CN104480161A - 一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法 - Google Patents

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张民
刘锐
王苗苗
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Abstract

本发明涉及一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，该主要以小麦麸皮为原料，利用超微粉碎辅助技术，结合复合酶解技术，先利用耐高温α-淀粉酶和糖化酶降解小麦麸皮中的淀粉，利用碱性蛋白酶降解蛋白质；再利用纤维素酶和木聚糖酶水解小麦麸皮中的纤维素和半纤维素；酶解上清液经浓缩、干燥后得到小麦麸皮低聚糖。本发明方法利用超微粉碎技术处理小麦麸皮，破坏细胞壁结构；采用复合酶体系，降解淀粉和蛋白质等杂质，利用小麦麸皮中的纤维素和半纤维素组分，酶解制备同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖的低聚糖，可提高了小麦麸皮中各种成分的利用率，减少了废弃物，降低环境污染。

Description

一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法
技术领域
本发明属于食品加工领域，尤其是一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法。
背景技术
小麦麸皮是我国大宗粮食副产物之一，开发和利用潜力巨大。麸皮中含有大量的戊聚糖，接近30％左右，同时，戊聚糖又是制备低聚糖的底物，所以小麦麸皮可用作制备低聚糖。低聚糖能够刺激小肠中乳酸菌和双歧杆菌大量增殖，抑制肠内腐败菌生长，改善肠道内的微生物环境，提高机体免疫力；低聚糖不能被口腔酶分解，与蔗糖并用时能阻止蔗糖被龋齿病原菌作用而生成水不溶性的高分子葡萄糖，具有无龋齿性和抗龋齿性；同时，低聚糖能促进钙的吸收，降血压、降低胆固醇含量、抗肿瘤、分解致癌物、清除肠内毒素增强免疫力等功效。20世纪70年代，日本开始研究功能性低聚糖，我国的低聚糖产业90年代刚刚起步，由于其优越的功能特性，低聚糖在食品、饲料、医药、农药等领域均有广泛的应用，并拥有巨大的发展前景。
目前，从小麦麸皮中提取膳食纤维的方法主要有化学法、发酵法、物理/化学-酶法等。化学法制备的低聚糖安全性不高，副反应较多，大量碱腐蚀设备，污染环境；发酵法制得的低聚糖得率低，虽操作简单，但反应不稳定，木聚糖酶解不充分，产品分离纯化困难；物理/化学-酶法制得的低聚糖得率高，反应条件温和，所得产物分离及精制较为容易，产品纯度高。
采用直接酶法处理天然原材料制备低聚糖要求原料易于被酶水解，而大多数原料中的木聚糖与纤维素和木质素紧密结合不宜被酶水解，因此常常采用物理、化学及生物学等预处理方法来提高原料对酶的敏感性。
通过检索，发现如下几篇与本发明专利申请相关的专利公开文献：
1、一种发酵麦麸联产低聚糖和膳食纤维的方法(CN102605022A)，涉及微生物发酵法同时制备麦麸低聚糖和膳食纤维的应用。本发明对小麦麸皮进行综合开发和利用，采用“一线多品”的麦麸高效生物深加工工艺路线，利用微生物发酵法同时制取麦麸膳食纤维及功能性低聚糖。本发明所述的微生物指出芽短梗霉单一菌种或出芽短梗霉与茶薪菇的混合菌种，发酵麦麸时，可将麦麸中淀粉、蛋白质等物质作为微生物生长所需的营养成分，使其在消耗这些物质的同时产生木聚糖酶，进而水解麦麸半纤维素生成低聚糖，同时制得膳食纤维。突破了以往单一产品开发为目标的研发思路，资源综合利用率高，生产成本低，无化学物质残留和环境污染，可形成“生态、低碳、高效循环”的加工技术新模式，可增加麦麸产品的附加值。
2、一种酶解小麦麸皮制备阿魏酰低聚糖的方法(CN1840673)，本发明是以小麦麸皮为原料，利用酶法脱淀粉、除蛋白质制备小麦麸皮不溶性膳食纤维，再利用枯草芽孢杆菌木聚糖酶水解小麦麸皮不溶性膳食纤维制备阿魏酰低聚糖，在优化反应条件下，阿魏酰低聚糖浓度达到1.497mmol/L。本发明实现了小麦麸皮的有效增值和利用，所制备的阿魏酰低聚糖具有卓越的生物活性，能够促进双歧杆菌生长和抑制自由基诱导的血红细胞氧化性伤害，对人体健康非常有益，具有很大的经济效益和社会效益。
3、低聚糖的生产方法和含有由此方法生产的低聚糖的饮料(CN1438319)，涉及由小麦麸皮生产低聚糖的方法和含有由此方法生产的低聚糖的饮料。该方法包括：将小麦麸皮干燥后粉碎；加入去离子水浸泡；进行均质处理；加入包括有植酸酶、纤维素酶、蛋白酶和低聚糖酶的复合酶制剂进行酶解，并调整pH值；进行杀酶处理；离心和过滤后得到含低聚糖的清液；对上述清液进行真空浓缩，以得到含可溶性低聚糖固形物的浓缩混合物。复合酶制剂中植酸酶用量为10－30U/g麸皮，纤维素酶用量为10－20U/g麸皮，蛋白酶用量为30－40U/g麸皮，低聚糖酶用量为20－30U/g麸皮。复合酶制剂还可包括淀粉酶，其用量为10－20U/g麸皮。还可利用乙醇、氢氧化钠和三氯乙酸，祛除可溶性蛋白质和肽而使低聚糖纯化。此方法所用时间短，效率高，成本低，适于工业化应用。
通过对比，本发明专利申请与上述专利公开文献存在本质的不同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，该方法利用超微粉碎技术处理小麦麸皮，破坏细胞壁结构；采用复合酶体系，降解淀粉和蛋白质等杂质，酶解制备同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖的低聚糖，可提高了小麦麸皮中各种成分的利用率，减少了废弃物，降低环境污染。
为了实现上述目的，本发明所采用的的技术方案如下：
一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，采用超微粉碎辅助方法，利用复合酶方法，降解小麦麸皮中的淀粉和蛋白质杂质，利用纤维素和半纤维素制备小麦麸皮低聚糖；
具体步骤如下：
⑴超微粉碎：小麦麸皮普通粉碎后，进行超微粉碎，得超微粉碎麦麸粉；
⑵复合酶解制备低聚糖：将超微粉碎麦麸粉与水按质量比1：8～1：20混匀，得浆料；利用耐高温α-淀粉酶、糖化酶水解浆料中的淀粉；利用碱性蛋白酶水解蛋白质；利用纤维素酶酶解，破除小麦麸皮细胞壁；利用木聚糖酶酶解木聚糖；经离心得酶解上清液，酶解上清液经浓缩、干燥后即得小麦麸皮低聚糖；
所述复合酶添加顺序为：耐高温α-淀粉酶、糖化酶、碱性蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶；
所述复合酶的酶解条件如下：
耐高温α-淀粉酶酶解条件：耐高温α-淀粉酶酶解条件：pH 5～7，温度90～100℃，添酶量100～110U/g，时间10～30min；
糖化酶酶解条件：pH 4～6，温度60～70℃，添酶量80～90U/g，时间20～30min；
碱性蛋白酶酶解条件：pH 7～8，温度50～70℃，添酶量0.015～0.02AU/g，酶解10～30min；
纤维素酶和木聚糖酶酶解条件：pH 4～6，温度40～50℃，纤维素酶添酶量5～10U/g；木聚糖酶添酶量30～40U/g，酶解1～4h。
而且，所述步骤⑴中超微粉碎麦麸粉为粒径小于100微米的超微粉碎麦麸粉。
而且，所述步骤⑵中离心的具体离心条件为3000～6000r/min下离心10～30min。
而且，所述步骤⑵中干燥的具体条件为-50℃冷冻干燥至固体。
而且，所述小麦麸皮低聚糖同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖。
本发明取得的优点和积极效果是：
1、本发明方法利用超微粉碎技术处理小麦麸皮，破坏细胞壁结构；采用复合酶体系，降解淀粉和蛋白质等杂质，利用小麦麸皮中的纤维素和半纤维素组分，酶解制备同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖的低聚糖，可提高了小麦麸皮中各种成分的利用率，减少了废弃物，降低环境污染，方法简单、成本低廉、操作方便。
2、本发明方法利用超微粉碎技术处理小麦麸皮，初步破坏细胞壁结构，提高了后续操作步骤中复合酶的酶解效率。
本发明方法采用复合酶体系，利用耐高温α-淀粉酶、糖化酶水解浆料中的淀粉；利用碱性蛋白酶水解蛋白质；针对超微粉碎处理初步破坏的麸皮细胞壁中的纤维素，利用纤维素酶水解纤维素，破除小麦麸皮细胞壁，使半纤维素更容易释放出来，经木聚糖酶水解木聚糖，能够获得同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖的低聚糖。
附图说明
图1为本发明方法制备得到的小麦麸皮低聚糖的气相色谱图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明；下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
本发明中所使用的试剂，如无特殊规定，均为本领域内常用试剂；本发明中所使用的方法，如无特殊规定，均为本领域内常用的方法。
实施例1
一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，具体步骤如下：
(1)超微粉碎：普通粉碎的小麦麸皮经超微粉碎为粒径小于100微米的麦麸粉；
(2)复合酶解制备低聚糖：将超微粉碎麦麸粉与水按质量比1：8混匀，得麦麸浆料；利用耐高温α-淀粉酶、糖化酶降解麦麸浆料淀粉(耐高温α-淀粉酶酶解条件：pH 5.0，温度90℃，添酶量100U/g，时间10min；糖化酶酶解条件：pH 4，温度60℃，添酶量80U/g，时间20min)；利用碱性蛋白酶降解蛋白质(酶解条件：pH 7，温度50℃，添酶量0.015AU/g，时间10min)；利用纤维素酶和木聚糖酶制备低聚糖(酶解条件：pH 4，温度40℃，纤维素酶添酶量8U/g，木聚糖酶添酶量34U/g，酶解1h)；经离心(3400r/min离心10min)、酶解上清液经浓缩、冷冻干燥(-50℃冷冻干燥24h)后密封保存，即完成小麦麸皮低聚糖的制备。
经检测，小麦麸皮低聚糖的得率为38.0％。
实施例2
一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，具体步骤如下：
(1)超微粉碎：普通粉碎的小麦麸皮经超微粉碎为粒径小于100微米的麦麸粉；
(2)复合酶解制备低聚糖：将超微粉碎麦麸粉与水按质量比1：20混匀，得麦麸浆料；利用耐高温α-淀粉酶、糖化酶降解麦麸浆料淀粉(耐高温α-淀粉酶酶解条件：pH 7.0，温度100℃，添酶量110U/g，时间30min；糖化酶酶解条件：pH 6，温度70℃，添酶量90U/g，时间30min)；利用碱性蛋白酶降解蛋白质(酶解条件：pH 8，温度70℃，添酶量0.02AU/g，时间30min)；利用纤维素酶和木聚糖酶制备低聚糖(酶解条件：pH 6，温度50℃，纤维素酶添酶量10U/g，木聚糖酶添酶量40U/g，酶解4h)；经离心(3400r/min离心30min)、酶解上清液经浓缩、冷冻干燥(-50℃冷冻干燥30h)后密封保存，即完成小麦麸皮低聚糖的制备。
经检测，小麦麸皮低聚糖的得率为35.6％。
实施例3
一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，具体步骤如下：
(1)超微粉碎：普通粉碎的小麦麸皮经超微粉碎为粒径小于100微米的麦麸粉；
(2)复合酶解制备低聚糖：将超微粉碎麦麸粉与水按质量比1：12混匀，得麦麸浆料；利用耐高温α-淀粉酶、糖化酶降解麦麸浆料淀粉(耐高温α-淀粉酶酶解条件：pH 6.0，温度95℃，添酶量110U/g，时间10min；糖化酶酶解条件：pH 5，温度60℃，添酶量90U/g，时间20min)；利用碱性蛋白酶降解蛋白质(酶解条件：pH 7，温度60℃，添酶量0.02AU/g，时间10min)；利用纤维素酶和木聚糖酶制备低聚糖(酶解条件：pH 5，温度40℃，纤维素酶添酶量10U/g，木聚糖酶添酶量30U/g，酶解2h)；经离心(3400r/min离心20min)、酶解上清液经浓缩、冷冻干燥(-50℃冷冻干燥36h)后密封保存，即完成小麦麸皮低聚糖的制备。
经检测，小麦麸皮低聚糖的得率为39.4％。
本发明超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法制备得到的小麦麸皮低聚糖同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖的低聚糖，见图1，由图1可知低聚糖主要由阿拉伯糖(21.461min)和木糖(22.965min)等五碳糖，以及甘露糖(31.868min)、半乳糖(32.820min)、葡萄糖(33.359min)等六碳糖组成，其单糖摩尔比为6.87：8.93：1：1.1：4.70。

Claims (5)

1.一种超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，其特征在于：采用超微粉碎辅助方法，利用复合酶方法，降解小麦麸皮中的淀粉和蛋白质杂质，利用纤维素和半纤维素制备小麦麸皮低聚糖；
具体步骤如下：
⑴超微粉碎：小麦麸皮普通粉碎后，进行超微粉碎，得超微粉碎麦麸粉；
⑵复合酶解制备低聚糖：将超微粉碎麦麸粉与水按质量比1：8～1：20混匀，得浆料；利用耐高温α-淀粉酶、糖化酶水解浆料中的淀粉；利用碱性蛋白酶水解蛋白质；利用纤维素酶酶解，破除小麦麸皮细胞壁；利用木聚糖酶酶解木聚糖；经离心得酶解上清液，酶解上清液经浓缩、干燥后即得小麦麸皮低聚糖；
所述复合酶添加顺序为：耐高温α-淀粉酶、糖化酶、碱性蛋白酶、纤维素酶和木聚糖酶；
所述复合酶的酶解条件如下：
耐高温α-淀粉酶酶解条件：耐高温α-淀粉酶酶解条件：pH 5～7，温度90～100℃，添酶量100～110U/g，时间10～30min；
糖化酶酶解条件：pH 4～6，温度60～70℃，添酶量80～90U/g，时间20～30min；
碱性蛋白酶酶解条件：pH 7～8，温度50～70℃，添酶量0.015～0.02AU/g，酶解10～30min；
纤维素酶和木聚糖酶酶解条件：pH 4～6，温度40～50℃，纤维素酶添酶量5～10U/g；木聚糖酶添酶量30～40U/g，酶解1～4h。
2.根据权利要求1所述的超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，其特征在于：所述步骤⑴中超微粉碎麦麸粉为粒径小于100微米的超微粉碎麦麸粉。
3.根据权利要求1所述的超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，其特征在于：所述步骤⑵中离心的具体离心条件为3000～6000r/min下离心10～30min。
4.根据权利要求1所述的超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，其特征在于：所述步骤⑵中干燥的具体条件为-50℃冷冻干燥至固体。
5.根据权利要求1至4任一项所述的超微粉碎辅助酶法制备小麦麸皮低聚糖的方法，其特征在于：所述小麦麸皮低聚糖同时含有低聚六碳糖和低聚五碳糖。
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