一种硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维的制备方法

摘要

本发明公开了一种硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维的制备方法，其制备方法如下：(1)苹果膳食纤维经挤压改性处理后，采用水提醇沉法从中提取水溶性膳食纤维；(2)采用氨基磺酸-N,N-二甲基甲酰胺法在超声波辅助条件下快速、高效的制备硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维。本发明具有反应条件温和、操作简单、产物毒性小等优点，制得的硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维取代度为0.23～0.97，具有良好抗氧化及抗肿瘤活性。

说明书

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及苹果膳食纤维的硫酸酯 化改性方法。

背景技术

我国是苹果生产大国，果汁在加工过程中会产生大量的苹果渣。 据报道苹果渣中膳食纤维高达60～80％，是制备膳食纤维的良好原 料。膳食纤维作为一种重要的食品组成成分，被称为“第七大营养素”， 具有顺肠通便、调节控制血糖浓度、降血脂等多种生理功能。按溶解 性，膳食纤维可以分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维 (IDF)。其中SDF在预防糖尿病、心血管疾病、降低胆固醇等方面具 有比IDF更强的生理活性。

SDF是由半乳糖、葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等聚合而成的高分子 碳水化合物。单糖分子上含有大量的羟基，这些羟基能够发生酯化反 应、醚化反应、羧甲基化及乙酰化反应。研究表明硫酸酯化是一种有 效的化学修饰，多糖大分子单糖分子上的羟基被硫酸根所取代，具有 抗凝血、抗肿瘤、抗病毒等生理活性，近年来一些硫酸酯化的香菇多 糖、灵芝多糖、茯苓多糖等已应用于临床。

多糖硫酸酯化常用的方法有：浓硫酸法、氯磺酸-吡啶法、三氧 化硫-吡啶法、氯磺酸-甲酰胺法。浓硫酸酯化需要在低温条件下反应， 否则由于浓硫酸的碳化作用使产物颜色较深，操作条件苛刻；三氧化 硫-吡啶法成本高，仅适用于实验室水平；而氯磺酸-吡啶法是目前采 用较多的方法。公开号为CN1730496A的中国专利公开了一种硫酸酯 化多糖的制备方法及应用。公开号为CN1583800A的中国专利公开了 抗肿瘤活性茯苓菌核葡聚糖硫酸酯及其制备方法和用途。两项专利均 采用氯磺酸-吡啶法，但是氯磺酸是一种强氧化剂，遇水会发生剧烈 分解，酯化试剂需要在-4℃严格无水条件下制备，制备条件苛刻，酯 化剂稳定性差，易结块，获得酯化产物颜色深，无机盐含量高。

针对上述酯化方法存在的缺陷，多糖硫酸酯化方法不断地改进。 陕西科技大学杨阳等(苹果挤压改性水溶性膳食纤维硫酸酯化修饰， 食品与发酵工业，2014，40，61-64)采用氨基磺酸-吡啶法硫酸酯化 苹果膳食纤维，获得硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维取代度为1.29，但 是吡啶毒性大，易挥发，并且气味刺鼻，反应产物在该体系中呈褐色 粘稠状，不易搅拌。公开号为CN101412762A的中国专利公开了一种 催化合成沙蒿多糖硫酸酯的方法，采用氯磺酸-N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)法硫酸酯化沙蒿多糖，取代度为1.05～1.51，但是氯磺酸反 应剧烈，遇水剧烈反应，大量放热，有爆炸的危险，酯化反应需在低 温无水的条件下进行，操作复杂，难以控制。

目前，对于氨基磺酸-DMF法硫酸酯化苹果膳食纤维尚未报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维的制 备方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

1)将苹果膳食纤维与苹果膳食纤维重量20～40％的蒸馏水搅拌混 合均匀后静置30～120min，静置后进行挤压改性，然后依次经烘干、 粉粹以及过筛得苹果膳食纤维挤压改性物(即挤压改性苹果膳食纤 维)；

2)向苹果膳食纤维挤压改性物中加入蒸馏水后于50～70℃浸提 1～2h，苹果膳食纤维挤压改性物与蒸馏水的质量比为1:20～1:40，浸 提结束后抽滤并收集滤液，将滤液真空浓缩后加入1～4倍体积的95％ 乙醇并静置过夜(水提醇沉法)，然后离心并收集沉淀，将沉淀烘干 得苹果水溶性膳食纤维；

3)将苹果水溶性膳食纤维悬浮于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中 得混合物A，在搅拌条件下向混合物A中加入氨基磺酸，然后在超 声频率为20～40kHz、温度为50～80℃的条件下反应1～3h，反应结束 后冷却至室温，然后用2～4mol/L NaOH水溶液调节pH值为中性，然 后加入1～4倍体积的95％乙醇并静置过夜，然后离心并收集沉淀，将 沉淀溶于蒸馏水并装入透析袋中，然后用蒸馏水透析2～4天，然后向 透析液(指透析袋内的液体)中加入1～4倍体积的95％乙醇并静置过 夜，然后离心并收集沉淀，将沉淀烘干得硫酸酯化苹果水溶性膳食纤 维(命名为SSDF)。

所述挤压改性是在螺杆挤压机螺杆转速为700～900r/min条件下 挤压膨化。

所述真空浓缩的条件为：温度为45～60℃，真空度为0.06～0.09M Pa，浓缩至滤液体积的1/4～1/6。

所述混合物A中每1g苹果水溶性膳食纤维悬浮于60～90mL N,N- 二甲基甲酰胺中。

所述苹果水溶性膳食纤维与氨基磺酸的质量比为1:1～1:4。

所述苹果膳食纤维的制备方法包括以下步骤：将苹果渣与蒸馏水 搅拌混合均匀后用2～4mol/L NaOH水溶液调节pH为10～14，苹果渣 与蒸馏水的质量比为1:6～1:10，然后于50～80℃保温10min得混合物 B，向混合物B中加入蒸馏水体积1～3％的双氧水，然后于50～80℃ 搅拌反应1～3h，搅拌反应结束后用流水洗涤至中性，洗涤后依次烘 干、粉碎以及过筛，得苹果膳食纤维。

所述烘干的温度均为35～60℃；所述过筛均采用20～80目筛。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

(1)本发明选用氨基磺酸为酯化剂，DMF为反应溶剂，将超声 波用于辅助苹果SDF硫酸酯化，可以制备获得具有良好生理活性的 苹果膳食纤维。

(2)本发明以氨基磺酸为酯化剂，DMF为反应介质，反应条件 温和、毒性低，且DMF介质易干燥，性质温和，不易挥发，苹果SDF 在其中容易分散，产物颜色浅，在分离纯化方面简单易行。

(3)本发明将超声波用于辅助苹果SDF硫酸酯化，缩短了酯化 时间，降低了酯化温度，减少苹果SDF在强酸环境下的降解，增加 酯化反应速率，制得的硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维颜色浅，得率高。

(4)本发明首次研究硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维的抗肿瘤活 性，经试验证实，本发明制备的硫酸酯化苹果水溶性膳食纤维对乳腺 癌细胞增殖有明显的抑制作用。

(5)本发明通过对苹果渣进行处理，不仅起到脱色作用，还提 高了处理产物中苹果膳食纤维的含量，通过进一步对苹果膳食纤维进 行挤压改性处理，不仅显著提高SDF构成比例，同时提高SDF持水 力、膨胀力等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。

苹果膳食纤维的制备：称取一定质量20目苹果渣，按照料液比 为1:8(g:mL)的比例加入蒸馏水，搅拌均匀，用2mol/L氢氧化钠水 溶液调节pH为13，于70℃保温10min，然后加入蒸馏水体积2％的 双氧水，70℃搅拌反应2h，待反应结束后过100目筛，筛上物用流 水洗涤至中性，将其置于55℃烘箱中烘干、粉碎并过20目筛，即得 苹果膳食纤维。

实施例1

1)称取一定质量20目苹果膳食纤维，加入苹果膳食纤维质量 20％的蒸馏水，搅拌均匀，静置30min，随后在螺杆转速为700r/min 条件下挤压膨化，挤压处理后将挤出物置于45℃烘箱中烘干，粉碎 并过20目筛，获得挤压改性苹果膳食纤维；

2)称取一定质量20目挤压改性苹果膳食纤维，按1:20的料液 比(g:mL)加入蒸馏水，于60℃浸提1h，抽滤并收集滤液，滤液在 温度为60℃，真空度为0.07MPa下真空浓缩至1/5体积，加入4倍 体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀，将沉淀置于45℃ 烘箱中烘干，即得苹果SDF；

3)准确称取1.0g苹果SDF，将其悬浮于60mL DMF中，在搅拌 条件下加入2.0g氨基磺酸，随后于超声频率为20kHz、温度为50℃ 下反应3h，反应结束后冷却至室温，随后用2.5mol/L氢氧化钠水溶 液调节pH值为中性，加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，然后 离心并收集沉淀，将沉淀溶于蒸馏水并装入透析袋中，蒸馏水透析3 天，透析液加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀， 将沉淀置于45℃烘箱中烘干，即得到0.763g的SSDF。

实施例2

1)称取一定质量20目苹果膳食纤维，加入苹果膳食纤维质量 30％的蒸馏水，搅拌均匀，静置60min，随后在螺杆转速为800r/min 条件下挤压膨化，挤压处理后将挤出物置于50℃烘箱中烘干，粉碎 并过60目筛，获得挤压改性苹果膳食纤维；

2)称取一定质量60目挤压改性苹果膳食纤维，按1:25的料液 比(g:mL)加入蒸馏水，于70℃浸提1.5h，抽滤并收集滤液，滤液 在温度为50℃，真空度为0.06MPa下真空浓缩至1/5体积，加入4 倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀，将沉淀置于50 ℃烘箱中烘干，即得苹果SDF；

3)准确称取1.0g苹果SDF，将其悬浮于70mL DMF中，在搅拌 条件下加入3.0g氨基磺酸，随后于超声频率为30kHz、温度为60℃ 下反应2h，反应结束后冷却至室温，随后用2.5mol/L氢氧化钠水溶 液调节pH值为中性，加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，然后 离心并收集沉淀，将沉淀溶于蒸馏水并装入透析袋中，蒸馏水透析3 天，透析液加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀， 将沉淀置于50℃烘箱中烘干，即得到0.612gSSDF。

实施例3

1)称取一定质量20目苹果膳食纤维，加入苹果膳食纤维质量 40％的蒸馏水，搅拌均匀，静置90min，随后在螺杆转速为900r/min 条件下挤压膨化，挤压处理后将挤出物置于55℃烘箱中烘干，粉碎 并过80目筛，获得挤压改性苹果膳食纤维；

2)称取一定质量80目挤压改性苹果膳食纤维，按1:30的料液 比(g:mL)加入蒸馏水，于60℃浸提2h，抽滤并收集滤液，滤液在 温度为55℃，真空度为0.08MPa下真空浓缩至1/6体积，加入4倍 体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀，将沉淀置于55℃ 烘箱中烘干，即得苹果SDF；

3)准确称取1.0g苹果SDF，将其悬浮于80mL DMF中，在搅拌 条件下加入3.0g氨基磺酸，随后于超声频率为35kHz、温度为70℃ 下反应2h，反应结束后冷却至室温，随后用2.5mol/L氢氧化钠水溶 液调节pH值为中性，加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，然后 离心并收集沉淀，将沉淀溶于蒸馏水并装入透析袋中，蒸馏水透析3 天，透析液加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀 将沉淀置于55℃烘箱中烘干，即得到0.609g的SSDF。

实施例4

1)称取一定质量20目苹果膳食纤维，加入苹果膳食纤维质量 20％的蒸馏水，搅拌均匀，静置120min，随后在螺杆转速为800r/min 条件下挤压膨化，挤压处理后将挤出物置于60℃烘箱中烘干，粉碎 并过40目筛，获得挤压改性苹果膳食纤维；

2)称取一定质量40目挤压改性苹果膳食纤维，按1:40的料液 比(g:mL)加入蒸馏水，于70℃浸提1.5h，抽滤并收集滤液，滤液 在温度为45℃，真空度为0.09MPa下真空浓缩至1/5体积，加入4 倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀，将沉淀置于60 ℃烘箱中烘干，即得苹果SDF；

3)准确称取1.0g苹果SDF，将其悬浮于90mL DMF中，在搅拌 条件下加入4.0g氨基磺酸，随后于超声频率为30kHz、温度为80℃ 下反应1h，反应结束后冷却至室温，随后用2.5mol/L氢氧化钠水溶 液调节pH值为中性，加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，然后 离心并收集沉淀，将沉淀溶于蒸馏水并装入透析袋中，蒸馏水透析3 天，透析液加入4倍体积95％乙醇醇沉，静置过夜，离心并收集沉淀， 将沉淀置于60℃烘箱中烘干，即得到0.543g的SSDF。

本发明首先在碱性环境下制备苹果膳食纤维；其次对苹果膳食纤 维进行挤压改性处理，经挤压改性处理后水溶性膳食纤维含量从原料 中的3.4％增加到23.5％；随后采用水提醇沉法提取水溶性膳食纤维； 然后采用氨基磺酸-N,N-二甲基甲酰胺法对苹果水溶性膳食纤维进行 硫酸酯化修饰，获得硫酸酯化苹果SDF取代度为0.23～0.97，酯化反 应条件温和，产物颜色浅，产率高。

本发明对制得的硫酸酯化苹果SDF分别进行自由基清除能力的 测定及对人乳腺癌细胞MM231的增殖抑制作用研究。自由基清除能 力测定结果表明，与未酯化苹果SDF相比，硫酸酯化苹果SDF对羟 自由基、超氧阴离子自由基及氧自由基清除能力显著增强，当浓度为 5mg/mL，对自由基清除能力分别提高21.07％、50.32％、37.91％。对 乳腺癌细胞MM231的增值抑制作用研究结果表明，硫酸酯化苹果 SDF对乳腺癌细胞MM231的增值具有明显抑制作用，利用Graphpad 软件计算IC50得到苹果SDF、SSDF对MM231细胞48h的IC50分 别为268.3mg/L，17.63mg/L。由此说明，本发明制得的硫酸酯化苹果 水溶性膳食纤维具有良好的生物活性。