CN109609570B - 一种复合菌种和膳食纤维的制备方法 - Google Patents

一种复合菌种和膳食纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及微生物技术领域，特别涉及一种复合菌种和膳食纤维的制备方法。本发明提供的复合菌种包括解淀粉芽孢杆菌BA‑05和巨大芽孢杆菌BM‑02。本发明还提供了利用所述复合菌种制备膳食纤维的方法。相比传统的酸解法、碱解法和酶解法，本发明制备方法明显提高了膳食纤维的提取率。

Description

一种复合菌种和膳食纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及微生物技术领域，尤其涉及一种复合菌种和膳食纤维的制备方法。
背景技术
膳食纤维，是一种在人体不易被消化吸收的多糖类食物成分。根据水溶性不同，膳食纤维分为可溶性膳食纤维(SDF)与非可溶性膳食纤维(IDF)。可溶性膳食纤维的主要功能是可减少血液中的胆固醇水平，调节血糖水平，从而降低心脏病的危险，改善糖尿病，主要源自于水果、蔬菜、大豆和燕麦等，包括果胶等亲水胶体物质和部分半纤维素。非可溶性膳食纤维主要功能是膨胀，可以调节肠道功能，防止便秘，保持大肠健康，它包括纤维素、木质素和部分半纤维素。
苎麻、黄麻等麻类植物的叶中含有50％-70％的天然纤维、20％-30％的粗蛋白、3％左右的淀粉，可以开发成食用或药用膳食纤维。
目前，从植物中提取膳食纤维采用的方法主要有碱煮、酸解、酶解。如，俞莹等以罗布麻为原料，采用双酶法(植物蛋白酶和糖化酶)从罗布麻叶中提取可溶性膳食纤维。申请号为201610944175.7的专利采用酸解法从剑麻渣中提取膳食纤维，具备方法为：对抽提纤维后的剑麻渣清洗、去杂、干燥、粉碎后用乙醇抽提，干燥，所得物料再酸解及离心分离，得到可溶性及不溶性膳食纤维。申请号为201110388526.8的专利采用碱煮法用大豆种皮生产大豆膳食纤维，具体方法为：在粉碎或未粉碎的大豆种皮中加水，调节pH值后，加热进行碱煮，得到碱煮后的浆液；分离，洗涤，干燥，粉碎，得到膳食纤维。
在上述方法中，碱煮或酸解法需要强酸或强碱，对环境污染及设备腐蚀损坏严重，对膳食纤维的提取效率也不理想；相比之下，酶解法对膳食纤维的提取效率相对高一些，但需要蛋白酶、果胶酶、糖化酶等，生产成本高、条件要求严格。因此，如何提供一种膳食纤维得率高、对环境友好且成本相对较低的制备方法，是目前亟待解决的技术难题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合菌株和膳食纤维的制备方法，采用本发明提供的复合菌种提取麻类植物中的膳食纤维，提取率较高，成本相对较低，同时避免了大量使用酸碱，对环境友好。
为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将保藏编号为CCTCC NO:M 2018855的解淀粉芽孢杆菌BA-05和保藏编号为CCTCC NO:M 2018856的巨大芽孢杆菌BM-02共培养，得复合菌液；
步骤2：将所述复合菌液加水稀释后与麻类植物混合发酵，得发酵物；
步骤3：所述发酵物离心后分别收集第一滤渣和第一滤液；
步骤4：向第一滤液中加无水乙醇沉淀，离心，收集第二滤渣烘干，得水溶性麻类膳食纤维；
步骤:5：取第一滤渣依次进行洗涤、过滤，收集第三滤渣，得不溶性膳食纤维。
本发明所述制备方法，步骤1中，所述复合菌液中解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的活菌数量比为3:1～5:1。在一些具体实施例中，所述复合菌液中解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的活菌数量比为7:2。
在一些实施方案中，步骤1中，所述复合菌液中总活菌数为5×108cfu/mL～2×109cfu/mL。在一些具体实施例中，复合菌液中总活菌数为6×108cfu/mL。
本发明制备方法，步骤1中，对解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02共培养采用的培养基为肉汤培养基，配方为：蛋白胨1％，牛肉膏0.3％，氯化钠0.5％，pH 6.5-7.5。所述共培养的方式为震荡培养，共培养的温度为30℃-35℃，时间为12h。在一些具体实施例中，所述共培养为32℃震荡共培养12h。
在一些实施方案中，步骤2对复合菌液加水进行稀释，所述稀释倍数为10～15倍。在一些具体实施例中，稀释倍数为15倍。
本发明制备方法，步骤2将复合菌液加水稀释后与所述麻类植物混合发酵。其中，所述麻类植物包括苎麻、黄麻以及工业大麻。在一些实施方案中，所述麻类植物为麻类植物的叶片粉碎后得到的粉末，粉末粒径≤150μm。在一些实施方案中，所述粉碎前还包括对麻类植物叶片用清水洗涤和烘干的步骤。
在一些实施方案中，所述麻类植物占所述复合菌液和水的质量总和的10～20wt％。在一些具体实施例中，麻类植物占所述复合菌液和水的质量总和的10wt％、20wt％。
在一些实施方案中，所述发酵在pH为7～8，温度为31～35℃、通气量为0.3～0.4m3/(m3·h)、搅拌速度为130～160rpm的条件下进行，所述发酵的时间为6～8h。在一些具体实施例中，所述发酵在pH为7～8，温度为31～35℃、通气量为0.3～0.4m3/(m3·h)、搅拌速度为150rpm的条件下进行，所述发酵的时间为8h。
本发明所述制备方法，步骤2在所述发酵后还包括采用高温灭菌的方式终止发酵的步骤。在一些实施方案中，所述高温灭菌具体为：121℃灭菌20min。
本发明所述制备方法，步骤3中，将所述发酵物离心，分别收集第一滤渣和第一滤液。在一些实施方案中，所述离心为700g～1200g离心10～30min。在一些具体实施例中，所述离心为1000g离心20min。
本发明所述制备方法，步骤4中，向第一滤液中加无水乙醇沉淀，离心，收集第二滤渣烘干，得水溶性麻类膳食纤维。其中，所述无水乙醇沉淀具体为向滤液中加入2～5倍体积的无水乙醇室温沉淀10～15h。在一些具体实施例中，乙醇体积为滤液体积的3倍，室温沉淀的时间为15h。在一些实施方案中，所述离心为700g～1200g离心10～30min。在一些具体实施例中，所述离心为1000g离心20min。
本发明所述制备方法，步骤5中，取第一滤渣依次进行洗涤、过滤，收集第三滤渣，得不溶性膳食纤维。在一些实施方案中，所述洗涤为用2～5倍无菌水洗涤3～4次，在一些具体实施例中，所述洗涤为用3倍无菌水洗涤4次。在一些实施方案中，所述过滤用100-200目的分样筛过滤。
本发明还提供一种复合菌种，包括保藏编号为CCTCC NO:M 2018855的解淀粉芽孢杆菌BA-05和保藏编号为CCTCC NO:M 2018856的巨大芽孢杆菌BM-02。
在一些实施方案中，所述复合菌液中解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的活菌数量比为3:1～5:1，在一些具体实施例中，具体为7:2。
在一些实施方案中，复合菌液中解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的总活菌数为5×108cfu/mL～2×109cfu/mL。在一些具体实施例中，总活菌数为6×108cfu/mL。
在一个具体实施例中，申请人将本发明制备方法同传统的酸解法、碱解法和酶解法进行比较，结果显示：
本发明制备方法与酸解法相比，本发明制备方法不需要用到酸，反应条件温和，清洁环保、降低能耗，而且总膳食纤维得率提高8.4％，其中水溶性膳食纤维得率提高2.5％。酸性环境下，对半纤维素、果胶均有一定程度降解作用，因此膳食纤维的得率降低。
与碱解法相比，本工艺不需要用到碱，反应条件温和，清洁环保，而且总膳食纤维得率提高10.8％，其中水溶性膳食纤维得率提高3.9％。碱性环境下，对半纤维素、果胶均有一定程度降解作用，而且还能一定程度上损伤纤维结构，因此膳食纤维的得率降低。
与酶解法相比，本工艺成本低廉，酶系丰富，而且总膳食纤维得率提高5.0％，其中水溶性膳食纤维得率提高1.9％。
由此可见，采用本发明提供的复合菌株提取麻类植物中的膳食纤维，具有更高的提取率，且成本相对较低，同时避免了大量使用酸碱，对环境友好。因此，本发明还提供了所述复合菌种在利用麻类植物制备膳食纤维中的应用。
本发明提供一种复合菌种和膳食纤维的制备方法。本发明所述复合菌种包括解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02。本发明所述制备方法利用所述复合菌种制备膳食纤维，相比传统的酸解法、碱解法和酶解法，明显提高了膳食纤维的提取率，相比酶解法成本较低，同时避免了大量使用酸碱，对环境友好。
生物保藏材料信息说明
解淀粉芽孢杆菌BA-05(Bacillus amyloliquefaciens BA-05)，于2018年12月4日保藏在中国典型培养物保藏中心，地址为:中国，武汉，武汉大学，保藏编号为CCTCC NO:M2018855；
巨大芽孢杆菌BM-02(Bacillus megaterium BM-02)，于2018年12月4日保藏在中国典型培养物保藏中心，地址为:中国，武汉，武汉大学，保藏编号为CCTCC NO:M 2018856。
具体实施方式
本发明公开了一种复合菌种和膳食纤维的制备方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
对所公开的实施例的说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本发明采用的试材皆为普通市售品，皆可于市场购得。
下面结合实施例，进一步阐述本发明：
实施例1解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的筛选
(1)功能菌株富集：从腐烂的苎麻叶中取样1g，加无菌水100mL以及捣碎的灭菌新鲜苎麻叶10g，放置32℃的摇床以180rpm震荡富集培养24h。再取富集液1mL，加无菌水100mL以及捣碎的新鲜苎麻叶10g，同等条件下富集培养24h，如此反复4次。
(2)菌株分离与筛选：取1mL富集液，通过稀释涂布法，涂布在肉汤平板上，32℃培养24h，挑选单菌落，分别接入以捣碎的灭菌新鲜苎麻叶为基质的培养液中，根据非纤维素降解效果筛选出两株菌株，经鉴定，分别属于Bacillus amyloliquefaciens以及Bacillusmegaterium，将其命名为解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02。
实施例2苎麻叶膳食纤维的制备
(1)收集苎麻叶1000g，用清水洗涤2遍后烘干。
(2)通过研磨粉碎机磨成小于150微米的粉末。
(3)分别取实施例1筛选的解淀粉芽孢杆菌BA-05(菌液浓度为7×108cfu)和巨大芽孢杆菌BM-02(菌液浓度为2×108cfu)的菌悬液各1mL混合，加入100mL肉汤培养液中，32℃培养12h，获得复合菌液。经检测，复合菌液中总活菌数为6×108cfu，其中，解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的活菌数量比为7:2。
(4)取共培养菌液100mL用自来水稀释至1500mL，加入复合菌液和水的质量总和的15wt％的苎麻叶粉末，保持pH为7～8，温度为31～33℃、通气量为0.3～0.4m3/(m3·h)和搅拌速度为150rpm的条件下发酵脱胶8h，121℃灭菌20min，终止发酵。
(5)用离心机以1000g的离心力离心20min，分别收集第一滤液和第一滤渣。
(6)在第一滤液中加3倍体积的无水乙醇，室温沉淀15h，1000g的离心力离心20min，收集第二滤渣，80℃烘干2h，获得水溶性麻类膳食纤维。
(7)取第一滤渣用3倍无菌水洗涤4遍，用200目的分样筛过滤，收集滤渣，80℃烘干2h，得不溶性麻类膳食纤维。
对比例1酸解法制备膳食纤维
(1)收集苎麻叶1000g，用清水洗涤2遍后烘干。
(2)通过研磨粉碎机磨成小于150微米的粉末。
(3)取250g上述粉末，加入到2500mL自来水，搅拌沸煮30min，1000g离心10min，过滤得到滤液和滤渣。
(4)滤渣溶于10倍体积pH为4的盐酸溶液中，沸煮15h，再通过1000g离心10min，洗涤、过滤，得到滤渣，即不溶性膳食纤维。
(5)在步骤3的滤液中加3倍无水乙醇，室温沉淀15h，1000g的离心力离心20min，收集滤渣，80℃烘干2h，即为水溶性麻类膳食纤维。
对比例2碱解法制备制备膳食纤维
(1)收集苎麻叶1000g，用清水洗涤2遍后烘干。
(2)通过研磨粉碎机磨成小于150微米的粉末。
(3)取250g上述粉末，加入到2500mL自来水，搅拌沸煮30min，1000g离心10min，过滤得到滤液和滤渣。
(4)滤渣溶于10倍体积0.6％的氢氧化钠溶液中，65℃溶解3h，再通过1000g离心10min，洗涤、过滤，得到滤渣，即不溶性膳食纤维。
(5)在(3)滤液中加3倍无水乙醇，室温沉淀15h，1000g的离心力离心20min，收集滤渣，80℃烘干2h，即为水溶性麻类膳食纤维。
对比例3酶解法制备膳食纤维
(1)收集苎麻叶1000g，用清水洗涤2遍后烘干。
(2)通过研磨粉碎机磨成小于150微米的粉末。
(3)取250g上述粉末，加入到2500mL自来水，沸煮10min。
(4)添加质量分数为0.4％的α-淀粉酶，65℃酶解1h后沸煮5min。
(5)添加质量分数为0.5％的蛋白酶，调pH为4.5，60℃酶解1h后沸煮5min。
(6)1000g离心10min，过滤得到滤液和滤渣。
(7)滤渣再洗涤、过滤，得到不溶性膳食纤维。
(8)在步骤(6)滤液中加3倍无水乙醇，室温沉淀15h，1000g的离心力离心20min，收集滤渣，80℃烘干2h，即为水溶性麻类膳食纤维。
经检测，实施例2制备方法的膳食纤维得率为46.5％，其中可溶性膳食纤维12.6％；对比例1酸解法膳食纤维得率为38.1％，其中可溶性膳食纤维10.1％；对比例2碱解法膳食纤维得率为35.7％，其中可溶性膳食纤维8.7％；对比例3酶解法膳食纤维得率为41.5％，其中可溶性膳食纤维10.7％。结果表明，相比传统的酸解法、碱解法和酶解法，本发明提供的制备方法明显提高了膳食纤维得率，其中可溶性膳食纤维的含量也明显提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将保藏编号为CCTCCNO:M 2018855的解淀粉芽孢杆菌BA-05和保藏编号为CCTCCNO:M 2018856的巨大芽孢杆菌BM-02共培养，得复合菌液；
步骤2：将所述复合菌液加水稀释后与麻类植物混合发酵，得发酵物；
步骤3：将所述发酵物离心，分别收集第一滤渣和第一滤液；
步骤4：向第一滤液中加无水乙醇沉淀，离心，收集第二滤渣烘干，得水溶性麻类膳食纤维；
步骤5：取第一滤渣依次进行洗涤、过滤，收集第三滤渣，得不溶性膳食纤维；
步骤1中，所述复合菌液中解淀粉芽孢杆菌BA-05和巨大芽孢杆菌BM-02的活菌数量比为3:1～5:1；
步骤1中，所述复合菌液中总活菌数为5×108cfu/mL～2×109cfu/mL。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述复合菌液的稀释倍数为10～15倍。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述麻类植物为麻类植物的叶片粉碎后得到的粉末，粉末粒径≤150μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述麻类植物占所述复合菌液和水的质量总和的10～20wt％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述发酵在pH为7～8，温度为31～35℃、通气量为0.3～0.4m3/(m3·h)、搅拌速度为130～160rpm的条件下进行，所述发酵的时间为6～8h。
6.根据权利要求1～5任一项所述制备方法，其特征在于，步骤1中，所述麻类植物包括苎麻、黄麻以及工业大麻。
7.一种复合菌种，其特征在于，由保藏编号为CCTCCNO:M 2018855的解淀粉芽孢杆菌BA-05和保藏编号为CCTCC NO:M 2018856的巨大芽孢杆菌BM-02组成。
8.权利要求7所述的复合菌种在利用麻类植物制备膳食纤维中的应用。
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