CN102524803A - 高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于农副产品废弃物深加工技术领域的一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法。本发明的方法是将桃渣加水分散，调节pH，分别用耐高温α-淀粉酶、蛋白酶进行酶解除去淀粉和蛋白质，将酶解后的桃渣用高速剪切仪处理后，经过高压微射流超微粉碎处理，再加入纤维素酶进行酶解，离心，分别得到酶解后滤液和酶解后沉淀物，滤液经过浓缩、醇沉、真空干燥得到高活性的水溶性膳食纤维，沉淀物经过水洗、真空干燥得到高纯度的不溶性膳食纤维。本发明利用榨汁后的废弃果渣为原料，实现农副产品原料的精深加工，减少资源浪费。
Description
技术领域
本发明属于农副产品废弃物深加工技术领域，具体涉及一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法。
背景技术
膳食纤维被称为继水、蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质、维生素之外的“第七大营养素”。现代医学和营养学研究表明，膳食纤维在人体内虽不能被肠道吸收，但有助于调节体内碳水化合物和脂质的代谢及矿物质的吸收，能显著降低血脂和体内过氧化水平，对肥胖病、高血压、高血脂、动脉粥样硬化、糖尿病、结肠病及心血管疾病等有一定的预防作用，有提高免疫力等生理功能。
膳食纤维的化学组成特性决定其理化性质，根据溶解性的不同可分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)两大类。两种膳食纤维在体内的生理功能是不尽相同的，可溶性膳食纤维在延长食物于消化道内的滞留时间、节约胰岛素分泌、改善耐糖性、阻碍胆固醇微胶化、降低胆固醇吸收能力等功能上优于不溶性膳食纤维；而不溶性膳食纤维在改善消化道机能、吸附毒性金属离子、增加胆固醇的排泄量、增加排便次数上优于可溶性膳食纤维。目前，市售的膳食纤维产品主要来自谷物、果蔬、豆类及菌藻类，基本成分是不溶性膳食纤维，或者不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维的混合物，这些产品中水溶性膳食纤维含量较少，两者比例不合理，不能满足人体的生理功能需求。
目前国内外提取膳食纤维的方法主要有化学提取法、酶提取法、化学-酶结合提取法、膜分离法和发酵法。对膳食纤维进行改性的方法有：生物技术方法(酶法、发酵法)、化学处理方法(主要有酸法、碱法)和物理方法(机械降解处理法)。这些方法都是单一、独立的，缺乏有效的结合，导致提取效率低，产品活性低，或者工序过于复杂，不利于实现工业化。因此，急需一种可以高效提取高活性膳食纤维的方法，可以将提取与改性有效结合，得到更符合人体需求的高活性膳食纤维产品。
高压微射流超微粉碎技术是国外近些年发展起来的性能优异的湿法超微粉碎技术，尤其是美国、日本、加拿大等国研制的高压微射流设备代表了该技术发展的前沿，国内的研究所也在研制类似的设备。高压微射流超微粉碎设备可产生挤压力、剪切力、冲击力，经过液-液、液-固之间的高速撞击、高剪切、空穴作用等，使物料的分子结构发生变化。高压微射流超微粉碎设备可以做到纳米分散，细化效果可达0.1μm甚至以下，压力高达100～200MPa，因此也称为纳米均质机或超高压均质机，具有颗粒粒径分布均匀、操作简单、无污染、可在线清洁消毒、可高效率进行细胞破壁等诸多优点。如刘成梅等人发明的“用微射流瞬时高压技术制备高性能百合全粉的方法”(公开号：CN 101019627A)，使用该设备改善百合超微全粉的物理特性和产品性能。刘伟等发明的“薄膜分散-动态高压微射流制备中链脂肪酸纳米脂质体”方法(公开号：CN101940320)，也使用该设备制备性质优良的中链脂肪酸纳米脂质体。
另外，我国是浓缩果蔬汁的生产和出口大国，榨汁后剩下大量的果渣，极易腐败变质，处理不当会造成严重的环境污染和资源浪费，而利用废弃果渣制备膳食纤维产品，有利于提高果蔬的资源利用率，提升果蔬的产品附加值，促进经济的可持续发展。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，同时得到两种高活性膳食纤维产品。
一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，按照如下步骤进行：
(1)将榨汁后剩下的桃渣加水分散，桃渣与水的质量比为1∶(3-5)，搅拌均匀，用NaOH溶液调节pH至6～7，制成桃渣浆；
(2)除淀粉：在桃渣浆中加入占桃渣浆质量0.05～0.2％的耐高温α-淀粉酶，85～95℃条件下搅拌酶解15～90min；
(3)除蛋白：将经过步骤(2)酶解的桃渣浆冷却至40～60℃后，加入中性蛋白酶，添加量为桃渣浆质量的0.01～0.1％，55～65℃条件下搅拌酶解15～90min；
(4)灭酶：在95℃水浴锅中灭酶2min，冷却至室温；
(5)剪切：将经过步骤(4)处理的桃渣浆用高速剪切仪处理10～20min，转速为8000～12000r/min，并按桃渣浆与纯净水的质量比为1∶(8-15)加入纯净水；
(6)将经过步骤(5)处理的桃渣浆用高压微射流超微粉碎设备于25℃进行处理，处理压力为80～160MPa，处理次数为2～6次；
(7)高压微射流超微粉碎处理后的桃渣浆用HCl溶液调节pH至3.5～5.5，加入纤维素酶，纤维素酶的添加量为桃渣浆质量的1～3％，在45～55℃恒温水浴摇床中，酶解6～10h，恒温水浴摇床的转速为100～120r/min，酶解结束后，灭酶，冷却至室温，将酶解液离心分离；
(8)将步骤(7)酶解液离心后的沉淀物经2～4次水洗，水洗的总用水量为沉淀物质量的5-10倍，离心分离，水洗液并入酶解后的上清液中，得到混合液，沉淀物经过真空干燥，粉碎，得到不溶性膳食纤维产品；
(9)将步骤(8)得到的混合液离心，取上清液经过50～60℃，0.08～0.1MPa真空度下的旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，得到浓缩液，向所得浓缩液中添加4倍体积的95％乙醇进行醇沉，离心分离得到沉淀物，再经真空干燥，粉碎，得到水溶性膳食纤维产品。
步骤(1)所述桃渣的水分含量为70～90％。
所述耐高温α-淀粉酶的酶活定义为：1ml酶液或1g固体酶粉1min液化可溶性淀粉1mg所需的酶量称为一个酶活单位，以U/ml或U/g表示；步骤(2)耐高温α-淀粉酶的酶活为7万～8万U/g，该酶购自诺维信公司。
所述中性蛋白酶的酶活定义为：以血红蛋白为底物溶液，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；步骤(3)中性蛋白酶的酶活为0.6～2.0AU/g，该酶购自诺维信公司。
所述纤维素酶的酶活定义为：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，以U表示；步骤(7)维素酶的酶活为300～400U/ml，该酶购自诺维信公司。
步骤(7)、步骤(8)和步骤(9)所述离心的转速为3800-4200r/min，离心时间15～30min。
步骤(8)和步骤(9)所述真空干燥的温度为40～60℃，真空度为0.6～0.8MPa。
本发明的有益效果：本发明的方法采取高压微射流超微粉碎与酶解耦合的方法提取果渣中的膳食纤维，将提取过程和活化改性过程相结合，经过高压超微粉碎作用和酶解作用，提高了水溶性膳食纤维的提取率，改变了膳食纤维的组成和结构，暴露更多的结合位点，提高其吸附性、分散性，不溶性膳食纤维的持水力、持油力和溶胀性增加，水溶性膳食纤维的吸附能力增强，从而使所得的高活性膳食纤维产品在促进消化、增加排便、防治肥胖症，降低胆固醇，降血脂等方面具有更加良好的生理功效。
附图说明
图1为本发明制备果渣膳食纤维的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
以下实施例的工艺流程图如图1所示。
以下实施例所述耐高温α-淀粉酶的酶活定义为：1ml酶液或1g固体酶粉1min液化可溶性淀粉1mg所需的酶量称为一个酶活单位，以U/ml或U/g表示，该酶购自诺维信公司。
所述中性蛋白酶的酶活定义为：以血红蛋白为底物溶液，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，该酶购自诺维信公司。
所述纤维素酶的酶活定义为：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，以U表示，该酶购自诺维信公司。
实施例1
1)取榨汁后剩下的桃渣(含水量70％)50g加水分散，桃渣与水质量比为1∶5，搅拌均匀，用1mol/l的NaOH溶液调节pH为6，制成桃渣浆。
2)除淀粉：在桃渣浆中加入耐高温α-淀粉酶高温(酶活为7万～8万U/g)，加酶量为桃渣浆质量的0.1％，在95℃条件下搅拌酶解30min。
3)除蛋白：将酶解的桃渣浆冷却至40℃后，加入中性蛋白酶(酶活为0.6～2.0AU/g)，加酶量为酶解的桃渣浆质量的0.016％，在60℃条件下搅拌酶解30min。
4)灭酶：在95℃水浴锅中灭酶2min，冷却至室温。
5)剪切：将灭酶的桃渣浆用高速剪切仪处理20min，转速为8000r/min，并按桃渣浆与水的质量比为1∶10添加纯净水。
6)将步骤5)中所得的桃渣浆用高压微射流超微粉碎设备于25℃进行处理，处理压力为140MPa，处理次数为4次。
7)采用高压微射流超微粉碎处理后的桃渣浆用1mol/l的HCl调节pH为5，加入纤维素酶(酶活为300～400U/ml)，添加量为桃渣浆质量的2％，在50℃恒温水浴摇床(120r/min)中，酶解8h。酶解结束后，灭酶，冷却至室温，再将酶解液离心分离(转速4200r/min离心时间20min)。
8)酶解液离心后沉淀物经过4次水洗，每次用水50ml，离心分离(转速4200r/min离心时间20min)，水洗液并入酶解后上清液，沉淀物经过60℃、0.8MPa真空干燥，粉碎，得到不溶性膳食纤维产品。
9)酶解液离心后上清液经过60℃，0.1MPa真空度下的旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，向所得浓缩液中添加4倍体积的95％乙醇，醇沉3h，离心分离(转速4200r/min离心时间20min)得到沉淀物，再经40℃、0.8MPa真空干燥，粉碎，得到水溶性膳食纤维产品。
10)此条件下得到水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率分别为37.29％、42.37％，纯度分别为56.49％、89.82％。水溶性膳食纤维的胆固醇吸附能力为24.08mg/g(pH2)、25.31mg/g(pH7)，胆酸钠吸附能力为499.80mg/g。水不溶性膳食纤维的持水力为7.67g/g，持油力为7.58g/g，溶胀性为5.85ml/g。
实施例2
1)取榨汁后剩下的桃渣(含水量80％)100g加水分散，桃渣与水质量比为1∶4，搅拌均匀，用1mol/l的NaOH溶液调节pH为6.5，制成桃渣浆。
2)除淀粉：在桃渣浆中加入耐高温α-淀粉酶(酶活为7万～8万U/g)，加酶量为桃渣浆质量的0.12％，在90℃条件下搅拌酶解40min。
3)除蛋白：将酶解的桃渣浆冷却至45℃后，加入中性蛋白酶(酶活为0.6～2.0AU/g)，加酶量为酶解的桃渣浆质量的0.01％，在55℃条件下搅拌酶解40min。
4)灭酶：在95℃水浴锅中灭酶2min，冷却至室温。
5)剪切：将灭酶的桃渣浆用高速剪切仪处理10min，转速为12000r/min，并按桃渣浆与水的质量比为1∶8添加纯净水。
6)将步骤5)中所得的桃渣浆用高压微射流超微粉碎设备于25℃进行处理，处理压力为120MPa，处理次数为6次。
7)采用高压微射流超微粉碎处理后的桃渣浆用1mol/l的HCl调节pH为4.5，加入纤维素酶(酶活为300～400U/ml)，添加量为桃渣浆质量的1％，在55℃恒温水浴摇床(110r/min)中，酶解10h。酶解结束后，灭酶，冷却至室温，再将酶解液离心分离(转速4000r/min离心时间25min)。
8)酶解液离心后沉淀物经过2次水洗，每次用水100ml，离心分离(转速4000r/min离心时间25min)，水洗液并入酶解后上清液，沉淀物经过50℃、0.6MPa真空干燥，粉碎，得到不溶性膳食纤维产品。
9)酶解液离心后上清液经过55℃，0.08MPa真空度下的旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，向所得浓缩液中添加4倍体积的95％乙醇，醇沉2h，离心分离(转速4000r/min离心时间25min)得到沉淀物，再经45℃、0.7MPa真空干燥，粉碎，得到水溶性膳食纤维产品。
10)此条件下得到水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率分别为29.68％、45.83％，纯度分别为50.07％、85.88％，水溶性膳食纤维的胆固醇吸附能力为22.83mg/g(pH2)、23.55mg/g(pH7)，胆酸钠吸附能力为489.50mg/g。水不溶性膳食纤维的持水力为7.43g/g，持油力为7.21g/g，溶胀性为5.18ml/g。
实施例3
1)取榨汁后剩下的桃渣(含水量90％)500g加水分散，桃渣与水的质量比为1∶3，搅拌均匀，用1mol/l的NaOH溶液调节pH为5.5，制成桃渣浆。
2)除淀粉：在桃渣浆中加入耐高温α-淀粉酶(酶活为7万～8万U/g)，加酶量为桃渣浆质量的0.2％，在85℃条件下搅拌酶解60min。
3)除蛋白：将酶解的桃渣浆冷却至55℃后，加入中性蛋白酶(酶活为0.6～2.0AU/g)，加酶量为桃渣浆质量的0.02％，在65℃条件下搅拌酶解30min。
4)灭酶：在95℃水浴锅中灭酶2min，冷却至室温。
5)剪切：将灭酶的桃渣浆用高速剪切仪处理15min，转速为9000r/min，并桃渣浆与水的比例为1∶12添加纯净水。
6)将步骤5)中所得的桃渣浆用高压微射流超微粉碎设备于25℃下进行处理，处理压力为100MPa，处理次数为2次。
7)高压微射流处理后的桃渣浆用1mol/l的HCl调节pH至5.5，加入纤维素酶(酶活为300～400U/ml)，添加量为桃渣浆质量的1.5％，在45℃恒温水浴摇床(100r/min)中，酶解6h。酶解结束后，灭酶，冷却至室温，再将酶解液离心分离(转速3800r/min离心时间30min)。
8)酶解液离心后沉淀物经过3次水洗，每次用水500ml，离心分离(转速3800r/min离心时间30min)，水洗液并入酶解后上清液，沉淀物经过40℃、0.6MPa真空干燥，粉碎，得到不溶性膳食纤维产品。
9)酶解液离心后上清液经过50℃，0.08MPa真空度下的旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，向所得浓缩液中添加4倍体积的95％乙醇，醇沉1h，离心分离(转速3800r/min离心时间30min)得到沉淀物，再经50℃、0.6MPa真空干燥，粉碎，得到水溶性膳食纤维产品。
10)此条件下得到水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率分别为19.57％、50.23％，纯度分别为45.19％、81.22％，水溶性膳食纤维的胆固醇吸附能力为20.78mg/g(pH2)、21.64mg/g(pH7)，胆酸钠吸附能力为480.35mg/g。水不溶性膳食纤维的持水力为7.01g/g，持油力为6.98g/g，溶胀性为5.07ml/g。
Claims (7)
1.一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，按照如下步骤进行：
(1)将榨汁后剩下的桃渣加水分散，桃渣与水的质量比为1∶(3-5)，搅拌均匀，用NaOH溶液调节pH至6～7，制成桃渣浆；
(2)除淀粉：在桃渣浆中加入占桃渣浆质量0.05～0.2％的耐高温α-淀粉酶，85～95℃条件下搅拌酶解15～90min；
(3)除蛋白：将经过步骤(2)酶解的桃渣浆冷却至40～60℃后，加入中性蛋白酶，添加量为桃渣浆质量的0.01～0.1％，55～65℃条件下搅拌酶解15～90min；
(4)灭酶：在95℃水浴锅中灭酶2min，冷却至室温；
(5)剪切：将经过步骤(4)处理的桃渣浆用高速剪切仪处理10～20min，转速为8000～12000r/min，并按桃渣浆与纯净水的质量比为1∶(8-15)加入纯净水；
(6)将经过步骤(5)处理的桃渣浆用高压微射流超微粉碎设备于25℃进行处理，处理压力为80～160MPa，处理次数为2～6次；
(7)高压微射流超微粉碎处理后的桃渣浆用HCl溶液调节pH至3.5～5.5，加入纤维素酶，纤维素酶的添加量为桃渣浆质量的1～3％，在45～55℃恒温水浴摇床中，酶解6～10h，恒温水浴摇床的转速为100～120r/min，酶解结束后，灭酶，冷却至室温，将酶解液离心分离；
(8)将步骤(7)酶解液离心后的沉淀物经2～4次水洗，水洗的总用水量为沉淀物质量的5-10倍，离心分离，水洗液并入酶解后的上清液中，得到混合液，沉淀物经过真空干燥，粉碎，得到不溶性膳食纤维产品；
(9)将步骤(8)得到的混合液离心，取上清液经过50～60℃，0.08～0.1MPa真空度下的旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，得到浓缩液，向所得浓缩液中添加4倍体积的95％乙醇进行醇沉，离心分离得到沉淀物，再经真空干燥，粉碎，得到水溶性膳食纤维产品。
2.根据权利要求1所述一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，步骤(1)所述桃渣的水分含量为70～90％。
3.根据权利要求1所述一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，所述耐高温α-淀粉酶的酶活定义为：1ml酶液或1g固体酶粉1min液化可溶性淀粉1mg所需的酶量称为一个酶活单位，以U/ml或U/g表示；步骤(2)耐高温α-淀粉酶的酶活为7万～8万U/g。
4.根据权利要求1所述一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，所述中性蛋白酶的酶活定义为：以血红蛋白为底物溶液，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；步骤(3)中性蛋白酶的酶活为0.6～2.0AU/g。
5.根据权利要求1所述一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，所述纤维素酶的酶活定义为：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，以U表示；步骤(7)维素酶的酶活为300～400U/ml。
6.根据权利要求1所述一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，步骤(7)、步骤(8)和步骤(9)所述离心的转速为3800-4200r/min，离心时间15～30min。
7.根据权利要求1所述一种高压微射流超微粉碎与酶解耦合提取果渣膳食纤维的方法，其特征在于，步骤(8)和步骤(9)所述真空干燥的温度为40～60℃，真空度为0.6～0.8MPa。
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