CN101156684B - 一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，具体地说是属于农副产品开发、功能性食品添加剂和营养保健技术领域。特征是以小麦麸皮为原料，利用超声波处理，酶法脱除淀粉和蛋白质制备小麦麸皮膳食纤维，再利用粉碎机粉碎制成不同粒度的精细膳食纤维。本发明实现了小麦麸皮的有效增值和利用，所制备的功能性膳食纤维具有重要的生理功能，能够起到预防便秘、结肠癌、肠憩室、痔疮和下肢静脉曲张的作用；降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；改善末梢神经组织对胰岛素的感受性，能调节糖尿病人的血糖水平，对人体健康十分有益，增加了很大的经济效益和社会效益。

Description

一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法

技术领域

本发明涉及一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，具体地说是属于农副产品开发、功能性食品添加剂和营养保健技术领域。

背景技术

膳食纤维是指不为人体消化的多糖类碳水化合物与木质素的总称，它主要包括木质素、纤维素、半纤维素等。膳食纤维虽然不能被人体消化吸收，但它有很多对人体有益的作用，具有重要的生理功能，概括起来包括：使粪便变软并增加粪便排出量，起到预防便秘、结肠癌、肠憩室、痔疮和下肢静脉曲张的作用；降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；改善末梢神经组织对胰岛素的感受性，能调节糖尿病人的血糖水平；是一种无能量填充料，能防治肥胖症；膳食纤维缺乏与否与阑尾炎、胆结石、肾结石、膀胱结石、十二指肠溃疡、溃疡性结肠炎和乳腺癌等疾病的发病率与发病程度有很大关系。此外膳食纤维不仅具有以上生理功能，还具有吸水、吸油、保水、保油等物理功能，对人体的健康是不可缺少的，它具有与已知六大营养素(蛋白质、脂肪、糖、维生素、矿物质和水)完全不同的生理作用被称为“第七营养素”。

小麦是世界上最重要的粮食作物之一，是人类膳食的重要组成部分。在我国许多地区都有大面积种植，产量也较高。麦麸是小麦加工后的副产品，具有营养丰富，价格低廉等优点。目前麦麸大多用作饲料和酿造辅料，价格便宜，经济利用价值不高。而麦麸中含有大量可利用的生理活性膳食纤维，其中的纤维素和半纤维素，是优质的膳食纤维来源。但麦麸中还含较多的淀粉、蛋白质、油脂和植酸等，作为活性膳食纤维和功能食品添加剂仍不理想，若采用合理的提取工艺，除去麦麸中非纤维成分，可进一步纯化膳食纤维并提高其含量。

小麦膳食纤维，也称为小麦食用纤维，其存在于小麦麸皮中，而小麦大部分麸皮附着在皮层。自古以来，小麦用来制粉，以日常摄取较多的小麦麸。在欧美，早在医学发展初期，就知道采用小麦麸预防便秘，具有很好的缓解效果。上世纪二十年代开始，制粉技术向食用生活的高度化、精细化发展，一直是纤维的营养成分利用率低下，传统的是小麦麸皮供饲料用。

国内外现已开发的膳食纤维共6大类约30余种。这6大类包括：谷物纤维、豆类种子和种皮纤维、水果和蔬菜纤维、微生物、其他天然纤维以及合成和半合成纤维。然而，目前在生产实际中应用的只有10余种。小麦麸皮作为面粉加工的副产品，已日益受人们的重视。各国正致力于开发研制适合人们消费口味的麦麸膳食纤维食品。麦麸膳食纤维食品成本较低、价格适中、消费对象广泛。国际上，膳食纤维被广泛用作为食品添加剂、食品强化剂。世界卫生组织规定，每人每日膳食纤维摄入量应为16-24g。目前，已有多种含膳食纤维的食品在国际市场上出售。

1970年以后，英国D·Burkin博士提出“大肠的疾病发生与食物中缺乏膳食纤维有关”的报告，称膳食纤维为“第六营养素”(有些营养专家称为“第七营养素”)。这样，小麦麸作为新的膳食纤维材料广泛得到应用。1980年ICC(国际谷物化学协会)的大会上提出：“在一般可能摄入的膳食纤维中，小麦麸皮为最浓、有效，且适合人体”的报告。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，提高小麦麸皮的利用价值，实现小麦麸皮的有效增值和利用，所制备的功能性膳食纤维具有重要的生理功能，能够起到预防便秘、结肠癌、肠憩室、痔疮和下肢静脉曲张的作用；降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；改善末梢神经组织对胰岛素的感受性，能调节糖尿病人的血糖水平，对人体健康十分有益。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维采用以下工艺步骤：

1、小麦麸皮进行筛理，除去杂质和部分淀粉，进行粉碎，以通过30目-50目筛为准；

2、取粉碎后的麸皮加入水，利用超声波处理，麸皮与水的重量比例为：1∶6～1∶16；

3、利用α-淀粉酶酶解除去小麦麸皮中的淀粉：先用盐酸溶液调节pH值：5～7，接着加入α-淀粉酶，淀粉酶的作用条件：时间为：15～30min，温度为：95℃～100℃，体系中酶浓度为：0.3～0.5ml/L，底物浓度100～150g/L；

4、利用蛋白酶去除小麦麸皮中的蛋白质：上述悬浮液冷却至40～50℃，利用氢氧化钠调节pH值：8～9.0，再加入碱性蛋白酶，蛋白酶的作用条件为：时间为：120min～150min，温度为：50℃～60℃，pH值为：8～9，酶浓度为：0.50～0.70g/L，底物浓度为：100～150g/L；

5、离心沉淀，弃去上清液，利用热水进行洗涤5-10次，再利用95％乙醇和丙酮各洗涤2～3遍，得到麦麸膳食纤维湿品；热水温度为：70-80℃；

6、将洗涤后的膳食纤维湿品进行干燥，干燥温度为：40～50℃，干燥时间：20～24小时，至其含水量为：7-12％；

7、将干燥后的麦麸膳食纤维粉碎，得到精细小麦麸皮膳食纤维。

本发明所述的超声波处理时间为：30min～90min；超声波作用功率为：100W～500W；超声波的作用温度为：30-50℃。

本发明所述的超声波处理的优化条件：超声波处理时间为：60min，麸皮与水的比例为1∶10，超声波作用功率为：400W，超声波的作用温度为：40℃。

本发明所述的离心转速为：5000-6000r/min。

本发明麦麸膳食纤维干燥后粉碎采用100～200目孔径的筛网进行筛分，可制成不同粒度的麦麸膳食纤维。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明以小麦麸皮为原料，利用超声波处理，酶法脱除淀粉和蛋白质制备小麦麸皮膳食纤维，再利用粉碎机粉碎制成不同粒度的精细膳食纤维，在超声波的最佳作用条件下，淀粉基本去除干净，蛋白质的含量大幅度降低，纤维和半纤维的含量达到80％以上，膳食纤维的得率在40％左右。

本发明实现了小麦麸皮的有效增值和利用，所制备的功能性膳食纤维具有重要的生理功能，能够起到预防便秘、结肠癌、肠憩室、痔疮和下肢静脉曲张的作用；降低血清胆固醇，预防由冠状动脉硬化引起的心脏病；改善末梢神经组织对胰岛素的感受性，能调节糖尿病人的血糖水平，对人体健康十分有益，增加了很大的经济效益和社会效益。

小麦麸皮和小麦麸皮膳食纤维的基本化学组成分析结果(％)如表1所示

表1

	灰分	粗脂肪	粗蛋白	粗淀粉	戊聚糖	纤维素	其它<sup>*</sup>
								麦麸麦麸膳食纤维	6.202.45	4.822.66	18.753.20	22.160.51	17.2743.82	15.8938.56.	14.918.71

具体实施方式

下面本发明将结合实施例作进一步描述：

实施例一：本发明利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维采用以下工艺步骤：

本发明实施例中首先用粉碎机将小麦麸皮进行筛理，除去杂质和部分淀粉，进行粉碎磨成30目的样品。

准确称取35目筛下的小麦麸皮50g，悬浮在400ml体积的水中，控制溶液温度在30℃，利用超声波细胞破碎仪进行超声波处理，超声功率300W，超声时间40min。

利用1mol/l盐酸溶液调节pH值：5.6，接着加入0.1ml耐高温α-淀粉酶，利用耐高温α-淀粉酶酶解除去小麦麸皮中的淀粉，混合物在沸水浴中搅拌10min，沸水温度为：95℃；利用碘液检测淀粉是否反应完全，如变蓝则继续反应，直到碘液检测不变蓝为止。

上述悬浮液冷却至50℃后，利用1mol/l的氢氧化钠调节pH值9.0，再加入碱性蛋白酶0.2g，同时用高速电动搅拌器搅拌水解90min；混合物离心20min，离心机转速为：6000r/min。

弃去上清液，取沉淀用热水温度：70-80℃冲洗沉淀物6遍，再利用95％的乙醇，100％纯丙酮分别洗涤两遍，离心20min，离心机转速为：6000r/min。离心完后是湿物料，直接干燥。

把沉淀物放在真空干燥箱中，在40℃下烘20h，真空压力为：-0.1MPa得到去除淀粉和蛋白质的膳食纤维，再利用高速粉碎机进行粉碎，筛理(100目)得到精细麦麸膳食纤维。

本发明是以小麦麸皮为原料，利用超声波处理提高淀粉酶和蛋白酶的作用效率，去除麦麸中的淀粉和蛋白质，经过洗涤、干燥、粉碎，制备功能性的麦麸膳食纤维。在优化的条件下，小麦麸皮的淀粉基本除净、蛋白质的残留量明显降低，纤维和半纤维的含量达到80％以上。研究了超声波的几个作用条件。

小麦麸皮主要由细胞壁多糖组成，其中纤维素和半纤维素占绝大多数，是制备膳食纤维的良好原料。在研究过程中，我们一方面采用超声波处理提高淀粉酶和蛋白酶的酶解效率，对原料进行脱除淀粉和蛋白质；另一方面，在洗涤过程中最后采用乙醇和丙酮等有机溶剂进行洗涤，以除去部分色素、游离的酚酸类化和物等，因而获得了纤维和半纤维含量高的小麦麸皮膳食纤维。

实施例二：本发明利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维采用以下工艺步骤：

本发明实施例中采用粉碎机将小麦麸皮磨成40目的样品。

准确称取35目筛下的小麦麸皮50g，悬浮在500ml体积的水中，控制溶液温度在40℃，利用超声波细胞破碎仪进行处理，超声功率400W，超声时间60min。

利用1mol/l盐酸溶液调节pH值5.6，接着加入0.2ml耐高温α-淀粉酶，混合物在沸水浴中搅拌10min，沸水温度为：98℃，利用碘液检测淀粉是否反应完全，如变蓝则继续反应，直到碘液检测不变蓝为止。

上述悬浮液冷却至50℃后，利用1mol/l的氢氧化钠调节pH值9.0，再加入碱性蛋白酶0.3g，同时用高速电动搅拌器搅拌水解120min；混合物离心20min，离心机转速为：6000r/min。

弃去上清液，取沉淀用热水温度：70-80℃冲洗沉淀物8遍，再利用95％的乙醇，丙酮分别洗涤两遍，离心20min，离心机转速为：6000r/min。离心完后是湿物料，直接干燥。

把沉淀物放在真空干燥箱中，在40℃下烘22h，真空压力为：-0.1MPa得到去除淀粉和蛋白质的膳食纤维，再利用高速粉碎机进行粉碎，筛理(200目)得到精细麦麸膳食纤维。

实施例三：本发明利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维采用以下工艺步骤：

本发明实施例中采用粉碎机将小麦麸皮磨成50目的样品。

准确称取35目筛下的小麦麸皮50g，悬浮在600ml体积的水中，控制溶液温度在50℃，利用超声波细胞破碎仪进行处理，超声功率500W，超声时间8min。

利用1mol/l盐酸溶液调节pH值5.6，接着加入0.3ml耐高温α-淀粉酶，混合物在沸水浴中搅拌10min，利用碘液检测淀粉是否反应完全，如变蓝则继续反应，直到碘液检测不变蓝为止。

悬浮液冷却至50℃后，利用1mol/l的氢氧化钠调节pH值9.0，再加入碱性蛋白酶0.4g，同时用高速电动搅拌器搅拌水解150min；混合物离心20min，离心机转速为：6000r/min。

弃去上清液，取沉淀用热水温度：70-80℃冲洗沉淀物10遍，再利用95％的乙醇，丙酮分别洗涤两遍，离心20min，离心机转速为：6000r/min。离心完后是湿物料，直接干燥

把沉淀物放在真空干燥箱中，在40℃下烘24h，真空压力为：-0.1MPa得到去除淀粉和蛋白质的膳食纤维，再利用高速粉碎机进行粉碎，筛理(200目)得到精细麦麸膳食纤维。

本实验采用的原料为市场所购，使用的仪器为常规设备。

本发明是以小麦麸皮为原料，利用超声波处理提高淀粉酶和蛋白酶的作用效率，去除麦麸中的淀粉和蛋白质，经过洗涤、干燥、粉碎，制备功能性的麦麸膳食纤维。在优化的条件下，小麦麸皮的淀粉基本除净、蛋白质的残留量明显降低，纤维和半纤维的含量达到80％以上。研究了超声波的几个作用条件。

小麦麸皮主要由细胞壁多糖组成，其中纤维素和半纤维素占绝大多数，是制备膳食纤维的良好原料。在研究过程中，我们一方面采用超声波处理提高淀粉酶和蛋白酶的酶解效率，对原料进行脱除淀粉和蛋白质；另一方面，在洗涤过程中最后采用乙醇和丙酮等有机溶剂进行洗涤，以除去部分色素、游离的酚酸类化和物等，因而获得了纤维和半纤维含量高的小麦麸皮膳食纤维。

Claims (4)

1.一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，其特征是采用以下工艺步骤：

(1)、取小麦麸皮进行筛理，粉碎，以通过30目～50目孔径筛网；

(2)、在粉碎后的麸皮中加入水，利用超声波处理，麸皮与水的重量比例为：1∶6～1∶16；

(3)、利用α-淀粉酶酶解除去小麦麸皮中的淀粉：先用盐酸溶液调节pH值：5～7，接着加入α-淀粉酶，淀粉酶的作用条件：时间为：15～30min，温度为：95℃～100℃，体系中酶浓度为：0.3～0.5ml/L，底物浓度为：100～150g/L；

(4)、利用蛋白酶去除小麦麸皮中的蛋白质：上述悬浮液冷却至40～50℃，利用氢氧化钠调节pH值：8～9.0，再加入碱性蛋白酶，蛋白酶的作用条件为：时间为：120min～150min，温度为：50℃～60℃，pH值为：8～9，酶浓度为：0.50～0.70g/L，底物浓度为：100～150g/L；

(5)、离心沉淀，弃去上清液，利用热水进行洗涤5～10次，再利用95％乙醇和丙酮各洗涤2～3遍，得到麦麸膳食纤维湿品；热水温度为：70～80℃；

(6)、将洗涤后的膳食纤维湿品进行干燥，干燥温度为：40～50℃，干燥时间：20～24小时，至其含水量为7-12％；

(7)、将干燥后的麦麸膳食纤维粉碎，得到精细小麦麸皮膳食纤维。

2.根据权利要求1所述的一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于所述的超声波处理时间为：30min～90min；超声波功率为：100W～500W；超声波的温度为：30～50℃。

3.根据权利要求1所述的一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于所述的离心机离心转速为：5000～6000r/min。

4.根据权利要求1所述的一种利用超声波辅助酶解制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于所述的麦麸膳食纤维干燥后粉碎采用100～200目孔径的筛网。