CN106191163A - 一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺 - 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多糖的新工艺。本发明以农副产品加工副产物麸皮为原料,利用微生物发酵和生物酶解技术制备具有促双歧杆菌增殖、防止便秘、降低胆固醇、保护肝脏等功效的低聚木糖,所得低聚木糖产品品质达到低聚木糖行业标准要求,实现了麸皮的高效利用,提高了麸皮的利用价值,具有较好的推广前景。本发明优势在于:一是通过超声波辅助三次酶解和微生物发酵协同的制备工艺,提升了低聚木糖的得率;二是通过超声波辅助酶解去蛋白、淀粉及植酸酶、甘露聚糖酶的酶解,显著提升了低聚木糖产品的纯度;三是多菌混合发酵,提高了发酵酶解木聚糖的能力;四是生产工艺简单,能耗低、无环境污染、投资小、易于规模化生产。
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多糖的新工艺,属于粮食加工副产物综合利用技术领域。
背景技术
小麦麸皮是小麦制面粉时制粉过程中提取小麦粉和胚芽后的残留部分,是小麦面粉厂的主要加工副产品,以皮层为主(包括果皮、种皮、珠心层和糊粉层),混入少量的胚芽和未剥刮干净的胚乳,通常占小麦重量的14%-19%。它由小麦的果皮、种皮、糊粉层及少量胚和胚乳组成,富含纤维素和半纤维素,是膳食纤维的主要来源,包含46%的非淀粉多糖,其中阿拉伯木聚糖约为70%,纤维素约为24%,β-(1→3)(1→4)-葡聚糖约为6%,另外还有少量来自于胚乳和糊粉层的阿糖基半乳糖和葡聚糖以及少量的木聚糖。麦麸还含有4%~5%的植酸和0.4%~1.0%的与植酸相结合的阿魏酸。阿拉伯木聚糖、植酸和阿魏酸是麦麸中的重要生理活性物质,具有保水性、稳定性及抗肿瘤、抗氧化等功能,在食品添加剂和功能性食品开发上有广泛应用。目前小麦麸皮除少许用于制味精、面包及提取麸皮蛋白外,主要用做饲料,经济价值不高。因此,有必要寻找麸皮的其它利用途径,提高麸皮的利用价值。由于小麦麸皮营养丰富,所富含的木聚糖是低聚木糖的良好制备原料,但目前利用麸皮制备低聚木糖主要有NaOH浸提法、酸法干蒸与碱液浸提结合法、KOH浸提法、H2O2与碱液浸提结合法、生物酶解法等,但存在工艺复杂、环境污染严重、木聚糖得率低、木聚糖酶活性低等弊端,因此简化传统酶法制备低聚木糖的工艺,为低聚木糖的制备提供新途径,还能对农作物副产品小麦麸皮加以综合利用,延长农副产品加工链条,使麸皮变废为宝,具有十分重要的社会意义和经济价值。
发明内容
本发明针上述问题,利用微生物发酵和生物酶解技术,提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺。
本发明上述目的是通过以下技术方案予以实现的:
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺,其特征在于具体包括以下步骤:
(1)粉碎:选取无霉变的麸皮,粉碎过40目筛;
(2)酸解:将粉碎后的麸皮与水按质量比1:8~10的比例混合,然后用浓度0.1~0.5%的柠檬酸溶液预处理1~3h,酸解温度控制在50~60℃;
(3)超声波辅助纤维素酶解:调整酸解液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;
(4)超声波辅助二次酶解: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;
(5)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地衣芽孢杆菌,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;
(6)超声波辅助三次酶解:向发酵液中加入麸皮质量比1~2%木聚糖酶,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30~60min;
(7)离心:离心得上清液和固体残渣;固体残渣中加入质量比1~2倍纯净水,搅拌后离心,合并上清液;
(8)酶处理:将上清液调节pH5.0~5.5,加入0.2~0.5%植酸酶、0.3~0.6%甘露聚糖酶,在40~50℃条件下酶解30~60min,酶解结束后灭酶;
(9)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀;
(10)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦麸皮木聚糖产品。
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺,其优势在于:(1)通过超声波辅助三次酶解和微生物发酵协同的制备工艺,提升了低聚木糖的得率,每100g麸皮低聚木糖产量达到40.2g,表明一部分纤维素通过微生物发酵和纤维素酶的降解生成低聚木糖,与单一生物酶解法相比较提升37.54%,分析低聚木糖的组成主要为戊聚糖、木三糖、木四糖;(2)通过超声波辅助酶解去蛋白、淀粉及植酸酶、甘露聚糖酶的酶解,显著提升了低聚木糖产品的纯度,达到99.2%;(3)通过微生物的生理代谢活动产生大量的非淀粉多糖酶,可将麸皮的结构性碳水化合物降解为细菌可利用的单糖、双糖等单糖类物质,使细菌得以良好的生长;此外,在多菌混合发酵中,酶促作用生成的糖立即被发酵糖的微生物所利用,这样就维持了降解物的浓度,消除了酶合成作用受到的降解物的阻遏作用,也解除了反应终产物对酶的反馈抑制,缩短了发酵过程;(4)采用液态发酵,生产工艺简单,能耗低、易于规模化生产。
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺,所得低聚木糖产品品质达到低聚木糖行业标准要求,同时,本发明以小麦加工副产物麸皮作为低聚木糖产品的提取原料,实现了麸皮的高效利用,提高了麸皮的利用价值,具有较好的推广前景。以现有技术“一种从小麦麸皮中提取低聚木糖的方法”(专利申请号201510380350.6)相比较,麸皮资源化综合利用率提高28.9%以上,单位产能节水19.6%以上;此外,试验结果表明改变生产工艺条件或参数会显著降低产品得率及产品品质(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多糖的新工艺,其特征在于具体包括以下步骤:
(1)粉碎:选取无霉变的麸皮,粉碎过40目筛;
(2)酸解:将粉碎后的麸皮与水按质量比1:10的比例混合,然后用浓度0.1%的柠檬酸溶液预处理1h,酸解温度控制在50~60℃;
(3)超声波辅助纤维素酶解:调整酸解液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;
(4)超声波辅助二次酶解: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60min;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;
(5)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地衣芽孢杆菌,接种比例为麸皮质量比的3%、2%,在28~32℃条件下发酵12h;
(6)超声波辅助三次酶解:向发酵液中加入麸皮质量比2%木聚糖酶,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30min;
(7)离心:离心得上清液和固体残渣;固体残渣中加入质量比2倍纯净水,搅拌后离心,合并上清液;
(8)酶处理:将上清液调节pH5.0~5.5,加入0.5%植酸酶、0.6%甘露聚糖酶,在40~50℃条件下酶解30min,酶解结束后灭酶;
(9)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀;
(10)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦麸皮木聚糖产品。
实施例2:
一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺,其特征在于具体包括以下步骤:
(1)粉碎:选取无霉变的麸皮,粉碎过40目筛;
(2)酸解:将粉碎后的麸皮与水按质量比1:8的比例混合,然后用浓度0.1%的柠檬酸溶液预处理3h,酸解温度控制在50~60℃;
(3)超声波辅助纤维素酶解:调整酸解液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;
(4)超声波辅助二次酶解: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;
(5)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地衣芽孢杆菌,接种比例为麸皮质量比的2%、1%,在28~32℃条件下发酵18h;
(6)超声波辅助三次酶解:向发酵液中加入麸皮质量比1%木聚糖酶,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60min;
(7)离心:离心得上清液和固体残渣;固体残渣中加入质量比1倍纯净水,搅拌后离心,合并上清液;
(8)酶处理:将上清液调节pH5.0~5.5,加入0.2%植酸酶、0.3%甘露聚糖酶,在40~50℃条件下酶解60min,酶解结束后灭酶;
(9)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀;
(10)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦麸皮木聚糖产品。
实施例3:
一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺,其特征在于具体包括以下步骤:
(1)粉碎:选取无霉变的麸皮,粉碎过40目筛;
(2)酸解:将粉碎后的麸皮与水按质量比1:9的比例混合,然后用浓度0.3%的柠檬酸溶液预处理2h,酸解温度控制在50~60℃;
(3)超声波辅助纤维素酶解:调整酸解液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;
(4)超声波辅助二次酶解: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;
(5)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地衣芽孢杆菌,接种比例为麸皮质量比的2.5%、1.5%,在28~32℃条件下发酵15h;
(6)超声波辅助三次酶解:向发酵液中加入麸皮质量比1.5%木聚糖酶,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45min;
(7)离心:离心得上清液和固体残渣;固体残渣中加入质量比1.5倍纯净水,搅拌后离心,合并上清液;
(8)酶处理:将上清液调节pH5.0~5.5,加入0.35%植酸酶、0.45%甘露聚糖酶,在40~50℃条件下酶解45min,酶解结束后灭酶;
(9)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀;
(10)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦麸皮木聚糖产品。
本发明提供一种高值化综合利用小麦麸皮制备多糖的新工艺,通过动物试验研究低聚木糖的功能性,重点研究了低聚木糖在防止便秘、降低胆固醇、保护肝脏等方面的功效,结果表明:(1)便秘小鼠模型试验表明制得的低聚木糖具有润肠通便功能,经口给予小鼠不同剂量的低聚木糖后,各剂量组均能明显增加小鼠的小肠推进运动,缩短便秘小鼠的首次排便时间,增加便秘小鼠的排便粒数和排便重量,而且在试验过程中各剂量组均未见腹泻现象,说明小鼠给予剂量合理,粪便的形态均为黑褐色颗粒状,与对照组小鼠粪便相比粪便稍软,表面湿润,粪便湿润程度适中,感官正常;(2)通过给小鼠喂食高脂饲料,建立高脂血症小鼠模型,以进行试验研究。试验结果表明,空白对照组与模型对照组血脂水平在统计学上的差异可以确定造模成功。试验组与模型对照组相比能极显著降低TC、TG、LDL-c、水平(P<0.01);(3)通过对高脂血症小鼠血糖值的测定,由空白对照组与模型对照组比较,说明小鼠血糖模型成立,试验结果表明,低聚木糖对小鼠有较好的降血糖功能,与模型对照组差异显著(P<0.01)。
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多糖的新工艺,其特征在于具体包括以下步骤:
(1)粉碎:选取无霉变的麸皮,粉碎过40目筛;
(2)酸解:将粉碎后的麸皮与水按质量比1:8~10的比例混合,然后用浓度0.1~0.5%的柠檬酸溶液预处理1~3h,酸解温度控制在50~60℃;
(3)超声波辅助纤维素酶解:调整酸解液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;
(4)超声波辅助二次酶解: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;
(5)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地衣芽孢杆菌,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;
(6)超声波辅助三次酶解:向发酵液中加入麸皮质量比1~2%木聚糖酶,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30~60min;
(7)离心:离心得上清液和固体残渣;固体残渣中加入质量比1~2倍纯净水,搅拌后离心,合并上清液;
(8)酶处理:将上清液调节pH5.0~5.5,加入0.2~0.5%植酸酶、0.3~0.6%甘露聚糖酶,在40~50℃条件下酶解30~60min,酶解结束后灭酶;
(9)醇析:向溶液中逐步加入等体积比的95%乙醇进行沉淀;
(10)烘干粉碎:将获得的沉淀烘干粉碎后即得小麦麸皮木聚糖产品。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161207 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |