CN109601846B - 一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法 - Google Patents

一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法，利用绿色木霉菌发酵提取脱脂米糠中的可溶性膳食纤维，并优化设计了该改性方法的最佳工艺条件。本发明的方法使可溶性膳食纤维的得率提高，设备简单，有利于工业化生产。

Description

一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法
技术领域
本发明涉及健康食品生产技术领域，具体涉及一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法。
背景技术
米糠是稻米加工副产品，其中含有丰富的膳食纤维，经过脱脂后的膳食纤维含量可达30％～50％。膳食纤维是指不能被人体消化道酶消化，但能在大肠内部分或全部发酵的多糖类碳水化合物及木质素。膳食纤维已被营养学家推崇为6大营养素之后能够平衡人体营养状况的“第7类营养素”。目前公认的膳食纤维分类方法是按照其溶解性，分为可溶性和不可溶性两种。可溶性膳食纤维(SDF)是指可溶于温、热水、并且其水溶液能被4倍体积的乙醇溶液沉淀的那部分亲水性胶体物质，主要包括植物细胞内的果胶、部分半纤维素；不可溶性膳食纤维(IDF)是指不被人体消化道酶消化，而且不溶于热水的那部分膳食纤维，一般包括纤维素、木质素以及部分半纤维素等细胞壁成分。研究表明，SDF和IDF具有不同的生理功能。IDF有支持肠道菌群生长，增加粪便体积，减少肠道转运和抑制胰脂肪酶活性的生理功能。SDF则可用于降低血糖和血浆，胆固醇和降低患心血管疾病和预防结肠直肠癌的风险。有研究证明可溶性膳食纤维显示出比不溶性膳食纤维更强的抗氧化活性。此外，与IDF相比，SDF具有更高的形成凝胶的能力并充当乳化剂，使其易于掺入食品中。因此膳食纤维中可溶性膳食纤维所占的比例是影响膳食纤维生理功能的一个重要因素，而对DF采用物理、化学方法提高SDF的含量，改善膳食纤维产品的加工特性或生理功能，也就是DF的改性是目前健康食品领域的研究趋势。据文献报道，SDF在总膳食纤维(TDF)中的比例必须至少为10％才能被认为是高质量的膳食纤维。然而，米糠膳食纤维中存在的SDF含量远低于该值。
通过微生物发酵生产膳食纤维能有效提高可溶性膳食纤维的含量，改善膳食纤维的理化特性，更有利于发挥膳食纤维的生理功能。
发明内容
本发明的目的在于以脱脂米糠为原料，利用发酵技术提取其中的可溶性膳食纤维。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供了一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法，包括如下步骤：
1)脱脂米糠预处理：取干燥脱脂米糠机械粉碎，过100目筛，得到脱脂米糠粗粉，备用；
2)菌种活化：在超净工作台中，将购买的绿色木霉菌种冻干管在酒精灯火焰上加热，滴加无菌水使之破裂，用镊子敲下顶端，然后用0.5ml的无菌水滴入管内，吸取全部菌悬液接种于PDA培养基中，28℃培养3～4d，经2～3次接代培养，备用；
3)种子液配制：在超净工作台中，用无菌水冲洗步骤2)中含绿色木霉菌的PDA培养基，制备孢子悬液，并稀释至孢子浓度约为107～108个孢子/ml，之后，将稀释后的孢子液5ml接种至装有50ml种子培养基的容器中，摇床转速150r/min，28℃震荡培养3d，得到种子液；
4)发酵培养基制备：在一容器中加入步骤1)中的脱脂米糠液(脱脂米糠粗粉与无菌水混合，其中，脱脂米糠粗粉与水的体积比为1：15)、K2HPO42.0g、MgSO4·7H2O 0.3g、CaCl20.3g、CMC-Na 10g、蛋白胨0.5g、FeSO4﹒7H200.0015g、MnSO4·H2O 0.0016g、ZnSO4﹒7H2O0.0015g、CoCl2﹒6H2O 0.002g，加水定容至1L，调节pH在5.8，在121℃下高压蒸汽灭菌30min配制成发酵培养基，备用；
5)发酵：在发酵培养基上接种步骤3)得到的种子液，接种量为发酵培养基体积的10％，发酵温度为28℃，于恒温培养振荡器中发酵41h；
6)将步骤5)得到的发酵液调节pH到6.5，加入热稳定α-淀粉酶95℃下反应30min，再调节pH到6.5后，加入木瓜蛋白酶65℃下水解1h，沸水浴10min后，离心取上清液，然后加入4倍体积95％乙醇醇沉，沉淀物即为获得的可溶性膳食纤维，可冷冻干燥后保存。
进一步地，步骤2)中的PDA培养基的制备方法包括如下步骤：取去皮的马铃薯200g，切成小块，加水100ml煮沸20min，滤去马铃薯块，将滤液补足1000ml，之后，将20％马铃薯汁1L、葡萄糖20g、KH2PO4 3g、MgSO4﹒7H2O 1.5g、硫胺素8mg、琼脂20g装于锥形瓶中，在121℃下高压蒸汽灭菌30min，配制成PDA培养基。
进一步地，步骤3)中的种子培养基的制备方法包括如下步骤：在容器中加入NaN032.0g、K2HPO4 1.0g、KCl 0.5g、MgSO4﹒7H2O 0.5g、FeSO4 0.01g、蔗糖30g、琼脂20g、用水定容至l L，自然pH值，在121℃下高压蒸汽灭菌30min，配制成种子培养基。
进一步地，步骤6)中，热稳定α-淀粉酶的活力为200000U/g，添加量为0.01ml/g(以加入的米糠粗粉质量为基准)，木瓜蛋白酶酶活为50000U/g，添加量为加入的米糠粗粉质量的0.5％。
本发明以脱脂米糠为原料，利用绿色木霉菌发酵并结合α-淀粉酶和木瓜蛋白酶处理，提取得到可溶性膳食纤维，脱脂米糠中的可溶性膳食纤维约10.5(w/w,％)，经过发酵后得率显著提高至33.4％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提供了一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法，该方法操作简单，使用的设备也比较简单，成本低廉，最终得到的可溶性膳食纤维得率较高。
2、本发明以大米的副产品即脱脂米糠为原料，实现了残渣加工的新利用。
附图说明
图1中，a为pH和发酵液的接种量对脱脂米糠中可溶性膳食纤维得率的响应面图，b为pH和发酵液的接种量对脱脂米糠中可溶性膳食纤维得率的等高线图,c为发酵时间和发酵液的接种量对脱脂米糠中可溶性膳食纤维得率的响应面图，d为发酵时间和发酵液的接种量对脱脂米糠中可溶性膳食纤维得率的等高线图，e为pH和发酵时间对脱脂米糠中可溶性膳食纤维得率的响应面图，f为pH和发酵时间对脱脂米糠中可溶性膳食纤维得率的等高线图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步地说明。
实施例1
发酵法提取脱脂米糠可溶性膳食纤维的工艺，其具体步骤如下：
(1)原料处理
将脱脂米糠机械粉碎，过100目筛，得到脱脂米糠粗粉。
(2)发酵剂的制备
步骤一、取去皮的马铃薯200g，切成小块，加水100ml，煮沸20min，滤去马铃薯块，将滤液补足至1000ml。分别将20％马铃薯汁1L、葡萄糖20g、KH2PO4 3g、MgSO4﹒7H2O 1.5g、硫胺素8mg、琼脂20g装于锥形瓶中，在121℃下高压蒸汽灭菌30min，配制成PDA培养基；
步骤二、在超净工作台中，将购买的绿色木霉菌种冻干管(绿色木霉GIM 3.597：广东省微生物菌种保藏中心购买)，在酒精灯火焰上加热，滴加无菌水使之破裂，用镊子敲下顶端，然后用0.5ml的无菌水滴入管内，吸取全部菌悬液接种于PDA培养基中，28℃培养3～4d，经2～3次接代培养，备用；
步骤三、在锥形瓶中加入NaN032.0g、K2HP041.0g、KCl 0.5g、MgS04﹒7H200.5 g、FeS04 0.01g、蔗糖30g、琼脂20g，用水定容至l L，自然pH值，在121℃下高压蒸汽灭菌30min，配制成种子培养基，备用；
步骤四、在超净工作台中，用无菌水冲洗步骤二得到的培养基，制备孢子悬液，稀释至孢子浓度约为107～108个孢子/ml，接种孢子液5ml于装有50ml步骤三得到的种子培养基中，摇床转速150r/min，28℃震荡培养，得到种子液；
步骤五、在容器中加入脱脂米糠液(脱脂米糠粗粉与无菌水混合，其中，脱脂米糠粗粉与水的体积比为1：15)、K2HP042.0g、MgS04·7H200.3g、CaCl20.3g、CMC-Na 10g、蛋白胨0.5g、FeS04﹒7H200.0015g、MnS04·H200.0016g、ZnS04﹒7H200.0015 g、CoCl2﹒6H200.002g、加水定容至1L，调节pH在5.8，在121℃下高压蒸汽灭菌30min配制成发酵培养基，备用；
步骤六、将种子液接种至步骤五中得到的发酵培养基上，接种量为发酵培养基体积的10％，发酵温度为28℃，将发酵培养基在恒温培养振荡器发酵41h。
(3)可溶性膳食纤维的提取
步骤七、将步骤六中得到的发酵液调节pH到6.5，加入0.01ml/g(以加入的脱脂米糠粗粉的质量为基准)、活力为200000U/g的热稳定α-淀粉酶，95℃下反应30min，调节pH到6.5，加入活力为50000U/g木瓜蛋白酶(添加量为加入的米糠粗粉质量的0.5％)，65℃下水解1h，沸水浴10min，之后，离心取上清液，加入4倍体积95％乙醇醇沉，得到的沉淀物即为脱脂米糠中的可溶性膳食纤维。
将沉淀物冷冻干燥后称重，计算可溶性膳食纤维的得率。
经计算得到，可溶性膳食纤维的得率约为33.4％。
对比例1
脱脂米糠按1：15的料液比加水混合均匀后，95℃水浴锅中糊化30min，而后加入热稳定α-淀粉酶95℃下反应30min，再调节pH到6.5后加入木瓜蛋白酶65℃下水解1h，沸水浴10min后，离心取上清液，然后加入4倍体积95％乙醇醇沉，沉淀物即为获得的可溶性膳食纤维，冷冻干燥后称重，计算可溶性膳食纤维的得率。
经计算得到，可溶性膳食纤维的得率为10.5％。
实施例2
分别考察实施例1及对比例1获得的可溶性膳食纤维的溶解性、持水力、持油力以及对以及对胆固醇吸附能力，具体结果见下表。
Figure GDA0003601901550000051
获得的脱脂米糠的可溶性膳食纤维的溶解性、持水力、持油力都得到了增加。持水性能够起到增加粪便的体积、预防便秘、具有饱腹感，进而起到预防肥胖的作用；另一方面，对该可溶性膳食纤维模拟肠道对胆固醇吸收，发现其对胆固醇吸收的能力也有所增加，而吸收胆固醇能力和持油性可以调节血脂和胆固醇水平，对于控制体重、降低血液中胆固醇、血脂含量、清除有害物质都具有较好作用。因此，本发明获得的可溶性膳食纤维的相关性质得到了提高。
实施例3利用发酵法对脱脂米糠可溶性膳食纤维的优化处理
在绿色木霉菌的单因素试验基础上，以绿色木霉菌发酵液的接种量、pH、发酵时间作为自变量，以可溶性膳食纤维得率作为响应值，根据中心组合试验原理，采用Design-Expert.v8.0软件设计了三因素三水平响应面试验，分析优化方法中的工艺。响应面实验因素水平见表1，实验设计及结果见表2，回归模型的显著性分析及差异分析见表3，响应面图见图1。
表1实验设计因素水平表
Figure GDA0003601901550000061
表2实验设计及实验结果
Figure GDA0003601901550000062
Figure GDA0003601901550000071
表3实验回归模型分析
Figure GDA0003601901550000072
Figure GDA0003601901550000081
由表3可知，各因素对脱脂米糠可溶性膳食纤维提取率的影响顺序为接种量、pH、发酵时间。因变量与各自变量之间的线性关系显著，方程P值＝0.0024<0.05，因此，方程与实际情况拟合良好，该实验结果可靠。失拟项差异不显著(p>0.05)，表明回归模型具有良好的拟合和较小的测试误差。此外，R2值为0.9328，这意味着该模型可以反映响应值的变化。在这个的模型中，因子A，B，C，A2，B2和C2都是显著的。
发酵液的pH、发酵时间和接种量对脱脂米糠可溶性膳食纤维的提取率的响应面及等高线图见图1。通过软件预算处理，得到脱脂米糠中可溶性膳食纤维的提取最佳条件为：接种量＝10％，pH＝5.8，时间＝41h。在此条件下，SDF提取率可达到33.4％。为了验证模型的预测能力，使用所选择的最佳条件测试预测最佳响应值，测定结果稳定，且与预测值相当接近，偏差不大，因此，证明了实验结果可靠，具有一定的实际预测性。
综上所述，本发明提供的方法有效地提高了脱脂米糠中可溶性膳食纤维的提取得率，值得进一步推广。

Claims (3)

1.一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)种子液配制：在超净工作台中，用无菌水冲洗含绿色木霉菌的PDA培养基，制备孢子悬液，并稀释至孢子浓度为107～108个孢子/ml，之后，将稀释后的孢子液5ml接种至装有50ml种子培养基的容器中，摇床转速150r/min，28℃震荡培养3d，得到种子液；
2)发酵培养基制备：在容器中加入脱脂米糠粗粉液、K2HPO4 2.0g、MgSO4·7H2O 0.3g、CaCl2 0.3g、CMC-Na 10g、蛋白胨0.5g、FeSO4﹒7H2O 0.0015g、MnSO4·H2O 0.0016g、ZnSO4﹒7H2O 0.0015g、CoCl2﹒6H20 0.002g，加水定容至1L，调节pH在5.8，在121℃下高压蒸汽灭菌30min配制成发酵培养基，备用；
3)发酵：步骤2)得到的发酵培养基上接种步骤1)得到的种子液，接种量为发酵培养基体积的10％，发酵温度为28℃，于恒温培养振荡器中发酵41h；
4)将步骤3)得到的发酵液调节pH到6.5，加入热稳定α-淀粉酶95℃下反应30min，再调节pH到6.5后加入木瓜蛋白酶65℃下水解1h，沸水浴10min后，离心取上清液，然后加入4倍体积的95％乙醇醇沉；
其中，所述步骤1)中的种子培养基的制备方法包括如下步骤：在容器中加入NaNO32.0g、K2HPO4 1.0g、KCl 0.5g、MgSO4﹒7H2O 0.5g、FeSO4 0.01g、蔗糖30g、琼脂20g、用水定容至l L，自然pH值，在121℃下高压蒸汽灭菌30min，配制成种子培养基；
所述步骤2)中的脱脂米糠粗粉的制备过程如下：取干燥脱脂米糠机械粉碎，过100目筛，得到脱脂米糠粗粉；加入的脱脂米糠粗粉液为脱脂米糠粗粉与无菌水混合得到，其中，脱脂米糠粗粉与无菌水的体积比为1：15；
所述步骤4)中的热稳定α-淀粉酶的活力为200000U/g，添加量为0.01ml/g，以加入的脱脂米糠粗粉的质量为基准，所述步骤4)中的木瓜蛋白酶酶活为50000U/g，添加量为加入的脱脂米糠粗粉质量的0.5％。
2.根据权利要求1所述的一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法，其特征在于，所述步骤1)中的含绿色木霉菌的PDA培养基的制备方法包括如下步骤：
在超净工作台中，将绿色木霉菌种冻干管在酒精灯火焰上加热，滴加无菌水使之破裂，用镊子敲下顶端，然后用0.5ml的无菌水滴入管内，吸取全部菌悬液接种于PDA培养基中，28℃培养3～4d，经2～3次接代培养，得到含绿色木霉菌的PDA培养基。
3.根据权利要求1所述的一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法，其特征在于，所述PDA培养基的制备包括如下步骤：
取去皮的马铃薯200g，切成小块，加水100ml煮沸20min，滤去马铃薯块，将滤液补足1000ml，之后，将20％马铃薯汁1L、葡萄糖20g、KH2PO43 g、MgSO4﹒7H2O 1.5g、硫胺素8mg、琼脂20g装于锥形瓶中，在121℃下高压蒸汽灭菌30min，配制成PDA培养基。
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