势。
3.多酚类化合物往往是谷类食物中的次生代谢产物，具有很强的抗氧化性。谷物中的多酚大多以结合形式存在。玉米须中提取的植物多酚含有儿茶素、绿原酸、咖啡酸、阿魏酸、根皮苷、槲皮素等多种物质，具有较强的羟基自由基和超氧自由基清除能力(刘团飞等.广州化工，2015，43(8)：64-66；李强等；食品安全质量检测学报，2014，5(7)：2003-2007)。
4.硫酸酯化是多糖结构修饰中研究最多且效果突出的重要手段和研究方向，广泛用于开发多糖类药品和保健功能食品。硫酸化多糖是一类糖羟基上带有硫酸基的多糖，形成聚阴离子化合物，可明显改变多糖的立体构象和生物活性。硫酸酯化多糖的制备方法主要有浓硫酸法、氯磺酸-吡啶法、三氧化硫-吡啶法等。其中，采用浓硫酸法制备硫酸酯化多糖比较容易导致多糖降解，且浓硫酸腐蚀性较大。氯磺酸-吡啶法操作简便，制备的硫酸酯化玉米皮多糖经邻二氮菲-fe2 氧化法发现硫酸酯化玉米皮多糖对羟基自由基的清除作用较未酯化前有明显的提高(李馥邑等.中国粮油学报，2014，29(11)：104-107，112)，但与三氧化硫-吡啶法相比，后者反应更加温和，反应效率更高，然而吡啶的毒性较大不易获得。而最新的研究报道氨基磺酸-n，n-二甲基甲酰胺(dmf)是一种反应效率很高的酯化反应体系，用于制备硫酸酯化多糖操作更加简便，而对玉米皮纤维的硫酸酯化研究鲜见报道。
5.本发明以玉米皮为原料，碱性过氧化氢法提取玉米皮膳食纤维，采用氨基磺酸-dmf法对其进行硫酸酯化，建立硫酸酯化玉米皮纤维的制备方法，采用氯化钡(bacl2)-明胶浊度法检测其取代度，folin-ciocalteu法测其总酚含量，dpph自由基清除法评价硫酸酯化玉米皮膳食纤维的抗氧化活性。这在一定程度上解决了玉米麸皮在保健食品应用方面的关键节点问题，为玉米麸皮及其衍生物的开发利用提供相关的理论依据和技术支持。不仅提高了玉米皮加工废弃物的循环可利用性，延长了玉米的生产加工链，同时有望解决麸皮排放所造成的环境污染问题，为富含高品质功能性食品的开发利用提供基础数据和应用途径。


技术实现要素：

6.本发明是为了解决现有技术的玉米皮膳食纤维硫酸酯化制备方法所存在的问题，
提供了一种工艺步骤简单，反应温和，对产物结构破坏小，无副反应，反应效率较高，无污染的高硫酸化玉米皮膳食纤维的制备方法。本发明通过碱性过氧化氢法提取玉米皮膳食纤维，采用氨基磺酸-dmf法开发了一种硫酸酯化玉米皮膳食纤维的制备方法。
7.本发明的目的由以下技术配方实现：
8.玉米皮膳食纤维的提取：玉米皮质量(g)∶正己烷体积(ml)＝1∶10；
9.玉米皮膳食纤维硫酸酯化：玉米皮膳食纤维0.5g，dmf 40～100ml，氨基磺酸1.0～2.5g，氨基磺酸与dmf质量比1∶20～1∶40，反应时间1.5～3.0h。
10.本发明所述硫酸酯化玉米皮膳食纤维的制备步骤如下：
11.a)玉米皮膳食纤维的提取
12.称取一定量过筛的玉米麸皮，加入正己烷50℃水浴加热2h后自然干燥。加入耐高温α淀粉酶，90-95℃水浴1h进行脱淀粉处理。过滤取滤渣加入碱性过氧化氢溶液，调ph 11.50，搅拌加热1h。冷却后4000r/min离心15min。取上清液浓盐酸调ph 4.0-4.5，浓缩后4000r/min离心15min，上清液中加入过量无水乙醇醇沉，静置12h，碱性蛋白酶除蛋白质，透析，冷冻干燥备用。所述过筛均采用40～80目筛网。
13.b)玉米皮膳食纤维的硫酸酯化
14.称取一定量的玉米皮膳食纤维，溶解于dmf中，加入氨基磺酸，90℃水浴3h，在冰浴中冷却，用2mol/l naoh调ph 7.0，流水透析48h，去离子水透析24h，浓缩后无水乙醇醇沉，获得的白色沉淀物冷冻干燥，得到硫酸酯化玉米皮膳食纤维。
15.c)采用氯化钡(bacl2)-明胶浊度法(尹红力.安徽农业科学，2014，42(26)：9167-9169)在0-100μg/ml范围内，建立回归方程为y＝0.0101x 0.0302，r2＝0.9996，检测硫酸酯化玉米皮膳食纤维的取代度。
16.d)采用folin-ciocalteu法(shao y，xu f，sun x，et al.food chemistry，2014，143(2)：90-96)测硫酸酯化玉米皮膳食纤维的总酚含量，建立回归方程y＝1.488x 0.017，r2＝0.9997，以mg/g没食子酸当量表示结果。
17.e)采用dpph自由基清除法(lopez martinez lx，oliart ros rm，valerio alfaro g，et al.food science and technology，2009，42(6)：1187-1192)在0-300mg/l范围内，建立回归方y＝0.00194x 0.0155，r2＝0.9996，以trolox当量评价硫酸酯化玉米皮膳食纤维抗氧化活性。
18.本发明所使用的原材料简单易得，所有化学试剂为分析纯，反应条件温和简便，且取代度较高。
19.与国内外现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.1)以玉米皮为原料，采用碱式提取法提取玉米皮膳食纤维，无需其他加工设备，清洁无污染，提取分离效果较好，持水率和膨胀率比较理想。
21.2)选用氨基磺酸-dmf法与玉米皮膳食纤维进行硫酸酯化反应，反应条件温和，酯化过程环保，无有毒有害物质产生，反应成本低，制备过程简单，无污染，具有潜在的经济价值和环保意义，对后期的工业化生产实践有一定的理论指导价值。
22.3)经试验证实，以氨基磺酸法进行玉米皮硫酸酯化是一种既经济又温和的改性方法，本发明制备的硫酸酯化玉米皮膳食纤维具有显著的抗氧化活性。这在之前的玉米皮膳食纤维硫酸酯化中未见报道，后续可根据实际应用进行取代度、多酚和抗氧化活性调控。
23.4)得到的硫酸酯化玉米皮膳食纤维，硫酸根含量高，取代度最高可达到2.92，有望在保健品、功能食品或医用配方食品等领域开发和利用，具有较高的社会经济价值和应用前景。
具体实施方式
24.下面结合实施例对本发明进一步说明，但实施例仅用于说明，并不限制发明的范围。
25.实施例1：
26.称取20g玉米麸皮，加入200ml正己烷，50℃超声水浴加热2h后干燥。加入耐高温α-淀粉酶，90-95℃水浴1h进行脱淀粉处理。过滤取滤渣加入碱性过氧化氢溶液，调ph 11.50，搅拌1h。冷却后4000r/min离心15min。取上清液用浓盐酸调ph 4.0-4.5，4000r/min离心15min，上清液加入过量无水乙醇进行醇沉，静置12h碱性蛋白酶除蛋白质，透析，冷冻干燥，得到玉米皮膳食纤维，持水力为72％，膨胀力为4.6ml/g。
27.称取0.5g玉米皮膳食纤维，溶解于60ml n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，并加入1.0g氨基磺酸，90℃水浴3h，反应完成后在冰浴中冷却，用2mol/l naoh调ph7.0，流水透析48h，去离子水透析24h，浓缩后进行无水乙醇醇沉，将获得的白色沉淀物进行冷冻干燥，即可得到取代度2.26，总酚含量55.6mg/g，dpph自由基清除活性达42.1mg/g trolox当量的硫酸酯化玉米皮膳食纤维。
28.实施例2：
29.称取20g玉米麸皮，加入200ml正己烷，50℃超声水浴加热2h后干燥。加入耐高温α-淀粉酶，90-95℃水浴1h进行脱淀粉处理。用碘液检测淀粉是否完全去除，若不变蓝，过滤取滤渣加入碱性过氧化氢溶液，调ph 11.50，磁力搅拌加热1h。冷却后4000r/min离心15min。取上清液调ph值4.0-4.5，4000r/min离心15min，取上清液加过量无水乙醇进行醇沉，静置12h碱性蛋白酶除蛋白质，透析，冷冻干燥，得到玉米皮膳食纤维，持水力为72％，膨胀力为4.6ml/g。
30.称取0.5g玉米皮可溶性多糖，溶解于50ml n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，加入2.0g氨基磺酸，90℃水浴3h，在冰浴中冷却，用2mol/lnaoh调节ph 7.0，流水透析48h，去离子水透析24h，浓缩后进行无水乙醇醇沉，将获得的白色沉淀物进行冷冻干燥，可得到取代度2.72，总酚含量38.5mg/g没食子酸当量，dpph自由基清除活性46.4mg/g trolox当量的硫酸酯化玉米皮膳食纤维。
31.实施例3：
32.称取20g玉米麸皮，加入200ml正己烷，50℃超声水浴加热2h后干燥。加入耐高温α-淀粉酶，90-95℃下水浴1h脱淀粉处理。过滤取滤渣加入碱性过氧化氢溶液，调ph 11.50，磁力搅拌加热1h。4000r/min离心15min。取上清液调ph 4.0-4.5，4000r/min离心15min，取上清液加过量无水乙醇进行醇沉，静置12h碱性蛋白酶除蛋白质，透析，冷冻干燥，得到玉米皮膳食纤维，持水力为72％，膨胀力为4.6ml/g。
33.称取0.5g玉米皮膳食纤维，溶解于60ml n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，加入2.0g氨基磺酸，90℃水浴2.5h，冰浴中冷却，2mol/l naoh调ph 7.0，流水透析48h，去离子水透析24h，浓缩后无水乙醇醇沉，获得的白色沉淀物冷冻干燥，即可得到取代度为2.92，总酚含量
为48.4mg/g没食子酸当量，dpph自由基清除活性为43.8mg/g trolox当量的硫酸酯化玉米皮膳食纤维。