CN104000138B - 以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，包括采用双螺旋挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理、胶体磨精磨处理、超声破碎和酸化水解处理、复合淀粉酶酶解处理和复合酵母菌发酵培养处理，对发酵液经离心，收集沉淀干燥得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，上清液经超滤浓缩，干燥得果胶。本发明充分利用了马铃薯渣中淀粉资源，在制备得到富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维的同时，也得到了马铃薯果胶。
Description
技术领域
本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法。
背景技术
我国是世界上最大的马铃薯生产国和消费国，据世界粮农组织(FAO)统计，2012年世界马铃薯种植面积为1.92×107hm2，产量3.65×108t，其中我国马铃薯种植面积和产量分别为5.43×106hm2，8.59×107t，分别占世界马铃薯种植面积和产量的28.28％和23.53％。目前，我国约有万吨级规模马铃薯加工企业60余家，小企业数千家，马铃薯淀粉年加工量5×105t左右。马铃薯渣是马铃薯淀粉生产过程中的副产物，生产1t马铃薯淀粉约产生2-3t薯渣。马铃薯渣含水量约80％以上，干物质主要成分为淀粉(45-60％)、膳食纤维(28-40％)，因其蛋白含量(约6-9％)低，粗纤维含量高，适口性差，作为饲料使用营养价值低，此外，马铃薯淀粉受原料供应影响，生产季节集中，通常情况下，马铃薯渣被作为废弃物丢弃，极大污染厂区周围环境和浪费马铃薯渣中淀粉和膳食纤维资源。
膳食纤维为一类不能被人体肠道消化吸收的植物细胞壁组成部分，这些部分包括纤维素、半纤维素和木质素等。膳食纤维在保障人体健康方面扮演着非常重要角色，很多疾病如便秘、肥胖、心血管系统疾病、结肠癌、糖尿病等都与膳食纤维摄入量不足有很大关系。
果胶是一类主要由半乳糖醛酸通过α-1，4糖苷键链接而成的水溶性杂多糖，半乳糖醛酸占70％左右，除半乳糖醛酸外，果胶中还含有鼠李糖、半乳糖、阿拉伯糖等中性糖。在食品行业中，果胶已广泛被用作乳化剂、胶凝剂和增稠剂，用来提高粘度、产生胶体结构、控制结晶、防止脱水、改善质构、防止风味物质流失以及延长食品体系稳定性等。
现有的针对马铃薯渣膳食纤维和果胶提取工艺中，马铃薯渣膳食纤维提取方法主要有生物酶法、米根霉结合白地霉发酵法、酸法等，马铃薯果胶提取工艺主要有酸法、微波辅助酸法、超声波辅助酸法。然而，马铃薯膳食纤维和果胶提取只是分步进行，且在马铃薯膳食纤维、果胶提取过程中，马铃薯渣中淀粉酸、生物酶水解产物未能有效利用，造成了资源极大浪费。淀粉水解糖化产物可以作为酵母菌的碳源，生产酵母，获得酵母单细胞生物蛋白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能充分利用马铃薯渣中淀粉资源，制备富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维并同时获得马铃薯果胶的工艺方法。
为达到上述发明目的，本发明提供一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用双螺杆挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理，所述的马铃薯渣的含水量为35-40wt％，进料速度为40-50r/min，螺杆转速100-120r/min，挤压温度分为5个区段，挤压温度变化为65-85-110-135-150℃；
(2)将步骤(1)处理后的马铃薯渣按料液比1︰5-10的重量体积比(g/mL)加水搅拌悬浊后，采用胶体磨进行研磨，至形成质地均匀、手感细腻状溶液；
(3)调节步骤(2)处理后的溶液pH值至2.0-2.5，于80-90℃下超声处理45-90min，超声处理的功率为300-500W；
(4)调节步骤(3)处理后的马铃薯渣悬浮液pH值至5.0-5.5，加入复合淀粉酶酶解1.5-4h，获得酶解糖化液，所述复合淀粉酶与马铃薯渣悬浮液的重量体积比为0.5-1︰100(g/mL)；
(5)将步骤(4)制得的酶解糖化液转入发酵罐中，添加2.5％w/v的尿素，2.5％w/v的硫酸铵，0.2％w/v的磷酸二氢钾搅拌均匀，接种1-1.5％w/v的复合酵母菌进行发酵培养72-96h；
(6)将步骤(5)制得的发酵液在3000-5000g下离心20-40min，分别收集沉淀物和上清液，沉淀物经干燥即获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，取上清液经截留分子量3kDa的超滤膜进行超滤浓缩、干燥后即获得马铃薯果胶。
进一步的，所述的步骤(4)中，所述的复合淀粉酶按重量比计由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照2︰1︰2的比例组成。
进一步的，所述的步骤(5)中，所述的复合酵母菌重量比计为由啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)和汉逊酵母(Hansenula)按照3︰1︰1的比例组成。
本发明有益效果在于：
1.针对马铃薯加工产业发展现状，解决困扰马铃薯淀粉加工中存在马铃薯渣综合利用程度低、污染环境的不利局面，以马铃薯渣为原料，开展马铃薯膳食纤维和果胶提取。采用一个工艺流程，在制备富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维的同时，获得马铃薯果胶产品，并充分利用马铃薯渣中的淀粉资源，实现了马铃薯渣生物资源的有效利用。
2.本发明以马铃薯渣为原料，采用双螺杆挤压机进行挤压膨化，使马铃薯渣在挤压机内受热、受压从而导致其结构坍塌，结合胶体磨的精磨浆以及超声波破碎和酸化水解处理，使马铃薯渣充分地被微细化处理，且对其中的淀粉进行酸水解，同时超声破碎也促使其中的果胶物质游离出来，有利于提高后续的复合淀粉酶的酶解效果和果胶得率。
3.采用由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶组成的特定复合淀粉酶对预处理后的马铃薯渣悬浮液进行酶解处理，其中的α-淀粉酶主要用于淀粉的液化，β-淀粉酶和糖化酶用于糖化，并以酶解处理后的糖化液作为原料，加入尿素、硫酸铵和磷酸二氢钾后，接种由啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)和汉逊酵母(Hansenula)组成的特定复合酵母菌进行发酵，其中的啤酒酵母和葡萄汁酵母利用糖化液中的小分子糖作为碳源，而汉逊酵母则还能够进一步利用啤酒酵母和葡萄汁酵母发酵产生的酒精作为碳源，并产生乙酸乙酯，能够增加终产品的香味。对发酵液采用离心分离和超滤膜截留即能够获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维和马铃薯果胶。
4.本发明的工艺方法制得的马铃薯膳食纤维产品的得率高达85.34％，马铃薯果胶产品得率达31.08％，且马铃薯膳食纤维产品中，蛋白质含量达20.18％，膳食纤维含量达74.37％；马铃薯果胶产品中，果胶含量达88.95％。
5.本发明的工艺方法工艺较为简单，易于操作和大规模推广应用，制得的马铃薯膳食纤维和果胶的得率和纯度均很高，并赋予了马铃薯膳食纤维更多的营养特性和保健功能，极大扩展了马铃薯膳食纤维在食品工业中应用价值和前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的发明内容进行说明，实施例不构成对本发明的限制。
实施例1：一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，包括如下工艺步骤：
(1)采用双螺杆挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理，所述的马铃薯渣的含水量为35wt％，进料速度为50r/min，螺杆转速120r/min，挤压温度分为5个区段，挤压温度变化为65-85-110-135-150℃；
(2)将步骤(1)处理后的马铃薯渣按料液比1︰10的重量体积比(g/mL)加水搅拌悬浊后，采用胶体磨进行研磨，至形成质地均匀、手感细腻状溶液；
(3)调节步骤(2)处理后的溶液pH值至2.0，于90℃下超声处理45min，超声处理的功率为350W；
(4)调节步骤(3)处理后的马铃薯渣悬浮液pH值至5.0，加入复合淀粉酶酶解4h，获得酶解糖化液，所述复合淀粉酶与马铃薯渣悬浮液的重量体积比为0.5︰100(g/mL)，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照重量比为2︰1︰2的比例组成；
(5)将步骤(4)制得的酶解糖化液转入发酵罐中，添加2.5％w/v的尿素，2.5％w/v的硫酸铵，0.2％w/v的磷酸二氢钾搅拌均匀，接种1.5％w/v(g/mL)的复合酵母菌进行发酵培养72h，所述的复合酵母菌由啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)和汉逊酵母(Hansenula)按照重量比为3︰1︰1的比例组成；
(6)将步骤(5)制得的发酵液在5000g下离心20min，分别收集沉淀物和上清液，沉淀物经干燥即获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，取上清液经截留分子量3kDa的超滤膜进行超滤浓缩、干燥后即获得马铃薯果胶。
实施例2：一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)采用双螺杆挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理，所述的马铃薯渣的含水量为40wt％，进料速度为40r/min，螺杆转速100r/min，挤压温度分为5个区段，挤压温度变化为65-85-110-135-150℃；
(2)将步骤(1)处理后的马铃薯渣按料液比1︰5的重量体积比(g/mL)加水搅拌悬浊后，采用胶体磨进行研磨，至形成质地均匀、手感细腻状溶液；
(3)调节步骤(2)处理后的溶液pH值至2.5，于80℃下超声处理60min，超声处理的功率为500W；
(4)调节步骤(3)处理后的马铃薯渣悬浮液pH值至5.5，加入复合淀粉酶酶解1.5h，获得酶解糖化液，所述复合淀粉酶与马铃薯渣悬浮液的重量体积比为1︰100(g/mL)，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照重量比为2︰1︰2的比例组成；
(5)将步骤(4)制得的酶解糖化液转入发酵罐中，添加2.5％w/v的尿素，2.5％w/v的硫酸铵，0.2％w/v的磷酸二氢钾搅拌均匀，接种1％w/v(g/mL)的复合酵母菌进行发酵培养96h，所述的复合酵母菌由啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)和汉逊酵母(Hansenula)按照重量比为3︰1︰1的比例组成；
(6)将步骤(5)制得的发酵液在3000g下离心40min，分别收集沉淀物和上清液，沉淀物经干燥即获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，取上清液经截留分子量3kDa的超滤膜进行超滤浓缩、干燥后即获得马铃薯果胶。
实施例3：一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)采用双螺杆挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理，所述的马铃薯渣的含水量为38wt％，进料速度为40r/min，螺杆转速110r/min，挤压温度分为5个区段，挤压温度变化为65-85-110-135-150℃；
(2)将步骤(1)处理后的马铃薯渣按料液比1︰8的重量体积比(g/mL)加水搅拌悬浊后，采用胶体磨进行研磨，至形成质地均匀、手感细腻状溶液；
(3)调节步骤(2)处理后的溶液pH值至2.0，于85℃下超声处理60min，超声处理的功率为300W；
(4)调节步骤(3)处理后的马铃薯渣悬浮液pH值至5.5，加入复合淀粉酶酶解3h，获得酶解糖化液，所述复合淀粉酶与马铃薯渣悬浮液的重量体积比为0.8︰100(g/mL)，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照重量比为2︰1︰2的比例组成；
(5)将步骤(4)制得的酶解糖化液转入发酵罐中，添加2.5％w/v的尿素，2.5％w/v的硫酸铵，0.2％w/v的磷酸二氢钾搅拌均匀，接种1.25％w/v(g/mL)的复合酵母菌进行发酵培养72h，所述的复合酵母菌由啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)和汉逊酵母(Hansenula)按照重量比为3︰1︰1的比例组成；
(6)将步骤(5)制得的发酵液在4000g下离心30min，分别收集沉淀物和上清液，沉淀物经干燥即获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，取上清液经截留分子量3kDa的超滤膜进行超滤浓缩、干燥后即获得马铃薯果胶。
实施例4：一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)采用双螺杆挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理，所述的马铃薯渣的含水量为39wt％，进料速度为45r/min，螺杆转速100r/min，挤压温度分为5个区段，挤压温度变化为65-85-110-135-150℃；
(2)将步骤(1)处理后的马铃薯渣按料液比1︰7的重量体积比(g/mL)加水搅拌悬浊后，采用胶体磨进行研磨，至形成质地均匀、手感细腻状溶液；
(3)调节步骤(2)处理后的溶液pH值至2.2，于80℃下超声处理90min，超声处理的功率为400W；
(4)调节步骤(3)处理后的马铃薯渣悬浮液pH值至5.0，加入复合淀粉酶酶解2h，获得酶解糖化液，所述复合淀粉酶与马铃薯渣悬浮液的重量体积比为1︰100(g/mL)，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照重量比为2︰1︰2的比例组成；
(5)将步骤(4)制得的酶解糖化液转入发酵罐中，添加2.5％w/v的尿素，2.5％w/v的硫酸铵，0.2％w/v的磷酸二氢钾搅拌均匀，接种1.5％w/v(g/mL)的复合酵母菌进行发酵培养96h，所述的复合酵母菌由啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)和汉逊酵母(Hansenula)按照重量比为3︰1︰1的比例组成；
(6)将步骤(5)制得的发酵液在5000g下离心25min，分别收集沉淀物和上清液，沉淀物经干燥即获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，取上清液经截留分子量3kDa的超滤膜进行超滤浓缩、干燥后即获得马铃薯果胶。
实施例5：对上述实施例1-4制得的马铃薯膳食纤维产品和马铃薯果胶产品的得率、纯度(含量)进行测定，其结果如下表所示：
其中：
膳食纤维含量＝膳食纤维产品中膳食纤维的重量÷膳食纤维产品的干重×100％；
蛋白质含量＝膳食纤维产品中蛋白质的重量÷膳食纤维产品的干重×100％；
膳食纤维的提取率＝膳食纤维产品的重量÷马铃薯渣中膳食纤维的重量×100％；
果胶含量＝果胶产品中果胶的重量÷果胶产品的重量×100％；
果胶的提取率＝果胶产品的重量÷马铃薯渣中果胶的重量×100％；
可见，本发明的工艺方法制得的马铃薯膳食纤维产品的提取率高达85.34％，马铃薯果胶产品提取率达86.08％，且马铃薯膳食纤维产品中，蛋白质含量达20.18％，膳食纤维含量达74.37％；马铃薯果胶产品中，果胶含量达88.95％。
本领域的技术人员应当明了，上述优选实施例只是对本发明的具体说明，并不构成对本发明的限制。根据需要可以对其进行多种改进，组合，亚组合以及变换，所有的改进，组合，亚组合、变换以及等效替换都落入在所附的权利要求的范围内。
Claims (3)
1.一种以马铃薯渣为原料同时制备富含生物蛋白的膳食纤维和果胶的工艺方法，其特征在于，包括如下工艺步骤：
(1)采用双螺杆挤压机对新鲜的马铃薯渣进行挤压膨化处理，所述的马铃薯渣的含水量为35-40wt％，进料速度为40-50r/min，螺杆转速100-120r/min，挤压温度分为5个区段，挤压温度变化为65-85-110-135-150℃；
(2)将步骤(1)处理后的马铃薯渣按料液比1︰5-10的重量体积比加水搅拌悬浊后，采用胶体磨进行研磨，至形成质地均匀、手感细腻状溶液；
(3)调节步骤(2)处理后的溶液pH值至2.0-2.5，于80-90℃下超声处理45-90min，超声处理的功率为300-500W；
(4)调节步骤(3)处理后的马铃薯渣悬浮液pH值至5.0-5.5，加入复合淀粉酶酶解1.5-4h，获得酶解糖化液，所述复合淀粉酶与马铃薯渣悬浮液的重量体积比为0.5-1︰100；
(5)将步骤(4)制得的酶解糖化液转入发酵罐中，添加2.5％w/v的尿素，2.5％w/v的硫酸铵，0.2％w/v的磷酸二氢钾搅拌均匀，接种1-1.5％w/v的复合酵母菌进行发酵培养72-96h；
(6)将步骤(5)制得的发酵液在3000-5000g下离心20-40min，分别收集沉淀物和上清液，沉淀物经干燥即获得富含生物蛋白的马铃薯膳食纤维，取上清液经截留分子量3kDa的超滤膜进行超滤浓缩、干燥后即获得马铃薯果胶。
2.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：步骤(4)中，所述的复合淀粉酶按重量比计由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照2︰1︰2的比例组成。
3.根据权利要求1所述的工艺方法，其特征在于：步骤(5)中，所述的复合酵母菌按重量比计由啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、葡萄汁酵母(Saccharomyces uvarum)和汉逊酵母(Hansenula)按照3︰1︰1的比例组成。
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