CN106173877A - 一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，膳食纤维产品色泽呈米白色，功能性指标远高于西方国家常用的膳食纤维标准，可作为高品质膳食纤维和理想的食品添加剂。本发明优势在于：一是采用超声波辅助酶解去蛋白淀粉+复合微生物液体发酵+超声波辅助纤维素酶酶解+乳酸菌固体发酵的工艺提取麸皮中的纤膳食纤维，膳食纤维提取率和水溶性膳食纤维产率和产品功能性显著提升；二是通过超声波辅助酶解及微生物发酵后的麸皮纤维素、木质素降解率高，显著提升了麸皮膳食纤维的营养价值；三是工艺生产成本较低，利于工业化生产，建立一套效率较高、成本较低、安全可行的麸皮膳食纤维开发利用途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，属于食品加工领域。
背景技术
膳食纤维是当前国际上公认的一种功能性食品基料，被称为除了水、蛋白质、糖类、脂类、维生素、矿物质6大营养素之外的“第七营养素”，并被誉为21世纪食品工业中最受关注、具有特殊保健功能和食品改性作用的一种食品添加剂。膳食纤维可以作为一种有效的功能性保健食品预防多种疾病，并具有保水性、保油性、改进食品色泽及风味等特殊功效，能够改善人体消化吸收，增强人体排泄功能，促进人体的膳食结构平衡，阻碍人体对一些富营养的过多吸收，保持机能平衡，具有抗癌、降压、降血脂、减肥机预防各类结石等作用。
小麦麸皮是小麦制粉过程中的副产物，在我国小麦麸皮的年产量可达2000万吨以上，但开发利用的很少，只是作为饲料原料而利用，主要原因时由于其食感、口味不佳，所以无法食用；根据相关研究报道，小麦麸皮中阿魏酸的质量分数为0.4%～0.7%；副产物利用已经引起国内外的关注，如果能将小麦麸皮这一粮食加工副产物进行加工利用，将会对环境和经济做出贡献。
传统的膳食纤维提取工艺是以小麦麸皮为原料，采用酶-化学法或单纯的酶法来制备，用酶法和化学法制备的工艺比较简单，成本也低廉，但是反复水浸泡冲洗和频繁热处理会明显减少纤维产品的持水力和溶胀性，且强烈溶剂(酸、碱)处理导致几乎100% 水溶性纤维素、50%～60% 半纤维素和10%～30% 纤维素被溶解而损失。因此，建立一套效率较高、成本较低、安全可行的麸皮膳食纤维开发利用途径，为麸皮的进一步资源化利用提供新的途径，对增加小麦种植业的经济附加值，充分发挥我国小麦的产业优势具有重要的意义。
发明内容
本发明针对上述问题提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将去杂后的麸皮粉碎，过100目筛；
（2）水溶：将预处理后的麸皮用质量比8～10倍的纯净水溶解，搅拌得麸皮悬浮液；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比1～2%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；然后调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比2～3%的比例加入α～淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；
（4）好氧发酵：向酶解后的麸皮悬浮液中加入活化好的黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种比例为麸皮质量比的2～3%、1～2%，在28～32℃条件下发酵12～18h；
（5）超声波辅助纤维素酶解：调整发酵液pH6.0～7.0，加入麸皮质量比3～5%的纤维素酶，控制温度30～40℃，在超声波辅助条件下酶解40～60min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解后灭酶；
（6）过滤：将灭酶后的酶解液过滤得上清液a和酶解残渣；
（7）厌氧发酵：按质量比酶解残渣100份、乳酸杆菌1～2份比例混合均匀，调整水分至35～40%；将混合后的混合物控温厌氧发酵2～3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）水洗：酶解结束后用5～8倍体积比的水洗2～3次，过滤得上清液b和过滤滤渣；
（9）水溶性膳食纤维制备：合并上清液a和上清液b，浓缩后加入2～3倍体积比的无水乙醇，搅拌后静置使胶体充分沉淀，过滤得固体不溶物，60℃条件下烘干，粉碎，过80目筛，即得水溶性膳食纤维；
（10）不溶性膳食纤维制备：将步骤9得到的过滤滤渣用用浓度0.8%的次氯酸钠溶液，在1:8～10倍体积比、pH6.0条件下，漂洗沉淀物10～20min，水洗至中性，60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得不溶性麸皮膳食纤维。
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，提取的膳食纤维产品色泽呈米白色，水溶性性膳食纤维膨胀力可达25.44mL/g，持水力可达13.5g/g，远高于西方国家常用的标准膳食纤维的功能性指标，产品纯度≥90%；可作为高品质膳食纤维和理想的食品添加剂。通过对小鼠灌服膳食纤维后的毒性反应，测定其LD50以考察短时间内麸皮膳食纤维的急性毒性强度、性质和可能的靶器官。试验方法采用霍恩氏（Horn）法，结果表明，受试物的半数致死量LD50大于50g/kg。根据 GB15193.3—94《急性毒性试验》颁布的化学物质的急性毒性剂量分级标准，LD 大于15g/kg为无毒。
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，膳食纤维产率98.8%以上，其中水溶性膳食纤维含量达到25.34%（这是因为酶解和微生物发酵过程中一部分水不溶性膳食纤维转化为水溶性膳食纤维），显著高于目前报道技术水平；对所生产的膳食纤维进行了抗氧化和胆酸盐体外吸附的生物活性进行研究，结果表明提取的麸皮膳食纤维对·OH 自由基和 O2 ～·自由基清除率的 IC50值分别为1.08mg/mL和1.95mg/mL，对胆酸盐的体外吸附能力为34.23 mg/g，功能性效果高于目前报道的麸皮膳食纤维。此外，试验结果表明改变工艺步骤及工艺条件对膳食纤维的提取得率及产品功能性具有显著的影响。
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，其优势在于：一是采用超声波辅助酶解去蛋白淀粉+复合微生物液体发酵+超声波辅助纤维素酶酶解+乳酸菌固体发酵的工艺提取麸皮中的纤膳食纤维，膳食纤维提取率和水溶性膳食纤维产率和产品功能性显著提升；二是通过超声波辅助酶解及微生物发酵后的麸皮纤维素、木质素降解率达到77.8%以上，且含有部分菌体膳食纤维，显著提升了麸皮膳食纤维的营养价值；三是工艺生产成本较低，利于工业化生产，建立一套效率较高、成本较低、安全可行的麸皮膳食纤维开发利用途径，为麸皮的进一步资源化利用提供新的途径。
本发明提供了一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，通过生产工艺的优化取得了高效制备、低耗生产的技术优势，与现有已报道的专利技术—“联合超声波辅助酶解和微生物发酵提取麸皮膳食纤维的工艺”（专利申请号201510396052.X）相比，生产用水节约45%以上，生产成本降低28%以上，产品效益增加36.2%以上，取得了预料不到的技术效果；此外，试验结果表明改变生产工艺次序或条件会显著降低工艺水平及产出比（P<0.01）。
具体实施方式
实施例1：
一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将去杂后的麸皮粉碎，过100目筛；
（2）水溶：将预处理后的麸皮用质量比10倍的纯净水溶解，搅拌得麸皮悬浮液；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比2%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为90min；然后调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比3%的比例加入α～淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；
（4）好氧发酵：向酶解后的麸皮悬浮液中加入活化好的黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种比例为麸皮质量比的3%、2%，在28～32℃条件下发酵12h；
（5）超声波辅助纤维素酶解：调整发酵液pH6.0～7.0，加入麸皮质量比5%的纤维素酶，控制温度30～40℃，在超声波辅助条件下酶解40min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解后灭酶；
（6）过滤：将灭酶后的酶解液过滤得上清液a和酶解残渣；
（7）厌氧发酵：按质量比酶解残渣100份、乳酸杆菌2份比例混合均匀，调整水分至35～40%；将混合后的混合物控温厌氧发酵2d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）水洗：酶解结束后用8倍体积比的水洗2次，过滤得上清液b和过滤滤渣；
（9）水溶性膳食纤维制备：合并上清液a和上清液b，浓缩后加入3倍体积比的无水乙醇，搅拌后静置使胶体充分沉淀，过滤得固体不溶物，60℃条件下烘干，粉碎，过80目筛，即得水溶性膳食纤维；
（10）不溶性膳食纤维制备：将步骤9得到的过滤滤渣用用浓度0.8%的次氯酸钠溶液，在1:10倍体积比、pH6.0条件下，漂洗沉淀物10min，水洗至中性，60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得不溶性麸皮膳食纤维。
实施例2：
一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将去杂后的麸皮粉碎，过100目筛；
（2）水溶：将预处理后的麸皮用质量比8倍的纯净水溶解，搅拌得麸皮悬浮液；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比1%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为90min；然后调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比2%的比例加入α～淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；
（4）好氧发酵：向酶解后的麸皮悬浮液中加入活化好的黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种比例为麸皮质量比的2%、1%，在28～32℃条件下发酵18h；
（5）超声波辅助纤维素酶解：调整发酵液pH6.0～7.0，加入麸皮质量比3%的纤维素酶，控制温度30～40℃，在超声波辅助条件下酶解60min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解后灭酶；
（6）过滤：将灭酶后的酶解液过滤得上清液a和酶解残渣；
（7）厌氧发酵：按质量比酶解残渣100份、乳酸杆菌1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；将混合后的混合物控温厌氧发酵3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）水洗：酶解结束后用5倍体积比的水洗3次，过滤得上清液b和过滤滤渣；
（9）水溶性膳食纤维制备：合并上清液a和上清液b，浓缩后加入2倍体积比的无水乙醇，搅拌后静置使胶体充分沉淀，过滤得固体不溶物，60℃条件下烘干，粉碎，过80目筛，即得水溶性膳食纤维；
（10）不溶性膳食纤维制备：将步骤9得到的过滤滤渣用用浓度0.8%的次氯酸钠溶液，在1:8～10倍体积比、pH6.0条件下，漂洗沉淀物10～20min，水洗至中性，60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得不溶性麸皮膳食纤维。
实施例3：
一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将去杂后的麸皮粉碎，过100目筛；
（2）水溶：将预处理后的麸皮用质量比9倍的纯净水溶解，搅拌得麸皮悬浮液；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比1.5%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为75min；然后调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比2.5%的比例加入α～淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；
（4）好氧发酵：向酶解后的麸皮悬浮液中加入活化好的黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种比例为麸皮质量比的2.5%、1.5%，在28～32℃条件下发酵15h；
（5）超声波辅助纤维素酶解：调整发酵液pH6.0～7.0，加入麸皮质量比4%的纤维素酶，控制温度30～40℃，在超声波辅助条件下酶解50min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解后灭酶；
（6）过滤：将灭酶后的酶解液过滤得上清液a和酶解残渣；
（7）厌氧发酵：按质量比酶解残渣100份、乳酸杆菌1.5份比例混合均匀，调整水分至35～40%；将混合后的混合物控温厌氧发酵2.5d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）水洗：酶解结束后用6倍体积比的水洗3次，过滤得上清液b和过滤滤渣；
（9）水溶性膳食纤维制备：合并上清液a和上清液b，浓缩后加入2.5倍体积比的无水乙醇，搅拌后静置使胶体充分沉淀，过滤得固体不溶物，60℃条件下烘干，粉碎，过80目筛，即得水溶性膳食纤维；
（10）不溶性膳食纤维制备：将步骤9得到的过滤滤渣用用浓度0.8%的次氯酸钠溶液，在1:9倍体积比、pH6.0条件下，漂洗沉淀物10～20min，水洗至中性，60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得不溶性麸皮膳食纤维。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (1)
1.一种高值化综合利用小麦麸皮制备膳食纤维的新工艺，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）麸皮预处理：将去杂后的麸皮粉碎，过100目筛；
（2）水溶：将预处理后的麸皮用质量比8～10倍的纯净水溶解，搅拌得麸皮悬浮液；
（3）超声波辅助酶解：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按麸皮质量比1～2%的比例加入碱性蛋白酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度50～60℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；然后调整麸皮悬浮液的pH至5.5～7.5，按麸皮质量比2～3%的比例加入α～淀粉酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度70～80℃，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，利用碘液检查至淀粉完全水解为止；
（4）好氧发酵：向酶解后的麸皮悬浮液中加入活化好的黑曲霉和枯草芽孢杆菌，接种比例为麸皮质量比的2～3%、1～2%，在28～32℃条件下发酵12～18h；
（5）超声波辅助纤维素酶解：调整发酵液pH6.0～7.0，加入麸皮质量比3～5%的纤维素酶，控制温度30～40℃，在超声波辅助条件下酶解40～60min，超声功率300W，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解后灭酶；
（6）过滤：将灭酶后的酶解液过滤得上清液a和酶解残渣；
（7）厌氧发酵：按质量比酶解残渣100份、乳酸杆菌1～2份比例混合均匀，调整水分至35～40%；将混合后的混合物控温厌氧发酵2～3d，温度28～32℃，定期搅拌；
（8）水洗：酶解结束后用5～8倍体积比的水洗2～3次，过滤得上清液b和过滤滤渣；
（9）水溶性膳食纤维制备：合并上清液a和上清液b，浓缩后加入2～3倍体积比的无水乙醇，搅拌后静置使胶体充分沉淀，过滤得固体不溶物，60℃条件下烘干，粉碎，过80目筛，即得水溶性膳食纤维；
（10）不溶性膳食纤维制备：将步骤9得到的过滤滤渣用用浓度0.8%的次氯酸钠溶液，在1:8～10倍体积比、pH6.0条件下，漂洗沉淀物10～20min，水洗至中性，60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得不溶性麸皮膳食纤维。
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