CN103689609A - 一种采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，该方法包括以下步骤：取一定鲜木薯渣样品进行超声波辅助醋酸预处理；将预处理后的样品加入复合酶除去样品中的蛋白质、淀粉；接着用低浓度碱液热浸泡以除去剩余的淀粉、蛋白质和脂肪等；最后利用一定浓度的ClO2并用超声波辅助脱色，干燥磨碎得到成品。本发明方法工艺简单、化学试剂用量少，不仅降低了生产成本，而且保证膳食纤维成品的质量安全，产品得率高、风味好。
Description
技术领域
本发明涉及一种膳食纤维的提取方法，特别是一种采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法。
技术背景
木薯是热带作物，与马铃薯和红薯并称为世界三大薯类作物，现广泛分布于中国华南地区，其中以广西、海南、广东栽培最多。木薯含有大量的淀粉，被广泛用于制取淀粉及作为发酵生产酒精的原料。随着中国对淀粉需求的增加、木薯制取燃料乙醇以及木薯深加工产业的发展，木薯的需求量也随之增加，目前国内木薯产量已无法满足需求，每年需从国外进口大量的木薯。在木薯使用量增加的同时，产生的废渣—木薯渣也不断增加。
长期存放的木薯渣会发酵腐败，臭气弥漫，不仅使木薯原料利用率变低，还占用宝贵的土地资源，并给周边环境造成恶劣影响。就目前而言，木薯渣的处理方式有以下几种：（1）加工处理后用作动物饲料；（2）厌氧发酵生产沼气；（3）用作培养菇类培养基；（4）与煤混合后燃烧提供热能，或是干燥后制作压缩燃料棒。但是，在这些加工方法中，加工过程会留下大量的有机废弃物，将木薯渣干燥后可直接用作配合饲料的主要原料，但木薯渣中还是含有大量淀粉，干燥过程较难控制，耗能大。木薯渣用作培养基时，发酵时间长且营养不能完全释放和提高。燃烧木薯渣虽能提供热能但会产生大量的废气污染。因此，大量木薯渣还是难以有效利用，不仅处理成本高还会造成一定的环境压力。
膳食纤维是一种不易被消化的碳水化合物，是健康饮食中不可缺少的。膳食纤维在保持消化系统健康上扮演着重要的角色，同时摄取足够的纤维也可以预防心血管疾病、癌症、糖尿病以及其它疾病。膳食纤维可以清洁消化壁和增强消化功能，稀释和加速食物中的致癌物质和有毒物质的移除从而保护脆弱的消化道和预防结肠癌。它也可以减缓消化速度和快速排泄胆固醇，所以可让血液中的血糖和胆固醇控制在最理想的水平。
目前，膳食纤维的提取方法主要有化学提取法，酶提取法，酶碱提取法，膜分离法和发酵法。但是很多方法依然存在提取率不高，步骤繁琐，化学试剂消耗量大等问题。鲜木薯渣含有较多的水分，若用酶-物理法进行球磨预处理还需要先将其烘干，造成能耗升高，生产成本提高，因此，鲜木薯渣中提取膳食纤维不适合采用酶-物理法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于鲜木薯渣中提取膳食纤维的方法，该方法处理成本低、化学试剂用量少、得率高。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明是采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，该方法包括以下步骤：
（1）将鲜木薯渣加入2～4%醋酸溶液中，固液比为1:3～5，后超声波处理；
（2）将经过超声波处理的样品，加入蒸馏水并搅拌使固液比达到1︰7～9；
（3）加入质量百分比为鲜木薯渣质量的0.5～0.9%的复合酶，放置于振动水浴锅中进行酶解反应，待反应结束后，将酶解液过滤，用蒸馏水冲洗至中性；
（4）加入1～2%的NaOH溶液，碱浸泡温度为45～55℃，浸泡时间为60～80min；
（5）将浸泡之后的样品过滤，用蒸馏水清洗至中性；
（6）调pH值至5～6，加入0.2～0.3%ClO2溶液，并用超声波辅助反应脱色；
（7）脱色后的最终样品用蒸馏水清洗至中性，经干燥、磨碎后得成品。
在步骤（1）中，设定超声波的功率为200～300W，反应时间为10～20min，温度为50～60℃。
在步骤（3）中，复合酶由以下分别为鲜木薯渣质量百分比的组分混合配制成：α-淀粉酶0.2～0.3%、糖化酶0.1～0.2%、风味蛋白酶0.1～0.2%、菠萝蛋白酶或木瓜蛋白酶0.1～0.2%。
在步骤（3）中，振动水浴锅的设定温度为50～70℃，振动时间为180～200min，振荡频率为30～40r/min。
在步骤（3）中，酶解反应结束后，将酶解液冷却20～30min。
在步骤（4）中，NaOH溶液用量是：每1g鲜木薯渣配用5.0～6.0mL的NaOH溶液。
在步骤（4）中，NaOH溶液浸泡后冷却10～12min。
在步骤（6）中，ClO2溶液用量是：每1g鲜木薯渣配用0.35～0.4mL的ClO2溶液；超声波的功率为200～300W，反应时间为10～20min，温度为50～60℃。
在步骤（7）中，样品置于60～65℃的干燥箱中干燥，使样品的含水率低于12%，取出样品磨碎，过80～120目筛制得成品膳食纤维。
本发明方法是采用酶-化学法制备工业木薯渣中的膳食纤维，以提高木薯渣的附加值。
本发明方法具有如下优点：
1)鲜木薯渣含有一定的水分，若用酶-物理法进行球磨预处理还需要先将其烘干，造成能耗升高，生产成本提高。根据鲜薯渣的特点采用酶-化学法就避免了这个问题。
2)经过超声波和稀酸浸泡预处理，可使淀粉、蛋白质、脂肪等物质更容易被酶解完全。因为经过超声波和酸处理之后，纤维结构更加松散，酶更容易进入作用于各种物质，提高酶解效率。
3)利用风味复合酶可以有效地减少臭味和苦味肽的形成，提高产品的感官指标。
4）超声波有强烈的分散作用和空化效应，能显著增强ClO2与物料反应效果，从而提高ClO2的反应速率，使脱色效果更好。
5）整个处理方法使用的化学试剂较少，并且利用物理方法辅助预处理和脱色，不仅提高膳食纤维的得率，而且在口感和外观上也更佳，产品质量更高。
6）本发明方法与其它膳食纤维提取的方法相比，得率可以达到86～89%，提高了3～8%；淀粉残留率为2.1～2.6%，蛋白质残留率为1.6～2.1%，脂肪的残留率为0.3～0.5%；各项物化指标和微生物指标均达到国家标准。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明采用酶-化学法提取膳食纤维，但是与以往的酶-化学法不同的是使用更少量的化学试剂，且最后中和基本无残留，更加环保。本发明方法首先对样品进行超声波和酸预处理，能够使木薯渣中的淀粉、蛋白质和脂肪的酶解更彻底，有利于提高膳食纤维的提取率；使用的复合酶减少了苦味肽的形成，使产品的风味良好；ClO2和超声波一起脱色，得到的产品脱色效果佳。整个工艺操作简单，所用的化学药品少，不仅减少了成本而且保证膳食纤维成品的质量安全，理化因素和微生物控制符合国家标准。本方法与以往的提取方法相比，更加经济、环保，产品的感官指标也更高。
下面结合附图对本发明方法进一步描述。
取一定量的鲜木薯渣，加入2～4%醋酸溶液并搅拌使固液比达到1:3～1:5。将上述样品用超声波处理，设定超声波的功率为200～300W，反应时间为10～20min，温度为50～60℃。将经过超声波处理的样品，加入蒸馏水并搅拌使固液比达到1︰7～9，接着加入质量百分比为鲜木薯渣质量的0.5～0.9%的复合酶，复合淀粉酶由α-淀粉酶、糖化酶、风味蛋白酶和菠萝蛋白酶混合制成，或由α-淀粉酶、糖化酶、风味蛋白酶和木瓜蛋白酶混合制成，其中0.2～0.3%α-淀粉酶，0.1～0.2%糖化酶，0.1～0.2%风味蛋白酶，0.1～0.2%菠萝蛋白酶或木瓜蛋白酶，放置于振动水浴锅中进行酶解反应，设定温度为50～70℃，振动时间为180～200min，振荡频率为30～40r/min。待反应结束后，将酶解液冷却20～30min，接着将酶解液过滤，用蒸馏水冲洗至中性，加入1～2%的NaOH溶液，NaOH溶液用量是：每1g鲜木薯渣配用5.0～6.0mL的NaOH溶液，碱浸泡温度为45～55℃，浸泡时间为60～80min，后冷却10～12min。浸泡之后的样品过滤，用蒸馏水清洗至中性，用0.1mol/LHCl微调至pH值为5～6，加入0.2～0.3%ClO2溶液，ClO2溶液用量是：每1g鲜木薯渣配用0.35～0.4mL的ClO2溶液，并用超声波辅助反应脱色。设定超声波的功率为200～300W，反应时间为10～20min，温度为50～60℃。脱色后的最终样品用蒸馏水清洗至中性，并置于干燥箱60～65℃干燥，使样品的含水率低于12%，取出样品磨碎过80～120目筛制得成品膳食纤维。
实施例1
取15g鲜木薯渣置于500mL锥形瓶，加入2%醋酸溶液并搅拌，使固液比达到1:3。将上述样品用超声波处理，设定超声波的功率为200W，反应时间为10min，温度为50℃。将经过超声波处理的样品，加入蒸馏水并搅拌使固液比达到1︰7。接着加入为鲜木薯渣质量0.5%的复合酶，复合酶由α-淀粉酶、糖化酶、风味蛋白酶和菠萝蛋白酶混合制成，其中0.2%α-淀粉酶，0.1%糖化酶，0.1%风味蛋白酶，0.1%菠萝蛋白酶，设定振荡水浴锅温度为50℃，当温度接近于50℃时，将锥形瓶置于振荡水浴锅进行酶解反应，设定振荡时间180min，振荡频率为30r/min。待反应结束后，取出锥形瓶冷却20min，接着将酶解液过滤用蒸馏水冲洗至中性（即pH值为7），加入1%的NaOH溶液90mL，设定水浴锅的温度为45℃，当水浴锅的温度接近45℃时，将样品置于水浴锅浸泡80min，之后拿出锥形瓶冷却10min。浸泡之后的样品过滤，用蒸馏水清洗至中性（即pH值为7），用0.1mol/LHCl微调至pH值为5.0，加入0.2%ClO2溶液6.0mL并用超声波辅助反应脱色。设定超声波的功率为200W，反应时间为10min，温度为50℃。脱色后的最终样品用蒸馏水清洗至中性（即pH值为7）并置于干燥箱60℃干燥，样品的含水率为11%，样品磨碎过120目筛制得成品膳食纤维。该膳食纤维产品提取率为88%，淀粉残留率为2.3%，蛋白质残留率为1.7%，脂肪的残留率为0.4%。产品风味独特，无异味，脱色效果良好。
实施例2
取18g鲜木薯渣置于500mL锥形瓶，加入3%醋酸溶液并搅拌使固液比达到1:4。将上述样品用超声波处理，设定超声波的功率为250W，反应时间为15min，温度为55℃。将经过超声波处理的样品加入蒸馏水并搅拌，使固液比达到1︰8。接着加入为鲜木薯渣质量的0.7%的复合酶，复合酶由α-淀粉酶、糖化酶、风味蛋白酶和菠萝蛋白酶混合制成，其中0.25%α-淀粉酶，0.15%糖化酶，0.15%风味蛋白酶，0.15%菠萝蛋白酶，设定振荡水浴锅温度为60℃，当水浴锅温度接近于60℃时，将锥形瓶置于振荡水浴锅进行酶解反应，设定振荡时间190min，振荡频率为35r/min。待反应结束后，取出锥形瓶冷却25min，接着将酶解液过滤用蒸馏水冲洗至中性（即pH值为7），加入1.5%的NaOH溶液100mL，设定水浴锅的温度为50℃，当水浴锅温度接近50℃时，将样品置于水浴锅浸泡70min，之后拿出锥形瓶冷却11min。浸泡之后的样品过滤，用蒸馏水清洗至中性（pH值为7），用0.1mol/LHCl微调至pH为5.5，再加入0.25%ClO2溶液6.3mL，并用超声波辅助反应脱色。设定超声波的功率为250W，反应时间为15min，温度为55℃。脱色后的最终样品用蒸馏水清洗至中性（pH值为7）并置于干燥箱63℃干燥，样品的含水率为10%，样品磨碎过100目筛制得成品膳食纤维。该膳食纤维产品提取率为89%，淀粉残留率为2.2%，蛋白质残留率为1.6%，脂肪的残留率为0.3%。产品风味独特，无异味，脱色效果良好。
实施例3
取20g鲜木薯渣置于500mL锥形瓶，加入4%醋酸溶液使固液比达到1:5。将上述样品用超声波处理，设定超声波的功率为300W，反应时间为20min，温度为60℃。将经过超声波处理的样品加入蒸馏水并搅拌，使固液比达到1︰9。接着加入为鲜木薯渣质量的0.9%的复合酶，复合酶由α-淀粉酶、糖化酶、风味蛋白酶和木瓜蛋白酶混合制成，其中0.3%α-淀粉酶，0.2%糖化酶，0.2%风味蛋白酶，0.2%木瓜蛋白酶，设定振荡水浴锅的温度为70℃，当温度接近于70℃时，将锥形瓶置于振荡水浴锅进行酶解反应，设定振荡时间200min，振荡频率40r/min。待反应结束后，取出锥形瓶冷却30min，接着将酶解液过滤，用蒸馏水冲洗至中性（即pH值为7），加入2%的NaOH溶液110mL，设定水浴锅的温度为55℃，当水浴锅的温度接近55℃时，将样品置于水浴锅浸泡60min，之后拿出锥形瓶冷却12min。浸泡之后的样品过滤，用蒸馏水清洗至中性（即pH值为7），用0.1mol/LHCl微调至pH为6，加入0.3%ClO2溶液7.0ml并用超声波辅助反应脱色。设定超声波的功率为300W，反应时间为20min，温度为60℃。脱色后的最终样品用蒸馏水清洗至中性并置于干燥箱65℃干燥，样品的含水率为9%，样品磨碎过80目筛制得成品膳食纤维。该膳食纤维产品提取率为87%，淀粉残留率为2.3%，蛋白质残留率为1.8%，脂肪的残留率为0.5%。产品风味独特，无异味，脱色效果良好。
Claims (9)
1.一种采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
（1）将鲜木薯渣加入到2～4%醋酸溶液中，固液比为1:3～5，后超声波处理；
（2）将经过超声波处理的样品，加入蒸馏水并搅拌使固液比达到1︰7～9；
（3）加入为质量百分比为鲜木薯渣质量的0.5～0.9%的复合酶，放置于振动水浴锅中进行酶解反应，待反应结束后，将酶解液过滤，用蒸馏水冲洗至中性；
（4）加入1～2%的NaOH溶液，碱浸泡温度为45～55℃，浸泡时间为60～80min；
（5）将浸泡之后的样品过滤，用蒸馏水清洗至中性；
（6）调pH值至5～6，加入0.2～0.3%ClO2溶液，并用超声波辅助反应脱色；
（7）脱色后的最终样品用蒸馏水清洗至中性，经干燥、磨碎后得成品。
2.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（1）中，设定超声波的功率为200～300W，反应时间为10～20min，温度为50～60℃。
3.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（3）中，复合酶由以下分别为鲜木薯渣质量百分比的组分混合配制成：α-淀粉酶0.2～0.3%、糖化酶0.1～0.2%、风味蛋白酶0.1～0.2%、菠萝蛋白酶或木瓜蛋白酶0.1～0.2%。
4.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（3）中，振动水浴锅的设定温度为50～70℃，振动时间为180～200min，振荡频率为30～40r/min。
5.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（3）中，酶解反应结束后，将酶解液冷却20～30min。
6.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（4）中，NaOH溶液用量是：每1g鲜木薯渣配用5.0～6.0mL的NaOH溶液。
7.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（4）中，NaOH溶液浸泡后冷却10～12min。
8.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（6）中，ClO2溶液用量是：每1g鲜木薯渣配用0.35～0.4mL的ClO2溶液；超声波的功率为200～300W，反应时间为10～20min，温度为50～60℃。
9.根据权利要求1所述采用酶-化学法提取鲜木薯渣中膳食纤维的方法，其特征在于，在步骤（7）中，样品置于60～65℃的干燥箱中干燥，使样品的含水率低于12%，取出样品磨碎，过80～120目筛制得成品膳食纤维。
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