CN105231288A - 一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，工艺流程包括：豆渣→烘干→粉碎→过筛→加水→加入纤维素酶液→酶解→灭酶→加蛋白酶→酶解→灭酶→过滤→加乙醇→沉淀→过滤。本发明综合考虑粉碎的程度、挤压的条件、不同的酶加入量及酶作用条件等对提取率影响的因素，利用酶将豆渣中的其他杂质酶解，再通过可溶性膳食的醇沉特性进行提取，本发明工艺提高了豆渣可溶性膳食纤维的得率，所得产品的感官品质较好。

Description

一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺

技术领域

本发明涉及食品深加工技术领域，具体涉及一种高效、高纯度的酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺。

背景技术

膳食纤维是指不能被人体利用的多糖，人类的胃肠道中消化酶无法消化膳食纤维，故其不易被人体吸收。这类多糖主要来自植物细胞壁的复合碳水化合物，也可称之为非淀粉多糖，即非α-葡聚糖的多糖。它分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。膳食纤维的营养价值越来越受到人们的关注，对其研究也越来越深入，现在膳食纤维是人们公认的继蛋白质、碳水化合物、脂肪、维生素、矿物质和水这六大营养素之后的第七类营养素。

中国是大豆的故乡，拥有悠久的大豆种植历史，现在每年都有大量的大豆用于各种豆制品、油料的生产。豆渣是豆制品加工工艺过程中的副产品，每年由于大豆加工行业加工生产而产生的湿豆渣达到2000万吨，这些豆渣都作为饲料用于喂猪或者直接废弃，到夏天豆渣又会发酸发臭，这使得豆渣不仅成为一种被浪费的资源，同时还造成了环境污染。豆渣中富含膳食纤维及蛋白质、维生素等营养成分，在安全性上也无问题，价格低廉，膳食纤维含量高。有研究指出，大豆豆渣在开发功能性食品的应用和分离提取豆渣中的膳食纤维具有广阔前景。

目前，国内外对于豆渣中膳食纤维的提取工艺研究甚少，更多的是在玉米皮、橘子渣、小麦麸皮、果渣皮、香蕉皮等进行膳食纤维的提取。提取的方法根据可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的不同，工艺也有所不同。在可溶性膳食纤维的提取中以化学法提取为主，酶法研究较少。这是因为化学法提取膳食纤维的工艺比较便捷，成本也低，综合考虑下许多工业化生产选择化学法提取膳食纤维。

但是，化学法也有其弊端，就是豆渣提取过程中对膳食纤维的理化性质及其生理功能影响显著，如热碱浸泡和反复用水漂洗既降低了膳食纤维的产率，又使产品的持水力和膨胀力明显下降，而且化学法会产生的各种化学污染。因此，需要不断的进行工艺的改进，寻求更加合理有效的方法。

采用现有技术进行提取时，无法综合考虑提取过程中的综合考虑粉碎的程度、挤压的条件、不同的酶加入量及酶作用条件等对提取率影响的因素，以及，无法较为彻底的使不可溶性膳食纤维与可溶性膳食纤维分离，所提取的可溶性膳食纤维纯度较低、得率较低。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将豆渣烘干粉碎得到豆渣粉；

(2)每克豆渣粉加入蒸馏水10～15ml以及pH5.5～6.5的乙酸-乙酸钠缓冲液5～7ml，得到豆渣浆；

(3)向豆渣浆加入纤维素酶进行第一次酶解，纤维素酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:纤维素酶＝1g:0.8～1.2mg，得到第一酶解豆渣浆；

(4)对第一酶解豆渣浆进行第一次灭酶处理，第一灭酶豆渣浆；

(5)向第一灭酶豆渣浆中加入中性蛋白酶进行第二次酶解，中性蛋白酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:中性蛋白酶＝1g:0.7～1mg，得到第二酶解豆渣浆；

(6)对第二酶解豆渣浆进行第二次灭酶处理，得到第二灭酶豆渣浆；

(7)对第二灭酶豆渣浆进行离心分离，过滤取滤液，加入3～5倍体积的无水乙醇进行醇沉，再过滤得到的滤渣即为所述豆渣中可溶性膳食纤维。

所述豆渣粉为过80～120目筛所得粉末。

所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法如下：醋酸钠54.6g，加1mol/l醋酸溶液20mL，稀释至500mL。

所述纤维素酶的酶活为0.2～0.4U/mg。

所述中性蛋白酶的酶活为25～75U/mg。

与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：

本发明公开了一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，工艺流程包括：豆渣→烘干→粉碎→过筛→加水→加入纤维素酶液→酶解→灭酶→加蛋白酶→酶解→灭酶→过滤→加乙醇→沉淀→过滤。本发明综合考虑粉碎的程度、挤压的条件、不同的酶加入量及酶作用条件等对提取率影响的因素，利用酶将豆渣中的其他杂质酶解，再通过可溶性膳食的醇沉特性进行提取，本发明工艺提高了豆渣可溶性膳食纤维的得率，所得产品的感官品质较好。

本发明综合考虑了提取过程中的对提取率影响的多种因素，采用特定的步骤和酶制剂，获得了科学、高效、简洁、易于操作可产业化的工艺技术，本发明使得豆渣资源得到合理利用，减少了豆子废弃造成的环境污染；本发明获得的制品，此酶法提取得到的可溶性膳食纤维纯度高、得率高，其纯度及得率是传统技术提取的2倍以上。

附图说明

图1为本发明所述的不同粉碎程度下的提取率示意图。

图2为本发明所述的不同料水比下的提取率示意图。

图3为本发明所述的不同纤维素酶加入量下的提取率示意图。

图4为本发明所述的不同中性蛋白酶加入量下的提取率示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例所用到的试剂如下：

中性蛋白酶BR广州明远公司

其活力定义是在30℃，PH＝7.5条件下，1min水解酪素产生1μg酪氨酸为一个活力单位，以U/g表示。酶活为50units/mg，稳定PH为5.5-8.5，最适温度为45℃-50℃。

纤维素酶BRBIOSHARP公司(日本)

酶活为0.3U/mg，最适温度范围为50℃-60℃

2-吗啉乙磺酸(MES)ARBIOSHARP公司(日本)

三羟甲基氨基甲烷(TRIS)BR国药集团化学试剂有限公司

利用上述试剂按照如下方法配制成溶液：

中性蛋白酶溶液：用MES-TRIS缓冲液配成50mg/mL的蛋白酶溶液，现配现用。对应的酶活为2500U/mL。

纤维素酶溶液：0.04g的0.3u/mg纤维素酶，加2mL醋酸-醋酸钠缓冲液配成20mg/mL纤维素酶液。对应的酶活为6U/mL。

0.05mol/LMES-TRIS缓冲液：称取4.3021gMES和2.6928gTRIS,用374mL水溶解，再用6mol/L的氢氧化钠调节pH至8.17(配制时温度25℃，采用内插法计算得)，加水稀释至440mL。

pH＝6的乙酸-乙酸钠缓冲液：醋酸钠54.6g，加1mol/l醋酸溶液20mL，稀释至500mL。

本实施例的酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，包括如下步骤：

(1)将豆渣于75℃下烘干过夜，粉碎，过筛，得到豆渣粉，本步骤所用筛孔大小根据具体试验目的而定；

(2)称取3.00g的豆渣粉样品(m₁)，按一定的料水比加入水，再加入20mLPH＝6的乙酸-乙酸钠缓冲液，本步骤的料水比根据具体试验目的而定；

(3)向豆渣浆加入纤维素酶，在60℃恒温水浴中进行第一次酶解1.5h，纤维素酶的加入量根据具体试验目的而定，得到第一酶解豆渣浆；

(4)对第一酶解豆渣浆在85℃下进行第一次灭酶处理10min，第一灭酶豆渣浆；

(5)向第一灭酶豆渣浆中加入中性蛋白酶，在50℃恒温水浴中进行第二次酶解1.5h，中性蛋白酶的加入量根据具体试验目的而定，得到第二酶解豆渣浆；

(6)对第二酶解豆渣浆在85℃下进行第二次灭酶处理10min，得到第二灭酶豆渣浆；

(7)对第二灭酶豆渣浆在3000r/min下进行离心分离，过滤取滤液，加入4倍体积的无水乙醇进行醇沉，静置2h，用恒重的滤纸(质量m₂)进行过滤，得到的滤渣即为可溶性膳食纤维，将滤纸与滤渣一起烘干至恒重(m₃)，称重，按照公式2.5计算提取率。

公式2.5

式中：m₁样品质量，单位为克(g)；m₂滤纸质量，单位为克(g)；m₃恒重后滤纸与滤渣的总质量，单位为克(g)；X豆渣中总膳食纤维含量

1、粉碎度对提取率的影响

试验方法

豆渣烘干过夜粉碎后，分别用40目、80目、100目、120目四个不同级别的分样筛进行过筛分级，得到不用粉碎程度的豆渣粉。分别称取各个级别粉碎程度的豆渣3.00g，按酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺进行提取(实验中的料水比为1:15，纤维素酶的加入量为0.3U/g，蛋白酶加入量为84U/g)，再分别按照公式2.5计算提取率，结果如图1所示。

结果分析

不同的粉碎程度形成的颗粒大小粒径不同，对于粉碎后粒径大小不同可能会出现粒径过小，豆渣粉粒之间相互之间粘连，或者可能粒径过大，减少豆渣粉与酶的接触面积，影响酶解结果等，因此在提取工艺中，需要进行不同的粉碎程度对于提取率影响的实验研究。

根据图1可得不同的粉碎程度对提取率的影响规律。提取率随着粉碎的程度的增加而升高，当到达某一个值以后提取率又下降，粉碎程度有个最适的粉碎度，对应的提取率最高。粉碎程度过100目筛时为最适的粉碎度，对应的提取率最高，为12.9％。

2、料水比对提取率的影响结果分析

试验方法

称取四份3.00g过120目分样筛的豆渣粉，分别按1:10、1:15、1:20、1:25四个不同的料水比加入水，再按照酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺进行提取(实验组中纤维素酶的加入量为0.3U/g，蛋白酶加入量为84U/g)，然后分别按照公式2.5计算提取率，结果如图2所示。

结果分析

在酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺中，加入的水量会影响其提取率，不同的料水比会有不同的提取率。而加入的水量的多少在生产中具有很重要的意义，如果大量进行生产时，大量的水会增大后续处理的成本。因此，进行不同料水比对提取工艺影响的实验研究。

从图2中实验结果得知，随着料水比的增大，提取率呈现先增加，后减少的趋势。其中1:20的料水比对应的提取率最高，为10.1％。选用该比例的料水比用水量不多，如果进行大量生产，对于后续的处理费用成本比较合理。

3、纤维素酶加入量对提取率的影响结果分析

试验方法

称取七份3.00g过120目分样筛的豆渣粉，每份都按1:15的料水比加入水，再加入20.00mLPH＝6的乙酸-乙酸钠缓冲液。选择0.1U/g、0.2U/g、0.3U/g、0.4U/g、0.5U/g、0.6U/g、0.7U/g七个不同纤维素酶加入量，再按照酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺进行提取(中性蛋白酶加入量为84U/g)，最后按照公式2.5计算提取率，结果如图3所示。

结果分析

豆渣中含有的不可溶性膳食纤维含量远比可溶性膳食纤维含量高，如果使用纤维素酶对豆渣进行酶解，可提高豆渣中可溶性膳食纤维的提取率，这主要是因为在纤维素酶的作用下，豆渣中的不可溶性膳食纤维被降解，形成了低分子量的物质，改变了溶解度，同时一些不可溶性膳食纤维变成为可溶性膳食纤维，改变了可溶性膳食纤维的提取率。因此进行不同纤维素酶加入量对提取工艺影响的实验研究。

从图3中可以看出，随着加入的酶量不同，提取率出现一定的波动，加入的纤维素酶量为0.3U/g时对应的提取率明显高于其他添加量，作用效果显著。出现该现象的原因是当加入的膳食纤维素酶时，会使得一些不可溶性膳食纤维变成可溶性膳食纤维，提高了提取率，但是，加入纤维素酶过量时，会使得不可溶性膳食纤维分解为单糖等低分子量物质，醇沉时，这些小分子量物质无法沉淀，从而又降低了提取率。在纤维素酶添加量增加的过程中，小分子物质的变化影响着可溶性膳食纤维的溶解度，所以出现波动。因此，在酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺总，使用的纤维素酶添加入量为0.3U/g为宜，提取率可到达12.6％。

4、中性蛋白酶加入量对提取率的影响

试验方法

称取四份3.00g过120目分样筛的豆渣粉，每份按1:15的料水比加入水，再加入20.00mLPH＝6的乙酸-乙酸钠缓冲液。按0.3U/g的纤维素酶加入量加入纤维素酶进行第一次酶解。第一次灭酶后，选择42U/g、84U/g、126U/g、168U/g四个不同的中性蛋白酶加入量，分别加入四份样品中，按照酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺进行提取，最后按照公式2.5计算提取率，结果如图4所示。

结果分析

因为豆渣中蛋白质含量高，所以在豆渣中提取可溶性膳食纤维时需要除去蛋白质。本研究主要使用蛋白酶除去蛋白质，由于蛋白酶的酶解程度决定豆渣中的蛋白质残留量，不仅影响提取率，还影响提取得到的膳食纤维的纯度，因此进行不同蛋白酶加入量对提取工艺影响的实验研究。

从实验的数据结果可以看出，随着蛋白酶添加量的增加，提取率呈现开始缓慢上升后下降的趋势。在84U/g的酶添加量之前，蛋白酶量的改变对提取率的影响不大，84U/g到126U/g的添加量范围内缓慢下降，当酶加入量在126U/g之后，提取率迅速下降。当加入的蛋白酶的酶液量为84U/g时提取率最高，提取率达到12.6％。

5、选择各个工艺的最佳条件对提取率进行研究

试验方法

称取三份3.00g过120目分样筛的豆渣粉，选取上述研究结果中的最佳提取工艺条件，即最佳料水比、最佳纤维素酶加入量和最佳蛋白酶加入量，按照酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺进行提取，按照公式2.5计算提取率。

结果分析

选择各个工艺条件下的最佳提取条件进行可溶性膳食纤维的提取，进一步对提取工艺进行研究。得到的结果如表1所示。

表1各个最佳工艺条件下的提取率

Tab.2-3theextractionrateoftheoptimumfactorsindifferentprocessing

从上表实验结果可以得知，选择各个工艺的最佳条件下进行提取，得到的提取率却并不是最高的，仅有10.7％，提取率比在研究某些单因素时的最佳条件下的提取率要低，由此可以得知各个工艺中的条件之间存在相互影响，因此需要进行最佳提取工艺条件组合的测定。

6、正交实验探究酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维工艺的最佳条件组合

试验方法

选择料水比(A)、加入纤维素酶量(B)、加入中性蛋白酶量(C)三个作为因素，提取率作为指标，进行三因素三水平的正交实验。每个试验号称取3.00g样品，按下表2进行正交实验。

表2正交实验因素水平表

结果分析

通过正交实验可以进行料水比(A)、加入纤维素酶量(B)、加入蛋白酶量(C)三个因素对提取工艺综合影响的研究，得出在此三个条件影响下的最佳提取工艺条件与三者之间影响的主次关系。得到结果如表3所示。

表3正交实验结果及分析

从正交实验的结果可以得出的结论是，在提取工艺中最佳的提取工艺条件组合是第一组组合A₁B₁C₁，即料水比1:10，加入纤维素酶量0.3U/g，加入的蛋白酶量为42U/g，该提取工艺条件组合对应的提取工艺提取率达到12.7％。再从极差R值分析可以知道三个因素对提取工艺的影响主次顺序是：蛋白酶加入量>纤维素酶加入量>料水比。因为豆渣中含有大量的蛋白质，所以蛋白酶的酶解是首要的影响因子，酶解的程度直接关系到提取物中蛋白质的残留量，其次是纤维素酶可以酶解不可溶性膳食纤维，使溶液中的可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维的转换，同时酶解产生的小分子物质又可以改变溶解度，所以其对提取工艺的影响仅次于蛋白酶在工艺中的作用。

实施例2

一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，包括如下步骤：

(1)将豆渣烘干粉碎得到豆渣粉；

(2)每克豆渣粉加入蒸馏水15ml以及pH6.5的乙酸-乙酸钠缓冲液7ml，得到豆渣浆；

(3)向豆渣浆加入纤维素酶进行第一次酶解，纤维素酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:纤维素酶＝1g:1.2mg，得到第一酶解豆渣浆；

(4)对第一酶解豆渣浆进行第一次灭酶处理，第一灭酶豆渣浆；

(5)向第一灭酶豆渣浆中加入中性蛋白酶进行第二次酶解，中性蛋白酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:中性蛋白酶＝1g:1mg，得到第二酶解豆渣浆；

(6)对第二酶解豆渣浆进行第二次灭酶处理，得到第二灭酶豆渣浆；

(7)对第二灭酶豆渣浆进行离心分离，过滤取滤液，加入5倍体积的无水乙醇进行醇沉，再过滤得到的滤渣即为所述豆渣中可溶性膳食纤维。

步骤(1)所述豆渣粉为过120目筛所得粉末。

所述纤维素酶的酶活为0.4U/mg。

所述中性蛋白酶的酶活为75U/mg。

实施例3

一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，包括如下步骤：

(1)将豆渣烘干粉碎得到豆渣粉；

(2)每克豆渣粉加入蒸馏水10ml以及pH5.5的乙酸-乙酸钠缓冲液5ml，得到豆渣浆；

(3)向豆渣浆加入纤维素酶进行第一次酶解，纤维素酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:纤维素酶＝1g:0.8mg，得到第一酶解豆渣浆；

(4)对第一酶解豆渣浆进行第一次灭酶处理，第一灭酶豆渣浆；

(5)向第一灭酶豆渣浆中加入中性蛋白酶进行第二次酶解，中性蛋白酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:中性蛋白酶＝1g:0.7mg，得到第二酶解豆渣浆；

(6)对第二酶解豆渣浆进行第二次灭酶处理，得到第二灭酶豆渣浆；

(7)对第二灭酶豆渣浆进行离心分离，过滤取滤液，加入3倍体积的无水乙醇进行醇沉，再过滤得到的滤渣即为所述豆渣中可溶性膳食纤维。

步骤(1)所述豆渣粉为过80目筛所得粉末。

所述纤维素酶的酶活为0.2U/mg。

所述中性蛋白酶的酶活为25U/mg。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，其他采用类似的步骤及方式的实施例，不再一一陈述。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将豆渣烘干粉碎得到豆渣粉；

(2)每克豆渣粉加入蒸馏水10～15ml以及pH5.5～6.5的乙酸-乙酸钠缓冲液5～7ml，得到豆渣浆；

(3)向豆渣浆加入纤维素酶进行第一次酶解，纤维素酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:纤维素酶＝1g:0.8～1.2mg，得到第一酶解豆渣浆；

(4)对第一酶解豆渣浆进行第一次灭酶处理，第一灭酶豆渣浆；

(5)向第一灭酶豆渣浆中加入中性蛋白酶进行第二次酶解，中性蛋白酶的加入量为步骤(1)所述豆渣粉:中性蛋白酶＝1g:0.7～1mg，得到第二酶解豆渣浆；

(6)对第二酶解豆渣浆进行第二次灭酶处理，得到第二灭酶豆渣浆；

(7)对第二灭酶豆渣浆进行离心分离，过滤取滤液，加入3～5倍体积的无水乙醇进行醇沉，再过滤得到的滤渣即为所述豆渣中可溶性膳食纤维。

2.如权利要求书1所述酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，其特征在于，步骤(1)所述豆渣粉为过80～120目筛所得粉末。

3.如权利要求书1所述酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，其特征在于，步骤(2)所述乙酸-乙酸钠缓冲液的配制方法如下：醋酸钠54.6g，加1mol/l醋酸溶液20mL，稀释至500mL。

4.如权利要求书1所述酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，其特征在于，所述纤维素酶的酶活为0.2～0.4U/mg。

5.如权利要求书1所述酶法提取豆渣中可溶性膳食纤维的工艺，其特征在于，所述中性蛋白酶的酶活为25～75U/mg。