CN110419745A - 一种竹笋壳纤维的提取及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竹笋纤维的提取工艺，先对竹笋壳进行清洗处理，随后软化，软化后的竹笋壳加入复合酶进行酶解，随后过水清洗，打浆，蒸汽灭菌，再加入酵母菌先进行有氧发酵，再进行无氧发酵，结束后将发酵竹笋浆加入稀硫酸中行超声洗脱处理，过滤后先干燥，再用双螺杆挤压机进行挤压处理，得到的挤压细粉先加入碳酸氢钠溶液进行浸泡，再在室温下行高压脉冲电场处理，最后超微粉碎后过400目筛，即得一种竹笋壳纤维。本发明以竹笋壳为起始原料，通过复合酶结合高压脉冲处理的方法从竹笋壳中提取纤维素，可以快速、高效的得到含量高的竹笋壳纤维素。同时对其回收利用，降低了直接排放对环境的污染，变废为宝，具有很好的经济和环保价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维制作技术领域，具体涉及一种竹笋壳纤维的提取及应用。
技术背景
转化利用植物纤维素这一巨大的可再生资源，以提供人们所需的能源和其他化工产品，已成为许多国家正在积极探索的课题。我国竹类资源十分丰富，全国毛竹林约为240万公顷。竹笋壳是竹笋成竹后脱落下来或竹笋经加工后的副产品，一株毛竹可收竹笋壳2~2.5kg，按每亩竹林年产新竹30株计算，可收竹笋壳450万吨左右。近年来，采用自然界丰富的天然植物纤维，如木纤维、竹原纤维、特种麻纤维、椰壳纤维等来代替合成纤维已逐渐受到人们的重视。然而，同样具有良好功能的竹笋壳纤维却被遗忘了，目前竹笋壳大部分被抛弃，不仅浪费了宝贵的生物资源，且严重污染了环境。竹笋壳纤维的开发不仅可以缓解植物纤维原料与日俱增的供需矛盾，还有利于森林资源的综合保护。竹笋壳纤维布料开发为竹材资源的合理利用开辟了新途径，也为纺织纤维发展开辟了新领域。
天然竹纤维又称为原生竹纤维，它是用机械、物理等方法将竹子直接加工制成的纤维。加工过程中，按照技术需要，在确定的尺度范围内（细度、长度），保持竹材的纤维束结构，只去除纤维束外的植物组织。通常，天然竹纤维以纤维束形式应用，形态接近麻类植物纤维。天然竹纤维横截面布满了大大小小的空隙，可以在瞬间吸收并蒸发水分。由于天然竹纤维的特殊结构，其横截面的高度“中空”，业内专家称天然竹纤维为“会呼吸”纤维。天然竹纤维光泽亮丽，具有独特的抗菌防臭性能及优良的耐磨性、抗菌性。天然竹纤维之所以受到国际市场的青睐，不仅因为天然竹纤维来源常绿植物及满足人们回归自然的强烈需求，更重要的是它具有其它纤维无可比拟的优点。
目前，利用竹笋壳在纺织、动物饲料中的应用较为广泛，但将竹笋壳应用到食品加工则寥寥可数，其原因在于竹笋壳质地坚硬、口感差、限制了其在食品中的应用，但竹笋壳的浪费情况仍然很严重且经济效益不高。作为生产废弃物的竹笋壳含有丰富的膳食纤维，可作为种膳食纤维补充剂用于预防糖尿病、肥胖症、心血管疾病和癌症等疾病。提高竹笋壳的利用率，不仅可以变废为宝，同时也能提升企业生产效益。既往的研究发现，将超微粉碎技术应用于笋壳粉粉碎，不仅可以提高其感官性能，也可改善其品质。超微粉碎是一种新兴加工技术，利用高速气流产生的动能使物料颗粒发生剧烈的相互碰撞、反复摩擦、高速剪切，从而达到被粉碎的目的。物料经超微粉碎后，粉体粒径降低且分布均匀，具有巨大的表面积和孔隙率，粉体的分散性、吸附性、化学反应性和流畅性等得到提高，在高品质保健食品和功能食品生产领域具有显著优势。但超微粉碎也存在其相应的问题，就是其生产成本极高，对于低附加值的产品难以承受，故多用于附加值较高的生物类产品的超微粉化。
为了充分利用价格低廉的竹笋壳，一种生产成本低、加工过程中不使用化学药剂，对环境友好，制得的竹笋壳膳食纤维蛋白质含量稳定，同时在吸附胆固醇的能力上依旧不减的制备工艺是本行业急需的。
发明内容
鉴于上述不足，本发明提供了一种生产成本低、加工过程中不使用化学药剂，对环境友好，制得的竹笋壳膳食纤维蛋白质含量稳定，同时在吸附胆固醇的能力上依旧不减的制备工艺。本发明是通过如下手段实现的：
一种竹笋壳纤维的提取，该提取方法包括如下步骤：
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在热水中软化处理，得软化竹笋壳备用；
（2）酶解：将软化竹笋壳经复合酶处理2.5~4.5h，得酶解竹笋壳备用；
（3）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，行两阶段发酵处理，得发酵竹笋浆备用；
（4）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，随后过滤，干燥至水分含量为12%~16%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，得挤压细粉备用；
（5）高压脉冲处理：将挤压细粉加入质量分数为8%~10%的碳酸氢钠溶液中浸泡12~16min，沥干，室温下行高压脉冲电场处理，得预处理细粉；
（6）超微粉碎处理：将预处理细粉置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维。
进一步的，步骤（1）所述热水温度为72~76℃，所述软化时间为4~6h。
进一步的，步骤（2）所述复合酶由如下重量份配比的原料制成：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶按质量比0.5~1:3~5:0.2~0.4: 1~2混匀，即得复合酶。
进一步的，步骤（3）所述两阶段发酵处理为：先进行有氧发酵36~48h，再进行无氧发酵96~120h。
进一步的，步骤（4）所述超声洗脱处理功率为200W，频率为40KHz。
进一步的，步骤（4）所述螺杆转速为160~180rpm，温度为160~180℃。
进一步的，步骤（5）所述高压脉冲处理时间为600~700μs，电场强度为28~30 kV/cm，脉冲频率为220~260Hz。
进一步的，所述发酵温度为22~26℃，发酵湿度为86~92%，所述发酵接种菌为酵母菌。
本发明还公开了一种上述任一提取方法制得的竹笋壳纤维。
本发明还公开了一种根据上述竹笋壳纤维在食品加工中的应用。
本发明的有益效果在于：
1.采用本工艺制得的竹笋壳纤维富含可溶性及不溶性膳食纤维，应用范围广、方便易用，具有竹笋的清香及风味。
2.本发明以竹笋壳为起始原料，通过复合酶结合高压脉冲处理的方法从竹笋壳中提取纤维素，其提取条件温和，可以快速、高效的得到含量高的竹笋壳纤维素。
3.竹笋壳是工农业部门每年大量产生的废弃物，廉价易得，本发明对其回收利用，降低了直接排放对环境的污染，回收了其中的纤维素成分，变废为宝，具有很好的经济和环保价值。
具体实施方式
实施例1
一种竹笋壳纤维的提取
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在74℃热水中软化处理5h，得软化竹笋壳备用；
（2）酶解：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶按质量比0.75:4:0.3:1.5混匀，得复合酶，将软化竹笋壳经复合酶处理3.5h，得酶解竹笋壳备用；
（3）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，先进行有氧发酵42h，再进行无氧发酵108h，发酵温度为24℃，发酵湿度为89%，所述发酵接种菌为酵母菌，得发酵竹笋浆备用；
（4）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，功率为200W，频率为40KHz，随后过滤，干燥至水分含量为14%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，螺杆转速为170rpm，温度为170℃，得挤压细粉备用；
（5）高压脉冲处理：将挤压细粉加入质量分数为9%的碳酸氢钠溶液中浸泡14min，沥干，室温下行高压脉冲电场处理，高压脉冲处理时间为650μs，电场强度为29kV/cm，脉冲频率为240Hz，得预处理细粉；
（6）超微粉碎处理：将预处理细粉置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维，最终制得的竹笋壳纤维中膳食纤维的含量为67.9%。
实施例2
一种竹笋壳纤维的提取
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在72℃热水中软化处理4h，得软化竹笋壳备用；
（2）酶解：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶按质量比0.5:3:0.2:1混匀，得复合酶，将软化竹笋壳经复合酶处理2.5h，得酶解竹笋壳备用；
（3）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，先进行有氧发酵36h，再进行无氧发酵96h，发酵温度为22℃，发酵湿度为86%，所述发酵接种菌为酵母菌，得发酵竹笋浆备用；
（4）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，功率为200W，频率为40KHz，随后过滤，干燥至水分含量为12%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，螺杆转速为160rpm，温度为160℃，得挤压细粉备用；
（5）高压脉冲处理：将挤压细粉加入质量分数为8%的碳酸氢钠溶液中浸泡12min，沥干，室温下行高压脉冲电场处理，高压脉冲处理时间为600μs，电场强度为28kV/cm，脉冲频率为220Hz，得预处理细粉；
（6）超微粉碎处理：将预处理细粉置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维，最终制得的竹笋壳纤维中膳食纤维的含量为68.6%。
实施例3
一种竹笋壳纤维的提取
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在76℃热水中软化处理6h，得软化竹笋壳备用；
（2）酶解：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶按质量比1: 5:0.4:2混匀，得复合酶，将软化竹笋壳经复合酶处理4.5h，得酶解竹笋壳备用；
（3）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，先进行有氧发酵48h，再进行无氧发酵120h，发酵温度为26℃，发酵湿度为92%，所述发酵接种菌为酵母菌，得发酵竹笋浆备用；
（4）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，功率为200W，频率为40KHz，随后过滤，干燥至水分含量为12%~16%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，螺杆转速为180rpm，温度为180℃，得挤压细粉备用；
（5）高压脉冲处理：将挤压细粉加入质量分数为10%的碳酸氢钠溶液中浸泡16min，沥干，室温下行高压脉冲电场处理，高压脉冲处理时间为700μs，电场强度为30 kV/cm，脉冲频率为260Hz，得预处理细粉；
（6）超微粉碎处理：将预处理细粉置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维，最终制得的竹笋壳纤维中膳食纤维的含量为71.2%。
对比例1
一种竹笋壳纤维的提取
制备工艺同实施例1，只是取消复合酶的使用，具体操作如下：
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在74℃热水中软化处理5h，得软化竹笋壳备用；
（2）发酵：将软化竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，先进行有氧发酵42h，再进行无氧发酵108h，发酵温度为24℃，发酵湿度为89%，所述发酵接种菌为酵母菌，得发酵竹笋浆备用；
（3）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，功率为200W，频率为40KHz，随后过滤，干燥至水分含量为14%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，螺杆转速为170rpm，温度为170℃，得挤压细粉备用；
（4）高压脉冲处理：将挤压细粉加入质量分数为9%的碳酸氢钠溶液中浸泡14min，沥干，室温下行高压脉冲电场处理，高压脉冲处理时间为650μs，电场强度为29kV/cm，脉冲频率为240Hz，得预处理细粉；
（5）超微粉碎处理：将预处理细粉置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维，最终制得的竹笋壳纤维中膳食纤维的含量为55.7%。
对比例2
一种竹笋壳纤维的提取
制备工艺同实施例1，只是取消高压脉冲处理，具体操作如下：
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在74℃热水中软化处理5h，得软化竹笋壳备用；
（2）酶解：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶按质量比0.75:4:0.3:1.5混匀，得复合酶，将软化竹笋壳经复合酶处理3.5h，得酶解竹笋壳备用；
（3）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，先进行有氧发酵42h，再进行无氧发酵108h，发酵温度为24℃，发酵湿度为89%，所述发酵接种菌为酵母菌，得发酵竹笋浆备用；
（4）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，功率为200W，频率为40KHz，随后过滤，干燥至水分含量为14%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，螺杆转速为170rpm，温度为170℃，得挤压细粉备用；
（5）超微粉碎处理：将挤压细粉加入质量分数为9%的碳酸氢钠溶液中浸泡14min，沥干，置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维，最终制得的竹笋壳纤维中膳食纤维的含量为49.6%。
对比例3
一种竹笋壳纤维的提取
制备工艺同实施例1，只是取消复合酶的使用与高压脉冲处理，具体操作如下：
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在74℃热水中软化处理5h，得软化竹笋壳备用；
（2）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，先进行有氧发酵42h，再进行无氧发酵108h，发酵温度为24℃，发酵湿度为89%，所述发酵接种菌为酵母菌，得发酵竹笋浆备用；
（3）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，功率为200W，频率为40KHz，随后过滤，干燥至水分含量为14%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，螺杆转速为170rpm，温度为170℃，得挤压细粉备用；
（4）超微粉碎处理：将挤压细粉加入质量分数为9%的碳酸氢钠溶液中浸泡14min，沥干，置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维，最终制得的竹笋壳纤维中膳食纤维的含量为35.7%。
由此可见，只有在使用复合酶进行酶解同时联合高压脉冲处理才能有效提升竹笋壳中的膳食纤维含量，提高竹笋壳二次利用的经济价值。
综上所述，在不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种竹笋壳纤维的提取，其特征在于，该提取方法包括如下步骤：
（1）竹笋壳预处理：竹笋壳进行表面清洁处理，去掉内、外表面杂质及外表面绒毛，清洁后的竹笋壳在热水中软化处理，得软化竹笋壳备用；
（2）酶解：将软化竹笋壳经复合酶处理2.5~4.5h，得酶解竹笋壳备用；
（3）发酵：将酶解竹笋壳过水清洗，打浆，蒸汽灭菌后，行两阶段发酵处理，得发酵竹笋浆备用；
（4）挤压粉碎处理：发酵竹笋浆中加入质量分数为2.5%的稀硫酸进行超声洗脱，随后过滤，干燥至水分含量为12%~16%，随后置于双螺杆挤压机中行挤压处理，得挤压细粉备用；
（5）高压脉冲处理：将挤压细粉加入质量分数为8%~10%的碳酸氢钠溶液中浸泡12~16min，沥干，室温下行高压脉冲电场处理，得预处理细粉；
（6）超微粉碎处理：将预处理细粉置入超微粉碎机，过400目筛后，即得一种竹笋壳纤维。
2.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤（1）所述热水温度为72~76℃，所述软化时间为4~6h。
3.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤（2）所述复合酶由如下重量份配比的原料制成：果胶酶、纤维素酶、淀粉酶和木聚糖酶按质量比0.5~1:3~5:0.2~0.4: 1~2混匀，即得复合酶。
4.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤（3）所述两阶段发酵处理为：先进行有氧发酵36~48h，再进行无氧发酵96~120h。
5.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤（4）所述超声洗脱处理功率为200W，频率为40KHz。
6.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤（4）所述螺杆转速为160~180rpm，温度为160~180℃。
7.根据权利要求1所述的提取方法，其特征在于，步骤（5）所述高压脉冲处理时间为600~700μs，电场强度为28~30 kV/cm，脉冲频率为220~260Hz。
8.根据权利要求4所述的提取方法，其特征在于，所述发酵温度为22~26℃，发酵湿度为86~92%，所述发酵接种菌为酵母菌。
9.一种根据权利要求1~8所述提取方法制得的竹笋壳纤维。
10.一种根据权利要求9所述竹笋壳纤维在食品加工中的应用。
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