CN108771134A - 一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及食品及食品加工领域，尤其涉及一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法。本发明方法以大豆分离蛋白生产过程中的副产物豆渣为原料，用碱调整豆渣料液pH，加入碱性蛋白酶去除豆渣中的蛋白，提高豆渣中总膳食纤维的相对含量，然后采用由纤维素酶和复合植物水解酶组成的混合酶对其进行水解，对比分析豆渣水解过程中的溶液pH、水解温度、水解时间以及酶添加量，最终通过测定可溶性膳食纤维提取率确定最佳提取条件。经测试，本发明提取方法对可溶性膳食纤维的提取效率明显高于常规的酶处理提取法，且本发明方法操作简单、安全环保、对设备要求低、便于推广。
Description
技术领域
本发明涉及食品及食品加工领域，尤其涉及一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法。
背景技术
豆渣是大豆分离蛋白、豆腐、豆浆、豆皮等豆制品生产加工过程中产生的副产物，每加工1吨大豆约产生1.2吨湿豆渣，每年仅大豆分离蛋白副产的湿豆渣就可达到近万吨。作为一种绿色天然的食物原材料，豆渣具有营养丰富、低糖、低热量等许多优点，但同时其食用口感差、利于微生物滋生、易腐败变质等缺点也在很大程度上限制了对其的高效再利用。虽然我国豆制品加工业较为发达，但目前对豆渣的再利用仍处于较低水平，大都用于饲料行业，大大降低了其利用价值，有的甚至直接废弃，不仅浪费了资源，同时还给环境造成了污染，因此，对豆渣资源进行综合利用，提升其附加价值并防止其污染环境，具有重要的经济和社会意义。
大豆豆渣中含有大量的纤维素、蛋白质、维生素、异黄酮、矿物质，具有较高的营养价值，且价格低廉、安全健康。经测定，豆渣中膳食纤维的含量更是达到60％以上，其中大部分是不溶性膳食纤维。因此，如何提高豆渣中可溶性膳食纤维的含量并将其尽可能完全的提取出来，对增强豆渣膳食纤维的生物活性和功能性，以及提高其再利用价值无疑具有重要意义。
目前，对于大豆豆渣中可溶性膳食纤维的提取工艺主要有物理提取法、化学改性法、酶处理法等。类似的研究例如：发明专利申请“一种豆渣膳食纤维的制备方法及豆渣膳食纤维”(CN201710664862.8)中公开了一种豆渣膳食纤维的制备方法，通过对原料进行前期高温蒸煮处理、汽爆处理、超声波处理等方式，辅助酶解法提取豆渣中的可溶性膳食纤维。发明专利“一种豆渣可溶性膳食纤维的制备方法”(CN201310007936.2)中将机械-化学-酶法相结合，在双螺杆挤压的过程中，利用低温和高剪切的挤压方式，后续配合化学和酶法进行可溶性膳食纤维的提取。
上述方法能够提取大豆豆渣中的可溶性膳食纤维，然而，仍各有不足之处，物理提取法通常能够有效破坏原料组织结构，使内部结构暴露便于提取完全，然而物理提取法对操作设备的要求比较高，生产成本高，且提取过程中会产生噪音，污染环境；化学改性法多采用强酸、强碱进行处理，使膳食纤维糖苷键断裂，从而形成一些小分子的可溶性膳食纤维，但强酸强碱处理不仅费时，而且处理不当会对环境造成严重污染，产品中的残留溶剂还会对产品品质、安全产生一定的影响；酶处理法虽然安全性较好，但由于其提取效率普遍较低，间接地提升了生产成本，因此导致其在实际生产中推广应用受到了一定的限制。
本发明通过对豆渣可溶性膳食纤维提取工艺条件的改进，建立了一套新的利用酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法。本发明方法操作简单、生产耗时短、安全环保、提取效果显著，为豆渣资源的综合利用提供了有效的解决方案。
发明内容
本发明旨在克服现有大豆豆渣可溶性膳食纤维提取方法的提取率低、操作繁琐、设备要求高、污染环境等不足，提供一种操作简单、生产耗时短、安全环保、提取效果显著的豆渣可溶性膳食纤维提取方法，为豆渣资源的综合利用提供有效的解决方案。
本发明酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用碱调节pH至8.0-9.0，然后加入0.2-0.55％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150-250r/min，水浴温度为45-55℃，水解时间1-2h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置10-20min；
(3)第一次离心分离：对第一步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500-5000r/min，离心时间5-10min，得到固体分离物即为豆渣膳食纤维粗品；
(4)混合酶处理：将上述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用酸调节pH至4.5-5.5，然后加入0.2-0.5％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2，其中，所述混合酶由相等重量的纤维素酶和复合植物水解酶混合而成；
(5)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150-250r/min，水浴温度为45-55℃，水解时间1-2h；
(6)第二次离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500-5000r/min，离心时间8-12min，得到上清液；
(7)将上步所得上清液减压浓缩1-2倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维。
优选地，本发明方法中所述原料豆渣为大豆分离蛋白生产过程中的副产物。
优选地，本发明方法步骤(1)中所述碱性蛋白酶的纯度＞99％，酶活力为200-500U/g。
进一步优选地，本发明方法步骤(1)中将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用碱调节pH至8.5，然后加入0.5％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1。
进一步优选地，本发明方法步骤(2)中第一步水解条件为：将装有混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置15min。
优选地，本发明方法步骤(3)中第一次离心分离条件为：离心速度为4500r/min，离心时间10min。
优选地，本发明方法步骤(4)中将所述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用酸调节pH至4.8，然后加入0.4％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2。
进一步优选地，本发明方法步骤(5)中第二步水解条件为：将装有混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h。
优选地，本发明方法步骤(6)中第二次离心分离条件为：离心速度为4500r/min，离心时间10min。
优选地，本发明方法中所述碱为工业液碱，所述酸为盐酸。
本发明在原料前处理过程中，通过在适当的弱碱性条件下，利用碱性蛋白酶对原料进行脱蛋白，提高豆渣中总膳食纤维的相对含量，然后采用由纤维素酶和复合植物水解酶组成的混合酶对其进行恒温水浴加热提取，利用该混合酶的酶解作用有效地破坏细胞壁和细胞膜，一方面利于细胞内含物的释放，同时还可将相当一部分不溶性膳食纤维水解为可溶性膳食纤维。经测试，本发明提取方法对可溶性膳食纤维的提取效率明显高于常规的酶处理提取法，且本发明方法操作简单、安全环保、生产耗时短、对设备要求低，非常适合企业大规模生产使用。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
在进一步描述本发明具体实施方式之前，应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
实施例1
原料豆渣为大豆分离蛋白生产过程中的副产物，蛋白含量为16.3％。
一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用工业液碱NaOH调节pH至8.0，然后加入0.2％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为250r/min，水浴温度为55℃，水解时间1h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置10min；
(3)第一次离心分离：对第一步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500r/min，离心时间10min，得到固体分离物即为豆渣膳食纤维粗品；
(4)混合酶处理：将上述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用盐酸调节pH至5.0，然后加入0.2％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2，其中，所述混合酶由相等重量的纤维素酶和复合植物水解酶混合而成；
(5)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为250r/min，水浴温度为55℃，水解时间1h；
(6)第二次离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500r/min，离心时间12min，得到上清液；
(7)将上步所得上清液减压浓缩1倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维，最后测得可溶性膳食纤维的提取率为30.27％。
对比例1
原料豆渣同实施例1。
提取方法如下：
(1)前处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，搅拌均匀后放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为250r/min，水浴温度为55℃，水解时间1h；
(2)混合酶处理：将上述水解液用盐酸调节pH至5.0，然后加入0.2％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液，其中，所述混合酶由相等重量的纤维素酶和复合植物水解酶混合而成；
(3)水解：将装有上述混合料液的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为250r/min，水浴温度为55℃，水解时间1h；
(4)离心分离：对水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500r/min，离心时间12min，得到上清液；
(5)将上步所得上清液减压浓缩1倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维，最后测得可溶性膳食纤维的提取率为12.37％。
可见，与对比例1相比，实施例1豆渣中可溶性膳食纤维的提取率提高了17.9％，从而证实了利用碱性蛋白酶纯化豆渣，有利于提高豆渣中可溶性膳食纤维的提取率。
实施例2
原料豆渣为大豆分离蛋白生产过程中的副产物，蛋白含量为16.3％。
一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用工业液碱NaOH调节pH至9.0，然后加入0.55％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150r/min，水浴温度为45℃，水解时间2h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置20min；
(3)第一次离心分离：对第一步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为5000r/min，离心时间5min，得到固体分离物即为豆渣膳食纤维粗品；
(4)混合酶处理：将上述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用盐酸调节pH至4.5，然后加入0.5％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2，其中，所述混合酶由相等重量的纤维素酶和复合植物水解酶混合而成；
(5)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150r/min，水浴温度为45℃，水解时间2h；
(6)第二次离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为5000r/min，离心时间8min，得到上清液；
(7)将上步所得上清液减压浓缩2倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维，最后测得可溶性膳食纤维的提取率为32.69％。
对比例2
原料豆渣同实施例2。
提取方法如下：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用工业液碱NaOH调节pH至9.0，然后加入0.55％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150r/min，水浴温度为45℃，水解时间2h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置20min；
(3)纤维素酶处理：将上述第一步水解液用盐酸调节pH至4.5，然后加入0.5％的纤维素酶，搅拌均匀得到混合料液2；
(4)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150r/min，水浴温度为45℃，水解时间2h；
(5)离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为5000r/min，离心时间8min，得到上清液；
(6)将上步所得上清液减压浓缩2倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维，最后测得可溶性膳食纤维的提取率为16.26％。
可见，与对比例2相比，实施例2豆渣中可溶性膳食纤维的提取率提高了16.43％，从而证实了利用特定组成的混合酶代替纤维素酶进行酶解，对于豆渣中可溶性膳食纤维的提取具有很大的促进作用。
实施例3
原料豆渣为大豆分离蛋白生产过程中的副产物，蛋白含量为16.3％。
一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用工业液碱NaOH调节pH至8.5，然后加入0.5％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置15min；
(3)第一次离心分离：对第一步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为4500r/min，离心时间10min，得到固体分离物即为豆渣膳食纤维粗品；
(4)混合酶处理：将上述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用盐酸调节pH至4.8，然后加入0.4％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2，其中，所述混合酶由相等重量的纤维素酶和复合植物水解酶混合而成；
(5)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h；
(6)第二次离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为4500r/min，离心时间10min，得到上清液；
(7)将上步所得上清液减压浓缩1.5倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维，最后测得可溶性膳食纤维的提取率为39.45％。
对比例3
原料豆渣同实施例3。
提取方法如下：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用工业液碱NaOH调节pH至8.5，然后加入0.5％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置15min；
(3)复合植物水解酶处理：将上述第一步水解液用盐酸调节pH至4.8，然后加入0.4％的复合植物水解酶，搅拌均匀得到混合料液2；
(4)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h；
(5)离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为4500r/min，离心时间10min，得到上清液；
(6)将上步所得上清液减压浓缩1.5倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维，最后测得可溶性膳食纤维的提取率为19.45％。
可见，与对比例3相比，实施例3豆渣中可溶性膳食纤维的提取率提高了20％，从而证实了利用特定组成的混合酶代替复合植物水解酶进行酶解，对于豆渣中可溶性膳食纤维的提取具有很大的促进作用。
对比试验结果
实施例1-3与对比例1-3的测定结果如下表1所示。
表1实施例1-3与对比例1-3的测定结果
| 方法 | 豆渣中可溶性膳食纤维提取率(％) |
| 实施例1 | 30.27 |
| 对比例1 | 12.37 |
| 实施例2 | 32.69 |
| 对比例2 | 16.26 |
| 实施例3 | 39.45 |
| 对比例3 | 19.45 |
由表1的结果可以看出，与对比例1-3相比，本发明方法(实施例1-3)由于采用了加入碱性蛋白酶脱蛋白，利用特定组成的混合酶代替纤维素酶等工艺，明显提高了大豆豆渣中可溶性膳食纤维的提取率，且本发明方法提取条件温和、操作方便、成本较低，为大豆豆渣中可溶性膳食纤维的提取和利用提供了基础，具有良好的应用前景。
以上对本发明优选的具体实施方式和实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明构思的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)蛋白酶处理：将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用碱调节pH至8.0-9.0，然后加入0.2-0.55％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1；
(2)第一步水解：将装有上述混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150-250r/min，水浴温度为45-55℃，水解时间1-2h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置10-20min；
(3)第一次离心分离：对第一步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500-5000r/min，离心时间5-10min，得到固体分离物即为豆渣膳食纤维粗品；
(4)混合酶处理：将上述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用酸调节pH至4.5-5.5，然后加入0.2-0.5％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2，其中，所述混合酶由相等重量的纤维素酶和复合植物水解酶混合而成；
(5)第二步水解：将装有上述混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为150-250r/min，水浴温度为45-55℃，水解时间1-2h；
(6)第二次离心分离：对第二步水解后得到的料液进行离心分离，离心速度为3500-5000r/min，离心时间8-12min，得到上清液；
(7)将上步所得上清液减压浓缩1-2倍后，向其中加入4倍体积的无水乙醇，搅拌均匀后静置1h使其沉淀完全，过滤后将沉淀物进行干燥，即得到可溶性膳食纤维。
2.如权利要求1所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其中所述原料豆渣为大豆分离蛋白生产过程中的副产物。
3.如权利要求1所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其中步骤(1)中所述碱性蛋白酶的纯度＞99％，酶活力为200-500U/g。
4.如权利要求3所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其步骤(1)中将原料豆渣浸泡于10倍量的水中，用碱调节pH至8.5，然后加入0.5％的碱性蛋白酶，搅拌均匀得到混合料液1。
5.如权利要求4所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其步骤(2)中第一步水解条件为：将装有混合料液1的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h，水解完成后将水浴温度升高至85℃，放置15min。
6.如权利要求1所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其步骤(3)中第一次离心分离条件为：离心速度为4500r/min，离心时间10min。
7.如权利要求1所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其步骤(4)中将所述豆渣膳食纤维粗品浸泡于10倍量的水中，用酸调节pH至4.8，然后加入0.4％的混合酶，搅拌均匀得到混合料液2。
8.如权利要求7所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其步骤(5)中第二步水解条件为：将装有混合料液2的容器放置在水浴锅中搅拌水解，搅拌速度为200r/min，水浴温度为50℃，水解时间1.5h。
9.如权利要求1所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其步骤(6)中第二次离心分离条件为：离心速度为4500r/min，离心时间10min。
10.如权利要求1所述的酶辅助提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其中所述碱为工业液碱，所述酸为盐酸。
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