一种谷物β-葡聚糖共蒸发复合物及其制备方法和应用与流程

一种谷物
β-葡聚糖共蒸发复合物及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于功能食品或保健品食品技术领域，具体涉及一种谷物β-葡聚糖共蒸发复合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.谷物β-葡聚糖，例如燕麦β-葡聚糖，可部分溶于水，形成高粘度胶状物质，可在胃肠道形成胶状屏障，延缓胃排空，延缓糖类和脂肪的吸收，有利于降低血糖。但是，由于谷物高分子β-1,3-/1,4-葡聚糖为链状高分子，由于分子间和分子内作用力较高，长链分子蜷缩聚集成团，导致在水中分散非常缓慢，溶解度不高。此问题导致的进一步后果，就是服用后在胃肠道无法充分、完全地形成胶状物质，无法发挥最大粘性和降血糖效果。
3.谷物β-葡聚糖健康功效的原因之一是其高分子量，但高分子量正如一把双刃剑，使分子蜷曲成团不易分散溶解，无论是使用便利性还是体内功效都受影响；而如果要通过化学手段提高其分散溶解性，只能通过降解工艺降低其分子量，这样虽然解决了分散溶解性问题，但破坏了分子链结构和粘度，其健康功效也会大打折扣。因此如果要充分发挥谷物β-葡聚糖的健康功效，就需要一种在不降低分子量的前提下提升其分散溶解性的方法。
4.专利201810419440.9公开了一种通过加入特定配比的抗性糊精和低聚果糖改善燕麦β-葡聚糖粘度的方法，该方法通过物理混合物的形式，改善了燕麦β-葡聚糖的分散溶解性。但以燕麦β-葡聚糖为代表的谷物β-葡聚糖的水中分散溶解性仍有提高的空间。


技术实现要素：

5.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种谷物β-葡聚糖共蒸发复合物，该复合物中谷物β葡聚糖与可溶性膳食纤维两者以共蒸发物（或称：共沉淀物）的形式均匀共存，并令人惊讶地表现出比物理混合物更好的水中分散性、粘度，以及体内降血糖功效。
6.本发明是通过以下技术方案实现；一种谷物β-葡聚糖共蒸发复合物，包括如下重量份数的原料：谷物β葡聚糖1-9份，可溶性膳食纤维1-9份，其中，所述谷物β葡聚糖与可溶性膳食纤维两者以共蒸发物的形式均匀共存。
7.作为本发明进一步优选的技术方案，所述的谷物β-葡聚糖共蒸发复合物，各原料重量份为：谷物β葡聚糖3-7份，可溶性膳食纤维3-7份。
8.本发明所述的共蒸发物（也称共沉淀物）是固体分散体的一种形式，是指在溶剂存在的前提下，去除溶剂后两种或两种以上的物质形成的均匀分散体系。与物理混合物不同，共沉淀物中的各个组分以无定形分散物或固体溶液的形式均匀共存。制备方法包括溶剂法、喷雾干燥、冷冻干燥等。
9.本发明复合物中的谷物β-葡聚糖，具体是指谷物高分子β-1,3-/1,4-葡聚糖，进一步地，具体选自燕麦β-葡聚糖、大麦β-葡聚糖、小麦β-葡聚糖和青稞β-葡聚糖中的一种或几
种。谷物β葡聚糖具有特定的β-1,3-/1,4糖苷键结构，溶于水可形成粘稠的胶状物，在肠道中不被消化酶降解，但能够被肠道微生物发酵利用。人体生理功效：谷物β-葡聚糖一方面可以在肠道中吸水膨胀形成胶状物，减缓葡萄糖的吸收，增加饱腹感；另一方面可以与肠道中的胆汁酸相结合，促进胆固醇排泄，降低血浆中的胆固醇；另外谷物β-葡聚糖可被肠道菌群利用，发酵生成丙酸、丁酸等短链脂肪酸，通过特殊信号通路改善改善胰岛素分泌等人体代谢机能，从而改善血糖、血脂异常升高等代谢性疾病。上述四种谷物β-葡聚糖的分子结构、物理性质和生理功效是相似的，因此在本发明中，四种谷物β-葡聚糖能够以任意比例组合，都能达到本发明所述的效果。
10.本发明复合物中的可溶性膳食纤维，选自菊粉、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、α-低聚半乳糖、大豆低聚糖、酵母β-葡聚糖、菌类β-葡聚糖、海藻多糖、果胶、壳寡糖、抗性糊精、羧甲基淀粉钠、羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素和羧甲基纤维素钠中的一种或几种。可溶性膳食纤维是一类水溶性的非消化性碳水化合物，进一步细分为低聚糖（菊粉、低聚果糖、低聚异麦芽糖、低聚木糖、α-低聚半乳糖、大豆低聚糖等）、低分子葡聚糖（酵母β-葡聚糖、菌类β-葡聚糖）、杂多糖（海藻多糖、壳寡糖）、改性淀粉/纤维素（抗性糊精、羧甲基淀粉钠、羟乙基纤维素、羟丙甲基纤维素和羧甲基纤维素钠）等几个类别。可溶性膳食纤维有如下几个共性：
①
均属于非消化性碳水化合物；
②
水溶性良好，具有较低的分子量；
③
可被肠道微生物发酵利用；
④
具有一定的健康功效例如降低血糖。在本发明中，可溶性膳食纤维的作用是与谷物β-葡聚糖形成具有显著分散溶解性优势的共蒸发物，并且能够辅助提高降血糖功效，因此这些可溶性膳食纤维之间能够以任意比例组合，都能达到本发明所述的效果。
11.本发明还提供了上述谷物β-葡聚糖共蒸发复合物的制备方法，包括如下步骤：（1）将谷物β-葡聚糖和水溶性膳食纤维溶于水；（2）将二者的混合水溶液通过喷雾干燥的方式制成固体粉末，或将二者的混合水溶液通过减压干燥的方式制成固体粉末，或将二者的混合水溶液通过冷冻干燥的方式制成固体粉末，或在二者的混合水溶液中加入沉淀剂，得到沉淀物，通过离心或抽滤的方式分离沉淀物，干燥制成固体粉末。
12.优选的，述沉淀剂为乙醇、甲醇、丙醇、丙二醇、叔丁醇或丙酮中的一种或几种。
13.采用本发明所述的制备方法，谷物β葡聚糖与可溶性膳食纤维两者可形成共蒸发物（或称共沉淀物），可在微观水平克服谷物β葡聚糖分子间和分子内的范德华力，相对其物理混合物，可以显著提高其水中分散溶解性，分散时间大幅缩短，其水溶液的粘度也显著提高，进一步提高其降血糖效果。
14.本发明还提供了上述的谷物β-葡聚糖共蒸发复合物在制备预防或治疗高血糖的功能食品、保健品或药品中的应用。
15.本发明还提供一种功能食品，包含上述的谷物β-葡聚糖共蒸发复合物及食品学上了可接受的辅料，述辅料可以为各种赋形剂、助流剂、粘合剂、抗结剂、稳定剂、香精、甜味剂等，通过食品领域常规的技术手段制备即可。
16.优选地，所述功能食品的剂型为粉剂、颗粒剂、片剂、胶囊剂或干混悬剂。
17.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明提供一种谷物β-葡聚糖共蒸发复合物，包括谷物β-葡聚糖和可溶性膳食纤维，两者以共蒸发物（或称共沉淀物）的形式均匀共存，可显著提高谷物β-葡聚糖分散溶解性与粘性，进一步提高其降血糖效果。本发明复合物的降血糖效果优于单独谷物β-葡聚糖或谷物β-葡聚糖与可溶性膳食纤维的物理混合物。
18.本发明作为一种功能食品，可融入到人们的日常饮食中，无不良反应，对于高血糖等代谢性疾病可起到预防和辅助治疗的效果。
附图说明
19.图1为以燕麦β-葡聚糖、抗性糊精、二者的物理混合物（对比例4）及本发明共蒸发复合物（实施例6）为样品的sem照片；图2为以燕麦β-葡聚糖、抗性糊精、二者的物理混合物（对比例4）及本发明共蒸发复合物（实施例6）为样品的dsc曲线图；图3为小鼠葡萄糖耐量试验血糖曲线（n=5）。
具体实施方式
20.下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明具体的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
21.本发明实施例及对比例所采用的原料均来源于市购。
22.实施例1：原料配比（重量份）：组分a：燕麦β-葡聚糖6份；组分b：抗性糊精2份，α-低聚半乳糖2份。
23.溶剂：纯化水200份，乙醇800份（最终除去）。
24.制备方法：组分b加入到水中，搅拌溶解；在持续搅拌下，继续加入组分a，使组分a在水中充分分散溶解，然后加入乙醇混合，析出沉淀，抽滤，弃去滤液，滤饼置于60℃烘箱烘干，过筛，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物（粉末剂）。
25.实施例2：原料配比（重量份）：组分a：燕麦β-葡聚糖4份；组分b：低聚木糖2.5份，酵母β-葡聚糖2.5份，壳寡糖1份；溶剂：纯化水200份（最终除去）。
26.制备方法：组分b加入到水中，搅拌溶解；在持续搅拌下，继续加入组分a，使组分a在水中充分分散溶解。所得溶液以喷雾干燥机在70℃下喷干，过60目筛，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物（粉末剂）。
27.实施例3：原料配比（重量份）：组分a：燕麦β-葡聚糖3份，大麦β-葡聚糖2份；
组分b：菊粉2.5份，低聚异麦芽糖2.5份。
28.溶剂：纯化水200份（最终除去）。
29.制备方法：组分b加入到水中，搅拌溶解；在持续搅拌下，继续加入组分a，使组分a在水中充分分散溶解。所得溶液以喷雾干燥机在65℃下喷干，过80目筛，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物（粉末剂）。
30.实施例4：原料配比（重量份）：组分a：燕麦β-葡聚糖6份；组分b：菊粉1.8份，抗性糊精1份，壳寡糖1份，羧甲基淀粉钠0.2份；其他药学或食品学可接受辅料：预胶化淀粉5份，硬脂酸镁0.1份。
31.溶剂：纯化水200份（最终除去）。
32.制备方法：组分b加入到水中，搅拌溶解；在持续搅拌下，继续加入组分a，使组分a在水中充分分散溶解。所得溶液以喷雾干燥机在70℃下喷干，过60目筛，即得谷物β-葡聚糖复合物粉末。
33.将上述复合物粉末与预胶化淀粉、硬脂酸镁混合均匀，使用压片机压成直径10.5mm的片剂，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物（片剂）。
34.实施例5：原料配比（重量份）：组分a：大麦β-葡聚糖2.5份，燕麦β-葡聚糖2份；组分b：大豆低聚糖2份，α-低聚半乳糖1.8份，酵母β-葡聚糖1.5份，羟丙甲基纤维素0.2份；溶剂：纯化水200份，乙醇800份（最终除去）。
35.制备方法：组分b加入到水中，搅拌溶解；在持续搅拌下，继续加入组分a，使组分a在水中充分分散溶解，然后加入乙醇混合，析出沉淀，抽滤，弃去滤液，滤饼置于60℃烘箱烘干，过筛，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物粉末。
36.将上述粉末置于高剪切湿法制粒机，在搅拌下加入少量水制成湿颗粒，置于60℃烘箱烘干，过筛，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物（颗粒剂）。
37.实施例6：原料配比（重量份）：组分a：燕麦β-葡聚糖2份；组分b：抗性糊精1份。
38.溶剂：纯化水60份，乙醇240份（最终除去）。
39.制备方法：组分b加入到水中，搅拌溶解；在持续搅拌下，继续加入组分a，使组分a在水中充分分散溶解，然后加入乙醇混合，析出沉淀，抽滤，弃去滤液，滤饼置于60℃烘箱烘干，过筛，即得谷物β-葡聚糖共蒸发复合物（粉末剂）。
本指标为粘度指标，沉降体积比越大，粘度越大。
53.结果评价：试验结果见表1，本发明实施例1和4的自由沉降时间远远小于其他对比样品，不同类别样品的自由沉降时间由小到大分别为：共蒸发复合物＜共蒸发复合物（非本发明范围）＜物理混合物＜谷物β-葡聚糖单组分。结果表明，本发明共蒸发复合物的水中分散性显著高于物理混合物或谷物β-葡聚糖单组分。
54.沉降体积比结果表明，本发明实施例的沉降体积比高于其他组，这是由于溶液粘度越高，对微粒的悬浮作用越强，沉降体积比就越高。因此表明本发明共蒸发复合物水中粘度高于物理混合物或谷物β-葡聚糖单组分。
55.表1 不同样品在水中分散性和粘度评价结果
序号样品名称样品类别自由沉降时间(秒)沉降体积比1实施例1共蒸发复合物545.72实施例2共蒸发复合物1143.43实施例3共蒸发复合物744.54实施例6共蒸发复合物445.15对比例1共蒸发复合物，组分含量非本发明范围19542.76对比例2物理混合物27038.37对比例3物理混合物22941.08对比例4物理混合物24938.39燕麦β-葡聚糖谷物β-葡聚糖单组分33039.6
试验例2：试验例2通过扫描电镜（sem）表征，展示本发明共蒸发复合物的微观形态并与物理混合物对比。
56.分别以燕麦β-葡聚糖、抗性糊精、二者的物理混合物（对比例4）及本发明共蒸发复合物（实施例6）为样品，sem照片见图1。
57.由图1可见，在微观视野下，燕麦β-葡聚糖为紧密聚集的小颗粒，而抗性糊精为大型空心球状结构，二者形态显著不同；物理混合物sem照片可明显区分两种物质，为物理混合状态；而本发明的共蒸发复合物在电镜下为细粉末，进一步放大可见均一的微小球状微粒，微粒均匀圆整，未见物理混合物的两种物质分界，与物理混合物形态显著不同，与单组分也不同。因此可判断本发明形成了均一、连续的固体分散体形态——共蒸发物。这也是引起试验例1中自由沉降时间大幅缩短的原因。
58.试验例3：试验例3通过差示扫描量热法（dsc）表征，验证本发明共蒸发复合物的形成。共蒸发复合物的形成会导致各组分原有的吸热峰发生改变，并与物理混合物不同，以此可证明本共蒸发物的形成。
59.试验方法：仪器：dsc214型差示扫描量热仪；检测条件：气氛：氮气，40ml/min；扫描程序：从室温以10℃/min升温至270℃，记录升温曲线。使用铝制样品盘。
60.分别以燕麦β-葡聚糖、抗性糊精、二者的物理混合物（对比例4）及本发明共蒸发复
合物（实施例6）为样品进行dsc测定，dsc曲线对比见图2。
61.由图2可见：1）燕麦β-葡聚糖在68.7℃存在主要吸热峰，196.6℃存在次要吸热峰；2）抗性糊精在72.5℃存在主要吸热峰，184.2℃、244.1℃存在次要吸热峰；3）物理混合物在67.1℃存在主要吸热峰，199.3℃存在次要吸热峰，且在233℃附近存在隐含的次要吸热峰；4）而本发明共蒸发复合物在70.3℃存在主要吸热峰，204.4℃存在次要吸热峰，均发生明显位移，且主要吸热峰明显变尖锐；而204.4℃以后无隐含吸热峰，表明抗性糊精的第二个次要吸热峰已完全消失。
62.可见相对于物理混合物，本发明共蒸发复合物的dsc吸热峰发生了显著的改变和位移，表明本发明共蒸发复合物形成了一种与物理混合物显著不同的物质形式，再结合试验例2的sem照片，可断定本发明共蒸发物的形成。
63.试验例4：试验例4通过小鼠降血糖试验进一步阐述本发明的有益效果。
64.试验方法：试验动物：四氧嘧啶诱导的糖尿病模型小鼠。
65.小鼠糖尿病模型的建立：km小鼠适应性饲养1周后，禁食 18小时后，腹腔注射四氧嘧啶50 mg/kg 体重，隔日1次，连续3次。末次注射后的第3天，禁食12小时后尾静脉取血测得空腹血糖（fbg）≥11 mmol/l者认为造模成功。
66.降血糖试验方案：分组：筛选糖尿病模型造模成功的小鼠20只，随机分为4组，每组5只，分组如下表2所示：表2 小鼠降血糖试验方案
no.试验样品干预措施1共蒸发复合物实施例1的10%(w/w)混悬液0.5ml，管饲口服，每天1次*2物理混合物对比例2的10%(w/w)混悬液0.5ml，管饲口服，每天1次*3谷物β-葡聚糖单组分燕麦β-葡聚糖10%(w/w)混悬液0.5ml，管饲口服，每天1次*4阴性对照生理盐水0.5ml，管饲口服，每天1次
*约相当于固体样品2g/kg体重/天。
67.小鼠糖尿病模型造模成功后，各种动物按照试验方案连续干预14天。第15天各组动物禁食12小时后测定空腹血糖值（fbg），然后进行口服葡萄糖耐量试验，各组动物给予d-葡萄糖2.0g/kg体重，并于30min、60min和120min分别测定血糖值，并计算血糖曲线下面积(auc)。
68.采用spss 17.0软件进行统计学分析。多组间比较采用方差分析，两组均数间比较采用t检验。试验结果：表3 小鼠降血糖试验结果（n=5, 均值
±
sd）
no.(血糖,mmol/l)造模后fbg治疗后fbg糖耐量30min糖耐量60min糖耐量120min1共蒸发物12.14
±
0.549.02
±
0.5417.88
±
1.8215.26
±
1.109.22
±
0.562物理混合物11.92
±
0.509.78
±
0.65
*
19.48
±
1.7116.74
±
1.11
*
10.58
±
1.02
*
3单组分12.22
±
0.6610.32
±
0.91
*
22.34
±
1.00
**
18.62
±
1.45
**
10.14
±
1.59
4阴性对照12.02
±
0.4711.74
±
0.68
**
26.10
±
1.70
**
22.50
±
1.41
**
12.36
±
1.04
**
*
p＜0.05，与共蒸发物对比；
**
p＜0.01，与共蒸发物对比表4 小鼠葡萄糖耐量试验曲线下面积统计结果（n=5）no.(auc,mmol/l
·
h)均值标准偏差1共蒸发物27.251.982物理混合物30.03
*
2.293单组分32.79
**
2.404阴性对照39.04
**
2.45
*
p＜0.05，与共蒸发物对比；
**
p＜0.01，与共蒸发物对比结果评价：由表3可见，四组动物造模后fbg无显著差异，而经过14天的干预后，共蒸发物组的fbg（治疗后）低于物理混合物组（显著差异），更低于单组分、阴性对照组（极显著差异）。表明本发明共蒸发复合物能够显著降低糖尿病小鼠的空腹血糖，比物理混合物或单组分具有显著优势。
69.血糖曲线下面积（auc）用于评价葡萄糖耐受性，由图3和表4可见，本发明共蒸发复合物显著抑制了糖耐量试验的血糖升高，血糖auc低于物理混合物组（显著差异），更低于单组分、阴性对照组（极显著差异）。
70.上述结果表明了本发明共蒸发复合物的降血糖有益效果和对比优势。