CN103719880B - 高活性紫甘薯膳食纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于功能性食品配料加工及副产物综合利用领域。本发明所述的高活性紫甘薯膳食纤维的制备方法由以下步骤组成：一、新鲜的紫甘薯色素生产废渣或干燥过的紫甘薯色素生产废渣粗粉碎，过滤，得料液；二、在料液中加入磷酸盐缓冲液，调节料液的pH至6.0-6.5，加入α-淀粉酶；三、用醋酸调步骤二所得物pH至4.0-4.5，加入糖化酶；四、用氢氧化钠调步骤三所得物pH至7.0-7.5，加入中性蛋白酶；五、将步骤四所得物离心分离，上清液处理得到第一阶段的可溶性膳食纤维产品；六、步骤五得到的沉淀物为不溶性膳食纤维，处理；七、步骤六所得物经处理后得到第二阶段的改性膳食纤维产品；八、将步骤五所得第一阶段的可溶性膳食纤维和步骤七所得第二阶段的改性膳食纤维合并、混匀，为本方法制备的最终产品。

Description

高活性紫甘薯膳食纤维的制备方法

技术领域

本发明属于功能性食品配料加工及副产物综合利用领域。

背景技术

膳食纤维是指在人体内难以被酶解消化的高分子多糖类物质的总称，它包括纤维素、半纤维素、果胶和甲壳素等物质。膳食纤维虽不能被人体消化吸收，但其在维持人体健康方面有着不可代替的生理作用。因此，很多科学家将膳食纤维推崇为是蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质和水之后的第七大营养素。目前，随着人们生活水平的不断提高，生活方式、膳食模式和疾病谱均发生了重大的转变，人群膳食结构逐渐与健康的膳食结构相偏离，总的趋势是以粮食为主的碳水化合物摄入量明显减少，而动物脂肪和动物蛋白质的消费量大幅度上升，这样造成了现代人的膳食结构中食用纤维的摄取量相对减少。与此同时，各种慢性病的发生率和死亡率呈逐年上升趋势，慢性病已成为威胁各国人民健康的全球性公共卫生问题。关于膳食纤维与人类疾病的关系研究，已经有较为深入的认识，有大量资料表明，被称之为“现代文明病”的高血压、高血脂、肥胖症、冠心病、糖尿病、便秘、结肠癌等慢性病都与膳食纤维的摄入量不足有关。

根据在水中溶解性的不同，膳食纤维的可分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）。可溶性膳食纤维（SDF）是指不能被人体消化道分泌的消化酶所消化，但可溶于温水或热水，且其水溶液又能被相当于四倍乙醇再沉淀的那部分膳食纤维，主要包括聚葡萄糖、胶体(果胶、树胶、豆胶等)、微生物多糖、耐消化淀粉、部分半纤维素(含低聚糖)等。与不溶性膳食纤维相比，可溶性膳食纤维具有很高的生理活性，能明显降低饭后血糖水平，具有预防肥胖的作用；能促进新陈代谢，降低甘油和胆固醇含量，具有降低血脂和预防心脑血管疾病的作用；具有与阳离子结合和交换的能力，能够解毒和降血压；能促进肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的产生，同时产生大量的短链脂肪酸和抑制肿瘤细胞生长的丁酸，能预防结肠癌，具有清除自由基和抗癌的作用。同时，可溶性膳食纤维还有良好的理化性质，是用来制造低热量，低胆固醇低钠健康食品的重要功能性配料，目前广泛应用于食品加工中，如制备高纤维面包，饼干、饮料、糖果等健康食品。高品质的膳食纤维产品应满足可溶性膳食纤维的组成含量达10％以上。目前，我国市场上的膳食纤维，绝大多数是不溶性的，开发可溶性膳食纤维含量高的高活性膳食纤维产品具有广阔的市场前景。

紫甘薯（purple sweet potato）是指薯肉颜色为紫色的甘薯，紫甘薯纤维素含量高，可增强肠道功能，有利于粪便排出，控制体重和减肥，可降低血糖和血胆固醇等。在日本国家蔬菜癌症研究中心公布的抗癌蔬菜中紫甘薯名列榜首，而膳食纤维是其重要的生理活性因子。由于紫甘薯是优质的植物色素源，紫甘薯色素在食品、化妆品、医药等领域具有较高的利用价值，目前，紫甘薯已被作为色素生产的重要原料。然而，紫甘薯色素生产后的废渣大多只能以饲料低价出售，如何提高其综合利用价值成为生产企业面临的主要难题。已有研究表明，紫甘薯色素生产废渣食用安全，含丰富的膳食纤维。利用紫甘薯色素生产废渣制备高活性的膳食纤维产品具有很好的开发前景，是提高紫甘薯色素生产副产物综合利用价值的有效途径。

 目前，提取膳食纤维的方法有化学分离法、酶法、微生物发酵法、膜分离法等。其中化学分离法应用最普遍，但其反应时间长，转化率低，对设备和温度要求都很高，并且大量有毒有害化学物质和外源离子的引进也给下一步食品加工下游处理带来不便。因此，化学处理法在实际应用中具有较大的局限性。自然界天然的植物原料中，可溶性膳食纤维所占比例都很低，仅为3％-4％，远远不能满足高品质膳食纤维的要求。为此，很多学者一直致力于膳食纤维的改性研究，设法使膳食纤维中不溶性的大分子物质分子键发生断裂，转变成可溶性的小分子成分；目前，使不溶性膳食纤维转变为可溶性膳食纤维普遍采用的改性处理方法有化学处理法、微生物发酵法、机械降解处理法和酶法。酶法在我国还是新工艺，膳食纤维提取过程中，可采用α-淀粉酶、糖化酶、蛋白酶来降解分离植物原料中的宏量营养组分淀粉和蛋白质。在膳食纤维改性过程中，纤维素酶和木糖酶能够使部分纤维素大分子连接键糖苷键断裂，转变成小分子成分，增大溶解性，将不溶性膳食纤维转变成成可溶性膳食纤维。酶法用于膳食纤维的提取和改性中，具有选择性强、不破坏天然纤维结构、不损失其重要生理功能的可溶性纤维素和半纤维素的特点，制成的产品膳食纤维纯度高，品质好。此外，酶法不需要高温、高压的水解条件，还具有反应条件温和、可控性较强、节约能源、操作方便的优点，用于膳食纤维产品的制备中是一种较佳的选择。

针对甘薯膳食纤维的制备，顾建明等（2007年）公开了“含甘薯抗性淀粉的甘薯膳食纤维的制备方法（授权公告号：CN 100553489 C）”，采用α-淀粉酶和糖化酶对新鲜甘薯进行酶解处理，去除可溶性部分，制的产品是含抗性淀粉的不溶性膳食纤维；周建忠等（2008年）公开了“一种从甘薯中连续提取甘薯淀粉、甘薯蛋白、膳食纤维的工艺（公告号：CN 101411419 B）”，采用筛分和酶解结合的方法分别对甘薯中的淀粉、蛋白质、膳食纤维进行分离提取，制得最终产品是甘薯的不溶性膳食纤维；李冉等（2012）公开了“一种甘薯膳食纤维的提取方法（公开号：CN 102885318 A）”，采用α-淀粉酶、糖化酶、胰蛋白酶来处理甘薯粉，将甘薯中的不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维分别提取出来得到制品；木泰华等（2013年）公开了“一种提取膳食纤维的方法（公开号：CN 103222628 A）”，仅采用一种酶—α-淀粉酶处理甘薯等植物原料，制得的产品为含蛋白质和部分糊精的不溶性膳食纤维。天然甘薯膳食纤维中可溶性组分仅为4%左右，以上专利均没有涉及对甘薯不溶性膳食纤维进行改性的方法，得到的产品可溶性膳食纤维的含量较少，产品生理活性和应用价值也较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用生物酶对紫甘薯色素生产废渣中的膳食纤维进行分离和改性，制备高活性紫甘薯膳食纤维的方法。

本发明所述的高活性紫甘薯膳食纤维的制备方法由以下步骤组成：

一、新鲜的紫甘薯色素生产废渣或干燥过的紫甘薯色素生产废渣粗粉碎，过100目筛，用清水冲洗，过滤，加入滤渣重量6-8倍的水，搅拌均匀，得料液；

二、在料液中加入磷酸盐缓冲液，调节料液的pH至6.0-6.5，加入α-淀粉酶，加入量为酶量10U／g干紫甘薯渣，保持温度为60-65℃，酶解45-50分钟，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

三、用醋酸调步骤二所得物pH至4.0-4.5，加入糖化酶，加入量为酶量150U／g干紫甘薯渣，保持温度为60-65℃，酶解60-65分钟，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

四、用氢氧化钠调步骤三所得物pH至7.0-7.5，加入中性蛋白酶，加入量为酶量70U／g干紫甘薯渣，在40-45℃酶解80-90分钟，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

五、将步骤四所得物离心分离，得到上清液和沉淀物；在上清液中加入4倍体积质量百分比浓度为95%的乙醇溶液，静置1小时，离心分离出絮状沉淀，经干燥得到第一阶段的可溶性膳食纤维产品；

六、步骤五得到的沉淀物为不溶性膳食纤维，在沉淀物中加入8-10倍重量的水，搅拌均匀，用醋酸调整pH至4.5-5.0，加入酶量20U／g干紫甘薯渣的纤维素酶和酶量10U／g干紫甘薯渣的木聚糖酶，保持在45-50℃下酶解8-10小时，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

七、步骤六所得物加入4倍体积质量百分比浓度为95%的乙醇溶液，静置1小时，离心分离出沉淀物，经干燥得到第二阶段的改性膳食纤维产品；

八、将步骤五所得第一阶段的可溶性膳食纤维和步骤七所得第二阶段的改性膳食纤维合并、混匀，为本方法制备的最终产品。

    本发明以紫甘薯色素生产废渣为原料，原料料液先用α-淀粉酶和糖化酶进行酶解处理，使淀粉大分子充分降解成溶于水的小分子单糖和低聚糖。料液再加入中性蛋白酶进行酶解，使原料蛋白质降解成易溶水的小分子肽和氨基酸。料液经离心分离后，上清液经95%乙醇沉淀、分离出絮状物经干燥后得到第一阶段的紫甘薯可溶性膳食纤维产品。料液离心后得到的沉淀物为紫甘薯不溶性膳食纤维，采用纤维素酶和木糖酶进行酶解，将部分不溶性膳食纤维转变成低分子的可溶性膳食纤维，经95%乙醇沉淀、分离沉淀物经干燥得到第二阶段的含18%可溶性膳食纤维产品。两阶段制得的产品合并、混匀，即得高活性紫甘薯膳食纤维产品。该方法紫甘薯色素生产废渣中膳食纤维的提取率达90%，制得的产品可溶性膳食纤维的含量达到19%。产品具有较高的生理活性，较好的吸水性和膨胀性，可作为优质的功能性配料应用于食品和保健品中。

本发明以紫甘薯色素生产废渣为原料，采用α-淀粉酶、糖化酶、中性蛋白酶酶解分离淀粉和蛋白质，并以纤维素酶和木糖酶对紫甘薯不溶性膳食纤维进行改性，可制得可溶性膳食纤维含量较高、高活性的膳食纤维产品。

    本发明采用淀粉酶、糖化酶和蛋白酶将紫甘薯色素生产废渣中的淀粉和蛋白质充分酶解分离，使紫甘薯废渣膳食纤维的提取率达到90%；采用纤维素酶和木糖酶相结合，对紫甘薯废渣中不溶性膳食纤维进行改性，使紫甘薯膳食纤维中可溶性组分的比率由4%提升到19%，得到高活性的紫甘薯膳食纤维产品；该法主要通过5种生物酶的作用来制备高活性的紫甘薯膳食纤维，整个制备过程，反应条件温和，没有破坏纤维素的天然结构，制备出的膳食纤维产品纯度高，品质好，是食品和保健品的优质功能性配料；该法利用紫甘薯色素生产的废料制成高活性的膳食纤维产品，具有较高的经济价值和广阔的市场应用前景，为紫甘薯色素生产副产物的综合利用提供了一条良好的途径。

具体实施方式

    实施例1：利用紫甘薯色素废渣粉制备高活性紫甘薯膳食纤维

将500g紫甘薯色素生产废渣粉用清水冲洗2次，加入约4kg清水，搅拌均匀。用磷酸缓冲液，调节料液的pH至6.0，加入5×10³Uα-淀粉酶，在60℃下酶解50分钟，加热灭酶；用醋酸调pH至4.0，加入7.5×10⁴U糖化酶，65℃保温酶解60分钟。加热灭酶；用氢氧化钠调pH至7.0，加入3.5×10⁴U中性蛋白酶，在40℃酶解90分钟，加热灭酶；以上处理的料液经台式离心机在1000rpm下离心10分钟，将沉淀和上清液分离。上清液加入16kg质量百分比浓度为95%的乙醇溶液，静置1小时，离心分离出絮状沉淀，经干燥得到可溶性膳食纤维。

离心沉淀物加入100g清水，搅匀。用醋酸将料液pH调至4.8，加入1×10⁴U的纤维素酶和5×10³U的木聚糖酶，保持在45℃下酶解10小时。加热灭酶。经纤维素酶和木聚糖酶酶解后的混合料液，加入400g质量百分比浓度为95%的乙醇溶液，静置1小时。离心（离心速度为1000rpm）分离出沉淀物，经干燥得到改性膳食纤维。

将第一阶段制得的可溶性膳食纤维和第二阶段制得的改性膳食纤维合并、混匀，得到12g高活性紫甘薯膳食纤维产品，其中可溶性膳食纤维含量为2.3g。产品感官性状好，持水力为785%，溶胀力为3.95ml/g。

  实施例2：直接利用工厂新产生的紫甘薯色素生产废渣制备高活性紫甘薯膳食纤维

     将50kg紫甘薯色素生产废渣，粉碎，过100目筛。用清水冲洗2次，加入约300kg清水，搅拌均匀。调节料液的pH至6.5，加入5×10⁵Uα-淀粉酶，在60℃下酶解50分钟，加热灭酶；用醋酸调pH至4.5，加入7.5×10⁶U糖化酶，60℃保温酶解65分钟。加热灭酶；用氢氧化钠调pH至7.5，加入3.5×10⁶U中性蛋白酶，在45℃酶解85分钟，加热灭酶；以上处理的料液经三足式离心机在1000rpm下离心10分钟，上清液加入1200kg质量百分比浓度为95%的乙醇溶液，静置1小时，离心分离出絮状沉淀，经干燥得到可溶性膳食纤维；

沉淀物加入10kg清水，搅匀。用醋酸将料液pH调至4.8，加入1×10⁶U 的纤维素酶和5×10⁵U的木聚糖酶，保持在50℃下酶解8小时。加热灭酶。经纤维素酶和木聚糖酶酶解后的混合料液，加入40kg质量百分比浓度为95%的乙醇溶液，静置1小时。离心（离心速度为1000rpm）、分离出絮状沉淀物，经干燥得到改性膳食纤维。

将第一阶段制得的可溶性膳食纤维和第二阶段制得的改性膳食纤维合并、混匀，得到1260g高活性紫甘薯膳食纤维产品，其中可溶性膳食纤维含量为240g。产品感官性状好，持水力为768%，溶胀力为3.82ml/g。

Claims (1)

1.高活性紫甘薯膳食纤维的制备方法，其特征在于由以下步骤组成：

一、新鲜的紫甘薯色素生产废渣或干燥过的紫甘薯色素生产废渣粗粉碎，过100目筛，用清水冲洗，过滤，加入滤渣重量6-8倍的水，搅拌均匀，得料液；

二、在料液中加入磷酸盐缓冲液，调节料液的pH至6.0-6.5，加入α-淀粉酶，加入量为酶量10U/g干紫甘薯渣，保持温度为60-65℃，酶解45-50分钟，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

三、用醋酸调步骤二所得物pH至4.0-4.5，加入糖化酶，加入量为酶量150U/g干紫甘薯渣，保持温度为60-65℃，酶解60-65分钟，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

四、用氢氧化钠调步骤三所得物pH至7.0-7.5，加入中性蛋白酶，加入量为酶量70U/g干紫甘薯渣，在40-45℃酶解80-90分钟，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

五、将步骤四所得物离心分离，得到上清液和沉淀物；在上清液中加入4倍体积质量百分比浓度为95％的乙醇溶液，静置1小时，离心分离出絮状沉淀，经干燥得到第一阶段的可溶性膳食纤维产品；

六、步骤五得到的沉淀物为不溶性膳食纤维，在沉淀物中加入8-10倍重量的水，搅拌均匀，用醋酸调整pH至4.5-5.0，加入酶量20U/g干紫甘薯渣的纤维素酶和酶量10U/g干紫甘薯渣的木聚糖酶，保持在45-50℃下酶解8-10小时，加热至沸保持2-3分钟，灭酶；

七、步骤六所得物加入4倍体积质量百分比浓度为95％的乙醇溶液，静置1小时，离心分离出沉淀物，经干燥得到第二阶段的改性膳食纤维产品；

八、将步骤五所得第一阶段的可溶性膳食纤维和步骤七所得第二阶段的改性膳食纤维合并、混匀，为本方法制备的最终产品。