CN104544137B - 一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的新方法，所述麦麸膳食纤维为富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维，其含量达16.08％以上，是以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：原料预处理、碱性溶液快速提取、乙醇沉淀、加水复悬和蒸汽爆破、复合蛋白酶水解、复合淀粉酶水解、二次醇沉和筛分。该膳食纤维产品不仅具有很高的麦麸膳食纤维得率和膳食纤维纯度，而且，该膳食纤维产品中阿拉伯木聚糖含量和可溶性膳食纤维含量也均很高，使得该产品兼具良好的持水性、黏性等功能特性和润肠通便、控制血糖、降血脂、调节人体免疫力和预防结肠癌等多种生理功能，为麦麸膳食纤维在食品中广泛应用提供优质原料保证。

Description

一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法

技术领域

本发明涉及食品加工技术领域，尤其涉及一种以麦麸为原料，制备富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维的方法。

背景技术

麦麸是小麦类加工的主要大宗副产物，麦麸主要包括加工中未被利用的籽粒的表皮、果皮、种皮、珠心层和糊粉层，约占籽粒重量的25％，我国每年产生的麦麸达2000万吨，麦麸主要由膳食纤维、淀粉和蛋白质组成，还含有磷、钾、钠、镁、铁、锌、硒、铜、、锰等矿物元素和胡萝卜素、硫胺素、核黄素、烟酸等多种维生素，其中膳食纤维约占45％-50％，淀粉约占15％-20％，蛋白质约占14％-18％。由此可见，麦麸是一种可再生资源。因此，如何有效利用现有资源，深度开发高附加值产品，是世界各国小麦类加工产业发展趋势，尤其是占副产物绝大部分的麦麸综合利用技术的研究具有重大意义。

谷物因为富含膳食纤维而广受关注，而增加谷物膳食纤维的摄入量能够有效地增殖肠道中的有益菌和改善肠道菌群的结构，对糖尿病、心血管疾病、肥胖以及结肠癌等慢性疾病均具有良好的预防作用。由于膳食纤维对人体的保健作用，它被列为继糖、蛋白、脂肪、水、矿物质元素和维生素之后的“第七大营养素”，亦被称为“肠道清道夫”。研究证实，膳食纤维的主要组成成分阿拉伯木聚糖具有高粘度、高持水力等性质，可广泛作为增稠剂和保湿剂而应用于饮料、冰淇淋、调味制品和乳制品等体系中；阿拉伯木聚糖对于面团的形成和面包的焙烤品质也有显著的改善作用，还可作为结构改良剂，控制蔗糖结晶、延长食品货架期，改善面包的焙烤品质。此外，阿拉伯木聚糖作为功能性多糖，能促进肠道有益菌的生长、改善肠道环境，具有潜在的益生效应，并具有润肠通便、控制血糖、降血脂、调节人体免疫力和预防结肠癌等多种生理功能。

麦麸中不仅含有淀粉和蛋白质等，而且其含有的大量膳食纤维中，阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖和纤维素等主要膳食纤维组分紧密缔合，构成致密的细胞壁网络结构，这使得麦麸的水溶性膳食纤维含量较低，而水不溶性膳食纤维含量较高，从而限制了麦麸膳食纤维在食品体系中的应用。现有麦麸膳食纤维提取中，淀粉去除工艺主要是酶法、化学法，蛋白质去除工艺主要是酶法和碱溶酸沉法，由此，现有麦麸膳食纤维制备工艺可以分为：双酶法、生物化学法、酶与化学结合等方法，此外在麦麸膳食纤维提取过程中还辅以微波、超声波等手段，提高膳食纤维得率和纯度，缩短麦麸膳食纤维提取制备时间。

不同的提取方式所得到的膳食纤维具有不同的粘度、持水力等理化性质，并具有不同的功能和用途。现有技术通常仅采用一种提取方法，存在产品单一、水溶性膳食纤维得率低等技术问题。采用不同提取方法对膳食纤维进行分步连续提取，既能达到不同种类膳食纤维的单独制备，以满足市场、企业和消费者对产品多样性的要求，又能提高可溶性膳食纤维的总提取率。

因此，以麦麸为原料制备不同组成、性质和功能的膳食纤维系列产品，将其开发为天然的品质改良剂或天然保健食品功能因子，对预防慢性代谢性疾病、保障人体健康起着重要作用，并具有广阔的市场前景和良好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维的方法，通过采用多种不同的技术的组合，使得提取获得的膳食纤维不仅具有很高的麦麸膳食纤维得率和膳食纤维纯度，而且，该膳食纤维产品中阿拉伯木聚糖含量和可溶性膳食纤维含量也均很高，使得该产品兼具良好的持水性、黏性等功能特性和润肠通便、控制血糖、降血脂、调节人体免疫力和预防结肠癌等多种生理功能，为麦麸膳食纤维在食品中广泛应用提供优质原料保证。

为达到上述发明目的，本发明提供一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法，所述麦麸膳食纤维为富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维，以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：原料预处理、碱性溶液快速提取、乙醇沉淀、加水复悬和蒸汽爆破、复合蛋白酶水解、复合淀粉酶水解、二次醇沉和筛分。

进一步的，本发明的以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的新方法，所述麦麸膳食纤维为富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维，以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：

(1)原料预处理：将麦麸超微粉碎后，过100～200目筛，获得麦麸微粉，于常温下贮存备用；

(2)碱性溶液快速提取：将步骤(1)的麦麸微粉加入碱性溶液进行快速提取获得麦麸悬浊液；

(3)乙醇沉淀：将无水乙醇按3～5：1的体积比加入至步骤(2)制得的麦麸悬浊液中，搅拌混合均匀，于3000～5000r/min离心10-20min，收集沉淀干燥后备用，乙醇回收利用；

(4)加水复悬和蒸汽爆破：按料液比1：10～20加水使经步骤(3)处理并沉淀干燥后的麦麸重新制成悬浊液，搅拌混合均匀，于200～250℃下蒸汽爆破处理8-10min，获得蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液；

(5)复合蛋白酶水解：使步骤(4)蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液冷却至45-60℃，采用NaOH调节pH值至8.0-9.0，加入复合蛋白酶并保温在45-55℃下酶解0.5-1.0h获得蛋白酶水解产物；

(6)复合淀粉酶水解：添加HCl至蛋白酶水解产物中调节pH值4.5-5.5，然后升温至50-55℃，加入复合淀粉酶进行保温水解40-60min获得淀粉酶水解产物；

(7)二次醇沉和筛分：将无水乙醇按3～4：1的体积比加入至步骤(6)的淀粉酶水解产物中，搅拌混合均匀，静置沉淀10-30min，取沉淀用100-400目筛进行筛分处理，筛分频率为100-200r/min，收集筛网截留部分，干燥后粉碎即得麦麸膳食纤维。

进一步的，所述步骤(2)中，所述快速提取的条件为：pH11.0～13.0，料液比1：10～20，转速为3000～6000r/min，提取时间1.0～3.0min。

进一步的，所述步骤(5)中，所述复合蛋白酶由碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶按照3:1:1的比例混合制成，其添加量为0.5-1.0g/100mL。

进一步的，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照3:1:2的比例混合制成，其添加量为2.1-2.5g/100mL。

本发明的技术路线及其机理和有益效果如下：

针对麦麸加工产品附加值低的现状，以麦麸为原料，开展麦麸膳食纤维提取，作为高生理活性麦麸膳食纤维在食品中应用，将极大提高麦麸加工的经济效益。

麦麸——原料预处理——碱性溶液快速提取——乙醇沉淀——加水复悬——蒸汽爆破——复合蛋白酶水解——复合淀粉酶水解——二次醇沉——筛分

超微粉碎可以使麦麸的粒径降低至150μm以下，增加了其比表面积，有利于后续的碱性溶液快速提取、蒸汽爆破、复合酶水解等工艺的顺利进行。

碱性溶液快速提取借助闪式提取装置进行提取。闪式提取装置，又称闪式提取机，是一种用于植物软、硬材料快速提取的新型提取装置，它依靠高速机械剪切力和超动分子渗滤技术，在室温及溶剂存在下数十秒钟内把植物的根、茎、叶、花、果实等物料破碎至细微颗粒，并使有效成分迅速达到组织内外平衡，通过过滤达到提取之目的，目前仅用于中药功效成分的提取。本发明创造性地将闪式提取机用于麦麸膳食纤维的提取，实现了在室温及溶液存在下很短时间内将麦麸破碎至更细微颗粒，并使其可溶性成分迅速分散在溶液中，利用了碱性溶液能够促进细胞壁聚合物分子间的化学和物理作用的解除，使得细胞壁融胀、结构疏松，进而有利于膳食纤维的充分溶出，在提高水溶性膳食纤维得率的同时显著地降低提取时间，经本发明证实仅需要1-3min即可实现高效提取。

乙醇沉淀利用了膳食纤维在高浓度乙醇溶液中的溶解特性，使得大量的的膳食纤维(包括可溶性的，如阿拉伯木聚糖、少量果胶，不溶性的，如纤维素、半纤维素、木质素、原果胶，以及淀粉和部分蛋白质一起沉淀下来，充分的提高了提取得率。

将沉淀加水复悬后利用新型加工手段蒸汽爆破进行处理，爆破后的产物包括，膳食纤维(可溶性的，如阿拉伯木聚糖、果胶，不溶性的，如纤维素、半纤维素、木质素)，以及糊化后淀粉、变性后蛋白，还有少量纤维素分解后产物。

先后进行的特异性的复合蛋白酶水解和复合淀粉酶水解，主要是针对性地去除上述爆破后产物中的糊化后淀粉和变性后蛋白质，即将蛋白质水解为多肽或者短肽，将淀粉水解成为寡糖或者葡萄糖，从而实现了淀粉、蛋白质等杂质与膳食纤维的分离。

水解后二次醇沉，即是将酶解后产物中膳食纤维留下来，而去掉低分子或小分子的寡糖、单糖、多肽或者短肽、氨基酸等，最终醇沉后获得的是膳食纤维，其中，阿拉伯木聚糖含量较高。通过筛分即可高效地实现分离麦麸膳食纤维的目的。

本发明的提取工艺，工艺方法较为简单，易于操作和大规模推广应用，并且，整个工序所耗时间较短，经济型极强，所得麦麸膳食纤维得率、纯度以及阿拉伯木聚糖含量、可溶性膳食纤维含量均很高，经检测证实，采用本发明的上述新方法制得的麦麸膳食纤维产品的得率高达58.11％以上，麦麸膳食纤维纯度达到85.68％以上，麦麸膳食纤维中阿拉伯木聚糖含量达16.08％以上，麦麸膳食纤维中可溶性膳食纤维含量达21.98％以上，为麦麸膳食纤维在食品中广泛应用提供优质原料保证。

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1：一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的新方法，所述麦麸膳食纤维为富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维，以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：

(1)原料预处理：将麦麸超微粉碎后，过200目筛，获得麦麸微粉，于常温下贮存备用；

(2)碱性溶液快速提取：将步骤(1)的麦麸微粉加入碱性溶液进行快速提取获得麦麸悬浊液，所述快速提取的条件为：pH13.0，料液比1：20，转速为3000r/min，提取时间2.0min；

(3)乙醇沉淀：将无水乙醇按4：1的体积比加入至步骤(2)制得的麦麸悬浊液中，搅拌混合均匀，于5000r/min离心10min，收集沉淀干燥后备用，乙醇回收利用；

(4)加水复悬和蒸汽爆破：按料液比1：20加水使经步骤(3)处理并沉淀干燥后的麦麸重新制成悬浊液，搅拌混合均匀，于250℃下蒸汽爆破处理8min，获得蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液；

(5)复合蛋白酶水解：使步骤(4)蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液冷却至60℃，采用NaOH调节pH值至9.0，加入复合蛋白酶并保温在55℃下酶解1.0h获得蛋白酶水解产物，所述复合蛋白酶由碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶按照3:1:1的比例混合制成，其添加量为1.0g/100mL；

(6)复合淀粉酶水解：添加HCl至蛋白酶水解产物中调节pH值5.5，然后升温至55℃，加入复合淀粉酶进行保温水解40min获得淀粉酶水解产物，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照3:1:2的比例混合制成，其添加量为2.1g/100mL；

(7)二次醇沉和筛分：将无水乙醇按3：1的体积比加入至步骤(6)的淀粉酶水解产物中，搅拌混合均匀，静置沉淀20min，取沉淀用300目筛进行筛分处理，筛分频率为100r/min，收集筛网截留部分，干燥后粉碎即得麦麸膳食纤维。

实施例2：一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的新方法，所述麦麸膳食纤维为富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维，以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：

(1)原料预处理：将麦麸超微粉碎后，过100目筛，获得麦麸微粉，于常温下贮存备用；

(2)碱性溶液快速提取：将步骤(1)的麦麸微粉加入碱性溶液进行快速提取获得麦麸悬浊液，所述快速提取的条件为：pH12.0，料液比1：15，转速为6000r/min，提取时间1.0min；

(3)乙醇沉淀：将无水乙醇按5：1的体积比加入至步骤(2)制得的麦麸悬浊液中，搅拌混合均匀，于3000r/min离心20min，收集沉淀干燥后备用，乙醇回收利用；

(4)加水复悬和蒸汽爆破：按料液比1：10加水使经步骤(3)处理并沉淀干燥后的麦麸重新制成悬浊液，搅拌混合均匀，于200℃下蒸汽爆破处理10min，获得蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液；

(5)复合蛋白酶水解：使步骤(4)蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液冷却至45℃，采用NaOH调节pH值至8.0，加入复合蛋白酶并保温在50℃下酶解0.5h获得蛋白酶水解产物，所述复合蛋白酶由碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶按照3:1:1的比例混合制成，其添加量为0.8g/100mL；

(6)复合淀粉酶水解：添加HCl至蛋白酶水解产物中调节pH值4.5，然后升温至50℃，加入复合淀粉酶进行保温水解60min获得淀粉酶水解产物，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照3:1:2的比例混合制成，其添加量为2.5g/100mL；

(7)二次醇沉和筛分：将无水乙醇按4：1的体积比加入至步骤(6)的淀粉酶水解产物中，搅拌混合均匀，静置沉淀30min，取沉淀用400目筛进行筛分处理，筛分频率为150r/min，收集筛网截留部分，干燥后粉碎即得麦麸膳食纤维。

实施例3：一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的新方法，所述麦麸膳食纤维为富含阿拉伯木聚糖的膳食纤维，以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：

(1)原料预处理：将麦麸超微粉碎后，过150目筛，获得麦麸微粉，于常温下贮存备用；

(2)碱性溶液快速提取：将步骤(1)的麦麸微粉加入碱性溶液进行快速提取获得麦麸悬浊液，所述快速提取的条件为：pH11.0，料液比1：10，转速为6000r/min，提取时间3.0min；

(3)乙醇沉淀：将无水乙醇按3：1的体积比加入至步骤(2)制得的麦麸悬浊液中，搅拌混合均匀，于4000r/min离心20min，收集沉淀干燥后备用，乙醇回收利用；

(4)加水复悬和蒸汽爆破：按料液比1：15加水使经步骤(3)处理并沉淀干燥后的麦麸重新制成悬浊液，搅拌混合均匀，于250℃下蒸汽爆破处理9min，获得蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液；

(5)复合蛋白酶水解：使步骤(4)蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液冷却至55℃，采用NaOH调节pH值至8.5，加入复合蛋白酶并保温在45℃下酶解1.0h获得蛋白酶水解产物，所述复合蛋白酶由碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶按照3:1:1的比例混合制成，其添加量为1.0g/100mL；

(6)复合淀粉酶水解：添加HCl至蛋白酶水解产物中调节pH值5.0，然后升温至55℃，加入复合淀粉酶进行保温水解60min获得淀粉酶水解产物，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照3:1:2的比例混合制成，其添加量为2.4g/100mL；

(7)二次醇沉和筛分：将无水乙醇按4：1的体积比加入至步骤(6)的淀粉酶水解产物中，搅拌混合均匀，静置沉淀25min，取沉淀用100目筛进行筛分处理，筛分频率为200r/min，收集筛网截留部分，干燥后粉碎即得麦麸膳食纤维。

对比例1：除未进行碱性溶液快速提取外，其它步骤和参数与实施例1相同。

对比例2：除未进行蒸汽爆破外，其它步骤和参数与实施例2相同。

对比例3：采用以下酶水解工艺替代步骤(5)和(6)，其它步骤和参数与实施例3相同

先用HCl溶液调节pH为5，接着加入α-淀粉酶，α-淀粉酶的作用条件：60min，温度为55℃，酶添加量为2.4g/100mL；再利用氢氧化钠调节pH为8.5，加入碱性蛋白酶，碱性蛋白酶的作用条件为：1h，温度为55℃，酶添加量为1.0g/100mL。

对比例4：采用以下酶水解工艺替代步骤(5)和(6)，其它步骤和参数与实施例3相同

先利用氢氧化钠调节pH为8.5，加入碱性蛋白酶，碱性蛋白酶的作用条件为：1h，温度为55℃，酶添加量为1.0g/100mL；再用HCl溶液调节pH为5，接着加入α-淀粉酶，α-淀粉酶的作用条件：60min，温度为55℃，酶添加量为2.4g/100mL。

实施例4：

对上述实施例1-3和对比例1-4制得的麦麸膳食纤维的得率、纯度(含量)以及产品中阿拉伯木聚糖、可溶性膳食纤维含量进行测定，其结果如下表所示：

其中：

麦麸膳食纤维得率＝麦麸膳食纤维产品重量÷获得该重量产品所用麦麸重量×100％；

麦麸膳食纤维纯度＝麦麸膳食纤维产品中膳食纤维的重量÷麦麸膳食纤维产品重量×100％；

麦麸膳食纤维中阿拉伯木聚糖含量＝麦麸膳食纤维产品中阿拉伯木聚糖重量÷麦麸膳食纤维产品重量×100％；

麦麸膳食纤维中可溶性膳食纤维含量＝麦麸膳食纤维产品中可溶性膳食纤维÷麦麸膳食纤维产品重量×100％。

通过上述实施例4中所体现的实施例1-3与对比例1-4的结果分析，不难看出，本发明在将超微粉碎、碱性溶液快速提取、醇沉、蒸汽爆破、复合淀粉酶和蛋白酶分步水解、二次醇沉和筛分等多种技术手段进行有序组合和反复改进、优化后用于麦麸膳食纤维的提取，不仅显著提高了麦麸膳食纤维产品的得率和纯度，而且使得产品中的阿拉伯木聚糖和可溶性膳食纤维的含量也有了极大的提高，其中，麦麸膳食纤维产品的得率高达58.11％以上，纯度达到85.68％以上，阿拉伯木聚糖含量达16.08％以上，可溶性膳食纤维含量达21.98％以上。这一技术进步不仅能够显著地提升麦麸膳食纤维产品的功能特性和保健特性从而扩大其应用范围，而且为麦麸膳食纤维在食品中广泛应用提供优质原料保证，此外，对于其他来源的膳食纤维的提取和工艺改进也提供了很好的借鉴作用。

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 (4)

1.一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于，它是以麦麸为原料依次进行如下工艺步骤：

(1)原料预处理：将麦麸超微粉碎后，过100～200目筛，获得麦麸微粉，于常温下贮存备用；

(2)碱性溶液快速提取：将步骤(1)的麦麸微粉加入碱性溶液进行快速提取获得麦麸悬浊液；

(3)乙醇沉淀：将无水乙醇按3～5：1的体积比加入至步骤(2)制得的麦麸悬浊液中，搅拌混合均匀，于3000～5000r/min离心10-20min，收集沉淀干燥后备用，乙醇回收利用；

(4)加水复悬和蒸汽爆破：按料液比1：10～20加水使经步骤(3)处理并沉淀干燥后的麦麸重新制成悬浊液，搅拌混合均匀，于200～250℃下蒸汽爆破处理8-10min，获得蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液；

(5)复合蛋白酶水解：使步骤(4)蒸汽爆破处理后的麦麸悬浊液冷却至45-60℃，采用NaOH调节pH值至8.0-9.0，加入复合蛋白酶并保温在45-55℃下酶解0.5-1.0h获得蛋白酶水解产物；

(6)复合淀粉酶水解：添加HCl至蛋白酶水解产物中调节pH值4.5-5.5，然后升温至50-55℃，加入复合淀粉酶进行保温水解40-60min获得淀粉酶水解产物；

(7)二次醇沉和筛分：将无水乙醇按3～4：1的体积比加入至步骤(6)的淀粉酶水解产物中，搅拌混合均匀，静置沉淀10-30min，取沉淀用100-400目筛进行筛分处理，筛分频率为100-200r/min，收集筛网截留部分，干燥后粉碎即得麦麸膳食纤维。

2.根据权利要求1所述的一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述快速提取的条件为：pH11.0～13.0，料液比1：10～20，转速为3000～6000r/min，提取时间1.0～3.0min。

3.根据权利要求1所述的一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述复合蛋白酶由碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶按照3:1:1的比例混合制成，其添加量为0.5-1.0g/100mL。

4.根据权利要求1所述的一种以麦麸为原料制备麦麸膳食纤维的方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述的复合淀粉酶由α-淀粉酶、β-淀粉酶和糖化酶按照3:1:2的比例混合制成，其添加量为2.1-2.5g/100mL。