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CN1078595C - 水溶性多糖及其制备方法和应用 - Google Patents

水溶性多糖及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了由鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、葡萄糖及糖醛酸组成的水溶性多糖，且糖醛酸的酯化度不高于50%。该水溶性多糖可用作蛋白质稳定剂。本发明也公开了制备该多糖及含有该多糖食品的方法。

Description

水溶性多糖及其制备方法和应用
本发明涉及水溶性多糖，尤其是当暴露于酸时具有稳定蛋白质颗粒的水溶性多糖，该多糖的生产方法，以及该多糖作为蛋白质稳定剂的应用。
多糖是人们熟知的，水溶性多糖具有很宽的分子量范围。但是，当其分子量太低时其稳定暴露于酸的蛋白质颗粒的能力变得无效，而当分子量过高时其粘度增大，难以可口，且难以获得高浓度溶液。
果胶、瓜耳胶、阿拉伯树胶、吨胶等是目前已知的良好稳定剂。果胶是从水果中提取，瓜耳胶是从金合欢种子的细胞壁中提取。阿拉伯树胶是通过提炼树汁而制得，而吨胶是通过发酵制得。但是这些胶中没有任何一种是从大豆等谷物的壳或细胞壁制得。
另一方面，得自大豆壳的多糖、其碱性分解产物及其酶解产物均是已知的。例如，在JP-A-3-236759中水溶性多糖是通过在酸性条件下热水解水不溶性纤维而获得的。但是，分散在这些糖中的蛋白质颗粒的稳定性较差。
且果胶被用在含有牛乳蛋白的食品或饮料，如酸乳酪中，以作为牛乳蛋白在酸性条件下的稳定剂。但是，由于其高粘度，它很粘且味道较差。
如上所述，以前并未获得具有在酸性条件下稳定蛋白质颗粒的功能的低粘度多糖。而已知具有稳定蛋白质功能的多糖，如果胶则具有很高的粘度，且味道较差。鉴于以上问题，本发明目的在于提供一种能够在酸性条件下稳定蛋白质颗粒的低粘度多糖。
本发明人努力获得一种具有低粘度且能在酸性条件下稳定蛋白质颗粒的多糖，且已发现，通过对水溶性半纤维素脱甲氧化所获得的水溶性多糖满足以上要求。
从以下的详细叙述及实施例中可以更明显地看出本发明的上述及其它目的、特点及其优点。
本发明涉及的一个方面是水溶性多糖，其中糖组分为鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、葡萄糖及糖醛酸，且糖醛酸的酯化度低于50％。
本发明涉及的第二个方面是制备该多糖的方法，其特征是对水溶性半纤维素去甲氧基化。
本发明所利用的原材料可为任何植物，但不同于自水果提取的果胶，优选得自大豆等谷物的外壳或细胞壁以作为提取具有低半乳糖醛酸含量的半纤维素的原材料，因为它们具有稳定的来源。如大豆等豆类是优选的含糖醛酸的半纤维素源。
而且，在豆类中，优选大豆作为原材料，因为大豆是豆腐和大豆分离物的原料，在生产豆腐时作为副产品制得的豆渣已被脱蛋白和脱脂，作为水溶性半纤维素来源的外壳和细胞壁被纯化至一定程度。
下面叙述生产本发明水溶性多糖的方法，该方法最重要的特征是作为水溶性半纤维素组成性糖成分的糖醛酸的甲氧基化羧基被去甲氧基化。为了去甲氧基化，原则上可使用酸、碱或酶，且优选使用酸或碱，因为它们便易且简单。在本发明中是使用碱，因为其效率最高，脱甲氧基化可在提取水溶性半纤维素过程中进行，但最好在提取之前或之后完成脱甲氧基化。
当在提取水溶性半纤维素之前进行脱甲氧基化时，首先是按下述方法对原材料进行脱甲氧基化：向原料中加入足量的水并搅拌，水量取决于原料中所含的水含量。1-8倍的量是合适的。用碱将该悬浮液的pH值调至9-14，优选11-13。碱的例子有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙及氨水等。该处理的稳定效果在高pH值下比在低pH值下更有效。但是，pH值越低，其颜色越高。调节pH值之后，将悬浮液加热至室温以上，最好是在50℃以上。温度越高，效果越好。但温度较高时颜色更深。
然后，通过离心或压滤分离固体-液体，且该分离方法可在如上所述的碱性条件下进行，或通过等电点沉淀回收用碱从原料中洗脱出的蛋白质。后一种方法较好，因为液相中存在的有机材料较少，减少了与废水处理有关的问题。与在室温下通过脱蛋白质纯化多糖的已知方法不同是，在本发明的方法中固相中蛋白质的存在并不是关键。
然后从如上所获得的固体中提取水溶性半纤维素。原则上，提取可在任何pH值范围，即碱性、中性或酸性条件下进行。最好是在该固体中所含蛋白质的等电点进行提取，因为它最有效且最纯。在本发明中，是在pH3-6的条件下进行提取，例如，当利用豆渣时，提取是在pH3-6时进行，更优选的是pH4-5.5。提取过程中的温度应在室温以上，本发明中是在80℃以上，更优选100-130℃。根据需要，可在该加热提取步骤中加入水促进提取和搅拌效率。
提取之后，通过离心或压滤分离水溶性部分和水不溶性成分。所分离的水溶性成分含有水溶性半纤维素。将该溶液脱色、除溴、脱矿质及干燥后得到本发明的水溶性多糖。该水溶性多糖的稳定效果与未经过脱色、除臭和脱矿质步骤所获得的多糖的稳定效果相似。
当在提取水溶性半纤维素之后进行脱甲氧基化时，首先是提取半纤维素，加足量的水并搅拌。水量取决于原料中所含的水份量，1-5倍的量比较合适，与上述方法相似，最好在原料中所含蛋白质的等电点提取半纤维素。提取温度在80℃以上，最好为100-130℃。
提取之后，通过离心或压滤分离水溶性部分和水不溶性部分，以得到如上所述的含水溶性半纤维素的溶液，然后对水溶性半纤维素脱甲氧基化。该步骤按下法进行。首先用碱将含有水溶性半纤维素溶液的pH值调至9-14，最好是11-13，然后将溶液加热至40℃以上。温度和pH值越高，其效果及着色越强。
去甲氧基化之后，干燥该溶液及得到本发明的水溶性多糖。
作为组成性糖组分，本发明所获得的水溶性多糖含有鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、葡萄糖及糖醛酸，并根据需要还可含有甘露糖和果糖，其组成一般为1-7wt％的鼠李糖、2-8wt％的岩藻糖、15-50wt％的阿拉伯糖、2-10wt％的木糖、25-60wt％的半乳糖、小于4wt％的葡萄糖及10-35wt％的糖醛酸。糖醛酸的甲基酯被脱甲氧基化，且其酯化度小于50％，优选小于30％，更优选20％。含有水溶性多糖的该组合物适用于稳定蛋白质颗粒。
根据分子量的大小，通过凝胶过滤层析(G500，TOSOH、Oorp，洗脱液：0.1M磷酸盐缓冲液，pH6.8)分级分离本发明的水溶性多糖，以获得A、B和C级分。级分A具有高分子量，且在酸性条件下具有良好的稳定蛋白质颗粒的效果。级分B和C分子量相对较低，其稳定蛋白质颗粒的效果不足，但它们能减小粘度并可以小量含有。
当本发明的水溶性多糖由A、B和C级分组成时，它显示出良好的稳定蛋白质颗粒的作用，且具有较低的粘度。用下述方法(方法B)测得的A、B和C级分的平均分子量分别为数千至数百万、数万及数千。A和B级分的糖组合物由糖醛酸、鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖及葡萄糖。尤其是，级分A主要含有糖醛酸。级分C具有低分子量级分，主要由低分子量糖和蛋白质组成。
级分A的重量比相对于级分B和C越大则其在酸性条件下稳定蛋白质颗粒的作用越强。
通过下面所述的方法A所测得的本发明水溶性多糖的平均分子量为50,000-1,000,000。且所含糖醛酸甲酯应被脱甲氧基化，其酯化度应不大于50％，较好不大于30％，最好是不大于20％。30％，最好是不大于20％。
本发明是通过以下分析方法测定多糖比例。
通过Blumenkrantz方法测定糖醛酸。并通过alditol、乙酸酯法测定中性多糖。
多糖的平均分子量通过以下方法测得：
方法A
利用标准的Pullulan(由Syowh DenkoK、K生产)作为标准品，按特性粘度测定在0.1M硝酸钠中的粘度，从而测定出分子量。
方法B
利用标准的Pullulan(由Syoua DenkoK、K、生产)作为标准品制备出HPLC凝胶过滤层析(Tosoh-G5000PWLX；洗脱液：0.1M磷酸盐缓冲剂，pH6.8)保留时间的标准曲线，并根据该标准曲线从样品的保留时间测定出分子量。
本发明的多糖的旋光率(25℃)不低于15，优选20-70。
本发明多糖的蛋白质含量不大于13wt％，优选不大于9wt％。
本发明多糖的灰分含量为1-12wt，优选2-8wt％，且由于灰分的存在，使得水溶性增加。
通过以下的实施例可以更容易地理解本发明。这些实施例旨在说明本发明而不是限制其范围。
制备水溶性多糖
实施例1
将大量的水加到在制备大豆分离物过程中所得到的豆渣中，并向该悬浮液中加入氢氧化钠以调节pH值至12。然后将悬浮液于60℃加热1小时，离心(5000G，10min)分离上清液及碱处理的豆渣。
向该豆渣中加入等量的水，并用盐酸将pH调至5，于高压釜中将悬浮液在120℃加热1小时，以提取水溶性半纤维素，提取之后离心(5000G，10min)悬浮液以分离主要含水溶性半纤维素的水溶性级分。通过喷雾干燥器干燥水溶性级分，得到水溶性多糖(1)。
实施例2
将大量的水加到在制备大豆分离物过程中所获得的豆渣中，向该悬浮液中加人氢氧化钠以调节pH至12，然后向该悬浮液中加入盐酸以调节pH至5。通过离心(5000G，10min)该混合物以分离上清液及碱处理的豆渣。
溶解蛋白被再度澄清的该豆渣含有大部分的豆渣蛋白。向该豆渣中加入等量的水，并在高压釜中于120℃加热1小时，以提取水溶性半纤维素。提取之后，离心(5000G，10min)该悬浮液以分离主要含水溶性半纤维素的水溶性级分，并利用喷雾干燥器干燥水溶性级分，得到水溶性多糖(2)。
实施例3
将大量水加至在制备大豆分离物过程中所得的豆渣中，并向该悬浮液中加入盐酸以调节pH值至5。将该悬浮液在高压釜中于120℃加热1小时，然后离心(5000G，10min)分离主要含水溶性半纤维素的水溶性级分。
向含有水溶性半纤维素的该溶液中加入氢氧化钠以调节pH至12。然后于90℃加热混合物30分钟，除去产物的沉淀，并加人盐酸中和(pH7)。然后干燥溶液以得到水溶性多糖(3)。
实施例4
利用作为制备豆腐时的副产品的豆渣，按照与实施例1相似的方法制得水溶性多糖(4)。
实施例5
将大量水加至在制备大豆分离物过程中所得到的豆渣中，然后向悬浮液中加入盐酸以调节pH至5。将悬浮液在高压釜中于120℃加热1小时后离心(5000G，10min)分离主要含水溶性半纤维素的水溶性级分。干燥该溶液后得到水溶性多糖(5)。
实施例6
将大量水加到在制备大豆分离物过程中得到的豆渣中，向该悬浮液中加入氢氧化钠以调节pH至12。然后不经加热搅拌悬浮液，并离心(5000G，10min)分离上清液及碱处理过的豆渣。
向该豆渣中加入等量的水，用盐酸调节pH至5。然后在高压釜中于120℃加热悬浮液1小时，以提取水溶性半纤维素。提取之后离心(5000G，10min)悬浮液，以分离主要含水溶性半纤维素的水溶性级分。用喷雾干燥器干燥水溶性级分，以得到水溶性多糖(6)。
将水溶性多糖(1)-(4)，(5)和(6)的样品配制成10％的溶液(pH7)，并利用FT-300光谱仪(Horiba S eisakusho)测定其红外光谱，其透射比示于表1
表1红外光谱的透射比(％)
样品                     频率(cm-1)
    1740    1594    1415    1240
多糖(1)(2)(3)(4)(5)(6)     100.399.698.798.996.697.7    92.992.893.193.295.994.6    87.887.988.088.189.389.5    94.392.693.693.590.090.3
将利用本发明的方法获得的水溶性多糖(1)-(4)与在未经碱处理的情况下通过加热提取或在室温下经过碱处理的加热提取所获得的水溶性多糖(5)和(6)进行比较后可以看出，1240、1420、1600和1740cm-1处的吸收值是不相同的。即在未经碱处理所得的多糖(5)及通过在室温下用碱处理所获的多糖(6)中，1240和1740cm-1处的吸收值较高，它表明有甲基酯存在。而在利用本发明的方法所获得的多糖(1)-(4)中未测得有吸收值。相反，1420和1600cm-1处的吸收被认为是羧基吸收，且(1)-(4)高于(5)和(6)。这些结果说明糖醛酸的甲基酯化的羧基在加热时被碱处理所脱甲氧基化。
测定水溶性多糖(1)、(2)和(5)的组成及糖组成，其结构示于表2和表3。
             表2
成分 (1) (2) (5)
    水蛋白质灰分多糖旋光率(25℃)      4.42.46.486.8+39.9      3.67.49.379.7+27.3      5.15.45.384.2+37.4
         表3
糖 (1) (2) (5)
    糖醛酸鼠木糖岩糖阿拉伯糖木糖半乳糖葡萄糖糖醛酸的酯化度    20.14.13.521.64.145.21.214.5    18.74.43.721.94.047.11.218.9    19.42.13.923.15.843.42.363.6
以上结果说明，糖醛酸的甲基酯化的羧基在加热时被碱处理所脱甲氧基化。
利用测定果胶酯化度的方法测定酯化度。即，利用被碱脱甲氧基化之前和之后的样品，通过以下公式获得数据。
酯化度(DE)＝V2/(V1＋V2)×100
其中V1表示，当利用含有盐酸的异丙醇使糖醛酸样品游离，用异丙醇洗涤以制备不含盐酸的样品，并利用酚酞作为指示剂用NaOH滴定该样品时0.1NNaOH的量(ml)；V2表示当0.5N NaOH被加至上述滴定样品溶液中，然后加入与在脱甲氧基化中所用NaOH的量相同的HCl，并按V1相同方式滴定该样品时所用0.1N NaOH的量(ml)。
对蛋白质颗粒的稳定作用
利用水溶性多糖(1)-(6)以及目前用作酸乳饮料的蛋白质稳定剂的果胶制备酸乳饮料。在制备7天后测定酸乳饮料的状态及粘度。
酸乳饮料按以下方法制备
(i)制备酸牛奶
将脱酯牛奶加至水(21％)中，加热并搅拌，于95℃灭菌。冷却后将市售普通酸牛奶作为发酵剂注射到混合物中，于恒温室中38℃发酵。破碎发酵过的酸牛奶以均化凝乳后，将混合物冷却至10-15℃。
(ii)制备稳定剂溶液
将2％水溶性多糖溶液搅拌加热(80℃，10min)，并冷却至25℃。
(iii)制备酸乳饮料
将糖加至水中以制备糖溶液。然后向该溶液中加入稳定剂溶液和酸牛奶，并通过加入乳酸和柠檬酸钠调节该混合物的pH值。然后使用均化器均化该混合物(150kg/cm2)，装瓶后于冰箱中保存1周。各成分的百分比为20％稳定剂溶液、40％酸牛奶、7％糖和33％水。其结果示于表4
             表4
     酸乳饮料    7天后的 7天后的糖度稳定剂
      的pH        状态      (CPS)(1)       4.5         稳定       11
      4.2         稳定       10
       4.0    稳定    10
(2)    4.5    稳定    12
       4.2    稳定    10
       4.0    稳定    11
(3)    4.5    稳定    12
       4.2    稳定    11
       4.0    稳定    11
(4)    4.5    凝集    82
       4.2    稳定    11
       4.0    稳定    11
(5)    4.5    凝集   100
       4.2    凝集    75
       4.0    凝集    20
(6)    4.5    凝集   120
       4.2    凝集    80
       4.0    凝集    15
果胶   4.5    稳定    30
       4.2    稳定    26
       4.0    稳定    26
从以上结果可以看出，使用本发明的水溶性多糖酸乳饮料在pH4.0以上的范围保持稳定，且含有本发明水溶性多糖的酸乳饮料具有较低的糖度及较好的味道。
尽管本发明的优选形式已被叙述，但本领域普通技术人员很容易理解，在不背离本发明精神的情况下可对本发明进行改动，且本发明的范围仅由下面的权利要求书加以限制。

Claims (14)

1.一种水溶性多糖，其中其组成性糖组分为鼠李糖、岩藻糖、阿拉伯糖、木糖、半乳糖、葡萄糖和糖醛酸，其中组成性糖组分的比例为1-7重量％的鼠李糖、2-8重量％的岩藻糖、15-50重量％的阿拉伯糖、2-10重量％木糖、25-60重量％的半乳糖、不多于4重量％的葡萄糖及10-35重量％的糖醛酸，且糖醛酸的酯化度不高于50％。
2.根据权利要求1所述的水溶性多糖，其中它还含有甘露糖和果糖作为组成性糖组分。
3.根据权利要求1所述的水溶性多糖，其分子量为50,000-1,000,000。
4.根据权利要求1所述的水溶性多糖，糖醛酸的酯化度不高于30％。
5.根据权利要求4所述的水溶性多糖，其中糖醛酸的酯化度不高于20％。
6.根据权利要求1所述的水溶性多糖，它由植物制得。
7.根据权利要求6所述的水溶性多糖，它由谷物制得。
8.制备权利要求1所述的水溶性多糖的方法，其特征在于它含有水溶性半纤维素的脱甲氧基化步骤和加热提取步骤，其中脱甲氧基化步骤包括向水溶性半纤维素的溶液或悬浮液中加入碱以调节pH至9-14，并加热该混合物至40℃以上，且加热提取步骤在pH3-6、温度为80℃-130℃的条件下进行。
9.根据权利要求8所述的方法，其中脱甲氧基化步骤是在提取水溶性半纤维素之前或之后进行。
10.根据权利要求8所述的方法，其中水溶性半纤维素是通过加热提取原料并分离水溶性级分而获得。
11.根据权利要求10所述的方法，其中提取水溶性半纤维素的原料是植物。
12.根据权利要求11所述的方法，其中水溶性半纤维素是从谷物中提取。
13.根据权利要求11所述的方法，其中水溶性半纤维素是从大豆中提取。
14.权利要求1所述的水溶性多糖在酸乳饮料中作为蛋白质稳定剂的应用。
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