CN104187456A - 提取梨渣中膳食纤维的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了提取梨渣中膳食纤维的工艺方法。梨渣为梨汁生产中产生的废弃料，含有大量的石细胞，直接用作饲料适口性差，作为废料弃丢，既浪费资源，又严重污染环境。利用梨渣生产膳食纤维，既可以提高梨业加工附加值，又可节能减排。本发明包括以下步骤：1.梨渣预处理，2.超声波辅助酶解，3.乙醇沉淀，4.干燥得到梨渣膳食纤维，其中包括梨渣可溶性膳食纤维和梨渣不溶性膳食纤维；梨渣可溶性膳食纤维的提取率为13%~15%，其在温度20~80℃时溶解性稳定在85%以上，且其抗氧化能力较强；梨渣不溶性膳食纤维具有良好的持水力和膨胀力，是高品质的膳食纤维。本发明工艺简单、酶解时间短、成本低、适于产业化应用。
Description
技术领域
本发明属于食品加工生产技术领域，具体是一种从砀山梨加工下脚料梨皮、梨核及梨渣中提取膳食纤维的工艺方法。
背景技术
膳食纤维（Dietary Fiber，DF）是指食物中不能被人体内源酶消化吸收的植物细胞、多糖、木质素以及其它物质的总和，是一种组分十分复杂的混合物。根据膳食纤维溶解性的不同，可以将其分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）。膳食纤维的物理化学特性包括水合作用（吸水膨胀能力、溶解性、持水力和结合水力）、吸附能力、离子交换作用、发酵作用以及其具有类似填充剂的容积作用。尽管膳食纤维不能为人体提供任何营养，但对人体具有重要的生理功能。膳食纤维具有预防心血管疾病、肥胖症、糖尿病、高血压、改善肠道内菌群功能、减少胃肠癌症发生、清除外源有害物质、抗氧化、清除自由基等生理效应，被称为继糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七营养素”。另外。膳食纤维能够延缓和减少人体对重金属等有害物质的吸收，有减少和预防有害化学物质对人体毒害的作用。
根据原料的不同和产品性质的不同，关于膳食纤维的提取方法也有很多种。目前，国内外普遍采用的主要的提取方法有化学提取法、酶提取法、化学-酶结合提取法、膜分离法和发酵法。赵全利等人（赵全利，吉欣，吕奇等。芹菜膳食纤维制备工艺的探讨 [J]. 现代食品科技, 2006, 22(4): 142-144.）采用正交设计法，研究了以榨汁后的芹菜渣为原料来提取芹菜膳食纤维的工艺。该实验以产率和不溶性膳食纤维含量为主要指标，比较出碱解与酸解的最佳工艺。实验的最佳工艺结果表明：芹菜膳食纤维总产率达79.5%，其中不溶性膳食纤维含量达69.0%，溶胀性为12.2 mL/g ，持水力为2.11 g/g。Aurora（Aurora Napolitano. Treatment of cereal products with a tailored preparation of trichoderma enzymes increases the amount of soluble dietary fiber [J]. Food Chemistry, 2006, 20(4): 7863-7869.）用木霉酶处理小麦和大麦，使得提取的总膳食纤维的量基本没有变化，而可溶性膳食纤维的量提高了3倍。冯志强等（冯志强，李梦琴，刘燕燕。 生物酶法提取麦麸膳食纤维的研究 [J]. 现代食品科技, 2006, 22(1): 8-10.）采用生物酶法提取麦麸中的膳食纤维的提取工艺，研究得出酶法提取的最佳工艺组合为：混合酶制剂用量为0.3%，α-淀粉酶与糖化酶用量的比值为1:1，混合酶的酶解时间为30 min，蛋白酶制剂的用量为0.5%，蛋白酶的酶解时间为30 min，此时提取的膳食纤维得率为72%。刘达玉等（刘达玉, 左勇. 酶解法提取薯渣膳食纤维的研究 [J]. 食品工业科技, 2005, 26(5): 90-92.）以干薯渣为原料，采用酶法水解淀粉、蛋白质的提取方法，探讨了薯渣中淀粉、蛋白质水解的工艺条件。该实验结果表明，提取的产品总膳食纤维含量达到78%以上，是薯渣粉含量的2.76倍，淀粉含量3.09%，仅为原料中淀粉的1.80%，而蛋白质也只有原料中的14.31%。针对果渣中膳食纤维提取的研究相对较少，其中唐孝青等（唐孝青, 焦凌霞,等. 梨渣膳食纤维的制备及功能性的研究 [J]. 西北农业学报, 2010, 19 (9).）人，用NaOH对梨渣中可溶性膳食纤维进行提取，探讨提取时间、温度、液料比等对提取率的影响，优化提取工艺并测定可溶性膳食纤维的抗氧化能力。结果表明，最佳提取工艺条件为NaOH 质量浓度30 mg/mL，提取时间2.38 h，液料比9.58，温度89.63℃，膳食纤维的提取率为13.86%；梨渣膳食纤维对O2 -和DPPH的最高清除率分别为41.32%和60.28%，说明从梨渣中提取的可溶性膳食纤维具有较强的抗氧化作用。
半纤维素酶可促进纤维素、半纤维素分解，引起植物细胞壁溶解，使更多的植物细胞内溶物释放出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质可提高水溶性膳食纤维的含量和品质。酶解法作为一种条件温和、操作简单、提取率高，产品纯度高的提取方法，成为膳食纤维改性的一条新途径。目前对于果渣中膳食纤维的提取工艺研究较少，工艺方法尚未成熟。
中国是浓缩果汁的重要生产国，除苹果汁外，近年来，国际市场对梨汁的需求量也在不断增加，许多果汁生产企业改变了以往单一生产苹果汁的模式，也纷纷生产一定量的梨汁。同生产苹果汁一样，梨汁生产过程中也会产生大量的梨渣，由于梨渣中含有大量的石细胞，直接用作饲料适口性较差，一般常常作为废料遭到弃丢，不仅浪费资源，而且严重污染环境。梨渣中含有大量的膳食纤维，但鲜见从梨渣中提取膳食纤维的研究报道，尤其是利用半纤维素酶提取梨渣中膳食纤维的研究还未见报道。
发明内容
为了回收利用废弃梨渣，提高砀山梨的附加值，本发明提供一种提取梨渣中膳食纤维的工艺方法。
提取梨渣中膳食纤维的工艺方法包括以下操作步骤：（1）梨渣预处理，（2）超声波辅助酶解，（3）乙醇沉淀，（4）干燥得到梨渣膳食纤维；梨渣膳食纤维中包括梨渣可溶性膳食纤维和梨渣不溶性膳食纤维，其中梨渣可溶性膳食纤维的提取率达到13%~15%，在20~80 ℃所述可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强；梨渣不溶性膳食纤维具有良好的持水力和膨胀力，是一种高品质的膳食纤维。该提取工艺较简单，所需酶种类少，酶解时间短，成本低廉，适于产业化应用。
提取梨渣中膳食纤维的具体的制备操作步骤如下：
（1）梨渣预处理：
① 原料的收集：将果汁加工生产中丢弃的梨皮、梨核、梨渣收集起来统称为梨渣，其中梨皮要切成1 cm左右长小块；
② 破碎榨汁：将所述梨渣和水按质量比1000 g ：500 g 的比例榨汁，收集榨汁后的湿梨渣；
③ 干燥：将湿梨渣在温度80℃条件下，烘干24 h，至梨渣恒重得到干梨渣；
④ 粉碎：将干梨渣粉碎，过60目筛，得到梨渣粉；
（2）超声波辅助酶解：
将3 g梨渣粉加入40~55 mL的pH值4.6的柠檬酸缓冲液中，加入40~50 U/g的半纤维素酶，温度50~55 ℃恒温水浴水解1 h，超声辅助酶解15~20 min，再温度50~55 ℃恒温水浴水解4~5 h，温度100 ℃灭酶5 min，得到梨渣酶解液；
将梨渣酶解液真空抽滤，分别收集滤渣和滤液；
所述滤渣温度80℃条件下烘干24 h，至滤渣恒重，粉碎，即得梨渣不溶性膳食纤维；
（3）乙醇沉淀：
所述滤液温度60 ℃条件下，真空浓缩40~60 min，直至浓缩液为原滤液的四分之一，得到浓缩滤液；
按体积比1:4向所述浓缩滤液中加入无水乙醇，静置沉淀24 h，温度20℃、转速5000 rpm条件下离心10 min，倒出上清液，收集沉淀得到梨渣可溶性膳食纤维稠状物；
（4）干燥成品：
将梨渣可溶性膳食纤维稠状物在温度60℃条件下烘干24 h，至恒重得烘干梨渣可溶性膳食纤维；
将烘干梨渣可溶性膳食纤维粉碎，过60目筛，得到粉状的梨渣可溶性膳食纤维；梨渣可溶性膳食纤维的提取率为13%~15%，在温度20~80 ℃条件下，梨渣可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强。
本发明的有益技术效果体现在以下方面：
（1）本发明首次采用超声波辅助酶法提取梨渣中的膳食纤维，提高了可溶性膳食纤维的提取率。对梨渣的回收利用，有效的提高了梨品的附加值，且避免了大量梨渣的排放，有益于环境保护；
（2）本发明所采用的工艺条件温和，生产过程废液还可回收再利用，无有毒物质排放，不对环境产生危害；
（3）本发明所采用的提取工艺较简单，所需酶种类少，酶解时间短，成本低廉，适于产业化应用；
（4）本发明得到的梨渣膳食纤维分为梨渣可溶性膳食纤维和梨渣不溶性膳食纤维。其中梨渣可溶性膳食纤维提取率可达到13%~15%，在20~80℃该可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强；梨渣不溶性膳食纤维具有良好的持水力和膨胀力，是一种高品质的膳食纤维。
具体实施方式
下面通过实施例，对本发明作进一步详细说明。
以下实施例所用原料来源的说明：柠檬酸（食品级），购于河南亿特化工产品有限公司；半纤维素酶（食品级）的酶活力为150000u/g，购于江苏锐阳生物科技有限公司。
实施例1：
（1）梨渣预处理：
① 原料的收集：将果汁加工生产中丢弃的梨皮、梨核、梨渣收集起来统称为梨渣，其中梨皮要切成1 cm左右长小块；
② 破碎榨汁：将所述梨渣和水按质量比1000 g ：500 g 的比例榨汁，收集榨汁后的湿梨渣；
③ 干燥：将湿梨渣在温度80℃条件下，烘干24 h，至梨渣恒重得到干梨渣；
④ 粉碎：将干梨渣粉碎，过60目筛，得到梨渣粉；
（2）超声波辅助酶解：
将3 g梨渣粉加入40mL的pH值4.6的柠檬酸缓冲液中，加入40 U/g的酶活力为150000 u/g的半纤维素酶，温度50 ℃恒温水浴水解1 h，温度50~55 ℃、40 KHz条件下超声辅助酶解15 min，再温度50 ℃恒温水浴水解4 h，温度100 ℃灭酶5 min，得到梨渣酶解液；
将梨渣酶解液真空抽滤，分别收集滤渣和滤液；
所述滤渣温度80℃条件下烘干24 h，至滤渣恒重，粉碎，即得梨渣不溶性膳食纤维；
（3）乙醇沉淀：
所述滤液温度60 ℃条件下，真空浓缩40~60 min，直至浓缩液为原滤液的四分之一，得到浓缩滤液；
按体积比1:4向所述浓缩滤液中加入无水乙醇，静置沉淀24 h，温度20℃、转速5000 rpm条件下离心10 min，倒出上清液，收集沉淀得到梨渣可溶性膳食纤维稠状物；
上述倒出上清液主要为乙醇，可采用浓缩设备对其进行浓缩回收，再次用于梨渣可溶性膳食纤维的沉淀使用；
（4）干燥成品：
将梨渣可溶性膳食纤维稠状物在温度60℃条件下烘干24 h，至恒重得烘干梨渣可溶性膳食纤维；将烘干梨渣可溶性膳食纤维粉碎，过60目筛，得到粉状的梨渣可溶性膳食纤维；梨渣可溶性膳食纤维的提取率为13%，在温度20~80 ℃条件下，梨渣可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强。
实施例2：
（1）梨渣预处理：
① 原料的收集：将果汁加工生产中丢弃的梨皮、梨核、梨渣收集起来统称为梨渣，其中梨皮要切成1 cm左右长小块；
② 破碎榨汁：将所述梨渣和水按质量比1000 g ：500 g 的比例榨汁，收集榨汁后的湿梨渣；
③ 干燥：将湿梨渣在温度80℃条件下，烘干24 h，至梨渣恒重得到干梨渣；
④ 粉碎：将干梨渣粉碎，过60目筛，得到梨渣粉；
（2）超声波辅助酶解：
将3 g梨渣粉加入55 mL的pH值4.6的柠檬酸缓冲液中，加入50 U/g的酶活力为150000 u/g的半纤维素酶，温度55 ℃恒温水浴水解1 h，温度55 ℃、40 KHz条件下超声辅助酶解20 min，再温度55 ℃恒温水浴水解5 h，温度100 ℃灭酶5 min，得到梨渣酶解液；
将梨渣酶解液真空抽滤，分别收集滤渣和滤液；
所述滤渣温度80℃条件下烘干24 h，至滤渣恒重，粉碎，即得梨渣不溶性膳食纤维；
（3）乙醇沉淀：
所述滤液温度60 ℃条件下，真空浓缩40~60 min，直至浓缩液为原滤液的四分之一，得到浓缩滤液；
按体积比1:4向所述浓缩滤液中加入无水乙醇，静置沉淀24 h，温度20℃、转速5000 rpm条件下离心10 min，倒出上清液，收集沉淀得到梨渣可溶性膳食纤维稠状物；
上述倒出上清液主要为乙醇，可采用浓缩设备对其进行浓缩回收，再次用于梨渣可溶性膳食纤维的沉淀使用；
（4）干燥成品：
将梨渣可溶性膳食纤维稠状物在温度60℃条件下烘干24 h，至恒重得烘干梨渣可溶性膳食纤维；将烘干梨渣可溶性膳食纤维粉碎，过60目筛，得到粉状的梨渣可溶性膳食纤维；梨渣可溶性膳食纤维的提取率为15%，在温度20~80 ℃条件下，梨渣可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强。
实施例3：
（1）梨渣预处理：
① 原料的收集：将果汁加工生产中丢弃的梨皮、梨核、梨渣收集起来统称为梨渣，其中梨皮要切成1 cm左右长小块；
② 破碎榨汁：将所述梨渣和水按质量比1000 g ：500 g 的比例榨汁，收集榨汁后的湿梨渣；
③ 干燥：将湿梨渣在温度80℃条件下，烘干24 h，至梨渣恒重得到干梨渣；
④ 粉碎：将干梨渣粉碎，过60目筛，得到梨渣粉；
（2）超声波辅助酶解：
将3 g梨渣粉加入48 mL的pH值4.6的柠檬酸缓冲液中，加入45 U/g的酶活力为150000 u/g的半纤维素酶，温度53 ℃恒温水浴水解1 h，温度53 ℃、40 KHz条件下超声辅助酶解18 min，再温度53 ℃恒温水浴水解4.5 h，温度100 ℃灭酶5 min，得到梨渣酶解液；
将梨渣酶解液真空抽滤，分别收集滤渣和滤液；
所述滤渣温度80℃条件下烘干24 h，至滤渣恒重，粉碎，即得梨渣不溶性膳食纤维；
（3）乙醇沉淀：
所述滤液温度60 ℃条件下，真空浓缩40~60 min，直至浓缩液为原滤液的四分之一，得到浓缩滤液；
按体积比1:4向所述浓缩滤液中加入无水乙醇，静置沉淀24 h，温度20℃、转速5000 rpm条件下离心10 min，倒出上清液，收集沉淀得到梨渣可溶性膳食纤维稠状物；
上述倒出上清液主要为乙醇，可采用浓缩设备对其进行浓缩回收，再次用于梨渣可溶性膳食纤维的沉淀使用；
（4）干燥成品：
将梨渣可溶性膳食纤维稠状物在温度60℃条件下烘干24 h，至恒重得烘干梨渣可溶性膳食纤维；将烘干梨渣可溶性膳食纤维粉碎，过60目筛，得到粉状的梨渣可溶性膳食纤维；梨渣可溶性膳食纤维的提取率为14%，在温度20~80 ℃条件下，梨渣可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强。
Claims (5)
1.提取梨渣中膳食纤维的工艺方法，其特征在于包括以下操作步骤：（1）梨渣预处理，（2）超声波辅助酶解，（3）乙醇沉淀，（4）干燥得到梨渣膳食纤维；梨渣膳食纤维中包括梨渣可溶性膳食纤维和梨渣不溶性膳食纤维，其中梨渣可溶性膳食纤维的提取率达到13%~15%，在20~80 ℃所述可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强；梨渣不溶性膳食纤维具有良好的持水力和膨胀力，是一种高品质的膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的提取梨渣中膳食纤维的工艺方法，其特征在于具体的制备操作步骤如下：
（1）梨渣预处理：
① 原料的收集：将果汁加工生产中丢弃的梨皮、梨核、梨渣收集起来统称为梨渣，其中梨皮要切成1 cm左右长小块；
② 破碎榨汁：将所述梨渣和水按质量比1000 g ：500 g 的比例榨汁，收集榨汁后的湿梨渣；
③ 干燥：将湿梨渣在温度80℃条件下，烘干24 h，至梨渣恒重得到干梨渣；
④ 粉碎：将干梨渣粉碎，过60目筛，得到梨渣粉；
（2）超声波辅助酶解：
将3 g梨渣粉加入40~55 mL的pH值4.6的柠檬酸缓冲液中，加入40~50 U/g的半纤维素酶，温度50~55 ℃恒温水浴水解1 h，超声辅助酶解15~20 min，再温度50~55 ℃恒温水浴水解4~5 h，温度100 ℃灭酶5 min，得到梨渣酶解液；将梨渣酶解液真空抽滤，分别收集滤渣和滤液；所述滤渣温度80℃条件下烘干24 h，至滤渣恒重，粉碎，即得梨渣不溶性膳食纤维；
（3）乙醇沉淀：
所述滤液温度60 ℃条件下，真空浓缩40~60 min，直至浓缩液为原滤液的四分之一，得到浓缩滤液；按体积比1:4向所述浓缩滤液中加入无水乙醇，静置沉淀24 h，温度20℃、转速5000 rpm条件下离心10 min，倒出上清液，收集沉淀得到梨渣可溶性膳食纤维稠状物；
（4）干燥成品：
将梨渣可溶性膳食纤维稠状物在温度60℃条件下烘干24 h，至恒重得烘干梨渣可溶性膳食纤维；将烘干梨渣可溶性膳食纤维粉碎，过60目筛，得到粉状的梨渣可溶性膳食纤维；梨渣可溶性膳食纤维的提取率为13%~15%，在温度20~80 ℃条件下，梨渣可溶性膳食纤维的溶解性均稳定在85%以上，并且抗氧化能力较强。
3.根据权利要求2所述的提取梨渣中膳食纤维的工艺方法，其特征在于：所述步骤（2）的半纤维素酶处理中所述半纤维素酶的酶活力为150000 u/g。
4.根据权利要求2所述的提取梨渣中膳食纤维的工艺方法，其特征在于：所述步骤（2）中超声辅助酶解的温度为50~55 ℃、超声功率为40 KHz。
5.根据权利要求2所述的提取梨渣中膳食纤维的工艺方法，其特征在于：所述步骤（3）中倒出上清液主要为乙醇，可采用浓缩设备对其进行浓缩回收，再次用于梨渣可溶性膳食纤维的沉淀使用。
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