CN102972779B

CN102972779B - 一种微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法

Info

Publication number: CN102972779B
Application number: CN201210527544.4A
Authority: CN
Inventors: 王建辉; 刘永乐; 俞健; 王发祥; 李向红; 靳娜
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN102972779A

Abstract

本发明公开了一种微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法，本发明的技术路线为：干莲子壳→粉碎过筛→莲子壳固体粉末→加水得莲子壳粉末和水混合物→微波协助复合酶A（α-淀粉酶和糖化酶）酶解处理→微波协助复合酶B（木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶）酶解处理→灭酶→低温静置沉淀→过滤→干燥滤渣→莲子壳膳食纤维。本发明实现了莲子加工副产物莲子壳的有效增值和高效利用，避免了以往莲子壳（占壳莲质量的35%）废弃或焚烧所带来的资源浪费和环境污染问题；本发明操作方法简单，生产成本低，制备的产物具有较高的纯度和产率。

Description

一种微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法

技术领域

本发明属于农副产品开发、功能性食品添加剂和营养保健技术领域，具体涉及一种利用微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法。

背景技术

莲（Nelumbo nucifera Gaertn）为多年水生草本植物，是我国特产，莲子是公认的老少皆宜的滋补佳品，有补脾止泻、益肾涩精、养心安神、健脑益智的作用，对于中老年人体虚、失眠、食欲不振及癌症患者更为适宜。湖南是莲子的主产省，莲子壳作为莲子加工副产品，占壳莲质量的35%左右，每年加工莲子要产生多达2.5万吨的莲子壳，其主要营养成分中纤维含量较高，其次是蛋白质、淀粉、单宁，脂肪含量相对较低。由于莲子壳质硬壁厚，长期被丢弃或燃烧后作为肥料，利用率较低。膳食纤维是指一类不能被人体消化酶类消化吸收，主要是由可食性植物细胞壁残余物（包括纤维素、半纤维素、木质素等）及与之缔合的相关物质而组成的化合物，其保健作用日益受到重视，营养学家纷纷认识到，膳食纤维对人体的正常代谢是不可或缺的，其主要生理功能包括促进肠道的畅通、降低血浆胆固醇含量、缓和餐后血糖上升幅度和排除有毒成分等诸多方面。从莲壳中提取膳食纤维，用于生产富含纤维的食品，则可变废为宝，既可提高莲壳的综合经济效益，亦可满足我们的膳食需要。当前，国内外对莲子壳有效成分的研究尚处于起步阶段，对莲子壳膳食纤维的研究鲜有涉及，且多以常规的提取方法，如化学试剂/酶的方法为主，其提取效率不高。微波助提法集提取时间短、溶剂消耗低、环境污染小、设备简单及加热萃取效率高为一体，在动植物功能活性成分的分离提取领域，越来越受到重视。本发明利用微波协同复合酶水解法在去除干扰因素（蛋白质、淀粉等）的情况下，提取莲子壳中膳食纤维，操作方法简单，生产成本低，制备的产物纯度和产率高。

发明内容

本发明旨以弥补莲子加工副产物综合利用领域现有技术的不足，得到绿色、安全的功能性产品。本发明提出了一种微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法，其生产工艺绿色环保、安全、高效、简捷方便。

本发明的技术路线为：将干莲子壳粉碎过筛→莲子壳固体粉末→加水得莲子壳粉末和水的混合物→微波协助复合酶A（α-淀粉酶和糖化酶）酶解处理→微波协助复合酶B（木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶）酶解处理→灭酶→低温静置沉淀→过滤→干燥滤渣→莲子壳膳食纤维。

为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

所述利用微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法包括以下步骤：

（1）莲子壳的预处理：取干莲子壳粉碎，过40～80目筛，优选60～80目筛，更优选60目筛，得莲子壳粉末；

（2）在莲子壳粉末中加水，搅拌，得莲子壳粉末和水的混合物；其中，加入的水的体积量为莲子壳粉末重量的15～20倍，优选15倍，所述体积量的单位为L，所述重量的单位为kg；即，混合物中莲子壳粉末与水的固液比为1:15～20，优选1:20；

（3）微波协助复合酶A酶解处理：调节步骤（2）所得混合物pH至4.5～6.5，添加占该混合物质量0.1～1.0%，优选0.4～0.6%，更优选0.5%的复合酶A，在微波温度50～70 ℃、功率320～640 W，优选微波温度60 ℃、功率320～480 W条件下提取4～8次，优选6～8次，每次15～25 s，优选20s，间隔1.5～2.5 min，优选2min；其中，所述复合酶A的制备方法为：将α-淀粉酶与糖化酶按酶活力比1:1～5，优选1:1.5～2.5，更优选1:2.5混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得，于0 ℃～4 ℃冷藏待用；

（4）微波协助复合酶B酶解处理：调节经复合酶A酶解处理后的混合物pH至4.5～6.5，添加占此时混合物质量0.5～2.0%，优选0.4～0.6%，更优选0.5%的复合酶B，在微波温度50～70℃、功率320～640 W，优选微波温度60 ℃、功率320～480 W条件下提取4～8次，优选6～8次，每次15～25 s，优选20s，间隔1.5～2.5 min，优选2min；所述复合酶B的制备方法为：将木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶按酶活力比1:1～5，优选1:1.5～2，更优选1:2混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得，于0 ℃～4 ℃冷藏待用；

（5）灭酶及沉淀处理：在经步骤（3）和（4）处理后的莲子壳粉末和水的混合物中加入3～6倍，优选4～5倍于该混合物体积的已经预热至50～70 ℃，优选60℃95%（V/V）的乙醇，于4 ℃静置24～48 h，优选24～36h，过滤，用50～70 ℃，优选60℃75%（V/V）的乙醇洗涤滤渣，干燥，即得莲子壳膳食纤维。

其中，所述干莲子壳为湘莲的壳。另外，新鲜莲子壳经常规干燥手段（如晒干，烘干等）处理后既得干莲子壳。

下面对本发明做进一步的解释和说明：

步骤（1）所述的莲子壳的预处理中，因筛分越细，越易造成分子漂浮，故选用60筛目部分为宜；步骤（2）所述莲子壳粉末和水的混合物的制备中，以料液比1:15为宜，并辅以缓慢搅拌；步骤（3）所述的微波协助复合酶A酶解处理中，根据工艺优化结果，复合酶A的制备按α-淀粉酶与糖化酶的酶活比1：2.5混合而成，较单纯α-淀粉酶处理效果更好。步骤（4）所述的微波协助复合酶B酶解处理中，根据工艺优化结果，复合酶B的制备按木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶的酶活比1：2混合而成，较单纯木瓜蛋白酶处理效果更佳；步骤（5）所述的灭酶处理中，95%的乙醇先行预热，灭酶和沉淀效果更好；同时，滤渣过滤时宜用60 ℃的75%的乙醇。

本发明以莲子壳为原料，因其非膳食纤维组分主要为淀粉和蛋白质，故多采用淀粉酶和蛋白酶进行处理。本发明采用微波辅助两种复合酶，分别对莲子壳中淀粉和蛋白质进行去除。α-淀粉酶可水解淀粉，其主要产物是糊精；糖化酶则能把淀粉从非还原性末端水解α-1, 4葡萄糖苷键产生葡萄糖，也能缓慢水解α-1, 6葡萄糖苷键，转化为葡萄糖，同时也能水解糊精和糖原的非还原末端释放β-D-葡萄糖，因此，由α-淀粉酶和糖化酶混合而成的复合酶可更加完善地水解去除莲子壳中的淀粉。而木瓜蛋白酶可使大分子的蛋白质水解成小分子肽或氨基酸；菠萝蛋白酶可使多肽类水解为低分子量的肽类，木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶的配合使用，可更加有效的水解去除莲子壳中的蛋白质成分。总之，与提取膳食纤维常用的单纯双酶法（α-淀粉酶和木瓜蛋白酶）相比，微波辅助复合酶法采用间歇式萃取，总提取时间为14× 20 s（总提取14次，每次20 s，时间间隔2 min），总耗时间约为30 min；相同条件下，单纯双酶非微波提取法（4%木瓜蛋白酶和2% α-淀粉酶提取）总提取时间为100 min，故微波辅助酶解法可缩短约70%的时间，且提取率比单纯双酶提取法提高45.32%，达74.56%。因此，从节能、省时和试剂消耗等诸方面综合考虑，微波辅助复合酶法以其得率高、时间短、能耗低等特点明显优于常用的单纯双酶提取法。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1. 本发明方法结合使用现代酶工程技术和食品工程新技术，实现了占莲壳重量35%的莲子壳的高值化利用，变废为宝，生产得到了高附加值的膳食纤维，提高了莲壳的附加值；

2. 本发明方法结合使用现代酶工程技术和食品工程新技术，减少了莲壳加工企业的副产物处理负担，杜绝或降低了莲子壳废弃或焚烧所带来的资源浪费和环境污染。

3. 本发明采用微波辅助酶解法提取膳食纤维，较以往膳食纤维提取法，在降低成本的同时，更为节能、省时、高效。

具体实施方式

实施例1

取湘莲的干莲子壳2 kg，粉碎过60目筛，得莲子壳粉末；加水30 L，缓慢搅拌，得莲子壳粉末和水的混合物；调整混合物pH为5.5，添加占莲子壳粉末和水混合物质量分数为0.5%的复合酶A（将α-淀粉酶与糖化酶按酶活力比1:2.5混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得复合酶A），微波温度60 ℃，功率480 W，提取时间为6×20 s（提取6次，每次20 s，间隔2 min）；经复合酶A酶解处理后，调节混合物pH至6.5，添加占此时体系混合物质量分数为0.5%的复合酶B（将木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶按酶活力比1:2混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得复合酶B），微波温度60 ℃，功率480 W，提取时间为8×20 s（提取8次，每次20 s，间隔2 min）；在经上述处理后的莲子壳粉末和水的混合物中加入4.5倍于该混合物体积且已经预热至60 ℃的95%（V/V）的乙醇灭酶，4 ℃静置沉淀36 h，过滤，60 ℃75%（V/V）的乙醇洗涤滤渣，干燥，即得莲子壳膳食纤维，提取率达72.36%。

实施例2

取湘莲的干莲子壳2 kg，粉碎过80目筛，得莲子壳粉末，加水40 L，缓慢搅拌，得莲子壳粉末和水的混合物，调节混合物pH为5.5，添加占莲子壳粉末和水混合物质量分数为0.4%的复合酶A（将α-淀粉酶与糖化酶按酶活力比1:2.5混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得复合酶A），微波温度60 ℃，功率480 W，提取时间为7×20 s（提取7次，每次20 s，间隔2 min）。经复合酶A酶解处理后，调节混合物pH至6.5，添加占此时体系混合物质量分数为0.4%的复合酶B（将木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶按酶活力比1:2混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得复合酶B），微波温度60 ℃，功率480 W，提取时间为7×20 s（提取7次，每次20 s，间隔2 min）。在经上述处理后的莲子壳粉末和水的混合物中加入4.5倍于该混合物体积且已经预热至60 ℃的95%（V/V）的乙醇灭酶，4 ℃静置沉淀36 h，过滤，60 ℃75%（V/V）的乙醇洗涤滤渣，干燥，即得莲子壳膳食纤维，提取率达68.16%。

实施例3

取湘莲的干莲子壳2 kg，粉碎过60目筛，得莲子壳粉末，加水30 L，缓慢搅拌，得莲子壳粉末和水的混合物，调节混合物pH为5.5，添加占莲子壳粉末和水混合物质量分数为0.6%的复合酶A（将α-淀粉酶与糖化酶按酶活力比2:3混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得复合酶A），微波温度60 ℃，功率320 W，提取时间为7×20 s（提取7次，每次20 s，间隔2 min）。经复合酶A酶解处理后，调节混合物pH至6.5，添加占此时体系混合物质量分数为0.6%的复合酶B（将木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶按酶活力比1:2混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得复合酶B），微波温度60℃，功率320W，提取时间为7×20 s（提取7次，每次20 s，间隔2 min）。在经上述处理后的莲子壳粉末和水的混合物中加入4倍于该混合物体积且已经预热至60 ℃的95%（V/V）的乙醇灭酶，4 ℃静置沉淀36 h，过滤，60 ℃75%（V/V）的乙醇洗涤滤渣，干燥，即得莲子壳膳食纤维，提取率达70.64%。

Claims

1.一种利用微波辅助酶解制备莲子壳膳食纤维的方法，包括以下步骤：

（1）取干莲子壳，粉碎，过40～80目筛，得莲子壳粉末；

（2）在莲子壳粉末中加水，搅拌，得莲子壳粉末和水的混合物；其中，加入的水的体积量为莲子壳粉末重量的15～20倍，所述体积的单位为L，所述重量的单位为kg；

（3）微波协助复合酶A酶解处理：调节步骤（2）所得混合物pH至4.5～6.5，添加占该混合物质量0.1～1.0%的复合酶A，在微波温度50～70 ℃、功率320～640 W条件下提取4～8次，每次15～25 s，间隔1.5～2.5 min；其中，所述复合酶A的制备方法为：将α-淀粉酶与糖化酶按酶活力比1:1～5混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得；

（4）微波协助复合酶B酶解处理：调节经复合酶A酶解处理后的混合物pH至4.5～6.5，添加占此时混合物质量0.5～2.0%的复合酶B，在微波温度50～70℃、功率320～640 W条件下提取4～8次，每次15～25 s，间隔1.5～2.5 min；所述复合酶B的制备方法为：将木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶按酶活力比1:1～5混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，即得；

（5）灭酶及沉淀处理：在经步骤（3）和（4）处理后的莲子壳粉末和水的混合物中加入3～6倍于该混合物体积的已经预热至50～70 ℃的体积百分比浓度为95%的乙醇，于4 ℃静置24～48 h，过滤，用50～70 ℃体积百分比浓度为75%的乙醇洗涤滤渣，干燥，即得莲子壳膳食纤维。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述的莲子壳粉末过60～80目筛。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中加入的水的体积量为莲子壳粉末重量的15倍，所述体积量的单位为L，所述重量的单位为kg。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述微波协助复合酶A酶解处理是调节步骤（2）所得混合物pH至4.5～6.5，添加占该混合物质量0.4～0.6%的复合酶A，在微波温度60 ℃、功率320～480W条件下提取6～8次，每次20 s，间隔2 min。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）所述复合酶A的制备方法为：将α-淀粉酶与糖化酶按酶活力比1: 1.5～2.5混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，于0 ℃～4 ℃冷藏待用。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述微波辅助复合酶B的酶解处理方法是将调节经复合酶A酶解处理后的混合物pH至4.5～6.5，添加占此时体系混合物质量分数为0.4～0.6%的复合酶B，在微波温度60 ℃、功率480 W条件下提取6～8次，每次20 s，间隔2 min。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）所述复合酶B的制备方法为：将木瓜蛋白酶与菠萝蛋白酶按酶活力比1:1.5～2混合，调节pH值至4.5～6.5，搅拌均匀，于0 ℃～4 ℃冷藏待用。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（5）所述灭酶及沉淀处理是在经步骤（3）和（4）处理后的莲子壳粉末和水的混合物中加入4～5倍于该混合物体积的已经预热至60 ℃的体积百分比浓度为95%的乙醇，于4 ℃静置24～36h，过滤，用60 ℃体积百分比浓度为75%的乙醇洗涤滤渣，干燥，即得莲子壳膳食纤维。

9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征是，所述干莲子壳为湘莲的壳。