CN101715946A - 从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法，包括如下步骤：马铃薯渣干燥后，粉碎、过筛，制成马铃薯渣粉；在马铃薯渣粉中加水，混匀成马铃薯渣浆后，用混合酶酶解处理，然后煮沸、冷却；再加入中性蛋白酶酶解处理，然后煮沸、冷却，所述中性蛋白酶的酶活为1600AU；过滤后分成滤液和滤渣，对滤渣进行干燥、粉碎、过筛，即得膳食纤维。本发明通过生物酶处理提高了马铃薯膳食纤维的持水力、持油力，同时得出最合适粒径的膳食纤维的生产工艺。

Description

从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法
技术领域
本发明涉及膳食纤维生产技术领域，具体涉及一种从马铃薯渣中提取膳食纤维的生产工艺。该膳食纤维是不能被人体利用，即不能被人体消化酶所消化，而且人体不能吸收的非淀粉多糖物质。
背景技术
马铃薯渣是在马铃薯淀粉生产过程中，产生的一种主要成分是水、细胞碎片和残余淀粉颗粒的副产物。鲜薯渣含水量高达80％，自带菌多达33种，不易储存、运输，腐败变质后产生恶臭造成环境污染；若烘干则成本过高，增加企业负担。通常作为饲料或当成废渣作掩埋处理，但会导致土壤和地下水的污染，同时利用程度较低。薯渣的处理问题已经成为制约马铃薯淀粉工业发展的瓶颈，其转化利用和增值增效问题，成为淀粉生产企业亟待解决的重大问题之一。
目前膳食纤维产品的提取工艺主要为：粗分离法、化学分离法、及酶处理分离法。粗分离法得到的产品不纯净，适用于原料的预处理。化学分离法是指将粗产品或原料干燥、磨碎后，采用化学试剂提取而制备各种膳食纤维产品的方法，其中以碱法应用较普遍，但化学分离法，如热碱浸泡和反复用水漂洗既降低了膳食纤维的产率，又使产品的持水力和膨胀力明显下降，对膳食纤维产品品质改良不显著，制备的膳食纤维产品还含有少量蛋白质和淀粉。更为不利的是用化学法提取膳食纤维不可避免会排放大量的污水对环境造成严重的污染，而处理费用代价昂贵。所以采用较为温和的工艺方法和环保的高新技术提取分离膳食纤维是制备极纯净的膳食纤维产品最好方法。虽然酶处理分离法提取膳食纤维的技术尚不成熟，而且相对于常规的化学法成本较高，但因其反应条件较为温和，同时对环境的污染相对较小，将是今后提取膳食纤维的研究方向之一。
对于现今使用酶处理分离法制备膳食纤维产品的研究中，对于所使用酶的种类、使用量以及酶作用条件研究的相对较多，而原料的粒径大小对于所制备的膳食纤维产品的持水力和膨胀力等品质研究的较少。持水力与膨胀力是衡量膳食纤维品质好坏的两个重要指标。膨胀力越大表示膳食纤维的表面积及吸附性也越大，在肠道内能产生较大的容积引起饱腹感，有助于控制饮食。膳食纤维吸水膨胀呈凝胶状，增加食物的黏滞性，延缓葡萄糖的吸收速度。同时不可溶性膳食纤维在吸收水分后，可在小肠黏膜表面形成一层/隔离层，阻碍肠道对葡萄糖的吸收；持水力越大表示膳食纤维的吸水，吸油能力越强。膳食纤维较强的亲水性能增加机体排便的体积与速率，减轻直肠内压力，可缩短粪便在肠道的停留时间，稀释有害物质的浓度，减少人体的吸收，可有效地预防便秘及由便秘引起的痔疮和下肢静脉曲张。由于肠内压的下降，同时也减轻了泌尿系统的压力，从而缓解了诸如膀胱炎、膀胱结石、肾结石之类的症状，还能使大肠内的有毒物质迅速排出体外，起到预防结肠癌的功效。现代研究表明，膳食纤维在治疗习惯性便秘、解毒、降血糖、抑制机体对胆固醇的吸收、降低血脂及防治肠癌和其它肠道疾病等方面有显著的效果。膳食纤维的这些生理功能与其物理化学特性(如持水力、持油力、溶胀性等)相关联，而物化特性除与原料来源、化学组成、加工工艺等有关外，还与颗粒粒径、颗粒形状、结晶状态等有关。膳食纤维在微粉碎中高强的冲击碰撞、剪切、研磨、摩擦、分散等的作用下，长链被截断，颗粒粒径减小，比表面积增大，膳食纤维亲水基团暴露率增大，持水力、膨胀力、粉质特性等物化特性发生改变，微粒的结晶状态可能发生改变。此外膳食纤维适口性得到改善，使人体对其中营养物质的吸收增加。可见，对于原料以及膳食纤维产品粒径的研究非常重要，应该成为酶处理分离法制备膳食纤维产品的重要组成部分。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法。本发明运用酶处理分离法制备马铃薯渣膳食纤维，为众多淀粉生产企业解决了马铃薯渣的处理问题，极大地增加了企业的附加值，同时减轻了对于环境污染的压力；避免粗分离法、化学分离法中热碱浸泡和反复用水漂洗既降低膳食纤维的产率，使产品的持水力和膨胀力明显下降，对膳食纤维产品品质改良不显著，还含有少量蛋白质和淀粉以及排放大量的污水对环境造成严重的污染，而处理费用代价昂贵的缺点。同时，在马铃薯渣生物酶法加工过程中，根据粒径大小对膳食纤维品质的影响，得出一种提取最合适粒径的膳食纤维的生产工艺。
为实现上述目的，本发明的生产工艺包括如下步骤：
从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法，包括如下步骤：
a.马铃薯渣干燥后，粉碎、过筛，制成马铃薯渣粉；
b.在马铃薯渣粉中加水，马铃薯渣粉和水的质量体积比为1∶6-1∶10，单位为g/ml，混匀成马铃薯渣浆后，用混合酶酶解处理，然后煮沸、冷却，所述混合酶用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.1-0.5％；所述混合酶由酶活40000u/ml的α-淀粉酶和酶活110000U/ml的糖化酶按重量比1∶3在0℃-25℃下混匀制得；
c.再加入中性蛋白酶酶解处理，然后煮沸、冷却，所述中性蛋白酶的酶活为1600AU，用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.01-0.05％；
d.过滤后分成滤液和滤渣，对滤渣进行干燥、粉碎、过筛，即得膳食纤维。
上述的方法，步骤b中，所述用混合酶酶解处理是在pH5.0-7.0，温度50-60℃用混合酶酶解0.5-2h；所述煮沸时间为30-60min；所述冷却为冷却至温度50-60℃。所述混合酶用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.1-0.5％。
上述的方法，步骤c中，经混合酶处理后的马铃薯渣浆在pH5.0-7.0，温度50-60℃用中性蛋白酶酶解1-2h，然后煮沸30-60min，冷却至温度40-60℃。
上述的方法，步骤d中，把步骤c处理后的马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣，将滤渣在温度40-60℃下干燥，粉碎，过筛，即得马铃薯渣的膳食纤维。
上述的方法，步骤d中所述过筛为过150μm-200μm筛。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和技术效果：
1、本发明采取酶处理分离法制备马铃薯渣膳食纤维，以减少传统的粗分离法、化学分离法对膳食纤维中有效成分以及品质的破坏和对环境的污染。
2、本发明运用酶处理分离法制备马铃薯渣膳食纤维，为众多淀粉生产企业解决了马铃薯渣的处理问题，极大地增加了企业的附加值，同时减轻了对于环境污染的压力。
3、本发明的突出贡献之一在于经过大量研究得出，所用混合酶为α-淀粉酶(酶活40,000u/ml)和糖化酶(酶活110,000U/ml)的混合酶，酶用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.1-0.5％；中性蛋白酶(酶活1,600AU(Azo单位/克))酶用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.01-0.05％，酶解使用条件为pH5.0-7.0，温度50-60℃，只有在该条件下才能使酶得到有效的发挥，酶处理后，膳食纤维所占比例大大增加，也就是说，膳食纤维中亲水团比例大，持水力、持油力大大增加；而酶处理后样品溶胀性比原料有所下降是因为，原料中含有较多淀粉，淀粉有比膳食纤维更好的溶胀性有利于降低生产成本。
4、本发明混合酶酶解时间为0.5-2h(以滴入碘溶液之后，碘溶液不变色为反应终点；以酶解液滴入酒精后，不发生沉淀为反应终点)；中性蛋白酶酶解1-2h，既保证了反应结束，又尽量缩短反应时间，可大大降低生产成本。
5、本发明选择酶处理后煮沸30-60min，保证了灭酶完成，不影响下一步实验的进行。
6、本发明选择冷却至温度50-60℃，达到了下一步酶处理反应或干燥所需的温度，有利于反应的顺利进行。
7、本发明所得滤渣在温度40-60℃下干燥，不会破换膳食纤维产品的性能，又使其尽快干燥，有利于降低生产成本。
8、本发明运用酶处理分离法制备马铃薯渣膳食纤维，其中150μm-200μm的马铃薯渣膳食纤维产品的性能最优，且适口性较好。
附图说明
图1为具体实施方式中酶处理前后膳食纤维持水力与粒径关系图。
图2为具体实施方式中酶处理前后膳食纤维持油力与粒径关系图。
图3为具体实施方式中酶处理前后膳食纤维溶胀性欲粒径关系图。
图4为本发明酶解分离法膳食纤维提取率随粒径变化趋势图。
图5为本发明酶解分离法膳食纤维阳离子交换能力随粒径变化趋势图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。
下述混合酶由酶活40000u/ml的α-淀粉酶和酶活110000U/ml的糖化酶按重量比1∶3在0℃-25℃下混匀制得。以下实施例中不仅说明酶解处理对提取的膳食纤维的影响，同时结合原料的粒径和产品的粒径进行对比分析。
实施例1
马铃薯渣干燥后，粉碎过40目筛，取粒径小于40目(450μm)的马铃薯渣粉100g，加水600ml，在pH5.0，温度50℃时加入混合酶10ul，酶解0.5h，然后煮沸30min，冷却至温度50℃，在pH5.0，温度50℃下加入中性蛋白酶10ul，酶解1h，然后煮沸30min，冷却至温度40℃。把马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣。将滤渣在温度40℃下干燥，粉碎，过筛得到80μm、100μm、150μm、200μm、450μm的膳食纤维产品，测定产品性能。
实施例2
马铃薯渣干燥后，粉碎过40目筛，取粒径小于40目(450μm)的马铃薯渣粉100g，加水1000ml，在pH7.0，温度60℃时加入混合酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃，在pH7.0，温度60℃下加入中性蛋白酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃。把马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣。将滤渣在温度60℃下干燥，粉碎，过筛得到80μm、100μm、150μm、200μm、450μm的膳食纤维产品，测定产品性能。
实施例3
马铃薯渣干燥后，粉碎得80μm、100μm、150μm、200μm、450μm的，对于这五种粒径的马铃薯渣粉分别测定持水力、持油力、溶胀性，所得的结果为图1-3中的原料曲线所示。
实施例4
马铃薯渣干燥后，粉碎过40目筛，取粒径小于40目(450μm)的马铃薯渣粉100g，加水1000ml，在pH7.0，温度60℃时加入混合酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃，在pH7.0，温度60℃下加入中性蛋白酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃。把马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣。将滤渣在温度60℃下干燥，粉碎，过筛得到80μm、100μm、150μm、200μm、450μm的膳食纤维产品，对于这五种粒径的马铃薯渣粉分别测定持水力、持油力、溶胀性，所得的结果为图1-3中的酶处理样品A曲线所示。
实施例5
马铃薯渣干燥后，粉碎为80μm、100μm、150μm、200μm、450μm，各取马铃薯渣粉100g，加水1000ml，在pH7.0，温度60℃时加入混合酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃，在pH7.0，温度60℃下加入中性蛋白酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃。把马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣。将滤渣在温度60℃下干燥，粉碎为450μm膳食纤维产品，对于这五种粒径的马铃薯渣粉分别测定持水力、持油力、溶胀性，所得的结果为图1-3中的酶处理样品B曲线所示。
实施例6
马铃薯渣干燥后，粉碎过40目筛，取粒径小于40目(450μm)的马铃薯渣粉100g，加水1000ml，在pH7.0，温度60℃时加入混合酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃，在pH7.0，温度60℃下加入中性蛋白酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃。把马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣。将滤渣在温度60℃下干燥，粉碎，过筛得到150μm、200μm、300μm、450μm的膳食纤维产品，对于这四种粒径的马铃薯渣粉分别溶于100ml水，过滤再将液体慢慢注入500ml无水乙醇中，静置2h，过滤其中的凝胶成分，过滤，40℃烘干，称重。所得的结果为表1，图4所示。
实施例7
马铃薯渣干燥后，粉碎过40目筛，取粒径小于40目(450μm)的马铃薯渣粉100g，加水1000ml，在pH7.0，温度60℃时加入混合酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃，在pH7.0，温度60℃下加入中性蛋白酶50ul，酶解2h，然后煮沸60min，冷却至温度60℃。把马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣。将滤渣在温度60℃下干燥，粉碎，过筛得到150μm、200μm、300μm、450μm的膳食纤维产品。对于这四种粒径的马铃薯渣粉分别浸入0.1mol/L的HCl(刚好浸没)，24h后倒入铺有滤纸的玻璃漏斗，用蒸馏水去除多余的酸，用10％(w/v)的AgNO3滴定到溶液不含Cl为止，微热风干燥滤渣，称0.25g干样品溶解于100ml 15％(w/v)NaCl溶液中，磁力搅拌，用0.1mol/l NaOH滴定，记达到滴定终点时所消耗的氢氧化钠数量所得的结果为表2，图5所示。
表1不同粒径制备可溶性膳食纤维提取率
Figure G2009101936022D0000061
表2不同粒径膳食纤维阳离子交换能力
Figure G2009101936022D0000062
从图1-3可知，无论是马铃薯渣原料，或是酶处理样品，其品质大体是随粒径减小而降低的。从450μm到150μm下降速度快，150μm到75μm下降速度较慢。可以知道，马铃薯渣的粒径越大，其品质越好。这是因为，粉碎处理破坏了膳食纤维的组织结构，虽然接触面积增大，但是其个体结合水的能力减小，导致整体结合水能力下降。本结论与一些实验报道的膳食纤维性能随粒径减小而变好是不同的，这是因为，不同品种的膳食纤维化学组成、结构及加工手段不同，都可能引起膳食纤维物理性质的变化，从而影响其品质。正是因为现在关于膳食纤维粒径报道的结论不一致，所以研究马铃薯渣膳食纤维粒径是很有必要的。
从图1-3比较可知，酶处理后所得膳食纤维持水力、持油力的品质优于未经处理的马铃薯渣原料，而溶胀性有下降趋势。这是因为膳食纤维中含有很多的亲水团，酶处理后，膳食纤维所占比例大大增加，也就是说，亲水团比例大大增加，因此，持水力、持油力大大增加；而酶处理后样品溶胀性比原料有所下降是因为，原料中含有较多淀粉，淀粉有比膳食纤维更好的溶胀性。所以出去原料中所含的大量淀粉后，溶胀性相对降低。
从图2-3比较可知，酶处理后粉碎样品A与酶处理前粉碎样品B相比，前者的各项性能都优于后者。从而可以确定，马铃薯渣生物酶法制备膳食纤维的工艺中，不用对酶处理前的粒径大小作太多考虑，选取能够最好达到目的的粒径大小就可以。例如，可以以提取率作为制备标准，选取提取率最高的粒径(具体结果见图4)；也可以以所含膳食纤维的阳离子交换能力作为制备标准，选取阳离子交换能力最高的粒径(具体结果见图5)。而采用本发明的酶处理后的样品直接关系到膳食纤维产品的品质，除了持水力、持油力、溶胀性的性能以外，其使用效果、食用口感和外观色泽也是必须考虑的重要因素。从现有文献可知，粒径在300μm以下的膳食纤维食品，口感较粗糙，不易被人接受，200μm以上的较好；而200μm以上的膳食纤维食品，治疗便秘的效果稍差。
从表1、图4可知，生物酶法制备马铃薯渣膳食纤维时，提取率从450μm到200μm呈上升趋势，从200μm到150μm成急剧下降趋势。所以，当以提取率为主要考虑标准时，马铃薯渣原料粉碎为200μm最合适。
从表2、图5可知，生物酶法制备马铃薯渣膳食纤维时，阳离子交换能力从450μm到150μm呈上升趋势。所以，当以阳离子交换能力为主要考虑标准时，马铃薯渣原料粉碎为150μm最合适。综合考虑以上各种因素的影响，本发明的膳食纤维产品最佳采用200μm。

Claims (5)

1.从马铃薯渣中提取膳食纤维的方法，其特征在于包括如下步骤：
a.马铃薯渣干燥后，粉碎、过筛，制成马铃薯渣粉；
b.在马铃薯渣粉中加水，马铃薯渣粉和水的质量体积比为1∶6-1∶10，单位为g/ml，混匀成马铃薯渣浆后，用混合酶酶解处理，然后煮沸、冷却，所述混合酶用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.1-0.5％；所述混合酶由酶活40000u/ml的α-淀粉酶和酶活110000U/ml的糖化酶按重量比1∶3在0℃-25℃下混匀制得；
c.再加入中性蛋白酶酶解处理，然后煮沸、冷却，所述中性蛋白酶的酶活为1600AU，用量为所加入马铃薯渣粉质量的0.01-0.05％；
d.过滤后分成滤液和滤渣，对滤渣进行干燥、粉碎、过筛，即得膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤b中，所述用混合酶酶解处理是在pH5.0-7.0，温度50-60℃用混合酶酶解0.5-2h；所述煮沸时间为30-60min；所述冷却为冷却至温度50-60℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤c中，经混合酶处理后的马铃薯渣浆在pH5.0-7.0，温度50-60℃用中性蛋白酶酶解1-2h，然后煮沸30-60min，冷却至温度40-60℃。
4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于步骤d中，把步骤c处理后的马铃薯渣浆过滤，分成滤液和滤渣，将滤渣在温度40-60℃下干燥，粉碎，过筛，即得马铃薯渣的膳食纤维。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于步骤d中所述过筛为过150μm-200μm筛。
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