CN101933616B - 固态汽爆制备膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于膳食纤维的制备技术领域，特别涉及一种以玉米皮等谷物种皮为原料利用固态气爆技术制备膳食纤维的方法。包括以下步骤：调节谷物种皮的含水量至50～300％，然后置于密封的气爆装置中；气爆装置于5～25min内升压至0.4～1.2Mpa，保压10～120s后瞬间降压；处理后的谷物种皮加水提取、除去其中的淀粉和蛋白质、改性，分离除杂后即得所述的膳食纤维。本发明方法操作简单，提取方便、快捷，原料来源丰富，生产成本低，可以同时得到两种高品质的玉米皮膳食纤维产品，纯度高，得率大，得率和生理活性都得到了显著提高。
Description
(一)技术领域
本发明属于膳食纤维的制备技术领域，特别涉及一种以玉米皮等谷物种皮为原料，利用固态气爆技术制备膳食纤维的方法。
(二)背景技术
膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。根据其溶解性的不同可分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维。膳食纤维的功效已被人们广泛认识，并被称为“第七营养素”。经科学研究证明，增加饮食中膳食纤维的含量可以减少心脑血管疾病、糖尿病的发病率，预防结肠癌，减轻长期大量饮酒对胰脏的损伤，降低胆固醇的含量，清除外源有害物质。同时，水溶性膳食纤维比水不溶性的具有更强的功能性，如持水性强，更有效地预防便秘、结肠癌和糖尿病，促进肠道有益菌的增殖。而目前市场上的产品多以水不溶性膳食纤维为主，因此开发高品质的水溶性膳食纤维具有巨大的前景。
谷物种皮是谷物淀粉生产的副产品，其纤维含量约50％，是物美价廉的食物纤维源，但由于技术和条件的限制，大多只作为饲料甚至肥料使用。以谷物种皮为原料制备膳食纤维能够极大提升谷物种皮的价值，变废为宝，拓展谷物加工的深度，促进农作物产业的健康和可持续发展。目前国内利用谷物种皮制备膳食纤维主要采用化学处理法，酶水解法等。化学法的成本较低，但酸碱处理使膳食纤维分子结构遭到破坏，产品的品质特性较差。而酶处理法的膳食纤维得率较低，相对而言成本较高，不利于谷物种皮膳食纤维的工业化生产和在实际生产中的应用。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种固态气爆制备膳食纤维的方法，以克服传统制备方法存在的对膳食纤维破坏严重、纤维得率较低、水溶性成分含量低等缺点。
本发明采用的技术方案如下：
以玉米皮等谷物种皮为原料，利用固态气爆技术制备膳食纤维的方法，包括以下步骤：
调节谷物种皮的含水量至50～300％，然后置于密封的气爆装置中；气爆装置于5～25min内升压至0.4～1.2Mpa，保压10～120s后瞬间降压；处理后的谷物种皮加水提取、除去其中的淀粉和蛋白质、改性，分离除杂后即得所述的膳食纤维。
进一步，谷物种皮粉碎至4～80目。
固态气爆阶段，加热方式为电加热或直接明火加热。
将处理后的谷物种皮按料液比1∶8～16加水，在温度70～90℃，pH值5～8的条件提取1h，然后按照10mg/g底物的量分别加入中温α-淀粉酶、糖化酶和中性蛋白酶去除淀粉和蛋白质。
加入木聚糖酶和纤维素酶进行改性制备膳食纤维，两者加入的量各为30～60mg/g底物。
改性后进行离心分离，不溶物烘干即得不溶性膳食纤维；上清液浓缩、醇析、分离后得水溶性膳食纤维。
具体的，上清液减压浓缩至原体积的1/3后，加入无水乙醇使乙醇的最终体积浓度为60～80％，醇析3～10h，沉淀离心干燥后即为水溶性膳食纤维。
更为具体的，以玉米皮为例，步骤如下：
1)原料预处理：选用无霉变生虫的玉米皮，清理除杂后，不粉碎或粉碎至4～80目，再采用浸泡或喷洒方式提高玉米皮含水量至50～300％，沥水后密封进行一定时间的均湿使其内部水分均衡；一般春冬两季吸水时长为30～60min，均湿时长为40～90min，夏秋两季吸水时长为20～40min，均湿时长为30～60min。
2)固态气爆：经步骤1)处理过的玉米皮装入气爆装置中，密封，采用电 加热或直接明火加热，在5～25min内升压至0.4～1.2MPa，并保压10～120s后瞬间卸压，完成气爆并收集物料。
3)热水提取：将经步骤2)处理过的玉米皮加水按料液质量比1∶8～16，温度70～90℃，pH值5～8的条件提取1h，每克底物分别加入10mg中温α-淀粉酶、糖化酶和中性蛋白酶去除淀粉和蛋白质；
4)双酶改性：每克底物分别加入30～60mg木聚糖酶和纤维素酶，在酶使用说明书给出的最适条件下进行改性制备膳食纤维；
5)分离纯化：离心分离，沉淀烘干即为不溶性膳食纤维；上清液减压浓缩至原体积的1/3后，加入无水乙醇使乙醇的最终浓度为60～80％，醇析3～10h，沉淀离心干燥后即为水溶性膳食纤维。
在本发明的固态气爆中，玉米皮的粒度过大时影响水分的均匀和气爆的效果，同时也不利于后期的制备；而粒度小于80目时，物料呈粉状，易结团，能耗大，不适宜进行气爆处理。含水量过低的玉米皮在高温高压下变色严重，影响产品的色泽和生理活性；而水分大于300％时，影响达到预设压强的速率，增大能耗，同时也会加大水溶性目的物的损失。压强低于0.4Mpa时气爆效果不显著，而压力过高则造成物料的变色和成分的破坏，最终影响产品的性状。保压一定时间后，继续保压对气爆效果的影响不大，增加能耗；同时还会对产品的特性产生不利的影响。
采用固态气爆技术，其原理主要是玉米皮在瞬间由高温、高压突然降到常温、常压，原料内部的水分突然汽化，气体突然膨胀，发生喷爆，从而使玉米皮组织呈海绵状，体积增大，一些结构组织如纤维束等被破坏，内含物暴露，有利于目的物的溶出，改善了酶对木质素、纤维素等底物的作用，提高了膳食纤维的得率，同时对膳食纤维的持水力、吸附性等生理活性有显著提高。与普通的气流膨化相比，由于物料含有较高的水分，固态气爆技术抑制了物料的褐变，更有利于提供色泽良好的产品，并改善其生理活性。
本发明可同时得到两种高品质的玉米皮膳食纤维产品，纯度高，其中水溶性膳食纤维纯度大于70％，水不溶性膳食纤维纯度大于80％；得率高，水溶性 膳食纤维的得率最高达18％，水不溶性膳食纤维得率大于60％；膨胀力达3.30mL/g以上，持水力在600％以上，生产指标(得率)和产品生理活性都得到了显著提高。
本发明相对于现有技术，有以下优点：
本发明方法操作简单，提取方便、快捷，原料来源丰富，生产成本低，可以同时得到两种高品质的玉米皮膳食纤维产品，纯度高，得率大，得率和生理活性都得到了显著提高。
(四)具体实施方式：
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
以下实施例以玉米皮为例，方法也同样适用于其他谷物种皮。
实施例1
固态气爆制备玉米皮膳食纤维的方法，步骤如下：
(1)将粉碎后过40目筛的玉米皮加水完全淹没后，浸泡30min，沥水后密封均湿40min，使其水分均衡并达到100％。
(2)将经步骤(1)处理过的玉米皮装入气爆装置中，密封，直接明火加热，控制火力使气爆装置内压力约15mi n升至0.6MPa，保压30s后瞬间卸压，完成气爆并收集物料。
(3)气爆后的玉米皮加入其干重14倍的水，在温度80℃，pH值为5的条件下，提取60min。
(4)调温至60℃，调pH至5.0，加中温α-淀粉酶10mg/g底物，酶解45min；然后调pH至4.5，加糖化酶10mg/g底物，酶解60min。调温至40℃，调pH至7.0，加中性蛋白酶10mg/g底物，酶解90min，去除所含的淀粉和蛋白质。
(5)调温至50℃，调pH至4.8，加木聚糖酶和纤维素酶各40mg/g底物，酶解90min，改性制备膳食纤维。
(6)离心分离，沉淀烘干即为不溶性膳食纤维，得率68.7％，纯度81.2％， 膨胀力3.42mL/g以上，持水力在645％以上；上清液减压浓缩后，加入无水乙醇醇析3h，离心后得到的沉淀即为水溶性膳食纤维，得率为13.4％，纯度72.3％。
实施例2
固态气爆制备玉米皮膳食纤维的方法，步骤如下：
(1)将粉碎后过60目筛的玉米皮用水喷洒40min，沥水后密封均湿60min，使其水分均衡并达到180％。
(2)将经步骤(1)处理过的玉米皮装入气爆装置中，密封，采取电加热方式，控制电压使气爆装置内压力约15min升至0.8MPa，保压60s后瞬间卸压，完成气爆并收集物料。
(3)气爆后的玉米皮加入其干重14倍的水，在温度为80℃，pH值为5的条件下，提取60min。
(4)调温至60℃，调pH至5.0，加中温α-淀粉酶10mg/g底物，酶解45min；然后调pH至4.5，加糖化酶10mg/g底物，酶解60min。调温至40℃，调pH至7.0，加中性蛋白酶10mg/g底物，酶解90mi n，去除所含的淀粉和蛋白质。
(5)调温至50℃，调pH至4.8，加木聚糖酶和纤维素酶各40mg/g底物，酶解90min，改性制备膳食纤维。
(6)离心分离，沉淀烘干即为不溶性膳食纤维，得率65.3％，纯度81.9％，膨胀力3.39mL/g，持水力在651％；上清液减压浓缩后，加入无水乙醇醇析5h，离心后得到的沉淀即为水溶性膳食纤维，得率为15.1％，纯度72.1％。
实施例3
固态气爆制备玉米皮膳食纤维的方法，步骤如下：
(1)将粉碎后过10目筛的玉米皮加水完全淹没后，浸泡50min，沥水后密封均湿90min，使其水分均衡并达到240％。
(2)将经步骤(1)处理过的玉米皮装入气爆装置中，密封，直接明火加热，控制火力使气爆装置内压力约20min升至1.0MPa，保压90s后瞬间卸压， 完成气爆并收集物料。
(3)气爆后的玉米皮加入其干重14倍的水，在温度为80℃，pH值为5的条件下，提取60min。
(4)调温至60℃，调pH至5.0，加中温α-淀粉酶10mg/g底物，酶解45min；然后调pH至4.5，加糖化酶10mg/g底物，酶解60min。调温至40℃，调pH至7.0，加中性蛋白酶10mg/g底物，酶解90min，去除所含的淀粉和蛋白质。
(5)调温至50℃，调pH至4.8，加木聚糖酶和纤维素酶各40mg/g底物，酶解90min，改性制备膳食纤维。
(6)离心分离，沉淀烘干即为不溶性膳食纤维，得率63.5％，纯度82.2％，膨胀力3.45mL/g，持水力在629％；上清液减压浓缩后，加入无水乙醇醇析8h，离心后得到的沉淀即为水溶性膳食纤维，得率为17.5％，纯度72.6％。
Claims (4)
1.固态汽爆制备膳食纤维的方法，以谷物种皮为原料，其特征在于，包括以下步骤：
谷物种皮粉碎至4～80目；调节谷物种皮的含水量至50～300%，然后置于密封的汽爆装置中；汽爆装置于5～25min内升压至0.4～1.2Mpa，保压10～120s后瞬间降压；处理后的谷物种皮加水提取、除去其中的淀粉和蛋白质、改性，分离除杂后即得所述的膳食纤维；
其中，将处理后的谷物种皮按料液比1︰8～16加水,在温度70～90℃，pH值5～8的条件提取1h，然后每克底物分别加入10mg的中温α-淀粉酶、糖化酶和中性蛋白酶去除淀粉和蛋白质；加入木聚糖酶和纤维素酶进行改性制备膳食纤维，两者加入的量各为30～60mg/g底物；所述的谷物种皮为玉米皮。
2.如权利要求1所述的固态汽爆制备膳食纤维的方法，其特征在于，改性后进行离心分离，不溶物烘干即得不溶性膳食纤维；上清液浓缩、醇析、分离后得水溶性膳食纤维。
3.如权利要求2所述的固态汽爆制备膳食纤维的方法，其特征在于，上清液减压浓缩至原体积的1/3后，加入无水乙醇使乙醇的最终浓度为60～80%，醇析3～10h，沉淀离心干燥后即为水溶性膳食纤维。
4.如权利要求1-3之一所述的固态汽爆制备膳食纤维的方法，其特征在于，汽爆装置的加热方式为电加热或直接明火加热。
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