CN103169098A - 一种可溶性膳食纤维提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可溶性膳食纤维提取方法，包括以下步骤：A、采用二氧化碳爆破挤压膨化的方法处理膳食纤维原料，获得改性膳食纤维原料；B、用混合微生物菌液对步骤A获得的改性膳食纤维原料进行微生物发酵处理，获得发酵混合物；C、对所述发酵混合物进行抽滤，将抽滤获得的滤渣洗涤至中性后干燥即制得水溶性膳食纤维。与现有的酸法制备工艺、碱法制备工艺或微生物提取工艺相比，采用本发明的膳食纤维改性方法，产品中可溶性膳食纤维含量达28.69%±0.9%。

Description

一种可溶性膳食纤维提取方法

技术领域

本发明涉及营养物质提取技术领域，具体地说是一种可溶性膳食纤维提取方法。

背景技术

1985年美国食品与药物管理局（FAO）和世界卫生组织（WHO）认定膳食纤维是指能用公认的定量方法测定的、人体消化器官不能水解的动植物组成成分。早期，膳食纤维被认为是没有营养价值的粗纤维。然而随着人们生活水平的提高，膳食结构中高热量、高蛋白、高脂肪和精细食品摄入量大大增加，导致现代“文明病”如糖尿病、心血管病、肥胖、肠道癌、便秘、痔疮等越来越普遍。大量的动物和人体试验表明，膳食纤维的不足或缺乏，与这些疾病的发病率和发病程度直接相关。经过几十年来的不懈研究，膳食纤维的生理功能正在为人们了解并逐渐得到公认。现在，它已被很多营养学家建议列入继蛋白质、可利用碳水化合物、脂肪、维生素、矿物元素和水之后的第七大营养素，认为它对人体正常的生理代谢必不可少。

番茄皮、葡萄皮等物料中含有水分、灰分、脂肪、淀粉和蛋白质等杂质，也含有可溶性膳食纤维(SDF)，但是其含量较低。因此在制备膳食纤维时首先需通过一定手段去除杂质提高其纯度，其次要增加膳食纤维中对人体健康发挥重要作用的可溶性膳食纤维的含量，改善其生理活性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高可溶性膳食纤维含量的提取方法，以解决天然原料中对人体有益的可溶性膳食纤维含量低的问题，从而为食品制造提供可溶性膳食纤维含量高的食品原料。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种可溶性膳食纤维提取方法，包括以下步骤：

A、采用二氧化碳爆破挤压膨化的方法处理膳食纤维原料，获得改性膳食纤维原料；

B、用混合微生物菌液对步骤A获得的改性膳食纤维原料进行微生物发酵处理，获得发酵混合物；

C、对所述发酵混合物进行抽滤，将抽滤获得的滤渣洗涤至中性后干燥即制得水溶性膳食纤维产品。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，步骤A所述二氧化碳爆破挤压膨化的方法处理膳食纤维原料是指将10质量份的膳食纤维原料、80～120质量份的水和2～6质量份的柠檬酸充分混匀；在连续搅拌状态下，加入2～6质量份的碳酸盐或碳酸氢盐制得混合物，然后将所述混合物挤压膨化至无二氧化碳气体生成。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，所述膳食纤维原料为10质量份，水为100质量份，柠檬酸为4质量份，碳酸氢钠为5.2质量份。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，微生物发酵处理所用的混合微生物菌液为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌液，二者浓度比为1:0.5～1.5。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，所述步骤B还包括菌种驯化步骤，具体为包括：

步骤B1：活化，将1质量份的步骤B所述混合微生物菌液加入50质量份脱脂乳中36℃～38℃活化1次，获得活化培养物；

步骤B2：第一次扩大培养，将1质量份的所述活化培养物加入100质量份脱脂乳，36℃～38℃扩大培养，制得第一混合菌液；

步骤B3：驯化，将1质量份的第一混合菌液加入50质量份膳食纤维原料混合液中，36℃～38℃培养21小时制得第二混合菌液，

步骤B4：第二次扩大培养，将0.5质量份的第二混合菌液加入到90质量份膳食纤维原料混合液中，在36℃～38℃条件下扩大培养1次，制得发酵剂，备用。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，所述膳食纤维原料混合液为1质量份所述膳食纤维原料与50质量份蒸馏水的混合物。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，步骤B所述微生物发酵处理包括：将改性膳食纤维原料加入发酵容器内，然后加入0.1～0.5质量份的脱脂乳粉和0.1～0.5质量份的白砂糖，混合均匀后灭菌；冷却至室温后接入1～3质量份的所述发酵剂并于36～38℃下发酵18～25h。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，所述步骤A之前还包括预处理步骤A1，具体为：

将粗级膳食纤维原料除杂后，烘干至含水量为质量百分比浓度8～10%，粉碎后过筛得到次级膳食纤维原料粉；将所述次级膳食纤维原料粉用无水乙醚浸泡，最后用质量百分比浓度为60%～80%的乙醇溶液洗涤后烘干即为膳食纤维原料。

进一步，上述可溶性膳食纤维提取方法，所述粗级膳食纤维原料为葡萄皮、番茄皮或大豆皮。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）与现有的酸法制备工艺和碱法制备工艺相比，采用本发明的膳食纤维提取方法，产物中可溶性膳食纤维含量达到28.69%±0.9%，高于已有的提取方法。

（2）二氧化碳爆破挤压膨化膳食纤维原料导致半纤维素中木葡聚糖降解以及膳食纤维超分子集聚体结构解离，在改性后进行混合微生物发酵能够获得协同作用，微生物能够分散到结构解离的膳食纤维原料内部，使微生物发酵更充分。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

以下实施例中所使用的膳食纤维原料为葡萄皮、番茄皮和大豆皮，其他含膳食纤维的原料，如麸皮、玉米皮等也都可以通过本发明的方法提取，以提高产物中的可溶性膳食纤维含量。以下所用试剂纯度均大于99.9%。

实施例1：葡萄皮膳食纤维的提取

（1）葡萄皮预处理：葡萄皮经水洗除杂、皮籽分离，在60℃条件下烘干至水分的质量百分比为8～10%，收集烘干物粉碎后过100目筛，得到葡萄皮原料粉。将以上原料粉用无水乙醚浸泡除去脂肪，最后用80%乙醇溶液洗涤去除残醚后烘干即为葡萄皮原料，密封贮存于阴凉干燥处备用。

（2）称取柠檬酸4.0g，溶于100g水中，倒入10.0g预处理后的葡萄皮原料进行混合，再加入碳酸氢钠固体粉末5.2g混匀；将混匀后的物料放入SYSLG30～IV实验双螺杆膨化机(济南赛百诺科技开发有限公司)进行挤压膨化处理，螺杆转速设为170r/min，挤压膨化四阶段温度为50℃-90℃-130℃-170℃，至水中无气泡产生(表明柠檬酸与碳酸氢钠反应完全)时停止挤压膨化处理，收集改性的葡萄皮膳食纤维原料。

二氧化碳爆破挤压膨化膳食纤维原料导致半纤维素中木葡聚糖降解以及膳食纤维超分子集聚体结构解离，从而能够提高膳食纤维提取产物中可溶性膳食纤维（SDF）含量。

（3）在本实施例中为使混合微生物适合于膳食纤维原料的微生物发酵处理，需要对所述微生物进行菌种活化和菌种驯化。具体步骤如下：

菌种混合，所用菌种浓度均为1.0×10¹²cfu/ml（以下实施例使用与本实施例相同的菌种）。保加利亚乳杆菌(LactoBacillus Bulgaricus)培养液50g和嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)培养液50g均匀混合，摇匀后作为葡萄皮水溶性膳食纤维素发酵菌种。

先将发酵菌种1g置入50g的脱脂乳中37℃活化，培养到凝乳态，获得活化培养物。再取1g的活化培养物置于100g脱脂乳中37℃扩大培养1次，制得第一混合菌液。

然后取1g第一混合菌液加入50g葡萄皮混合液(蒸馏水:葡萄皮原料＝50:1，g/g，下同)中37℃培养21小时，制得第二混合菌液；取第二混合菌液0.5g加入90g葡萄皮混合液，在37℃下培养21小时后作为发酵剂，备用。以上菌种驯化过程需控制灭菌条件105℃,15min，并于超净工作台中接种。

（4）微生物发酵

将改性的葡萄皮膳食纤维原料加入到发酵容器内，然后加入0.25g的脱脂乳粉和0.25g的白砂糖，混合均匀后灭菌。冷却至室温后接入1.8g的发酵剂，36℃～38℃温度下发酵21h。

混合微生物发酵法是利用微生物液体发酵产酶，酶具有一定生物降解和转化作用，使原料中的蛋白质、淀粉和脂肪等杂质分解，并使大分子分解成可溶性小分子，提高水溶性膳食纤维的含量。

（5）发酵结束后抽滤，滤渣洗至中性后干燥即制得水溶性膳食纤维。该法获得的产物中水溶性葡萄皮膳食纤维含量达28.69%±0.9%。

对比例1-1：

10.0g葡萄皮于锥形瓶中，加入pH为2.0的硫酸溶液100g，在50℃条件下，提取0.5h。然后加入400g95%的乙醇沉淀1h，抽滤提取溶液后转移至培养皿中。将提取后的抽滤物在100℃烘干1h即得到酸法提取的葡萄皮膳食纤维。该法获得的产物中水溶性葡萄皮膳食纤维含量达13.15%。

对比例1-2：

10.0g葡萄皮于锥形瓶中，加入150gpH为10的氢氧化钠溶液，在70℃条件下，提取1.0h。然后加入600g95%的乙醇沉淀1h，抽滤提取溶液后将抽滤物转移至培养皿中。将提取后的抽滤物在100℃烘干1h即得到酸法提取的葡萄皮膳食纤维。该法获得的产物中水溶性葡萄皮膳食纤维含量可达13.41%。

对比例1-3：

10.0g葡萄皮于锥形瓶中，加入100g蒸馏水混合，然后灭菌，冷却；在40℃条件下，接入1g实施例1中的发酵剂，然后发酵21h。抽滤提取溶液后转移至培养皿中，将提取后的抽滤物在100℃烘干1h即得到微生物法提取的葡萄皮膳食纤维。该法获得的产物中可溶性膳食纤维含量可达17.23%。

实施例2：番茄皮膳食纤维的提取

（1）番茄皮预处理：番茄皮经水洗除杂、皮籽分离，在60℃条件下烘干至水分约8～10%，收集烘干物粉碎后过100目筛，得到番茄皮纤维原料粉。将以上原料粉用无水乙醚浸泡除去脂肪，最后用60%乙醇溶液洗涤去除残醚后烘干即为番茄皮原料，密封贮存于阴凉干燥处备用。

（2）称取柠檬酸2.0g，溶于80g水中，倒入10.0g预处理后的番茄皮原料进行混合，再加入碳酸钠固体粉末2.0g混匀；将混匀后的物料放入SYSLG30～IV实验双螺杆膨化机(济南赛百诺科技开发有限公司)进行挤压膨化处理，螺杆转速设为170r/min，挤压膨化四阶段温度为50℃-90℃-130℃-170℃，至水中无气泡产生(表明柠檬酸与碳酸氢钠反应完全)时停止挤压膨化处理，收集改性的番茄皮膳食纤维原料。

（3）在本实施例中为使混合微生物适合于膳食纤维原料的微生物发酵处理，需要对所述微生物进行菌种活化和菌种驯化。具体步骤如下：

菌种混合，保加利亚乳杆菌(LactoBacillus Bulgaricus)培养液50g和嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)培养液75g均匀混合，摇匀后作为大豆皮水溶性膳食纤维素发酵菌种。

先将发酵菌种1g置入50g的脱脂乳中37℃活化，培养到凝乳态，获得活化培养物。再取1g的活化培养物置于100g脱脂乳中37℃扩大培养1次，制得第一混合菌液。

然后取1g第一混合菌液加入50g番茄皮混合液(蒸馏水:番茄皮原料＝50:1，g/g，下同)中37℃培养21小时，制得第二混合菌液；取第二混合菌液0.5g加入90g番茄皮混合液，在37℃下培养21小时后作为发酵剂，备用。

（4）微生物发酵

将改性的番茄皮膳食纤维原料加入到发酵容器内，然后加入0.1g的脱脂乳粉和0.5g的白砂糖，混合均匀后灭菌。冷却至室温后接入1g的发酵剂，36～38℃温度下发酵18h。

（5）发酵结束后抽滤，滤渣洗至中性后干燥即制得水溶性膳食纤维。该法获得的产物中水溶性番茄皮膳食纤维含量可达21.45±0.7%。

对比例2-1

10.0g番茄皮于锥形瓶中，加入pH为2.0的硫酸溶液100g，在50℃条件下，提取0.5h。然后加入400g95%的乙醇沉淀1h，抽滤提取溶液后转移至培养皿中。将提取后的抽滤物在100℃烘干1h即得到酸法提取的番茄皮膳食纤维。该法获得的产物中水溶性番茄皮膳食纤维含量可达7.52%。

对比例2-2

10.0g番茄皮于锥形瓶中，加入150g pH为10的氢氧化钠溶液，在70℃条件下，提取1.0h。然后加入600g95%的乙醇沉淀1h，抽滤提取溶液后将抽滤物转移至培养皿中。将提取后的抽滤物在100℃烘干1h即得到酸法提取的番茄皮膳食纤维。该法获得的产物中水溶性番茄皮膳食纤维含量可达6.44%。

实施例3：大豆皮膳食纤维的提取

（1）大豆皮预处理：大豆皮经水洗除杂、皮籽分离，在60℃条件下烘干至水分约8～10%，收集烘干物粉碎后过100目筛，得到大豆皮纤维原料粉。将以上原料粉用无水乙醚浸泡除去脂肪，最后用70%乙醇溶液洗涤残醚后烘干即为大豆皮原料，密封贮存于阴凉干燥处备用。

（2）称取柠檬酸6.0g，加入120g水中，倒入10.0g预处理后的大豆皮原料进行混合，再加入碳酸钾固体粉末6.0g混匀；将混匀后的物料放入SYSLG30～IV实验双螺杆膨化机(济南赛百诺科技开发有限公司)进行挤压膨化处理，螺杆转速设为170r/min，挤压膨化四阶段温度为50℃-90℃-130℃-170℃，至产物置水中无气泡产生(表明柠檬酸与碳酸氢钠反应完全)时停止挤压膨化处理，收集改性的大豆皮膳食纤维原料。

（3）在本实施例中为使混合微生物适合于膳食纤维原料的微生物发酵处理，需要对所述微生物进行菌种活化和菌种驯化。具体步骤如下：

菌种混合，保加利亚乳杆菌(LactoBacillus Bulgaricus)培养液100g和嗜热链球菌(Streptococcus thermophilus)培养液50g均匀混合，摇匀后作为大豆皮水溶性膳食纤维素发酵菌种。

先将发酵菌种1g置入50g的脱脂乳中37℃活化，培养到凝乳态，获得活化培养物。再取1g的活化培养物置于100g脱脂乳中37℃扩大培养1次，制得第一混合菌液。

然后取1g第一混合菌液加入50g大豆皮混合液(蒸馏水:大豆皮原料＝50:1，g/g，下同)中37℃培养21小时，制得第二混合菌液；取第二混合菌液0.5g加入90g大豆皮混合液，在37℃下培养21小时后作为发酵剂，备用。

（4）微生物发酵

将改性的大豆皮膳食纤维原料加入到发酵容器内，然后加入0.5g的脱脂乳粉和0.1g的白砂糖，混合均匀后灭菌。冷却至室温后接入3g的发酵剂，40～42℃条件下发酵25h。

（5）发酵结束后抽滤，滤渣洗至中性后干燥即制得水溶性膳食纤维。该法获得的产物中水溶性大豆皮膳食纤维含量达到23.71%±1.1%。

本发明的可溶性膳食纤维提取方法，能够提高产品中可溶性膳食纤维含量，增加产品的附加值，为进一步深加工提供了高质量的原料。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采用二氧化碳爆破挤压膨化的方法处理膳食纤维原料，获得改性膳食纤维原料；

B、用混合微生物菌液对步骤A获得的改性膳食纤维原料进行微生物发酵处理，获得发酵混合物；

C、对所述发酵混合物进行抽滤，将抽滤获得的滤渣洗涤至中性后干燥即制得水溶性膳食纤维产品。

2.根据权利要求1所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，步骤A所述二氧化碳爆破挤压膨化的方法处理膳食纤维原料是指将10质量份的膳食纤维原料、80～120质量份的水和2～6质量份的柠檬酸充分混匀；在连续搅拌状态下，加入2～6质量份的碳酸盐或碳酸氢盐制得混合物，然后将所述混合物挤压膨化至无二氧化碳气体生成。

3.根据权利要求2所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，所述碳酸盐为碳酸钠或碳酸钾，所述碳酸氢盐为碳酸氢钠或碳酸氢钾。

4.根据权利要求3所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，所述膳食纤维原料为10质量份，水为100质量份，柠檬酸为4质量份，碳酸氢钠为5.2质量份。

5.根据权利要求1-4任一项所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，微生物发酵处理所用的混合微生物菌液为保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌液，二者浓度比为1:0.5～1.5。

6.根据权利要求5所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，所述步骤B还包括菌种驯化步骤，具体为包括：

步骤B1：活化，将1质量份的步骤B所述混合微生物菌液加入50质量份脱脂乳中36℃～38℃活化1次，获得活化培养物；

步骤B2：第一次扩大培养，将1质量份的所述活化培养物加入100质量份脱脂乳，36℃～38℃扩大培养，制得第一混合菌液；

步骤B3：驯化，将1质量份的第一混合菌液加入50质量份膳食纤维原料混合液中，36℃～38℃培养21小时制得第二混合菌液，

步骤B4：第二次扩大培养，将0.5质量份的第二混合菌液加入到90质量份膳食纤维原料混合液中，在36℃～38℃条件下扩大培养1次，制得发酵剂，备用。

7.根据权利要求6所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，所述膳食纤维原料混合液为1质量份所述膳食纤维原料与50质量份蒸馏水的混合物。

8.根据权利要求6所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，步骤B所述微生物发酵处理包括：将改性膳食纤维原料加入发酵容器内，然后加入0.1～0.5质量份的脱脂乳粉和0.1～0.5质量份的白砂糖，混合均匀后灭菌；冷却至室温后接入1～3质量份的所述发酵剂并于36～38℃下发酵18～25h。

9.根据权利要求1所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，所述步骤A之前还包括预处理步骤A1，具体为：

将粗级膳食纤维原料除杂后，烘干至含水量为质量百分比浓度8～10%，粉碎后过筛得到次级膳食纤维原料粉；将所述次级膳食纤维原料粉用无水乙醚浸泡，最后用质量百分比浓度为60%～80%的乙醇溶液洗涤后烘干即为膳食纤维原料。

10.根据权利要求9所述的可溶性膳食纤维提取方法，其特征在于，所述粗级膳食纤维原料为葡萄皮、番茄皮或大豆皮。