CN101182559A - 一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，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。其主要是以小麦麸皮为原料，粉碎后利用酶解脱除淀粉和蛋白质制备小麦麸皮膳食纤维，经过双螺杆挤压机，再用枯草芽孢杆菌木聚糖酶进行酶解反应，确定了挤压和酶解工艺的条件；酶解上清液经浓缩、干燥制备低聚木糖。本发明低聚木糖得率为11％(以小麦麸皮计算)，低聚木糖纯度超过70％，其中木二糖、木三糖和木四糖的含量在50％以上；能实现小麦麸皮的有效增值和利用，所制备的低聚木糖纯度高，具有卓越的生物活性，具有良好的双歧杆菌增殖效果和低热性能以及良好的表面活性。

Description

一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法

技术领域

本发明涉及一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，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

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，作为饲料组分的经济价值已经明显下降，在国外已有许多文献报道小麦麸皮作为人类的膳食纤维对人体健康十分有益。近年来，对小麦麸皮的研究主要集中在麦麸的生理活性物质上，如木聚糖和阿魏酸的提取。木聚糖是植物半纤维的主要成分，其主链由吡喃木糖基通过β-D-(1，4)-糖苷键连接构成，L-阿拉伯糖、D-葡萄糖、D-半乳糖以及甲基、乙酰基等构成支链。不同原料木聚糖的含量以及所带之链的类型和取代度不同。小麦麸皮主要由细胞壁多糖组成，富含半纤维素，其中阿拉伯木聚糖占40％，在木聚糖骨架链上木糖残基的0-3、0-2和0-2位上通常被阿拉伯糖取代。

小麦麸皮中富含纤维素和半纤维素，是制备低聚糖的良好资源。由小麦麸皮制备的低聚糖具有某些独特的生物活性。研究发现，低聚糖具有良好的双歧杆菌增殖效果和低热性能以及良好的表面活性，因此可用作双歧杆菌生长因子并应用于食品中；同时，由于其具有的低热性能，属难消化糖，可作为糖尿病、肥胖病、高血脂等病人的理想糖源。另外，利用低聚糖的表面活性，能够吸附肠道中的有毒物质提高抗病能力。低聚木糖更是功能性低聚糖中的佼佼者，与其他功能性低聚糖相比，具有很多优点：(1)有效剂量低，仅为0.7g/d；(2)酸热稳定性好，可用于酸性饮料；(3)选择性高，仅促进双歧杆菌等有益菌增殖。

低聚木糖是木聚糖的水解产物，属国际新型低聚糖类产品，以其功效强而受到业内人士的关注。国外对于低聚木糖进行了许多研究，主要集中在对小麦面粉中的低聚木糖以及其对小麦品质的影响进行研究，对于麸皮的研究则较少。美国、日本近年来将功能食品称之为21世纪食品，其研究开发十分活跃。日本七十年代已经研制，在八十年代开始工业化生产。目前，其年产量已超过1500t。低聚木糖的研究在国内仍处于研究阶段。1997年蔡静平等报道了真菌分解玉米芯生产低聚木糖的研究。1999-2003年吴克、洪枫、杨瑞金等公开发表了制备低聚木糖的研究结果。我国最大的低聚木糖生产厂家是山东龙力生物科技有限公司。该公司以玉米心为原料，生产功能性低聚木糖。国内对于麸皮中低聚木糖的提取的研究报道较少。

目前生产低聚木糖一般采用阿拉伯木聚糖酶，但由于多糖被阿魏酸交联，因此，采用单一酶酶解效率很低。所以，现行工艺是在酶解前将原料用碱处理以打断阿魏酸的交联，而后再采用阿拉伯木聚糖酶降解多糖。该工艺的缺点是工艺较复杂，污染环境，产品颜色深(木聚糖碱处理后褐变)，同时丢弃了阿魏酸。低聚木糖是由2-8个木糖以β-1，4糖苷键连接而成的功能性低聚糖，其主要有效成分为木二糖、木三糖和木四糖，因此制备低聚木糖应选择内切木聚糖酶活力相对较高的木聚糖酶。还要考虑木聚糖含有许多不同的取代基，选用的木聚糖酶应具有水解特定底物中木聚糖的能力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，能提高了小麦麸皮的利用价值，实现小麦麸皮的有效增值和利用，所制备的低聚木糖是一种生理活性卓越的功能性低聚糖，具有良好的双歧杆菌增殖效果和低热性能以及良好的表面活性，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：

本发明利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法采用以下工艺步骤：

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处理，干燥温度为：40～50℃，干燥时间：20～24小时，至其含水量为：7-12％；

7、利用双螺杆挤压机对麦麸膳食纤维进行挤压处理：螺杆转速为：100-200r/min；模头温度为：120-180℃；喂料速度为：20-25kg/h；物料水分：20-30％；

8、利用木聚糖酶对上述挤压后物料进行酶解反应：小麦麸皮膳食纤维酶解反应的底物浓度为：6-8％，酶浓度为：0.4-0.5％，酶解反应时间23-25h，酶解温度为：50-60℃，酶解体系醋酸-醋酸盐缓冲液PH值：5.0-6.0；

9、将上述麸皮膳食纤维酶解反应物料进行离心处理，取上清液进行浓缩、喷雾干燥得到低聚木糖；真空压力：-0.1MPa，喷雾干燥进风温度：180-200℃，出风温度70-80℃，喷雾进料流速：580～620ml/h。

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。

本发明所述的木聚糖酶为枯草芽孢杆菌木聚糖酶。

本发明所述的双螺杆挤压机挤压处理的优化条件：螺杆转速为：150r/min；模头温度为：150℃；喂料速度为：23kg/h；物料水分为：27％；挤压后进行酶解，在酶解反应时间30h，酶解温度55℃，酶解体系PH值5.3。

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，利用超声波辅助酶解去除麦麸中的淀粉、蛋白质，淀粉基本去除干净，蛋白质的残留量降到了3％，效果很好，得到纤维和半纤维的含量达到80％以上的小麦麸皮膳食纤维。再利用挤压技术辅助木聚糖酶酶解小麦麸皮制备高纯度低聚木糖；提高了小麦麸皮制备低聚木糖的纯度和木二糖、木三糖、木四糖所占的比例。低聚木糖的得率达到11％，纯度70％，木二糖、三糖、四糖的比例达到50％以上。实现了小麦麸皮的增值和利用，所制备的功能性膳食纤维具有重要的生理功能，对人体健康十分有益，增加了很大的经济效益和社会效益。

具体实施方式

下面本发明将结合实施例作进一步描述：

实施施一：本发明利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法采用以下工艺步骤：

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，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4ml/kg麸皮的耐高温α-淀粉酶，混合物在沸水95℃浴中搅拌30min，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5.6g/kg麸皮的碱性蛋白酶，同时用高速电动搅拌器搅拌水解120min，高速电动搅拌器转速200r/min；混合物离心20min，离心机转速为：6000r/min；弃去上清液，用70℃热水蒸馏水冲洗沉淀物数遍，直到洗涤液不浑浊为止，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；将洗涤后的膳食纤维湿品进行干燥处理，干燥温度为：40℃，干燥时间：22小时，至其含水量为：7-12％；得到去除淀粉和蛋白质的膳食纤维。

利用双螺杆挤压机将上述膳食纤维经过挤压处理，螺杆转速为：100r/min；模头温度为：120℃；喂料速度为：20kg/h；物料水分为：24％。

利用枯草芽孢杆菌木聚糖酶对上述挤压后小麦麸皮膳食纤维进行酶解反应，小麦麸皮膳食纤维酶解反应的优化条件为底物质量浓度为：6％，体系中酶质量浓度为：0.4％，酶解反应时间23h，酶解温度为：50℃，酶解体系醋酸-醋酸盐缓冲液PH值：5；然后对小麦麸皮膳食纤维酶解反应物离心处理，取上清液进行浓缩(温度60℃)、喷雾干燥得到低聚木糖。离心时间：20min，离心机转速为：6000r/min，真空度：-0.1MPa，喷雾干燥进风温度：180℃，出风温度70℃，喷雾进料流速：600ml/h。。

实施例二：本发明利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法采用以下工艺步骤：

将小麦麸皮进行筛理，除去杂质和部分小麦制粉后与麸皮混杂在一起的淀粉。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pH5.6，接着加入4ml/kg麸皮的耐高温α-淀粉酶，混合物在沸水98℃浴中搅拌30min，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pH9.0，再加入5.6g/kg麸皮的碱性蛋白酶，同时用高速电动搅拌器搅拌水解120min，高速电动搅拌器转速200r/min；将混合物离心处理20min，离心机转速为：6000r/min，弃去上清液，用用75℃热蒸馏水冲洗沉淀物数遍，直到洗涤液不浑浊为止，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；把沉淀物放在真空干燥箱中，在40℃下烘23h，得到去除淀粉和蛋白质的膳食纤维。

将小麦麸皮膳食纤维利用双螺杆挤压机经过挤压处理，螺杆转速为：150r/min；模头温度为：150℃；喂料速度为：23kg/h；物料水分为：27％。

利用枯草芽孢杆菌木聚糖酶对小麦麸皮膳食纤维进行酶解反应，小麦麸皮膳食纤维酶解反应的优化条件为底物质量浓度为：7％，体系中酶质量浓度为：0.45％，酶解反应时间24h，酶解温度为：55℃，酶解体系醋酸-醋酸盐缓冲液PH值：5.5。然后对小麦麸皮膳食纤维酶解反应物离心处理，取上清液进行浓缩(温度60℃)、喷雾干燥得到低聚木糖。离心时间：20min，离心机转速为：6000r/min，真空度：-0.1MPa，喷雾干燥进风温度：190℃，出风温度75℃，喷雾进料流速：600ml/h。

实施例三：本发明利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法采用以下工艺步骤：

将小麦麸皮进行筛理，除去杂质和部分小麦制粉后与麸皮混杂在一起的淀粉。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pH5.6，接着加入4ml/kg麸皮的耐高温α-淀粉酶，混合物在沸水100℃浴中搅拌30min，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pH9.0，再加入5.6g/kg麸皮的碱性蛋白酶，同时用高速电动搅拌器搅拌水解120min，高速电动搅拌器转速200r/min；将混合物离心处理20min，离心机转速为：6000r/min，弃去上清液，用80℃蒸馏水冲洗沉淀物数遍，直到洗涤液不浑浊为止，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；把沉淀物放在真空干燥箱中，在40℃下烘24h，得到去除淀粉和蛋白质的膳食纤维。

将小麦麸皮膳食纤维利用双螺杆挤压机经过挤压处理，螺杆转速为：200r/min；模头温度为：180℃；喂料速度为：25kg/h；物料水分为：30％。

利用枯草芽孢杆菌木聚糖酶对小麦麸皮膳食纤维进行酶解反应，小麦麸皮膳食纤维酶解反应的优化条件为底物质量浓度为：8％，体系中酶质量浓度为：0.5％，酶解反应时间25h，酶解温度为：60℃，酶解体系醋酸-醋酸盐缓冲液PH值：6.0；然后对小麦麸皮膳食纤维酶解反应物离心处理，取上清液进行浓缩(温度60℃)、喷雾干燥得到低聚木糖。离心时间：20min，离心机转速为：6000r/min，真空度：-0.1MPa，喷雾干燥进风温度：200℃，出风温度80℃，喷雾进料流速：600ml/h。

Claims (4)

1.一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，其特征是采用采用以下工艺步骤：

(1)、小麦麸皮进行筛理，进行粉碎，以通过30目-50目筛网；

(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：将除淀粉后的悬浮液冷却至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处理，干燥温度为：40～50℃，干燥时间：20～24小时，至其含水量为：7-12％；

(7)、利用双螺杆挤压机对麦麸膳食纤维进行挤压处理：螺杆转速为：100-200r/min；模头温度为：120-180℃；喂料速度为：20-25kg/h；物料水分：20-30％；

(8)、利用木聚糖酶对上述挤压后物料进行酶解反应：小麦麸皮膳食纤维酶解反应的底物浓度为：6-8％，酶浓度为：0.4-0.5％，酶解反应时间23-25h，酶解温度为：50-60℃，醋酸-醋酸盐缓冲液PH值：5-6.0；

(9)、将上述麸皮膳食纤维酶解反应物料进行离心处理，取上清液进行浓缩、喷雾干燥得到低聚木糖；真空度：-0.1MPa，喷雾干燥进风温度：180-200℃，出风温度70-80℃，喷雾进料流速：580～620ml/h。

2.根据权利要求1所述的一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，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所述的一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，其特征在于所述的离心转速为：5000-6000r/min。

4.根据权利要求1所述的一种利用挤压辅助酶解小麦麸皮制备低聚木糖的方法，其特征在于所述的木聚糖酶为枯草芽孢杆菌木聚糖酶。