CN102805407B - 一种可溶性海带纤维素水及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可溶性海带纤维素水及其制备方法，包括以下步骤：自海带渣中经絮凝、脱钙、漂白、水洗等制备得到海带膳食纤维，再进行蒸汽爆破得到不溶性海带纤维素，然后加入低温纤维素酶，于25℃～35℃的水浴中酶解，得到可溶性海带纤维素，在每升饮用水中添加0.1～300g可溶性海带纤维素，制备得到海带纤维素水。本发明使用低温纤维素酶，在常温条件下酶解，得到分子量均一、纤维素含量高、纤维素的持水率和膨胀力高的可溶性海带纤维素，然后制备得到海带纤维素水，饮用后用于对人体便秘的改善和治疗，功能非常优异，而添加了海带纤维素的纯净水或矿泉水等饮用水本身并不改变口味，提供了一种新型的营养保健饮料。

Description

一种可溶性海带纤维素水及其制备方法

技术领域

本发明涉及海带工业废弃物的再利用技术领域，具体涉及一种可溶性海带纤维素水及其制备方法。 

背景技术

海带是一种大型的褐藻，在我国沿海均广泛分布，但主要产于我国的山东和辽宁等省沿海。我国海带种植的产量和规模均居世界首位，2009年我国海带干品产量达到6.0×10P^5Pt，占世界总产量的50%以上。海带含有丰富的海藻胶、纤维素、半纤维素、维生素和矿物质等，除了用于直接食用外，海带是褐藻工业的主要原料之一。在我国，海带加工目前已形成了以褐藻胶、甘露醇、碘为主要产品的工业体系。近年来由于市场竞争激烈，同时由于产品附加值低、生产工艺耗水量大、耗能大、污染严重，致使产品生产成本居高不下。另一方面，在海带工业生产过程中，产生大量的海带工业废弃物。海带的工业利用率仅约30%，还有愈50%的成份成为废弃物。大量富含有机质和营养盐的废弃物被排放至水体中，已成为富营养化和赤潮诱发的潜在因素，给海洋渔业经济和生态带来破坏和影响，不但浪费了大量的自然资源，而且还带来一系列环境污染问题。这些工业废弃物的主要成分是纤维素。长期以来，海带工业废弃物未能得到有效利用，不仅造成资源的浪费，同时也对环境形成巨大污染。选用以纤维素为主要成分的海带加工废弃物制备海带纤维素，不仅可以实现海带加工剩余物的废物利用，解决环境污染问题，还可以实现可再生资源的高效利用。目前，自海带以及海带渣中对海带纤维素的提取尽管有公知的提取技术，但是一般使用纤维素酶或蛋白酶在50℃以上进行高温酶解，高温酶解时海带中不需要酶解的小分子也会因为酶解条件激烈而被降解，因此导致提取物中海带纤维素含量低、提取收率低，且海带纤维素的分子量不均一，影响海带纤维素质量。 

随着人民生活水平的不断提高，精细食品种类逐渐增加，肉食和素食逐渐失去平衡，膳食纤维的摄入量正日趋降低，膳食不平衡造成的文明病（肥胖、 高血压、糖尿病等）已经出现，这种情况在经济比较发达的沿海城市尤为严重。 

由于海带膳食纤维具有很强的持水性，经过实验测定其持水力为249.33%左右。它吸水后使肠内容物体积增大，大便变松变软，通过肠道时会更顺畅更省力。与此同时，海带膳食纤维作为肠内异物能刺激肠道的收缩和蠕动，加快大便排泄，起到治疗便秘的功效。膳食纤维已被联合国粮农组织及世界卫生组织所属食品添加剂联合鉴定委员会认定为食品添加剂，在（保健）食品工业生产中大量使用，作为降低血糖、改善胃肠道功能使用。 

海带纤维素虽由葡萄糖构成，但人体却不能消化β型葡萄糖，其发热量为零，所以海带纤维素在人体内只随食物一起移动而不为人体所吸收，它可以帮助消化达到减少或预防消化系统疾病的目的。 

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种可溶性海带纤维素持水力和膨胀力高、改善便秘效果好的可溶性海带纤维素水。 

本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种海带纤维素含量高、纤维素分子量范围较集中、持水力和膨胀力高、改善便秘效果好的可溶性海带纤维素水的制备方法。 

为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是： 

一种可溶性海带纤维素水，所述可溶性海带纤维素水中添加有0.1～300g/l的可溶性海带纤维素，所述可溶性海带纤维素的持水力为260.33±1.15%，膨胀力为34.23±0.31ml/g。 

为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是： 

一种可溶性海带纤维素水的制备方法，包括以下步骤： 

（1）海带膳食纤维的提取：向海带渣浑浊胶液中加入氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，静置收集絮凝物，将所述絮凝物加入水稀释并加酸脱钙，然后离心或过滤收集，将过滤物加入适量碳酸钠溶液至中性，收集滤干物，加入溶液中质量浓度为8～12%的次氯酸钠漂白24小时以上，抽滤、水洗，然后用70～ 80wt%的乙醇冲洗后抽滤，在45～55℃真空干燥、粉碎得到海带膳食纤维。 

（2）可溶性海带纤维素的制备：将步骤（1）所得到的海带膳食纤维，以1：15～30的质量比加入1～3wt%的NaOH溶液，常温浸泡48h以上，水洗至中性，加入水，在≥121℃，≥0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破20～30min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素的混悬液中加入低温纤维素酶，于25℃～35℃的水浴中酶解24h以上，经干燥、粉碎得到含量为90.14±1.09wt%、收率为50～60％的可溶性海带纤维素。 

（3）按照0.1～300g/l的添加量，将所述可溶性海带纤维素添加到过滤和除菌后的饮用水中，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。 

优选的，步骤（1）中，所述絮凝时加入8～12wt%的氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，并静置0.5h～1h，收集絮凝物。 

优选的，步骤（1）中，所述脱钙时按1:8～10的重量比在所述絮凝物中加入蒸馏水，并加入0.1～0.2mol/L的HCl，在40～50℃加热搅拌0.5h以上，然后离心或过滤收集。 

作为一种改进，所述脱钙步骤重复两次。 

作为一种改进，步骤（2）中，所述低温纤维素酶为固定化低温纤维素酶的凝胶小球。所述固定化低温纤维素酶是将低温纤维素酶固定到褐藻酸钠等载体上，制成可重复利用的凝胶小球。 

优选的，所述酶解时，低温纤维素酶的加入量为20～30U/g。 

优选的，步骤（2）中，所述蒸汽爆破时，以1:20～30的比例加入水再进行蒸汽爆破。 

优选的，步骤（2）中，所述干燥采用真空冷冻干燥，所述粉碎采用球磨粉碎。 

优选的，步骤（3）中，所述可溶性海带纤维素的添加量为20～100g/l。 

本发明对干燥工艺考察分析 

分别考察电热鼓风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥对可溶性海带纤维素产品白度和水分含量的影响。结果如表1所示。由实验结果可以看出，真空冷冻 干燥条件下制备的可溶性海带纤维素具有更好的白度，较低的含水量，为最佳的干燥工艺。 

表1不同干燥工艺下可溶性海带纤维素白度和水分含量结果 

考察项	白度	含水量
			电热鼓风干燥	79.9%	2.61%
真空干燥	80.7%	2.45%
			真空冷冻干燥	89.1%	2.26%

粉碎工艺考察分析 

粉碎工艺对可溶性海带纤维素产品细度的影响结果如表2所示。由实验结果可以看出，球磨粉碎能够得到较细的可溶性海带纤维素。 

表2未过筛可溶性海带纤维素的量 

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是： 

1、本发明以海带渣为原料制备可溶性海带纤维素，将可溶性海带纤维素添加到饮用水中制备海带纤维素水，在制备可溶性海带纤维素时，首先将海带膳食纤维在≥121℃，≥0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破20～30min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素混悬液中加入低温纤维素酶，于25℃～35℃的水浴中酶解24h以上，然后经干燥、粉碎得到含量为90.14±1.09wt%、收率为50～60％的可溶性海带纤维素，再按照0.1～300g/l的添加量，将可溶性海带纤维素添加到过滤和除菌后的饮用水中，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。 

本发明在酶解时使用低温纤维素酶，在常温条件下酶解，由于酶解温度低，酶解条件比较温和，仅大分子对纤维素酶敏感，海带纤维素中的大分子容易被分解，小分子相对比较稳定，不易进一步被分解，因此得到的可溶性海带纤维 素的分子量较均一，收率高，纤维素含量高，持水力和膨胀力高，本发明制备得到的可溶性海带纤维素的含量为90.14±1.09wt%，持水力为260.33±1.15%，膨胀力为34.23±0.31ml/g，所以制备的海带纤维素水，由于纤维素的持水率和膨胀力较高，便秘患者服用后排出的粪便水分含量也较高，粪便的体积大且软，容易通过肠道，从而使便秘患者达到排便正常，因此本发明饮用后对人体的便秘改善功能非常优异，经与小麦麸皮膳食纤维对便秘患者的作用对比，本发明的海带纤维素水正常率影响远远高于小麦麸皮膳食纤维。 

而且本发明由于酶解温度低，降低了生产能耗和可操作性。 

2、本发明在酶解时使用的低温纤维素酶为固定化低温纤维素酶的凝胶小球，所述固定化低温纤维素酶是将低温纤维素酶固定到褐藻酸钠等载体上，制成可重复利用的凝胶小球，因此低温纤维素酶可以重复利用，降低了生产成本。 

3、本发明在对可溶性海带纤维素进行干燥时采用真空冷冻干燥，粉碎采用球磨粉碎，经实验证实，采用真空冷冻干燥后的海带纤维素中含水率为2.26wt%，白度89.1%，相比其他干燥方式，具有更高的白度和更低的含水率。 

4、本发明从海带提胶后废弃的海带渣中提取不溶性海带纤维素，再经过酶解制备成可溶性海带纤维素，应用在饮用水中制备成海带纤维素饮用水，而添加了海带纤维素的纯净水或矿泉水等饮用水本身并不改变口味，提供了一种新型的营养保健饮料。 

具体实施方式

下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。 

实施例1 

一种可溶性海带纤维素水，所述可溶性海带纤维素水中添加有150g/l的可溶性海带纤维素，所述可溶性海带纤维素的持水力为261.25%，膨胀力为34.55ml/g。 

实施例2 

一种可溶性海带纤维素水，所述可溶性海带纤维素水中添加有80g/l的可溶性海带纤维素，所述可溶性海带纤维素的持水力为260.29%，膨胀力为34.34 ml/g。 

实施例3 

向海带渣浑浊胶液中加入氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，静置收集絮凝物，在所述絮凝物中加入蒸馏水，并加入盐酸溶液脱钙，然后离心收集，重复以上脱钙步骤一次，将过滤物加入适量碳酸钠溶液至中性，收集滤干物，加入溶液中质量浓度为10%的次氯酸钠漂白24小时，抽滤、水洗，然后用75wt%的乙醇冲洗后抽滤，在50℃真空冷冻干燥、粉碎得到海带膳食纤维。 

将步骤（1）所得到的海带膳食纤维，以1：20的质量比加入2wt%的NaOH溶液，常温浸泡48h，水洗至中性，以1:20的比例加入水，在121℃，0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破20min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素混悬液中加入低温纤维素酶，低温纤维素酶的加入量为20U/g，于30℃的水浴中酶解24h，经真空冷冻干燥、球磨粉碎得到含量为91.14wt%、收率为58％，持水力为261.43%，膨胀力为34.43ml/g的可溶性海带纤维素。 

按照20g/l的添加量，将所述可溶性海带纤维素添加到过滤和除菌后的矿泉水中，混合均匀，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。 

实施例4 

向海带渣浑浊胶液中加入8wt%的氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，静置1h，收集絮凝物，按1:8的重量比在所述絮凝物中加入蒸馏水，并加入0.1mol/L的HCl，在40℃加热搅拌0.6h，然后离心收集，将过滤物加入适量碳酸钠溶液至中性，收集滤干物，加入溶液中质量浓度为8%的次氯酸钠漂白24小时，抽滤、水洗，然后用70wt%的乙醇冲洗后抽滤，在45℃真空干燥、粉碎得到海带膳食纤维。 

将步骤（1）所得到的海带膳食纤维，以1：15的质量比加入1wt%的NaOH溶液，常温浸泡48h以上水洗至中性，以1:20的比例加入水，在121℃，0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破20min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素混悬液中加入将低温纤维素酶固定到褐藻酸钠等载体上制成的固定化低温纤维素酶的凝胶小球，低温纤维素酶的加入量为25U/g，于25℃℃的水浴中酶 解24h，经真空冷冻干燥、球磨粉碎得到含量为90.85wt%、收率为55％的可溶性海带纤维素。 

按照200g/l的添加量，将所述可溶性海带纤维素添加到过滤和除菌后的纯净水中，充分混合均匀，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。 

实施例5 

向海带渣浑浊胶液中加入12wt%的氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，静置0.5h，收集絮凝物，按1:10的重量比在所述絮凝物中加入蒸馏水，并加入0.2mol/L的HCl，在50℃加热搅拌0.5h，然后过滤收集，重复以上脱钙步骤一次，将过滤物加入适量碳酸钠溶液至中性，收集滤干物，加入溶液中质量浓度为12%的次氯酸钠漂白24小时，抽滤、水洗，然后用80wt%的乙醇冲洗后抽滤，在55℃真空干燥、粉碎得到海带膳食纤维。 

将步骤（1）所得到的海带膳食纤维，以1：30的质量比加入3wt%的NaOH溶液，常温浸泡48h，水洗至中性，以1:30的比例加入水，在121℃，0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破25min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素混悬液中加入将低温纤维素酶固定到褐藻酸钠等载体上制成的固定化低温纤维素酶的凝胶小球，低温纤维素酶的加入量为20U/g，于35℃的水浴中酶解24h，经真空冷冻干燥、球磨粉碎得到含量为91.09wt%、收率为56％，持水力为261.23%，膨胀力为34.45ml/g的可溶性海带纤维素。 

按照250g/l的添加量，将所述可溶性海带纤维素添加到过滤和除菌后的饮用水中，混合均匀，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。 

实施例6 

向海带渣浑浊胶液中加入10wt%的氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，静置0.8h，收集絮凝物，按1:9的重量比在所述絮凝物中加入蒸馏水，并加入0.15mol/L的HCl，在45℃加热搅拌0.8h，然后离心收集，重复以上脱钙步骤一次，将过滤物加入适量碳酸钠溶液至中性，收集滤干物，加入溶液中质量浓度为10%的次氯酸钠漂白26小时，抽滤、水洗，然后用75wt%的乙醇冲洗后抽滤，在48℃恒温干燥、粉碎得到海带膳食纤维。 

将步骤（1）所得到的海带膳食纤维，以1：20的质量比加入2wt%的NaOH溶液，常温浸泡50h，水洗至中性，以1:25的比例加入水，在121℃，0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破25min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素混悬液中加入将低温纤维素酶固定到褐藻酸钠等载体上制成的固定化低温纤维素酶，低温纤维素酶的加入量为22U/g，于32℃的水浴中酶解25h，经真空冷冻干燥、球磨粉碎得到含量为91.05wt%、收率为58.5％，持水力为261.15%，膨胀力为34.50ml/g的可溶性海带纤维素。 

将矿泉水经过滤和除菌后，将所述可溶性海带纤维素按照100g/l的添加量，添加到过滤和除菌后的矿泉水中，充分搅匀5分钟，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。 

海带纤维素含量测定 

纤维素含量是对纤维素产品质量考察的重要指标之一。纤维素含量越高，表明产品的纯度越高。对海带渣进行制备提取即为了得到高纯度、高品质的海带渣纤维素，为制备海带渣微晶纤维素提供原料准备。 

取干品纤维素0.125g，置锥形瓶中，加水25ml，精密加重铬酸钾溶液（是取基准重铬酸钾4.903g，加水适量使溶解并稀释至200ml）50ml，混匀，小心加硫酸100ml,迅速加热至沸，放冷至室温，移至250ml量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，精密量取50ml，加邻二氮菲指示液3滴，用硫酸亚铁铵滴定液(0.1mol/L)滴定，并将滴定的结果用空白试验校正。每1ml硫酸亚铁铵滴定液(0.1mol/L)相当于0.675mg的纤维素。 

灰分含量的测定 

纤维素的灰分主要是矿物质、无机盐或其他杂质。在一定的温度下把纤维素样品中的有机物灼烧氧化后，将残余的白色物质称量，即得灰分重量。灰分含量的测定参照GB/T 742-1989。 

持水力、膨胀力的测定 

持水力和膨胀力是纤维素产品性能的重要考察指标。不同来源纤维的持水力和膨胀力也不一样，也决定了纤维素性能的差别。 

称取1g海带渣纤维素粉末放入烧杯中，加入20℃水适量，摇匀，在20℃温度下浸泡1h，将吸饱水的纤维倒入滤纸漏斗上过滤，待水滴干后，把结合了水的纤维全部转移到表面皿中称重，按下面公式计算持水力。 

称取1g海带渣纤维素粉末放入量筒中，读取纤维粉末的毫升数，然后根据膳食纤维的膨胀力，加入20℃水适量，摇匀，在20℃温度下放置24h，读取量筒中纤维物料吸水膨胀后的毫升数，最后将膨胀后的纤维物料体积减去干纤维物料体积，即得。 

本发明实施例制备的可溶性海带纤维水含量均匀度情况见表3. 

表3含量均匀度 

项目	含量（g/l）	含量与标示量差异（%）
			实施例3	18.6	-3
实施例4	197.3	3
			实施例5	245.6	3
实施例6	97.8	-3

卫生学试验 

本发明实施例制备的可溶性海带纤维水的卫生学试验结果如表4所示。根据检测结果，本发明实施例制备的可溶性海带纤维水符合食品卫生要求。 

表4卫生学试验结果 

检测项目	计量单位	检测结果
			铅	（以Pb计），mg/kg	＜0.1
总砷	（以As计），mg/kg	＜0.2
			大肠菌群	MPN/g	＜30
菌落总数	cfu/g	50
			沙门氏菌		未检出

[0076] 对比实施例 

本发明实施例制备的可溶性海带纤维水与小麦麸皮膳食纤维剂治疗便秘作用对比试验 

选取60名有便秘史的自愿受试患者，随机分为两组，两组便秘患者服用海带纤维水或者小麦麸皮膳食纤维剂前的病情基本相同，组1服用本发明制备的可溶性海带纤维水，组2服用小麦麸皮膳食纤维剂，结果短则1～2d，长则5d左右，即开始出现正常或明显的缓解，详细结果见表5。 

表5海带纤维素水和小麦麸皮膳食纤维对便秘患者的作用 

从表中结果可见，在组1的30名患者服用海带纤维素水后，每天排便1次的患者26名(占86.7％)，每1～2d排便1次的患者3名(占10％)，每3天排便1次的患者1名(占3.3％)，正常率为86.7％，基本正常率为10％，有效率达100％；组2患者服用小麦麸皮膳食纤维剂后，正常率为40％，基本正常率为33.3％，有效率达100％。 

由结果可知两种膳食纤维对便秘患者的有效率都达到百分之百，但是海带纤维素水对便秘患者的正常率影响远远高于小麦麸皮膳食纤维剂。这主要与本发明制备的海带纤维素的持水力和膨胀力大小有关，纤维素的持水力和膨胀力越高，便秘患者服用后排出的粪便水分含量就越高，粪便的体积大且软，容易通过肠道，从而使便秘患者达到排便正常。上述实验结果可知，本发明制备的海带纤维水对治疗便秘的有效率要远远大于小麦麸皮膳食纤维剂。 

Claims (9)

1.一种可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）海带膳食纤维的提取：向海带渣浑浊胶液中加入氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，静置收集絮凝物，将所述絮凝物加入水稀释并加酸脱钙，然后离心或过滤收集，将过滤物加入适量碳酸钠溶液至中性，收集滤干物，加入溶液中质量浓度为8～12%的次氯酸钠漂白24小时以上，抽滤、水洗，然后用70～80wt%的乙醇冲洗后抽滤，在45～55℃真空干燥、粉碎得到海带膳食纤维；

（2）可溶性海带纤维素的制备：将步骤（1）所得到的海带膳食纤维，以1：15～30的质量比加入1～3wt%的NaOH溶液，常温浸泡48h以上，水洗至中性，加入水，在≥121℃，≥0.14MPa的条件下进行蒸汽爆破20～30min，得到不溶性海带纤维素，然后在不溶性海带纤维素的混悬液中加入低温纤维素酶，于25℃～35℃的水浴中酶解24h以上，经干燥、粉碎得到含量为90.14±1.09wt%、收率为50～60％的可溶性海带纤维素；

（3）按照0.1～300g/L的添加量，将所述可溶性海带纤维素添加到过滤和除菌后的饮用水中，然后再次过滤和除菌得到海带纤维素水。

2.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述絮凝时加入8～12wt%的氯化钙溶液直至海带渣全部絮凝，并静置0.5h～1h，收集絮凝物。

3.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述脱钙时按1:8～10的重量比在所述絮凝物中加入蒸馏水，并加入0.1～0.2mol/L的HCl，在40～50℃加热搅拌0.5h以上，然后离心或过滤收集。

4.如权利要求3所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：所述脱钙步骤重复两次。

5.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述低温纤维素酶为固定化低温纤维素酶的凝胶小球。

6.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述蒸汽爆破时，以1:20～30的比例加入水再进行蒸汽爆破。

7.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述干燥采用真空冷冻干燥，所述粉碎采用球磨粉碎。

8.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，所述可溶性海带纤维素的添加量为20～100g/L。

9.如权利要求1所述的可溶性海带纤维素水的制备方法所制备的可溶性海带纤维素水，其特征在于：所述可溶性海带纤维素的持水力为260.33±1.15%，膨胀力为34.23±0.31ml/g。