CN110506943A - 一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：S1.一次酶解：向新鲜豆渣中加入植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；S2.干燥：对所述滤渣依次进行干燥和粉碎处理，得到豆渣粉；S3.膨化：对所述豆渣粉进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；S4.二次酶解：将所述膨化豆渣粉碎，加入纤维素酶和复合植物水解酶，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心处理，得到上清液；S5.后处理：对所述上清液进行浓缩和喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维。本发明能够减少环境污染，同时又能消除豆渣原料的弊端，研制出质量高、廉价、方便保存的食用大豆可溶性膳食纤维，具有非常良好的工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及可溶性膳食纤维提取技术领域，具体是一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法。
背景技术
豆渣是豆腐等豆类制品生产过程中的主要副产品，其含有丰富的营养价值。豆渣中的主要营养成分为蛋白质、脂肪、膳食纤维，还含有一定量的磷、钙、铁、硫胺素和核黄素等，其中膳食纤维的含量最高，而膳食纤维在多个方面对人体健康有益。根据GB 5009.88-2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》中的定义，膳食纤维(Dietary Fiber)是指不能被人体小肠消化吸收但具有健康意义的、植物中天然存在或通过提取合成的、聚合度DP≥3的碳水化合物聚合物。根据其是否能溶于水，分为可溶性膳食纤维(Solubledietary fiber，SDF)和不溶性膳食纤维(Insoluble dietary fiber，IDF)。
然而，经过几千年的历史演变，豆类制品深受广大民众的喜爱，其相关企业也得到蓬勃发展，随之作为副产品的豆渣就不可避免的变得越来越多。豆渣由于其本身有多种缺点，如易腐败和腥味重等，一般将其作为饲料喂养动物，而这部分作为饲料的豆渣只是总量中的一小部分，绝大部分的豆渣都被废弃了。这样一来，豆渣的废弃一方面加剧了环境污染，另一方面也造成了浪费。
因此，我们亟需一种能够提取豆渣中可溶性膳食纤维，从而提高豆渣利用率的方法。
中国专利文献CN201010284505.7，申请日20100912，名称为：挤压膨化碱处理豆渣制备水溶性膳食纤维，公开了一种水溶性膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：(a)提供膳食纤维原料；(b)对膳食纤维原料进行碱处理；(c)对步骤(b)处理所得的原料进行挤压膨化处理；(d)分离步骤(c)提取的水溶性膳食纤维。
上述专利文献经一定量的碱将豆渣中碱溶的半纤维素溶解，随后利用挤压膨化时的高温、高压、高剪切作用，实现部分大分子纤维聚合物直接或间接转化为水溶性膳食纤维。但是关于一种提高可溶性膳食纤维的产率和降低能耗的提取方法则尚未提出。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中提取可溶性膳食纤维的产能小、不能连续生产的不足，提供一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，采用二次酶解和机械物理处理以达到减少环境污染、提高可溶性膳食纤维的产率和降低能耗的效果。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
S1.一次酶解：向新鲜豆渣中加入植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；微生物脂肪酶具有比动植物脂肪酶更广的作用pH、作用温度范围，高稳定性和活性，该步骤通过添加植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶，分解了所述新鲜豆渣中的大分子蛋白质以及脂肪，达到了提高所述挤压膨化效率的效果；
S2.干燥：对所述滤渣依次进行干燥和粉碎处理，得到豆渣粉；此处粉碎的目的是为了有助于膨化；
S3.膨化：对所述豆渣粉进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；该步骤通过对所述豆渣粉进行挤压膨化处理，将木质素、半纤维素等大分子物质的分子键熔融或断裂，使其转变为可溶性物质，达到了将一些不溶性膳食纤维转为可溶性膳食纤维的效果；
S4.二次酶解：将所述膨化豆渣粉碎，加入纤维素酶和复合植物水解酶，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心处理，得到上清液；此处粉碎的目的是为了减小粒径，提高酶解效果；此外，通过添加纤维素酶和复合植物水解酶，分解了不溶性膳食纤维，达到了提高可溶性膳食纤维的产率的效果；
S5.后处理：对所述上清液进行浓缩和喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维。
其中，所述植物蛋白水解复合酶主要由内切蛋白酶和端肽酶组成，所述复合植物水解酶主要由果胶裂解酶和各种碳水化合物酶组成，包括阿拉伯聚糖酶、纤维素酶、β-葡聚糖酶、半纤维素酶、木聚糖酶等。
优选的，S1中，所述植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的质量比为1:1，所述植物蛋白水解复合酶和脂肪酶的添加量均为所述新鲜豆渣质量的1％～5％。
优选的，S1中，所述一次酶解的温度为40～60℃，所述一次酶解的时间为1～3h。
优选的，S2中，所述滤渣干燥后的含水量为13～16％，所述豆渣粉的粒径为50～70目。
当含水量过低时，料糊化度较低，难于成形，膨化的效果不理想；当含水量过高时，物料过软，导致挤压腔压力不足，影响膨化效果。通过上述技术方案，对含水量进行了限定，达到了提高膨化效率的效果。
所述豆渣粉的粒径越小，表面积越大，此时所述豆渣粉吸收蒸汽水分的速度越快；但是，当粒径过小时，电耗会增加，不利于节能。通过上述技术方案，对所述豆渣粉的粒径进行限定，达到了在节能的同时，更利于进行调质，从而提高膨化质量和产量的效果。
优选的，S3中，所述挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为50～70℃，第二次加热的温度为128～148℃，第三次加热的温度为145～165℃。
通过上述技术方案，对所述豆渣粉进行三次加热，可以使原料逐渐升温，达到了保护原料特性的效果。
优选的，S4中，所述纤维素酶和复合植物水解酶的质量比为1:1，所述植物蛋白水解复合酶和脂肪酶的添加量均为所述新鲜豆渣质量的0.06％～0.14％。
优选的，S4中，所述二次酶解的温度为45～65℃，所述二次酶解的时间为1～3h，所述二次酶解的pH为4～6。
酶在合适的环境下具有较高的活性，pH过高或过低都会较低酶的活性，从而影响酶解的效率。通过上述技术方案，对pH进行限定，达到了使所述纤维素酶和复合植物水解酶保持较高活性，从而提高酶解质量的效果。
优选的，S5中，所述浓缩为低温真空浓缩，所述上清液浓缩至原体积的25％～45％。
当所述上清液浓缩后的体积过高时，所述喷雾干燥后的出品率过低；当所述上清液浓缩后的体积过低、浓度过高时，会影响流速，使得生产速度较慢，同时存在发生堵塞的风险。
通过上述技术方案，对所述上清液浓缩后的体积进行限定，达到了在保证生产速度的同时，提高出品率的效果。
优选的，S5中，所述喷雾干燥的温度为180～200℃。
通过上述技术方案，采用喷雾干燥，可以克服现有技术中使用乙醇提取产能小的问题，达到了有效提高产能、使得工厂生产连续化进行的效果。
本发明的有益效果是：
1.本发明的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，在所述挤压膨化处理前添加了一次酶解的步骤，使用植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶分解了所述新鲜豆渣中的大分子蛋白质以及脂肪，达到了提高所述挤压膨化效率的效果。
2.本发明的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，通过对所述豆渣粉进行挤压膨化处理，将木质素、半纤维素等大分子物质的分子键熔融或断裂，使其转变为可溶性物质，达到了将一些不溶性膳食纤维转为可溶性膳食纤维，从而显著提高可溶性膳食纤维含量的效果。
3.本发明的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，通过纤维素酶和复合植物水解酶的分解不溶性膳食纤维，达到了提高可溶性膳食纤维的产率的效果。
4.本发明的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，通过低温真空浓缩的方法，达到了提升生产安全性，显著缩短浓缩时间和降低生产能耗的效果。
5.本发明的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，采用喷雾干燥的方法，克服了现有技术中使用乙醇提取产能小的问题，达到了有效提高产能、使得工厂生产连续化进行的效果。
6.本发明的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，能够减少环境污染，为豆渣可溶性膳食纤维的进一步开发应用提供理论基础，同时又能消除豆渣原料的弊端，研制出质量高、廉价、方便保存的食用大豆可溶性膳食纤维，开发出新的功能性产品，具有非常良好的工业化应用前景。根据该方法提取得到的可溶性膳食纤维的产率可达到29％以上。
具体实施方式
下面进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1
一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
S1.一次酶解：将比例为1:8的新鲜豆渣与水混合，加入植物蛋白水解复合酶(购自广州市华琪生物科技有限公司)和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；其中，植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的添加量均为1％，一次酶解的温度为40℃，时间为1h；
S2.干燥：在60℃的条件下，利用烘箱将滤渣干燥至含水量为15％，随后将其粉碎至60目，得到豆渣粉；
S3.膨化：称取10kg豆渣粉，利用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；其中，挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为50℃，第二次加热的温度为128℃，第三次加热的温度为145℃；
S4.二次酶解：称取1kg粉碎至40目的膨化豆渣加入反应釜，再加入纤维素酶和复合植物水解酶(购自南宁庞博生物工程有限公司)，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心操作，收集上清液备用；其中，纤维素酶和复合植物水解酶添加量均为0.06％，二次酶解的温度为45℃，pH为4，时间为1h，离心时的转速为5000r/min；
S5.后处理：取上清液，在温度为65℃、真空度为0.095MPa的条件下利用旋转蒸发仪将上清液浓缩至原体积的25％；然后在温度为180℃、风机速度为96％，蠕动泵速度为20％，通针泵频率为3s的条件下对浓缩液进行喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维，并收集装袋。
实施例2
一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
S1.一次酶解：将比例为1:9的新鲜豆渣与水混合，加入植物蛋白水解复合酶(购自广州市华琪生物科技有限公司)和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；其中，植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的添加量均为2％，一次酶解的温度为45℃，时间为1.5h；
S2.干燥：在60℃的条件下，利用烘箱将滤渣干燥至含水量为15％，随后将其粉碎至60目，得到豆渣粉；
S3.膨化：称取10kg豆渣粉，利用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；其中，挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为55℃，第二次加热的温度为133℃，第三次加热的温度为150℃；
S4.二次酶解：称取1kg粉碎至40目的膨化豆渣加入反应釜，再加入纤维素酶和复合植物水解酶(购自南宁庞博生物工程有限公司)，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心操作，收集上清液备用；其中，纤维素酶和复合植物水解酶添加量均为0.08％，二次酶解的温度为50℃，pH为4.5，时间为1.5h，离心时的转速为5000r/min；
S5.后处理：取上清液，在温度为65℃、真空度为0.095MPa的条件下利用旋转蒸发仪将上清液浓缩至原体积的30％；然后在温度为185℃、风机速度为97％，蠕动泵速度为25％，通针泵频率为4s的条件下对浓缩液进行喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维，并收集装袋。
实施例3
一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
S1.一次酶解：将比例为1:10的新鲜豆渣与水混合，加入植物蛋白水解复合酶(购自广州市华琪生物科技有限公司)和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；其中，植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的添加量均为3％，一次酶解的温度为50℃，时间为2h；
S2.干燥：在60℃的条件下，利用烘箱将滤渣干燥至含水量为15％，随后将其粉碎至60目，得到豆渣粉；
S3.膨化：称取10kg豆渣粉，利用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；其中，挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为60℃，第二次加热的温度为138℃，第三次加热的温度为155℃；
S4.二次酶解：称取1kg粉碎至40目的膨化豆渣加入反应釜，再加入纤维素酶和复合植物水解酶(购自南宁庞博生物工程有限公司)，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心操作，收集上清液备用；其中，纤维素酶和复合植物水解酶添加量均为0.1％，二次酶解的温度为55℃，pH为5，时间为2h，离心时的转速为5000r/min；
S5.后处理：取上清液，在温度为65℃、真空度为0.095MPa的条件下利用旋转蒸发仪将上清液浓缩至原体积的35％，然后在温度为190℃、风机速度为98％，蠕动泵速度为30％，通针泵频率为5s的条件下对浓缩液进行喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维，并收集装袋。
实施例4
一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
S1.一次酶解：将比例为1:11的新鲜豆渣与水混合，加入植物蛋白水解复合酶(购自广州市华琪生物科技有限公司)和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；其中，植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的添加量均为4％，一次酶解的温度为55℃，时间为2.5h；
S2.干燥：在60℃的条件下，利用烘箱将滤渣干燥至含水量为15％，随后将其粉碎至60目，得到豆渣粉；
S3.膨化：称取10kg豆渣粉，利用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；其中，挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为65℃，第二次加热的温度为143℃，第三次加热的温度为160℃；
S4.二次酶解：称取1kg粉碎至40目的膨化豆渣加入反应釜，再加入纤维素酶和复合植物水解酶(购自南宁庞博生物工程有限公司)，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心操作，收集上清液备用；其中，纤维素酶和复合植物水解酶添加量均为0.12％，二次酶解的温度为60℃，pH为5.5，时间为2.5h，离心时的转速为5000r/min；
S5.后处理：取上清液，在温度为65℃、真空度为0.095MPa的条件下利用旋转蒸发仪将上清液浓缩至原体积的40％；然后在温度为195℃、风机速度为99％，蠕动泵速度为35％，通针泵频率为6s的条件下对浓缩液进行喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维，并收集装袋。
实施例5
一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，包括以下步骤：
S1.一次酶解：将比例为1:12的新鲜豆渣与水混合，加入植物蛋白水解复合酶(购自广州市华琪生物科技有限公司)和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；其中，植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的添加量均为5％，一次酶解的温度为60℃，时间为3h；
S2.干燥：在60℃的条件下，利用烘箱将滤渣干燥至含水量为15％，随后将其粉碎至60目，得到豆渣粉；
S3.膨化：称取10kg豆渣粉，利用双螺杆挤压膨化机进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；其中，挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为70℃，第二次加热的温度为148℃，第三次加热的温度为165℃；
S4.二次酶解：称取1kg粉碎至40目的膨化豆渣加入反应釜，再加入纤维素酶和复合植物水解酶(购自南宁庞博生物工程有限公司)，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心操作，收集上清液备用；其中，纤维素酶和复合植物水解酶添加量均为0.14％，二次酶解的温度为65℃，pH为6，时间为3h，离心时的转速为5000r/min；
S5.后处理：取上清液，在温度为65℃、真空度为0.095MPa的条件下利用旋转蒸发仪将上清液浓缩至原体积的45％；然后在温度为200℃、风机速度为100％，蠕动泵速度为40％，通针泵频率为7s的条件下对浓缩液进行喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维，并收集装袋。
对照例1
采用本发明实施例1中的方法与对照例1的方法进行对比，其中对照例1的方法为：将豆渣与氢氧化钠溶液混合，使其处于碱性条件后，通过双螺杆挤压膨化技术得到可溶性膳食纤维。其他条件如原料用量等与本发明实施例1均相同(本对照例是与现有技术进行对比，用于证明本发明的方法提取可溶性膳食纤维的产率更高)。
对照例2
采用本发明实施例1中的方法与对照例2的方法进行对比，其中对照例2的方法为：一次酶解采用质量比为1:1的根霉和米曲霉，二次酶解采用质量比为4:8:1的果胶酶、纤维素酶和蛋白酶，其他步骤和条件与本发明实施例1均相同(本对照例是与现有技术进行对比，用于证明本发明的方法提取可溶性膳食纤维的产率更高)。
对照例3
采用本发明实施例1中的方法与对照例2的方法进行对比，其中对照例3的方法为：未进行实施例1的一次酶解操作，其他步骤和条件与本发明实施例1均相同(本对照例是与不添加植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶进行对比，用于证明本发明的方法提取可溶性膳食纤维的产率更高)。
对照例4
采用本发明实施例1中的方法与对照例4的方法进行对比，其中对照例4的方法为：未进行实施例1的二次酶解操作，其他步骤和条件与本发明实施例1均相同(本对照例是与不添加纤维素酶和复合植物水解酶进行对比，用于证明本发明的方法提取可溶性膳食纤维的产率更高)。
实施例1-5以及对照例1-4的实验数据如下表所示：
通过上表数据可以看出，与对照例1的方法进行对比，本发明实施例1的方法提取得到的可溶性膳食纤维的产率提高了14.3％，可见本发明的方法提高了产率；与对照例2的方法进行对比，本发明实施例1的方法提取得到的可溶性膳食纤维的产率提高了18.5％，可见本发明通过在一次酶解中添加植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶，在二次酶解中添加纤维素酶和复合植物水解酶的方法提高了产率；与对照例3和对照例4的方法进行对比，本发明实施例1的方法提取得到的可溶性膳食纤维的产率分别提高了20.8％和16.4％，可见本发明通过两次酶解的方法显著提高了可溶性膳食纤维的产率。
综上所述，本发明的方法能够提高可溶性膳食纤维的产率、减少环境污染和降低能耗。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种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：
S1.一次酶解：向新鲜豆渣中加入植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶，依次进行一次酶解、灭酶和过滤操作，得到滤渣；
S2.干燥：对所述滤渣依次进行干燥和粉碎处理，得到豆渣粉；
S3.膨化：对所述豆渣粉进行挤压膨化处理，得到膨化豆渣；
S4.二次酶解：将所述膨化豆渣粉碎，加入纤维素酶和复合植物水解酶，依次进行二次酶解、灭酶、冷却和离心处理，得到上清液；
S5.后处理：对所述上清液进行浓缩和喷雾干燥，得到可溶性膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S1中，所述植物蛋白水解复合酶和微生物脂肪酶的质量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S1中，所述一次酶解的温度为40～60℃，所述一次酶解的时间为1～3h。
4.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S2中，所述滤渣干燥后的含水量为13～16％，所述豆渣粉的粒径为50～70目。
5.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S3中，所述挤压膨化的过程中还包括三次加热，第一次加热的温度为50～70℃，第二次加热的温度为128～148℃，第三次加热的温度为145～165℃。
6.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S4中，所述纤维素酶和复合植物水解酶的质量比为1:1。
7.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S4中，所述二次酶解的温度为45～65℃，所述二次酶解的时间为1～3h，所述二次酶解的pH为4～6。
8.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S5中，所述浓缩为低温真空浓缩，所述上清液浓缩至原体积的25％～45％。
9.根据权利要求1所述的一种提取豆渣中可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：S5中，所述喷雾干燥的温度为180～200℃。
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