CN106993810A - 一种山药可溶性膳食纤维及其制备方法 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明涉及一种山药可溶性膳食纤维及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将山药粉碎、加水浸提，得到浸提液；(2)在步骤(1)所得浸提液中加入复合酶，酶解，固液分离，收集清液；(3)将步骤(2)所得清液进行浓缩、干燥，得到所述山药可溶性膳食纤维。其中，以步骤(1)所述山药的质量为100％计，步骤(2)所述复合酶包括如下质量百分比的组分：木瓜蛋白酶0.1～0.5％、中性蛋白酶0.2～0.8％、葡糖淀粉酶0.4～1.0％、纤维素酶0.3～0.8％、半纤维素酶0.1～0.3％。本发明制备的山药可溶性膳食纤维纯度在30％以上，山药可溶性膳食纤维的收率在7.5％以上，可溶性好。
Description
技术领域
本发明涉及保健食品加工领域，具体涉及山药可溶性膳食纤维及其制备方法。
背景技术
膳食纤维(dietary fiber，DF)通常是指不能被人体内源酶消化，主要来源于可食性植物细胞壁残余物(纤维素、半纤维素、木质素等)，并能被现有的测定方法所检测的那部分化合物。DF被誉为“第七营养素”，具有维持肠道健康，降低血糖、血压及胆固醇水平，清除自由基，抗肿瘤、抗衰老等都多种生理功能，对人体健康意义重大。根据膳食纤维在水中是不是能够被溶解，大体上将膳食纤维分为不溶性纤维和水溶性纤维两大类，这两种物质的功效各有千秋：不溶性膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素、木质素等溶不了、嚼不烂的“残渣”，它的作用是预防便秘和肥胖。它在人体内的主要作用是填充胃肠腔，刺激肠壁蠕动，使粪便多水、疏松、增加容量，这些重要功能可以加速体内垃圾(各种内源性和外源性毒素)的排泄，从而预防多种疾病，养颜防老。有专家声称：“人的衰老和百病起因，乃是便秘引起的肠中毒”。很多都市人以及孕妇和哺乳期的妈妈容易便秘，究其主要原因无非是食品过于精细和活动量减少，肠蠕动缓慢无力所致。
可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber，SDF)具有多分支结构和良好的溶解性，因而表现出更加突出的生理功能，SDF主要有抗性寡糖、改性纤维素、合成多糖以及植物胶体等。可溶性纤维吸水膨胀，体积可增大几十倍，形成凝胶物质。它一方面能使人产生饱腹感，另一方面可延长食物在胃内停留的时间，减缓糖被吸收的速度，避免突然的高血糖现象，对稳定糖尿病患者的病情有所帮助。SDF还能与胆酸结合并随粪便排出，有助于降低胆固醇，减少因高胆固醇所衍生的心脏病、高血压等症状、是当前保健食品行业的主导产品。水溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维相比，水溶性膳食纤维是当前应用最广泛的一种，由于它具有溶水性好、溶速快、无色无味，而且具有不溶性膳食纤维所不具备的部分功能被广大食品业的用户所采取。
当人们将眼球转向膳食纤维的时候，如何选择适合自己的产品成为人们关注的焦点之一。在我们日常吃的食品中，即便是全麦粉，如小麦、玉米、小米、糙米等，其膳食纤维基本上也是不溶性的，只有蔬菜、水果以及食用菌和某些海产品中才含有水溶性膳食纤维。如果去除水分、蛋白质、脂肪、不溶性纤维等含量较多的成分，剩下的水溶性纤维就更加弥足珍贵。山药(dioscoreae rhizoma)为薯蓣科(Dioscorea spp.)植物薯蓣的干燥根茎，原名薯蓣。早在《神农本草经》、《金匿要略》、《本草正》中就有记载，山药性平、味甘，有益气养阴、健脾、益肺等功效，是一种很好的药食兼用性植物。山药主要以肉质根作为食用器官，其肉质根肉质洁白、营养丰富，味道鲜美，口感“干、面、甜、香”。山药肉质根主要含有淀粉、蛋白质、维生素、氨基酸和微量元素等营养成分。山药是DF的良好来源，对山药DF提取工艺进行深入研究，对于提高山药利用率，扩大膳食纤维来源具有重要意义。
根据报道，DF的提取方法主要有化学法、酶法、膜分离法、发酵法等。其中，化学法需要消耗大量试剂，污染严重，所得纤维产品损失大，且提取过程中的高酸高碱高温条件常会使设备腐蚀严重；单纯的酶法提取时间长，生物酶作用效率较低；膜分离法对设备要求较高；而发酵法目前多用于果皮原料，应用范围有一定的局限性。
CN106072171A公开了一种怀山药膳食纤维的制备方法，通过亚临界萃取、酶解、膨化、烘干等步骤制备膳食纤维，该方法得到的DF不完全是SDF，且亚临界萃取方法工业化困难。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明旨在公开一种山药可溶性膳食纤维及其制备方法，促进山药深加工产业发展，为可溶性膳食纤维产业发展提供基础。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种山药可溶性膳食纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将山药粉碎、加水浸提，得到浸提液；
(2)在步骤(1)所得浸提液中加入复合酶，酶解，固液分离，收集清液；
(3)将步骤(2)所得清液进行超滤浓缩、干燥，得到所述山药可溶性膳食纤维。
其中，以步骤(1)所述山药的质量为100％计，步骤(2)所述复合酶包括如下质量百分比的组分：
木瓜蛋白酶0.1～1％，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等；中性蛋白酶0.2～1.5％，例如0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、1％、1.2％、1.4％或1.5％等；葡糖淀粉酶0.2～2.0％，例如0.2％、0.3％、0.4％、0.6％、0.9％、1.0％、1.6％、1.8％、或2.0％等；纤维素酶0.1～1.6％，例如0.1％、0.2％、0.3％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、1.0％、1.3％或1.6％等；半纤维素酶0.1～0.8％，例如0.1％、0.12％、0.15％、0.18％、0.2％、0.22％、0.25％、0.28％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％或0.8％等。
本发明的复合酶配方是经过反复创造性劳动得出的。木瓜蛋白酶兼具蛋白酶和酯酶的活性。木瓜蛋白酶和中性蛋白酶存在协同作用，将蛋白质降解为容易除去的可溶性多肽或氨基酸，同时这两种蛋白酶还有助于将结合在蛋白上的可溶性膳食纤维进一步释放出来；葡糖淀粉酶主要是将淀粉水解成可溶的葡萄糖，方便除去；纤维素酶和半纤维素酶存在协同作用，能使构成植物细胞壁的部分不溶性多糖水解成可溶的单糖，提高复合酶对细胞壁的破坏作用和降解作用，同时生成少量的可溶性膳食纤维；半纤维素酶和葡糖淀粉酶也存在协同作用，将山药细胞组织中糖蛋白中的结合在一起的多糖加速释放出来，提高可溶性膳食纤维的收率。通过超滤不仅能够浓缩可溶性膳食纤维还能同时分离、除去复合酶。
本发明步骤(1)所述加水的质量优选为所述山药质量的5～50倍，例如5倍、6倍、8倍、10倍、12倍、15倍、18倍、20倍、22倍、25倍、28倍、30倍、32倍、35倍、38倍、40倍、43倍、45倍、48倍或50倍等，优选10～30倍。
本发明步骤(1)所述浸提的温度优选为30～60℃，例如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃或60℃等，优选40～50℃。
本发明步骤(1)所述浸提的时间优选为15～120min，例如15min、20min、25min、30min、32min、35min、38min、40min、45min、50min、55min、60min、80min、100min或120min等，优选30～60min。
本发明中，以步骤(1)所述山药的质量为100％计，步骤(2)所述复合酶优选包括如下质量百分比的组分：
木瓜蛋白酶0.1～0.5％、中性蛋白酶0.2～0.8％、葡糖淀粉酶0.4～1.0％、纤维素酶0.3～0.8％、半纤维素酶0.1～0.3％。
本发明步骤(2)所述酶解的pH优选为6～8，例如6、6.2、6.4、6.5、6.7、6.9、7、7.2、7.5、7.8或8等，优选6.5～7.5。
本发明步骤(2)所述酶解的时间优选为2～4h，例如2h、2.2h、2.5h、2.8h、3h、3.2h、3.5h、3.8h或4h等，优选2.5～3h。
本发明步骤(3)超滤用的超滤膜的截留分子量为3～10kD，例如3kD、4kD、5kD、6kD、7kD、8kD、9kD或10kD等。所述超滤过程中对截留分子量施加的压力只要不超过其能承受的最大压力即可。
本发明步骤(3)所述干燥包括真空干燥、冷冻干燥或热干燥中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明优选的技术方案，山药可溶性膳食纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)将山药粉碎、加5～50倍于所述山药的水，30～60℃下浸提30～60min，得到浸提液；
(2)在步骤(1)所得浸提液中加入复合酶，pH为6～8、15～40℃下酶解2～4h，固液分离，收集清液；
(3)将步骤(2)所得清液用截留分子量为3～10kD的超滤膜进行超滤浓缩，干燥，得到所述山药可溶性膳食纤维。
其中，以步骤(1)所述山药的质量为100％计，步骤(2)所述复合酶包括如下质量百分比的组分：
木瓜蛋白酶0.1～0.5％、中性蛋白酶0.2～0.8％、葡糖淀粉酶0.4～1.0％、纤维素酶0.3～0.8％、半纤维素酶0.1～0.3％。
第二方面，本发明提供了如第一方面所述制备方法制备的山药可溶性膳食纤维。
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过浸提、酶解、浓缩、干燥等步骤，获得山药可溶性膳食纤维。通过多种酶的复合作用和科学配比，有效地去除了蛋白和淀粉。本发明制备的山药可溶性膳食纤维纯度在30％以上，山药可溶性膳食纤维的收率在7.5％以上，可溶性好，此外本发明制备方法具有操作步骤少、适于工业放大等优点。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
实施例1
1)浸提：将1kg山药粉碎，加50倍于山药的水60℃下浸提15min。
2)酶解：在步骤1)获得的浸提液中加入复合酶，复合酶中包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶，酶量分别为山药质量的1％、1.5％、2％、1.6％、0.8％。40℃下酶解2h，酶解的pH为8，进行固液分离，收集清液。
3)浓缩：将步骤2)得到的清液，进行超滤浓缩，超滤膜截留分子量为3kD。将步骤3)获得的浓缩液进行干燥，获得山药可溶性膳食纤维。
实施例2
1)浸提：将1kg山药粉碎，加5倍于山药的水30℃下浸提120min。
2)酶解：在步骤1)获得的浸提液中加入复合酶，复合酶中包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶，酶量分别为山药质量的0.1％、0.2％、0.2％、0.1％、0.1％。15℃下酶解4h，酶解的pH为6，进行固液分离，收集清液。
3)浓缩：将步骤2)得到的清液，进行超滤浓缩，超滤膜截留分子量为10kD。获得的浓缩液进行干燥，获得山药可溶性膳食纤维。
实施例3
1)浸提：将1kg山药粉碎，加30倍于山药的水50℃下浸提30min。
2)酶解：在步骤1)获得的浸提液中加入复合酶，复合酶中包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶，酶量分别为山药质量的0.5％、0.2％、1.0％、0.3％、0.3％。20℃下酶解3h，酶解的pH为7.5，进行固液分离，收集清液。
3)浓缩：将步骤2)得到的清液，进行超滤浓缩，超滤膜截留分子量为5kD。获得的浓缩液进行干燥，获得山药可溶性膳食纤维。
实施例4
1)浸提：将1kg山药粉碎，加10倍于山药的水40℃下浸提60min。
2)酶解：在步骤1)获得的浸提液中加入复合酶，复合酶包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶，酶量分别为山药质量的0.1％、0.8％、0.4％、0.8％、0.1％。25℃下酶解2.5h，酶解的pH为6.5，进行固液分离，收集清液。
3)浓缩：将步骤2)得到的清液，进行超滤浓缩，超滤膜截留分子量为10kD，获得的浓缩液进行干燥，获得山药可溶性膳食纤维。
实施例5
1)浸提：将1kg山药粉碎，加25倍于山药的水45℃下浸提45min。
2)酶解：在步骤1)获得的浸提液中加入复合酶，复合酶包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、葡糖淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶，酶量分别为山药质量的0.3％、0.5％、0.7％、0.5％、0.2％。23℃酶解2.75h，期间pH为7，进行固液分离，收集清液。
3)浓缩：将步骤2)得到的清液，进行超滤浓缩，超滤膜截留分子量为5kD，获得的浓缩液进行干燥，获得山药可溶性膳食纤维。
对比例1
与实施例5的区别仅在于：复合酶中省去木瓜蛋白酶。
对比例2
与实施例5的区别仅在于：复合酶中省去中性蛋白酶。
对比例3
与实施例5的区别仅在于：复合酶中省去葡糖淀粉酶。
对比例4
与实施例5的区别仅在于：复合酶中省去纤维素酶。
对比例5
与实施例5的区别仅在于：复合酶中省去半纤维素酶。
对比例6
与实施例5的区别仅在于：复合酶中用α-淀粉酶代替葡糖淀粉酶。
各实施例、对比例所得可溶性膳食纤维的收率、纯度和水溶性整理于表1.其中收率通过完全干燥后的可溶性膳食纤维占制备过程中所用山药质量的百分比计算，纯度指的是干燥后的产品中，可溶性膳食纤维的质量百分比，通过酶－重量法来检测。
对比例7
与实施例5的区别仅在于：用减压浓缩代替超滤浓缩。
表1
| 产物 | 收率 | 纯度 | 水溶性 | 产物 | 收率 | 纯度 | 水溶性 |
| 实施例1 | 7.6％ | 33％ | 完全水溶 | 对比例2 | 6.2％ | 19％ | 部分不溶 |
| 实施例2 | 7.9％ | 35％ | 完全水溶 | 对比例3 | 6.1％ | 21％ | 部分不溶 |
| 实施例3 | 8.1％ | 32％ | 完全水溶 | 对比例4 | 6.4％ | 18％ | 部分不溶 |
| 实施例4 | 8.6％ | 34％ | 完全水溶 | 对比例5 | 6.7％ | 16％ | 部分不溶 |
| 实施例5 | 9.0％ | 37％ | 完全水溶 | 对比例6 | 7.0％ | 23％ | 部分不溶 |
| 对比例1 | 6.5％ | 20％ | 部分不溶 | 对比例7 | 6.9％ | 27％ | 部分不溶 |
从表1可以看出，对比例1-6的收率和所得山药可溶性膳食纤维的纯度都不如实施例5，证明本发明中的复合酶各组分之间存在协同作用，省略或替换其中任意一种都会降低山药可溶性膳食纤维的收率和纯度甚至水溶性。其中水溶性方面的缺陷将限制产物的应用范围。对照实施例5与实施例6可以看出，超滤浓缩相较于现有技术中的减压浓缩等普通的浓缩方式能够对提高山药可溶性膳食纤维的收率和纯度更有帮助。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种山药可溶性膳食纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将山药粉碎、加水浸提，得到浸提液；
(2)在步骤(1)所得浸提液中加入复合酶，酶解，固液分离，收集清液；
(3)将步骤(2)所得清液进行超滤浓缩、干燥，得到所述山药可溶性膳食纤维；
其中，以步骤(1)所述山药的质量为100％计，步骤(2)所述复合酶包括如下质量百分比的组分：
木瓜蛋白酶0.1～1％、中性蛋白酶0.2～1.5％、葡糖淀粉酶0.2～2％、纤维素酶0.1～1.6％、半纤维素酶0.1～0.8％。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述加水的质量为所述山药质量的5～50倍，优选10～30倍。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸提的温度为30～60℃，优选40～50℃。
4.如权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸提的时间为15～120min，优选30～60min。
5.如权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，以步骤(1)所述山药的质量为100％计，步骤(2)所述复合酶包括如下质量百分比的组分：
木瓜蛋白酶0.1～0.5％、中性蛋白酶0.2～0.8％、葡糖淀粉酶0.4～1.0％、纤维素酶0.3～0.8％、半纤维素酶0.1～0.3％。
6.如权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述酶解的pH为6～8，优选6.5～7.5；
优选地，步骤(2)所述酶解的温度为15～40℃，优选20～25℃。
7.如权利要求1～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述酶解的时间为2～4h，优选2.5～3h。
8.如权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述超滤用的超滤膜的截留分子量为3～10kD。
9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述干燥包括真空干燥、冷冻干燥、喷雾干燥或热干燥中的任意一种或至少两种的组合。
10.如权利要求1～9任一项所述制备方法制备的山药可溶性膳食纤维。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170801 |
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