CN102697061A - 微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，它以新鲜湿豆渣为原料，经原料处理、水合、微波处理、水溶中和、过滤、干燥制备水溶性膳食纤维。该方法大幅度提高了豆渣中水溶性膳食纤维的含量，增强了豆渣的功能性，本发明的制备方法高效、安全、易自动化控制，设备投资及运行费用低，操作防护简便、清洁。

Description

微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种以豆渣粉为原料，在催化作用下，通过微波改性制备水溶性膳食纤维的方法。
技术背景
豆渣是指生产豆腐、豆奶等豆制品过程中的副产品。传统的豆制品在加工过程中，一般情况下每10千克大豆，可产豆渣7千克左右，据推测，我国每年大约产生2.8×lO9 kg豆渣。豆渣营养丰富，保留了大量的蛋白质、膳食纤维等营养成分，尤其是豆渣干物质中膳食纤维含量可达50％以上。近年来，人们从营养学角度对豆渣有了新的认识，尤其在日本、美国、澳大利亚都己实现各种豆渣食品的产业化。
近年来在世界范围内掀起了一股功能性食品的热潮，功能性食品是食品科学研究的前沿，膳食纤维作为功能性食品的重要基料己成为研究的热点。膳食纤维( dietary fiber， DF)是指在小肠中不能被消化和吸收，在大肠中能部分或全部被微生物发酵利用的植物性食品成分、碳水化合物及其类似物质的总和，被列为继糖、蛋白质、脂肪、水、矿物质和维生素之后的“第七营养素”。 膳食纤维尽管不能为人体吸收，但可安全地调节人体的血糖水平、预防便秘、增加饱腹感同时具有预防肥胖、促进双歧杆菌及需氧菌的增殖、增强巨噬细胞功能、提高抗病能力的生理功能，因此具有突出的保健功能。  
根据其溶解性，膳食纤维(DF)可以分为水溶性膳食纤维( Soluble Diet-ary Fiber，SDF) 和不溶性膳食纤维( Insoluble DietaryFiber，IDF)。已有研究表明: 膳食纤维中的不溶性成分主要作用于肠道产生机械蠕动效果，而可溶性成分则更多的发挥代谢功能，两者在人体内所具有的生理功能作用是不同的。其中，因为SDF能在结肠中几乎被彻底水解，产生的短链酸比不溶性膳食纤维要多的多，所以在预防结肠癌，预防心血管疾病，降低胆固醇等方面具有比IDF更强的生理功能。SDF还能降低血脂含量、延缓小肠对葡萄糖的吸收速度，刺激产生胰岛素，从而预防糖尿病的发生。SDF作为一种多功能保健性食品基料，早已引起世界各国营养学家的极大关注，寻求安全的可食用膳食纤维以扩大膳食纤维供应量逐渐成为科研领域的研究热点。SDF有广泛的生理作用，许多方面具有比IDF更强的生理作用，膳食纤维中可溶性成分的组成比例是影响膳食纤维生理功能的一个重要因素。
豆渣中膳食纤维含量高，而且植酸含量低。因此，其对钙、锌等矿物元素的吸附性小，对人体的营养吸收无太大影响。且纤维含量高、纤维质结构好、原材料来源广，是所有纤维中质高价廉的一种，是膳食纤维中的佼佼者，是一种较理想的天然膳食纤维源。但是豆渣中DF的含量虽高达50%以上，其中SDF含量却很低（仅占原料的3%左右），为提高豆渣膳食纤维的生理功能活性，需要对豆渣IDF进行改性，增加SDF的含量，有效地利用豆渣的功能性成分。因此，如何提高膳食纤维中SDF的含量具有特别重要的意义。
微波技术因具有促进反应的高效性和强选择性，操作简便，副产物少，产率高及产物易于提纯等优点而被广泛应用于蛋白质水解、有机合成、酯化等反应过程中，近十年来，微波辐射在化学加工领域内的应用已经成热点课题。同样，微波处理能对物质内部结构产生显著的影响，已广泛用于天然成分的提取，微波辐射在植物纤维处理的应用也受到高度重视，人们对于微波辐射预处理植物纤维已进行过大量研究。从大量关于微波辐射预处理植物纤维的研究可知，微波辐射可以提高植物纤维的化学反应和加工性能，改善植物纤维的利用情况。微波辐射预处理植物纤维具有作用深度大，设备投资及运行费用低，防护较简便，具有操作简便、清洁、高效和安全的优点，所以成为研究的热点和代表了以后的发展趋势。
虽然目前植物纤维微波辐射处理的作用机理还没有完整的理论基础，还在进一步的研究中。但是，微波辐射处理的应用研究已经在植物纤维加工领域中广泛展开，且微波处理的应用研究已超前于基础研究。由于微波辐射具有缩短反应时间，改善产品质量，提高生产效率，降低生产能耗等技术优点，因此加快开发植物纤维微波辐射预处理工业化应用方面的技术研究，具有现实和长远意义。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，在催化作用下，用微波处理提高豆渣中SDF的含量。
本发明的技术解决方案是：它以新鲜湿豆渣为原料，经原料处理、水合、微波处理、水溶中和、过滤、喷雾干燥制备水溶性膳食纤维，具体步骤如下：
A、原料处理：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；
B、水合：将步骤A的干豆渣粉加入搅拌装置中，加入催化液，搅拌均匀；
C、微波处理：将步骤B水合后的豆渣糊放入微波装置内，进行改性处理；
D、水溶中和：将步骤C微波处理后的豆渣糊，加水稀释搅拌均匀，用柠檬酸或氢氧化钠溶液调整pH值至中性；
E、过滤：将步骤D中和后的豆渣液过滤，滤去残渣，得清液；
F、纳滤：将步骤E的清液通过纳滤膜进行脱盐，得截留液；
G、干燥：将步骤F的截留液喷雾干燥；或真空、冷冻干燥得豆渣水溶性膳食纤维。
其中，水合步骤中，将干豆渣粉加入搅拌装置中，加入质量浓度0.1～8％催化液，催化液是盐酸或柠檬酸、乙酸、氢氧化钠、氢氧化钾溶液，干豆渣粉与催化液的固液质量比为1:4～1:30。
其中，微波处理步骤中，根据产量选择微波装置的功率大小，微波功率180W～10KW，改性处理时间 2～30min。
其中，水溶中和步骤中，豆渣糊加水稀释配成质量浓度3～10％的豆渣液，质量浓度5％柠檬酸或氢氧化钠调整pH值至6.5～7.0。
其中，纳滤步骤中，过滤清液通过截留分子量200～300的纳滤膜进行脱盐，工作压力在0.5～1.5Mpa。
本发明的显著成效：1、本发明使豆渣中SDF含量得到了大幅度提高，增强了豆渣的功能性，SDF得率达到20.0～40.0%；2、与传统加热法相比，微波辐射能大大加快组织水解，使可溶性膳食纤维的提取时间大幅度缩短，可以从2～3h降至最低2min；3本发明制备方法高效安全，易自动化控制，设备投资及运行费用低，操作防护简便、清洁；4、当使用微波对植物纤维进行处理时，能使纤维素的分子间氢键发生变化；稀酸处理能显著促进纤维素水解；纤维素在氢氧化钠的作用下生成带负电荷的碱纤维素，使纤维素剧烈溶胀而拆散无定性区和晶区大分子间的结合力；植物纤维中的水、纤维素、半纤维素、木质素等极性分子强烈吸收微波，产生大量热，致使部分半纤维素、木质素等的化学键断裂，同时小分子量的化学物质急剧挥发，产生压力，促使原料纤维形成无数微隙与孔洞，纤维比表面积也显著增大，这种作用可使豆渣膳食纤维中可溶性成分增加。
具体实施式
下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术解决方案，实施例不能理解为是对技术方案的限制。
豆渣水溶性膳食纤维的检测方法：称取一定量的经改性后的豆渣水溶性膳食纤维倒入烧杯中，再加入一定量的蒸馏水，搅拌使其彻底溶解，然后将溶液在4000r/min的转速下离心15min，倒出上清夜，将未溶解的残渣转入表面皿，干燥至恒重，称重。
SDF百分含量( %) =                                               
Figure 2012101803554100002DEST_PATH_IMAGE002
其中： M0———原料重量，g；
M1———残渣重量，g ；
W%———原料中水分百分含量。
实施例1：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；称取20g干豆渣粉放入烧杯中，加入80mL的质量浓度0.1%盐酸溶液，搅拌15min；放入微波装置内处理，微波功率为180W，处理时间为30min；加水稀释成质量浓度3%豆渣液，用质量浓度5%氢氧化钠溶液调整pH值为7.0，过滤得清液；过0.5Mpa纳滤膜脱盐得截留液；真空干燥，粉碎得浅黄色粉末7.48g，SDF得率37.4%。
实施例2：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；称取20g干豆渣粉放入烧杯中，加入200mL的质量浓度2.5%氢氧化钠溶液，搅拌25min；放入微波装置内处理，微波功率为300W，处理时间25min；加水稀释成质量浓度5%豆渣液，用质量浓度5%柠檬酸溶液调整pH为6.8，过滤得清液；过1.0Mpa纳滤膜脱盐得截留液；真空干燥，粉碎得浅黄色粉末5.84g，SDF得率29.2%。
实施例3：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；称取20g干豆渣粉放入搅拌装置中，加入340mL的质量浓度2%乙酸溶液，搅拌45min；放入微波装置内处理，微波功率800W，处理时间20min；加水稀释配成质量浓度6％豆渣液，用质量浓度5%柠檬酸溶液调整pH为7.0，过滤得清液；过1.5Mpa纳滤膜脱盐得截留液；真空干燥得浅黄色粉末6.5g，经检测SDF得率32.5%。
实施例4：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；称取20Kg干豆渣粉放入搅拌装置中，加入500Kg的质量浓度5%氢氧化钾溶液，搅拌40min；放入微波装置内处理，微波功率7.5kW，处理时间2.5 min；加水稀释配成质量浓度8％豆渣液，用质量浓度5%氢氧化钠溶液调整pH为6.5，过滤得清液；过0.5Mpa纳滤膜脱盐得截留液；喷雾干燥得浅黄色粉末6.2Kg，经检测SDF得率31.0%。
实施例5：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；称取20Kg干豆渣粉放入搅拌装置中，加入600Kg的质量浓度8%柠檬酸溶液，搅拌30min；放入微波装置内处理，微波功率10kW，处理时间2min；加水稀释配成质量浓度10％豆渣液，用质量浓度5%氢氧化钠溶液调整pH为6.8，过滤得清液；过1.5Mpa纳滤膜脱盐得截留液；喷雾干燥得浅黄色粉末5.3Kg，经检测SDF得率26.5%。

Claims (5)

1.微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，其特征在于：它以新鲜湿豆渣为原料，经原料处理、水合、微波处理、水溶中和、过滤、干燥制备水溶性膳食纤维，具体步骤如下：
A、原料处理：将新鲜湿豆渣进行干燥，使其水分小于10%，粉碎过40目筛备用；
B、水合：将步骤A的干豆渣粉加入搅拌装置中，加入催化液，搅拌均匀；
C、微波处理：将步骤B水合后的豆渣糊放入微波装置内，进行改性处理；
D、水溶中和：将步骤C微波处理后的豆渣糊，加水稀释搅拌均匀，用柠檬酸或氢氧化钠溶液调整pH值至中性；
E、过滤：将步骤D中和后的豆渣液过滤，滤去残渣，得清液；
F、纳滤：将步骤E的清液通过纳滤膜进行脱盐，得截留液；
G、干燥：将步骤F的截留液喷雾干燥；或真空、冷冻干燥得豆渣水溶性膳食纤维。
2. 根据权利要求1所述的微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，其特征在于：水合步骤中，将干豆渣粉加入搅拌装置中，加入质量浓度0.1～8％催化液，催化液是盐酸或柠檬酸、乙酸、氢氧化钠、氢氧化钾溶液，干豆渣粉与催化液的固液质量比为1:4～1:30。
3. 根据权利要求1所述的微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，其特征在于：微波处理步骤中，根据产量选择微波装置的功率大小，微波功率180W～10KW，改性处理时间2～30min。
4. 根据权利要求1所述的微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，其特征在于：水溶中和步骤中，豆渣糊加水稀释配成质量浓度3～10％的豆渣液，质量浓度5％柠檬酸或氢氧化钠调整pH值至6.5～7.0。
5. 根据权利要求1所述的微波改性制备豆渣水溶性膳食纤维的方法，其特征在于：纳滤步骤中，过滤清液通过截留分子量200～300的纳滤膜进行脱盐，工作压力在0.5～1.5Mpa。
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