CN106262955A - 一种制备碱蓬膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备碱蓬膳食纤维的方法，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：一是采用微发酵、超声波辅助酶解与多菌种分段式发酵联合工艺提取碱蓬茎秆中的纤膳食纤维，提高了碱蓬茎秆膳食纤维得率；二是通过超声波辅助酶解及微生物分段式发酵及酶解改性工艺，显著提升了碱蓬膳食纤维的营养价值，产品适口性好；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、安全可行的碱蓬茎秆膳食纤维开发利用途径，成本较同类膳食纤维产品经济效益提高30%以上，为碱蓬茎秆的进一步资源化利用提供新的途径。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备碱蓬膳食纤维的方法，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、减肥及预防各类结石等作用。因此，对于具有抗氧化作用的膳食纤维中的研究无疑对维系人体健康有着重要的意义。
目前我国膳食纤维的研究绝大部分停留在陆生植物方面，而对海洋领域资源研究较少。盐地碱蓬又名盐蒿,俗称黄须菜,藜科碱蓬属1年生草本植物。碱蓬具有典型的盐生结构,叶肉质无柄,条状柱形。碱蓬的植株形态因生境不同而有差异。经沿海地区农科所测定,碱蓬的营养成分全面而丰富,其鲜嫩茎叶的蛋白质含量占干物质的40%,与大豆相仿,且籽粒的脂肪含量很高,远高于大豆;另外,碱蓬茎叶中含有大量的人体所必需的氨基酸、维生素、胡萝卜素和Ca、P、Fe、Cu、Zn、Mn、Se等微量元素,其中有许多指标都高于螺旋藻。碱蓬除营养价值丰富,还可提高人体抗病防病能力,并有健美作用。因此，开发碱蓬膳食纤维具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明针对上述问题提供一种制备碱蓬膳食纤维的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供一种制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于采用微发酵、超声波辅助酶解与多菌种分段式发酵联合工艺。
本发明提供一种生物法利用碱蓬制备膳食纤维的方法，其特征在于所述微发酵工艺具体包括以下步骤：
（1）碱蓬茎杆预处理：将碱蓬茎杆粉碎，过100目筛；加入3倍质量比纯净水浸泡3～5h；
（2）蒸煮：将浸泡后的碱蓬悬浮液蒸煮1～2h，然后在密封条件下降温至室温；
（3）固液分离：将蒸煮液进行固液分离，得碱蓬茎杆粉，分离后的水进入步骤（1）进行循环利用；
（4）微发酵：将碱蓬茎杆粉在28～35℃条件下自然发酵10～15d。
上述步骤（4）中的碱蓬茎杆粉含水量在30～40%。
本发明提供一种生物法利用碱蓬制备膳食纤维的方法，其特征在于所述超声波辅助酶解具体包括以下步骤：
（1）水洗去盐：微发酵结束后调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:3～1:5，45～60℃搅拌2～4小时，水洗去盐并用水洗至中性，调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:8～1:10；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整碱蓬茎秆悬浮液的pH至5.5～7.5，按碱蓬茎秆质量比3～5%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℃，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；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按碱蓬茎秆质量比2～3%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℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；酶解结束后灭酶；
（4）超声波辅助纤维素酶解：调整悬浮液的pH为6.0～7.0，按碱蓬茎秆质量比2～3%的比例加入纤维素酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度40～50℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；
（5）过滤：纤维素酶解后过滤，向滤渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水冲洗2～3次，过滤得碱蓬茎秆残渣。
本发明提供一种生物法利用碱蓬制备膳食纤维的方法，其特征在于所述分段式发酵具体包括以下步骤：
（1）好氧生物发酵剂制备：取10～15份碱蓬茎秆、10～15份米糠、10～15份玉米粉、8～10份吸附剂、3～5份磷酸二氢钙、6～8份葡萄糖、3～5份菜籽饼、2～3份黑曲霉、1～2份冷解糖芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25～32℃下好氧发酵3～5d；
（2）混料：按质量比碱蓬茎秆残渣100份、生物发酵剂3～5份、植物乳杆菌粉1～2份、两歧双歧杆菌1～2份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（3）分段式发酵：将混合后的物料通风发酵3h，控制发酵温度28～32℃，期间搅拌1次；然后密封发酵12h；然后通风发酵3h，接着密封发酵12h；如此反复3次。
上述步骤（5）中所述的吸附剂是沸石、活性炭、膨润土、蛭石中的一种或几种。
本发明提供一种生物法利用碱蓬制备膳食纤维的方法，其特征在于还包括膳食纤维改性工艺：加入碱蓬茎秆质量份数2～3%的木聚糖酶，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20～30min。
本发明提供一种生物法利用碱蓬制备膳食纤维的方法，其特征在于还包括精制工艺，具体包括以下步骤：
（1）醇析：改性酶解结束后用5～8倍体积比的无水乙醇沉淀2～3h，收集过滤所得沉淀物即为改性后的碱蓬茎秆膳食纤维；
（2）脱色：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；
（3）烘干粉碎：60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得碱蓬茎秆膳食纤维。
本发明提供一种制备碱蓬膳食纤维的方法，提取的膳食纤维产品色泽呈米白色，产品膨胀力可达21.43mL/g，持水力可达14.67%，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≥95%；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以考察短时间内秸秆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—2014《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。
本发明提供一种制备碱蓬膳食纤维的方法，膳食纤维产率达到98.7%，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，结果表明提取的膳食纤维对·OH 自由基和 O2 ～·自由基清除率的 IC50值分别为1.89mg/mL和2.79mg/mL，对胆酸盐的体外吸附能力为28.58 mg/g，功能性效果高于目前报道的秸秆膳食纤维。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(p<0.01)。
本发明提供一种生物法利用碱蓬茎秆提取膳食纤维的方法，其优势在于：一是采用微发酵、超声波辅助酶解与多菌种分段式发酵联合工艺提取碱蓬茎秆中的纤膳食纤维，提高了碱蓬茎秆膳食纤维得率；二是通过超声波辅助酶解及微生物分段式发酵及酶解改性工艺，显著提升了碱蓬膳食纤维的营养价值，产品适口性好；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、安全可行的碱蓬茎秆膳食纤维开发利用途径，成本较同类膳食纤维产品经济效益提高30%以上，为碱蓬茎秆的进一步资源化利用提供新的途径。
具体实施方式
实施例1：
一种制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）碱蓬茎杆预处理：将碱蓬茎杆粉碎，过100目筛；加入3倍质量比纯净水浸泡5h；
（2）蒸煮：将浸泡后的碱蓬悬浮液蒸煮1h，然后在密封条件下降温至室温；
（3）固液分离：将蒸煮液进行固液分离，得碱蓬茎杆粉，分离后的水进入步骤（1）进行循环利用；
（4）微发酵：将碱蓬茎杆粉在28～35℃条件下自然发酵15d；
（5）水洗去盐：微发酵结束后调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:3，45～60℃搅拌4小时，水洗去盐并用水洗至中性，调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:10；
（6）超声波辅助酶解去淀粉：调整碱蓬茎秆悬浮液的pH至5.5～7.5，按碱蓬茎秆质量比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℃，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；
（7）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按碱蓬茎秆质量比3%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℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60min；酶解结束后灭酶；
（8）超声波辅助纤维素酶解：调整悬浮液的pH为6.0～7.0，按碱蓬茎秆质量比3%的比例加入纤维素酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度40～50℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60min；
（9）过滤：纤维素酶解后过滤，向滤渣中加入5倍质量比的蒸馏水冲洗2次，过滤得碱蓬茎秆残渣；
（10）好氧生物发酵剂制备：取15份碱蓬茎秆、10份米糠、15份玉米粉、8份沸石、5份磷酸二氢钙、6份葡萄糖、5份菜籽饼、3份黑曲霉、2份冷解糖芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25～32℃下好氧发酵3d；
（11）混料：按质量比碱蓬茎秆残渣100份、生物发酵剂5份、植物乳杆菌粉2份、两歧双歧杆菌2份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（12）分段式发酵：将混合后的物料通风发酵3h，控制发酵温度28～32℃，期间搅拌1次；然后密封发酵12h；然后通风发酵3h，接着密封发酵12h；如此反复3次；
（13）膳食纤维改性：加入碱蓬茎秆质量份数3%的木聚糖酶，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20min；
（14）醇析：改性酶解结束后用8倍体积比的无水乙醇沉淀2h，收集过滤所得沉淀物即为改性后的碱蓬茎秆膳食纤维；
（15）脱色：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；
（16）烘干粉碎：60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得碱蓬茎秆膳食纤维。
实施例2：
一种制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）碱蓬茎杆预处理：将碱蓬茎杆粉碎，过100目筛；加入3倍质量比纯净水浸泡4h；
（2）蒸煮：将浸泡后的碱蓬悬浮液蒸煮1.5h，然后在密封条件下降温至室温；
（3）固液分离：将蒸煮液进行固液分离，得碱蓬茎杆粉，分离后的水进入步骤（1）进行循环利用；
（4）微发酵：将碱蓬茎杆粉在28～35℃条件下自然发酵12d；
（5）水洗去盐：微发酵结束后调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:4，45～60℃搅拌3小时，水洗去盐并用水洗至中性，调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:9；
（6）超声波辅助酶解去淀粉：调整碱蓬茎秆悬浮液的pH至5.5～7.5，按碱蓬茎秆质量比4%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℃，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；
（7）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按碱蓬茎秆质量比2.5%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℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为75min；酶解结束后灭酶；
（8）超声波辅助纤维素酶解：调整悬浮液的pH为6.0～7.0，按碱蓬茎秆质量比2.5%的比例加入纤维素酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度40～50℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为75min；
（9）过滤：纤维素酶解后过滤，向滤渣中加入4倍质量比的蒸馏水冲洗3次，过滤得碱蓬茎秆残渣；
（10）好氧生物发酵剂制备：取12份碱蓬茎秆、13份米糠、12份玉米粉、9份活性炭、4份磷酸二氢钙、7份葡萄糖、4份菜籽饼、2.5份黑曲霉、1.5份冷解糖芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25～32℃下好氧发酵4d；
（11）混料：按质量比碱蓬茎秆残渣100份、生物发酵剂4份、植物乳杆菌粉1.5份、两歧双歧杆菌1.5份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（12）分段式发酵：将混合后的物料通风发酵3h，控制发酵温度28～32℃，期间搅拌1次；然后密封发酵12h；然后通风发酵3h，接着密封发酵12h；如此反复3次；
（13）膳食纤维改性：加入碱蓬茎秆质量份数2.5%的木聚糖酶，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25min；
（14）醇析：改性酶解结束后用6.5倍体积比的无水乙醇沉淀2.5h，收集过滤所得沉淀物即为改性后的碱蓬茎秆膳食纤维；
（15）脱色：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15min，水洗至中性；
（16）烘干粉碎：60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得碱蓬茎秆膳食纤维。
实施例3：
一种制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于具体包括以下步骤：
（1）碱蓬茎杆预处理：将碱蓬茎杆粉碎，过100目筛；加入3倍质量比纯净水浸泡3h；
（2）蒸煮：将浸泡后的碱蓬悬浮液蒸煮2h，然后在密封条件下降温至室温；
（3）固液分离：将蒸煮液进行固液分离，得碱蓬茎杆粉，分离后的水进入步骤（1）进行循环利用；
（4）微发酵：将碱蓬茎杆粉在28～35℃条件下自然发酵10d；
（5）水洗去盐：微发酵结束后调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:5，45～60℃搅拌2小时，水洗去盐并用水洗至中性，调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:8；
（6）超声波辅助酶解去淀粉：调整碱蓬茎秆悬浮液的pH至5.5～7.5，按碱蓬茎秆质量比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℃，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；
（7）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按碱蓬茎秆质量比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℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为90min；酶解结束后灭酶；
（8）超声波辅助纤维素酶解：调整悬浮液的pH为6.0～7.0，按碱蓬茎秆质量比2%的比例加入纤维素酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度40～50℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为90min；
（9）过滤：纤维素酶解后过滤，向滤渣中加入3倍质量比的蒸馏水冲洗3次，过滤得碱蓬茎秆残渣；
（10）好氧生物发酵剂制备：取10份碱蓬茎秆、15份米糠、10份玉米粉、10份膨润土、3份磷酸二氢钙、8份葡萄糖、3份菜籽饼、2份黑曲霉、1份冷解糖芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25～32℃下好氧发酵5d；
（11）混料：按质量比碱蓬茎秆残渣100份、生物发酵剂3份、植物乳杆菌粉1份、两歧双歧杆菌1份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（12）分段式发酵：将混合后的物料通风发酵3h，控制发酵温度28～32℃，期间搅拌1次；然后密封发酵12h；然后通风发酵3h，接着密封发酵12h；如此反复3次；
（13）膳食纤维改性：加入碱蓬茎秆质量份数2%的木聚糖酶，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；
（14）醇析：改性酶解结束后用5倍体积比的无水乙醇沉淀3h，收集过滤所得沉淀物即为改性后的碱蓬茎秆膳食纤维；
（15）脱色：用浓度0.8%的次氯酸钠溶液，在1:8倍体积比、pH6.0条件下，漂洗沉淀物20min，水洗至中性；
（16）烘干粉碎：60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得碱蓬茎秆膳食纤维。
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 (9)
1.一种制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于采用微发酵、超声波辅助酶解与多菌种分段式发酵联合工艺。
2.如权利要求1所述的制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于所述微发酵工艺具体包括以下步骤：
（1）碱蓬茎杆预处理：将碱蓬茎杆粉碎，过100目筛；加入3倍质量比纯净水浸泡3～5h；
（2）蒸煮：将浸泡后的碱蓬悬浮液蒸煮1～2h，然后在密封条件下降温至室温；
（3）固液分离：将蒸煮液进行固液分离，得碱蓬茎杆粉，分离后的水进入步骤（1）进行循环利用；
（4）微发酵：将碱蓬茎杆粉在28～35℃条件下自然发酵10～15d。
3.如权利要求2所述的制备膳食纤维的方法，其特征在于所述步骤（4）中的碱蓬茎杆粉含水量在30～40%。
4.如权利要求1所述的制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于所述超声波辅助酶解具体包括以下步骤：
（1）水洗去盐：微发酵结束后调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:3～1:5，45～60℃搅拌2～4小时，水洗去盐并用水洗至中性，调整碱蓬茎秆与水的重量比为1:8～1:10；
（2）超声波辅助酶解去淀粉：调整碱蓬茎秆悬浮液的pH至5.5～7.5，按碱蓬茎秆质量比3～5%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℃，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；
（3）超声波辅助酶解去蛋白：调整悬浮液的pH至8.0～9.0，按碱蓬茎秆质量比2～3%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℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；酶解结束后灭酶；
（4）超声波辅助纤维素酶解：调整悬浮液的pH为6.0～7.0，按碱蓬茎秆质量比2～3%的比例加入纤维素酶，在超声波辅助作用下酶解，酶解温度40～50℃，期间采用搅拌机匀速搅拌，酶解时间为60～90min；
（5）过滤：纤维素酶解后过滤，向滤渣中加入3～5倍质量比的蒸馏水冲洗2～3次，过滤得碱蓬茎秆残渣。
5.如权利要求1所述的制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于所述分段式发酵具体包括以下步骤：
（1）好氧生物发酵剂制备：取10～15份碱蓬茎秆、10～15份米糠、10～15份玉米粉、8～10份吸附剂、3～5份磷酸二氢钙、6～8份葡萄糖、3～5份菜籽饼、2～3份黑曲霉、1～2份冷解糖芽孢杆菌，混合搅拌均匀；然后用含有2%糖蜜的水溶液将水分调整为35～40%，25～32℃下好氧发酵3～5d；
（2）混料：按质量比碱蓬茎秆残渣100份、生物发酵剂3～5份、植物乳杆菌粉1～2份、两歧双歧杆菌1～2份比例混合均匀，调整水分至35～40%；
（3）分段式发酵：将混合后的物料通风发酵3h，控制发酵温度28～32℃，期间搅拌1次；然后密封发酵12h；然后通风发酵3h，接着密封发酵12h；如此反复3次。
6.如权利要求5所述的制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于所述步骤（5）中的吸附剂是沸石、活性炭、膨润土、蛭石中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于还包括膳食纤维改性工艺：加入碱蓬茎秆质量份数2～3%的木聚糖酶，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20～30min。
8.如权利要求1所述的制备碱蓬膳食纤维的方法，其特征在于还包括精制工艺，具体包括以下步骤：
（1）醇析：改性酶解结束后用5～8倍体积比的无水乙醇沉淀2～3h，收集过滤所得沉淀物即为改性后的碱蓬茎秆膳食纤维；
（2）脱色：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；
（3）烘干粉碎：60℃条件下烘干，粉碎，过100目筛，即制得碱蓬茎秆膳食纤维。
9.按权利要求1-8所述技术方案制备的碱蓬膳食纤维产品。
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