CN102524701B - 果渣膳食纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种果渣膳食纤维及其制备方法。该方法以水果榨汁、水果罐头加工过程中的水果皮渣、水果肉渣为原料，先后经过除杂、超微粉碎、酶解、离心、浓缩、脱色、醇沉、干燥等工艺和装置，生产高纯度、高生理活性的膳食纤维产品。该产品具有纯度高、持水力和溶胀性强等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品营养成分，具体而言是涉及一种果渣膳食纤维及其制备方法。
背景技术
水果的完全加工一直是食品加工企业期望实现的目标。目前各水果加工企业生产浓缩汁(浆)和原汁(浆)等产品所产生的果渣，除少部分用于饲料加工外，其他大部分都被浪费并造成环境污染。利用果渣生产膳食纤维，对果渣进一步加工，可提高水果深加工产品的附加值，延长水果加工产业链，实现资源的综合利用。
膳食纤维是一种具有保健功能的食品营养成分，美国谷物化学家协会(AACC)对其定义为“植物可食部分和类似碳水化合物，它不能被人体小肠消化吸收，但可以在大肠内全部或部分发酵，包括多糖、寡聚糖、木质素和植物基质”。因其具有预防肥胖症和肠道疾病；降胆固醇、降血糖、降血压；抗氧化性和自由基清除能力；提高人体免疫能力等功能，越来越受到人们的青睐。
相对其他原料的膳食纤维(如谷物纤维、藻类纤维)，果渣膳食纤维具有一些独特的天然优越性。果渣膳食纤维含有更高比例的可溶性膳食纤维成分(相对于谷物膳食纤维)，包括果胶、β-葡聚糖和聚葡萄糖等，具有优良的功能特性，如吸附胆固醇、胆酸盐和亚硝酸盐等成分，具有一定的粘度延缓葡萄糖的吸收。其次，果渣不溶性膳食纤维具备良好的水果香气，可以在一定程度上增加产品的风味，已经成为高纤维面制品、饮料的优良天然添加剂。
目前国内对同时提取果渣可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的报道很少，专利200810053270.3提取桃渣可溶性和不溶性膳食纤维，采取除杂杀菌、保温浸提、固液分离、浓缩醇沉、干燥的传统工艺得到可溶性桃膳食纤维和不溶性桃膳食纤维，但是得率分别仅为14.7％和46％；专利201010110008.5报道了沙棘籽粕可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的分离，其采用淀粉酶和蛋白酶除杂，获得较高得率的沙棘籽不溶性膳食纤维(60％～70％)，但其可溶性膳食纤维的含量较低(不足10％)；公开号为CN101695364 A的专利公开了一种杏渣膳食纤维的制备方法，采用纤维素酶和蛋白酶复合制备分离可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维，并研究了酶解条件和H2O2脱色条件对产品得率的影响，但5％～7％浓度的H2O2可能使产品中造成H2O2残留，不利于安全使用；CN101077182公开了一种杨梅果渣功能性膳食纤维的制备技术，采取烘干、粉碎、有机溶剂浸提、纤维素酶酶解、醇沉和真空干燥的流程生产杏渣可溶性、不溶性膳食纤维，可溶性膳食纤维得率可达28.30％，不溶性膳食纤维得率达62.40％，而且不溶性膳食纤维具有较高的持水力和溶胀力，但是采取烘干的方式处理原料明显增加了生产耗能，从而增加了生产成本；公开号为CN101878910A的专利公开了一种纯度达95％的可溶性膳食纤维的制备技术，其经过水合、臭氧脱色、多种树脂反复吸附纯化和三效脱水浓缩后，经喷雾干燥得到纯度达95％以上的可溶性膳食纤维，其目标是得到聚葡萄糖的可溶性膳食纤维，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种果渣膳食纤维及其制备方法。
本发明提供的同时制备可溶性膳食纤维和不溶性果渣膳食纤维产品的方法，包括如下步骤：
1)将水果渣灭菌后与水混匀，粉碎得到果渣浆，调节所述果渣浆的pH值为3.0～7.0后酶解，灭酶后离心、过滤，分别收集滤饼和滤液，所得滤饼为所述不溶性果渣膳食纤维产品；
2)向所述步骤1)所得滤液浓缩、脱色、沉淀过滤后收集沉淀物，得到所述可溶性果渣膳食纤维产品。
上述方法的所述步骤1)灭菌步骤中，灭菌方式为微波隧道式灭菌机灭菌；
所述水果渣为水果皮渣和水果肉渣中的至少一种；具体选自苹果渣和桃渣中的至少一种，为来源于桃浓缩汁/桃浆、苹果浓缩汁/苹果浆生产所产生的原料渣。
所述水果渣与水的质量比为1∶4～1∶10；
所述与水混匀步骤中，时间为10～120min；
所述粉碎步骤中，粉碎后的粒度为300～400目；
所述酶解步骤中，所用酶为纤维素酶或由所述纤维素酶和蛋白酶组成而得的复合酶；所用纤维素酶的酶活为15～25IU/ml；所述纤维素酶的酶活定义为：在最适的反应条件下，以1min从底物溶液中分解产生1μmol还原糖所需的酶量，即1个酶活单位，简称IU；该纤维素酶可购自丹尼斯克公司；所述蛋白酶的酶活为0.6～2.0AU/g；所述蛋白酶的酶活定义为：在一定条件下，以血红蛋白为底物溶液最初每分钟的分解产物和福林肖卡试剂反应的能力与1mmol酪氨酸和福林肖卡试剂反应的能力相当所需的酶量，即1个Anson酶活，简称AU；该蛋白酶可购自诺维信公司；
所述酶为纤维素酶时，所述酶的添加量为15～250IU/kg果渣浆；所述酶为由所述纤维素酶和蛋白酶组成的复合酶时，所述纤维素酶和所述蛋白酶的体积比为1∶4～4∶1，具体为4∶1；所述酶的用量为所述果渣浆总质量的0.1％～1.0％，具体为0.5％；
酶解温度为40～60℃，酶解时间为2～12h，pH值为3.0～7.0。所用酶解方法为湿法动态超微粉碎复合酶解的方法，即先用超微粉碎方法使料液的粒度降至合适范围后再利用生物酶解方法进行酶解。
所述灭酶步骤中，温度为85℃，时间为2min；
所述离心步骤中，所用离心机为三足离心机或卧式离心机；用所述三足离心机离心步骤中，滤布的目数为300～500目；
所述过滤步骤中，过滤方式为板框压滤。
所述步骤2)浓缩步骤中，将可溶性固形物的质量百分含量浓缩至8％～10％；所用浓缩装置可为单效薄膜蒸发器或双效降膜蒸发器或真空浓缩锅。
所述脱色步骤中，脱色剂为双氧水、过氧乙酸或活性炭；
所述沉淀步骤中，沉淀剂为食用酒精，食用酒精的用量为浓缩液体积的4倍。
本发明提供的制备不溶性果渣膳食纤维产品的方法，包括如下步骤：
将水果渣灭菌后与水混匀，粉碎得到果渣浆，调节所述果渣浆的pH为3.0～7.0后酶解，灭酶后离心、过滤，收集滤液，所得滤饼为所述不溶性果渣膳食纤维产品。
所述灭菌步骤中，灭菌方式为微波隧道式灭菌机灭菌；
所述水果渣，为水果皮渣和水果肉渣中的至少一种；具体选自苹果渣和桃渣中的至少一种，来源于桃浓缩汁/桃浆、苹果浓缩汁/苹果浆生产所产生的原料渣。
所述水果渣与水的质量比为1∶4～1∶10；
所述与水混匀步骤中，时间为10～120min；
所述粉碎步骤中，粉碎后的粒度为300～400目；
所述酶解步骤中，所用酶为纤维素酶或由所述纤维素酶和蛋白酶组成而得的复合酶；所用纤维素酶的酶活为15～25IU/ml；所述纤维素酶的酶活的定义为：在最适的反应条件下，以1min从底物溶液中分解产生1μmol还原糖所需的酶量，即1个酶活单位，简称IU；该纤维素酶可购自丹尼斯克公司；所述蛋白酶的酶活为0.6～2.0AU/g；所述蛋白酶的酶活定义为：在一定条件下，以血红蛋白为底物溶液最初每分钟的分解产物和福林肖卡试剂反应的能力与1mmol酪氨酸和福林肖卡试剂反应的能力相当所需的酶量，即1个Anson酶活，简称AU；该蛋白酶可购自诺维信公司；
所述酶为纤维素酶时，所述酶的添加量为15～250IU/kg果渣浆；所述酶为由所述纤维素酶和蛋白酶组成的复合酶时，所述纤维素酶和所述蛋白酶的体积比为1∶4～4∶1，具体为4∶1；所述酶的用量为所述果渣浆总质量的0.1％～1.0％；
酶解温度为40～60℃，时间为2～12h；pH值为3.0～7.0。所用酶解方法为湿法动态超微粉碎复合酶解的方法，即先用超微粉碎方法使料液的粒度降至合适范围后再利用生物酶解方法进行酶解。
所述灭酶步骤中，温度为85℃，时间为2min；
所述离心步骤中，所用离心机为三足离心机或卧式离心机；用所述三足离心机离心步骤中，滤布的目数为300～500目；
所述过滤步骤中，过滤方式为板框压滤。
本发明提供的制备可溶性果渣膳食纤维产品的方法，包括如下步骤：
1)将水果渣灭菌后与水混匀，粉碎得到果渣浆，调节所述果渣浆的pH为3.0～7.0后酶解，灭酶后离心、过滤，收集滤液，将所得滤液浓缩、脱色、沉淀过滤后收集沉淀物，得到所述可溶性果渣膳食纤维产品。
所述灭菌步骤中，灭菌方式为微波隧道式灭菌机灭菌；
所述水果渣为水果皮渣和水果肉渣中的至少一种；具体选自苹果渣和桃渣中的至少一种，为来源于桃浓缩汁/桃浆、苹果浓缩汁/苹果浆生产所产生的原料渣。
所述水果原料与水的质量比为1∶4～1∶10；
所述与水混匀步骤中，时间为10～120min；
所述粉碎步骤中，粉碎后的粒度为300～400目；
所述酶解步骤中，所用酶为纤维素酶或由所述纤维素酶和蛋白酶组成而得的复合酶；所用纤维素酶的酶活为15～25IU/ml；所述纤维素酶的酶活的定义为：在最适的反应条件下，以1min从底物溶液中分解产生1μmol还原糖所需的酶量，即1个酶活单位，简称IU；该纤维素酶可购自丹尼斯克公司；所述蛋白酶的酶活为0.6～2.0AU/g；所述蛋白酶的酶活定义为：在一定条件下，以血红蛋白为底物溶液最初每分钟的分解产物和福林肖卡试剂反应的能力与1mmol酪氨酸和福林肖卡试剂反应的能力相当所需的酶量，即1个Anson酶活，简称AU；该蛋白酶可购自诺维信公司，具体为中性蛋白酶；
所述酶为纤维素酶时，所述酶的添加量为15～250IU/kg果渣浆；所述酶为由所述纤维素酶和蛋白酶组成的复合酶时，所述纤维素酶和所述蛋白酶的体积比为1∶4～4∶1，具体为4∶1；所述酶的用量为所述果渣浆总质量的0.1％～1.0％；
酶解温度为40～60℃，时间为2～12h，pH为3.0～7.0；所用酶解方法为湿法动态超微粉碎复合酶解的方法，即先用超微粉碎方法使料液的粒度降至合适范围后再利用生物酶解方法进行酶解。
所述灭酶步骤中，温度为85℃，时间为2min；
所述离心步骤中，所用离心机为三足离心机或卧式离心机；用所述三足离心机离心步骤中，滤布的目数为300～500目；
所述过滤步骤中，过滤方式为板框压滤。
所述浓缩步骤中，将固形物的质量百分含量浓缩至8％～10％；所用浓缩装置可为单效薄膜蒸发器或双效降膜蒸发器或真空浓缩锅。
所述脱色步骤中，脱色剂为双氧水、过氧乙酸或活性炭；
所述沉淀步骤中，沉淀剂为食用酒精，食用酒精的用量为浓缩液体积的4倍。
按照上述方法制备得到的不溶性果渣膳食纤维产品及可溶性果渣膳食纤维产品，也属于本发明的保护范围。所述不溶性果渣膳食纤维产品和不溶性果渣膳食纤维产品中，所述膳食纤维的质量百分含量均不低于85％。
本发明的优点主要有：1)以水果加工生产中废弃的桃渣、苹果渣为原料，减少因腐败引起的环境污染和资源浪费；2)采取既环保又较为简易、可行的方法制备果渣膳食纤维，对生产操作和设备的要求不高；3)采取微波隧道式灭菌技术保存原料，在高效、节能的基础上，方便而有效的保证了生产的连续性；4)本发明采取的湿法加工减少了生产耗能，从而降低了生产成本；5)本发明提供的果渣膳食纤维粒径小、比表面积大，纯度≥85％、持水性强、溶胀性好、离子交换能力强。
附图说明
图1为复合酶比例对可溶性膳食纤维含量的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
本发明提供的制备可溶性果渣膳食纤维产品和不溶性果渣膳食纤维产品的方法，具体工艺可包括如下步骤：
1)原料的处理：本发明所述的原料可用来源于桃浓缩汁/桃浆、苹果浓缩汁/苹果浆生产所产生的原料渣，通过微波隧道式灭菌机进行灭菌；
2)浸提：将果渣用4～10倍重量的水进行分散水合，常温下，在搅拌罐中充分搅拌10～120min，除去少量可溶性糖；
3)动态超微粉碎复合酶解：将含水的湿果渣泵入超微粉碎-酶解设备中，该设备主要由胶体磨、不同磨齿间隙的超微粉碎机和可调控温度的酶解罐循环串联组成。果渣先通过胶体磨将果渣粉碎至165～245μm(60～100目)，再通过磨齿间隙更小的超微磨粉碎至25～50μm(300～500目)，同时调节果渣浆pH至3.0～7.0，用0.1％～1.0％纤维素酶(酶活15～25IU/ml)或所述纤维素酶(酶活15～25IU/ml)和蛋白酶(酶活0.6～2.0AU/g)的复合酶对果渣浆进行酶解。酶解温度为40～60℃，酶解时间为：2～12h，复合酶比例为：1∶4～4∶1；
4)离心过滤：对酶解后的果渣浆物料进行灭酶后(85℃，2min)，经过三足离心机(内置300～500目规格滤布)或卧式离心机离心后，对上清液进行板框压滤。分别收集滤液和滤饼；
5)不溶性膳食纤维制备：向收集到的滤饼中添加2倍重量纯净水，充分搅拌静置后再通过离心过滤，如此反复洗涤1～3次后，对洗涤后的滤饼进行分散，真空干燥或低温热风干燥(＜65℃)，干燥至水分含量＜5％后，粉碎、筛分后得到不溶性果渣膳食纤维产品，得率为45％～65％；
6)可溶性膳食纤维制备：将收集到的滤液浓缩至8～10°Brix后，用低浓度双氧水、过氧乙酸或活性炭进行脱色，用食用酒精沉淀浓缩液(按照1∶4的比例)，经压滤后，得到胶状沉淀物，对胶状沉淀物反复醇沉1～5次(洗涤醇沉按照1∶2的比例)，并回收酒精。将胶状沉淀物进行复水后(调节复水比例至8～10°Brix)喷雾干燥，或直接对胶状沉淀物进行真空干燥，干燥至水分含量＜5％后，粉碎、分筛分级，得到可溶性果渣膳食纤维产品，得率为12％～27％。
实施例1
取桃渣1kg，经过隧道式微波灭菌机灭菌后，加入4kg水对桃渣进行分散水合2h；先用胶体磨将桃渣粉碎至150μm(60～80目)，然后用超微磨粉碎至50μm(300目)。将超微粉碎后的果渣浆用4mol/l氢氧化钠调节pH值至5.0，每公斤物料加入酶活为25IU/ml的纤维素酶25IU对果渣浆进行酶解，酶解温度为50℃，酶解时间为2h，pH值为5.0。对酶解后的果渣浆物料进行灭酶(85℃，2min)后，采用三足离心机(400目滤布)离心，并用纯净水洗涤3次，对离心的上清液进行板框过滤，分别收集滤液和固体沉淀物滤饼。对收集到的固体沉淀物滤饼进行真空干燥、粉碎、过筛(40目)，得不溶性膳食纤维。洗涤次数对桃渣不溶性膳食纤维含量及性质的影响结果见附表1。
表1、洗涤次数对桃渣不溶性膳食纤维含量和特性的影响
由表1可知，随着洗涤次数的增加，不溶性膳食纤维的含量逐步升高，产品的持水力和膨胀力也得到有效提升。
得到的不溶性果渣膳食纤维产品为淡黄色，经分析测试，不溶性膳食纤维含量87.42％，持水力为4.58g/g，膨胀力为5.84ml/g，阳离子交换能力为0.068mg/ml。
实施例2
将实施例1收集到的滤液浓缩至可溶性固形物的质量百分含量为9％(9°Brix)，用H2O2进行脱色，用食用酒精沉淀浓缩液，食用酒精的用量为浓缩液体积的4倍，经压滤后，得到胶状沉淀物，并回收酒精。对胶状沉淀物进行真空干燥。粉碎胶状干燥物，分筛分级，得到可溶性果渣膳食纤维产品。纤维素酶酶解条件对桃渣膳食纤维含量的影响见附表2。
表2、纤维素酶酶解条件对可溶性膳食纤维含量的影响
由表2可知，在最佳酶解条件下，可溶性膳食纤维的含量可超过85％。
得到的可溶性果渣膳食纤维产品为乳白色，经分析测试，可溶性膳食纤维含量达86.14％，胆固醇吸附能力为3.8mg/g，胆酸盐吸附能力为354mg/g，亚硝酸盐的吸附能力为1.6mg/g。
实施例3
将实施例1收集到的滤液浓缩至可溶性固形物的质量百分含量为9％(9°Brix)，过氧乙酸脱色后，按1∶4的体积比加入食用酒精进行醇沉，5次醇沉洗涤纯化后，用板框过滤机分离胶状沉淀物和酒精，回收酒精，并对胶状沉淀物进行真空干燥，经粉碎后得可溶性膳食纤维成品。醇沉次数对桃渣可溶性膳食纤维含量及性质的影响结果见附表3。
表3、醇沉次数对桃渣可溶性膳食纤维含量和特性的影响
由表3可知，纯化步骤——醇沉次数的增加能够显著提高可溶性膳食纤维的含量，且随着水溶性膳食纤维含量的增加，膳食纤维产品各项功能指标也显著提高。
得到的可溶性果渣膳食纤维产品为乳白色，经分析测试，可溶性膳食纤维含量达89.54％，胆固醇吸附能力为3.4mg/g，胆酸盐吸附能力为363mg/g，亚硝酸盐的吸附能力为1.3mg/g。
实施例4
将实施例1的酶解步骤更换为复合酶解。具体工艺为：将超微粉碎后的果渣浆用4mol/l氢氧化钠调节pH值至6.5，加入占果渣浆质量0.5％的复合酶(由体积比为4∶1的纤维素酶和蛋白酶组成，纤维素酶的酶活为15～25IU/ml，中性蛋白酶(购自诺维信公司)的酶活为0.6～2.0AU/g)在50℃对果渣浆酶解4h。复合酶比例对膳食纤维含量的影响，结果见附图1。由图1可知，纤维素酶对可溶性膳食纤维的纯度起主要作用，且随着纤维素酶的增加，可溶性膳食纤维的纯度升高。
得到的可溶性果渣膳食纤维产品为乳白色，经分析测试，可溶性膳食纤维含量达87.92％，胆固醇吸附能力为3.5mg/g，胆酸盐吸附能力为341mg/g，亚硝酸盐的吸附能力为1.0mg/g。
实施例5
将实施例4收集到的滤液浓缩至固形物的质量百分含量为9％(也即9°Brix)，按1∶4的体积比加入食用酒精进行醇沉、5次醇沉洗涤纯化后，用压滤机分离胶状沉淀物和酒精，回收酒精。将胶状物进行复水后(至9°Brix)，对其进行喷雾干燥，得到粉状可溶性膳食纤维。
得到的可溶性果渣膳食纤维产品为乳白色，经分析测试，可溶性膳食纤维含量达90.25％，胆固醇吸附能力为3.5mg/g，胆酸盐吸附能力为350mg/g，亚硝酸盐的吸附能力为1.2mg/g。
Claims (1)
1.一种制备可溶性果渣膳食纤维和不溶性果渣膳食纤维产品的方法，包括如下步骤：
1）将水果渣灭菌后与水混匀，粉碎得到果渣浆，调节所述果渣浆的pH值为3.0~7.0后酶解，灭酶后离心、过滤，分别收集滤饼和滤液，所得滤饼为所述不溶性果渣膳食纤维产品；
所述水果渣，具体选自苹果渣和桃渣中的至少一种；
所述水果渣与水的质量比为1:4~1:10；
所述与水混匀步骤中，时间为10~120 min；
所述粉碎步骤中，粉碎后的粒度为300~400目；
所述酶解步骤中，所用酶为纤维素酶或由所述纤维素酶和蛋白酶组成的复合酶；所用纤维素酶的酶活为15~25 IU/ml；所述蛋白酶的酶活为0.6~2.0AU/g；
所述酶为纤维素酶时，所述酶的添加量为15~250 IU/kg果渣浆；所述酶为由所述纤维素酶和蛋白酶组成的复合酶时，所述纤维素酶和所述蛋白酶的体积比为4:1；所述酶的用量为所述果渣浆总质量的0.1%~1.0%；
酶解温度为40~60℃，时间为2~12 h；pH值为3.0~7.0；
所述灭酶步骤中，温度为85℃，时间为2 min；
所述离心步骤中，所用离心机为三足离心机或卧式离心机；用所述三足离心机离心步骤中，滤布的目数为300~500目；
所述过滤步骤中，过滤方式为板框压滤；
2）将所述步骤1）所得滤液浓缩、脱色、沉淀过滤后收集沉淀物，得到所述可溶性果渣膳食纤维产品；所述浓缩步骤中，将固形物的质量百分含量浓缩至8%~10%；所述脱色步骤中，脱色剂为双氧水、过氧乙酸或活性炭；所述沉淀步骤中，沉淀剂为食用酒精，食用酒精的用量为浓缩液体积的4倍；
所述不溶性果渣膳食纤维产品中，所述膳食纤维的质量百分含量均不低于85%；所述可溶性果渣膳食纤维产品中，所述膳食纤维的质量百分含量均不低于85%。
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