CN111449249A - 一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法 - Google Patents

一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,属于生物技术领域;具体技术方案是将沙棘根茎和种子以及雄蚕蛾等原料依次进行厌氧发酵、电流发酵、灵芝菌发酵之后,通过酶解的方法提取不溶性膳食纤维;本发明通过生物发酵、电化学与酶工程相结合的方法提取以沙棘为主要原料的不溶性膳食纤维,操作简单,污染少,通过本发明使用的方法得到的不溶性膳食纤维纯度明显提高,生产的不溶性膳食纤维在肠道内吸附性增强,适用于大规模生产和推广。

Description

一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法
技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体涉及一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法。
背景技术
膳食纤维(dietary fibre,DF)包括可溶性膳食纤维(soluble dietary fibre,SDF)与不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber,IDF),现代医学证明膳食纤维与人体健康密切相关。其中不溶性膳食纤维(IDF)主要是指植物中的纤维素、半纤维素和木质素,存在于植物的根、茎、干、叶、皮、果,由于这些成分不能被人体消化,故其营养保健价值往往被忽略。再之,由于它的不溶性,在食品行业中使用与功能均受到一定的限制。
不溶性膳食纤维对人体的作用主要是(1)促进胃肠道蠕动。(2)吸收水分软化大便,起到润肠通便的作用。(3)吸收食物中的有害物质,有“肠道清洁夫”的美誉;(4)可以被肠道菌群所利用,改善肠道益生菌的生存环境,从而增加益生菌的数量,对肠道起保护作用。(5)有利于肠道益生菌B族维生素等营养素的合成。
目前对膳食纤维的提取方法有化学法、酶提取法、化学与酶结合法和生物发酵法,但往往由于提取的原料和方法形式单一,以及原料中多种大分子成分之间相互的制约,使最终提取的膳食纤维产品的品质和功效受到影响。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足,提出一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,解决现有不溶性膳食纤维提取效果不佳,提取的不溶性膳食纤维吸附力不高的问题。
为了达到上述目的,本发明是通过如下技术方案实现的。
一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,包括以下步骤:
a)厌氧发酵物的制备:将沙棘茎和根、沙棘籽以及雄蚕蛾的混合物接种乳酸发酵剂进行厌氧发酵得到厌氧发酵物;
b)电流发酵物的制备:将所述的厌氧发酵物放入电流发酵装置中,使电流发酵装置中的阳极和阴极同时没入厌氧发酵物中,通入20-40mA 直流电,室温下发酵2-3天,得到电流发酵物;
c)灵芝菌发酵培养:将所述的电流发酵物、莲藕、荸荠、含钙添加剂混合制成湿料,在所述湿料上接种灵芝栽培种,培养出菌丝;
d)不溶性膳食纤维的提取:将经过灵芝菌发酵后的湿料加入淀粉酶水解,然后将水解物进行固液分离,其中的固体成分为制备得到的不溶性膳食纤维。
优选的,所述沙棘茎和根、沙棘籽以及雄蚕蛾均为粉剂;其质量百分比为:沙棘茎和根65-75%、沙棘籽15-25%、雄蚕蛾3-6%。
优选的,所述厌氧发酵的温度为20-25℃,发酵15-20天。
优选的,厌氧发酵过程中加入质量百分比1-2%的蔗糖或无水乙醇。
优选的,电流发酵物的制备过程中加入1-2%的NaCl 溶液。
优选的,所述电流发酵装置中的阴极位于装置底部,阳极位于装置顶部,阳极与阴极均为不锈钢棒。
优选的,灵芝菌发酵培养的原料质量百分比为电流发酵物75-77%,莲藕8-12%,全荸荠粉8-12%,含钙添加剂1-3%。
优选的,所述含钙添加剂为海螵蛸粉或碳酸氢钙。
优选的,所述淀粉酶为耐高温α-淀粉酶,水解的温度为90-95℃,水解的时间为40-50min。
优选的,所述固液分离是采用离心的方法,将离心后的沉淀物洗涤后干燥粉碎得到成品。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
1、本发明首先通过乳酸菌制剂的厌氧发酵对原材料中的多糖成分进行乳杆菌的代谢改造,厌氧发酵后的体系存在丰富的酶、菌体、小分子物质,使其更有利于后期的真菌发酵;
2、厌氧发酵过程中加入雄蚕蛾,其成分有利于厌氧发酵过程中益生菌的生长,缩短了厌氧发酵时间,同时加入了乙醇,使之尽快转变为乙酸,抑制了有害菌的生长。
3、通过电流发酵,促进发酵体系重金属的螯合,降解发酵过程中的有害产物,进一步促进厌氧发酵物中微生物菌群的生长代谢,改变低聚糖的分子结构,提高产品得率。
4、通过灵芝菌对包括沙棘、莲藕、荸荠中的不溶性膳食纤维进行改造,这些混合多糖通过灵芝菌的发酵作用,进一步改变了它们的分子结构,尤其是不溶性膳食纤维中的多种功能基团(如羟基、羧基、氨基、乙酰基等),以及不同组分之间相互交联形成的蜂窝状的多孔结构,增加了吸水性,吸油性和对胆固醇的吸附,以及对重金属离子和多价阳离子的吸附性,同时也提高了得率。
5、在灵芝菌的培养基质中添加海螵蛸起到了加速灵芝菌丝生长的目的,减少和抑制了杂菌的生长。
6、沙棘不溶性膳食纤维在大肠中可以被益生菌利用,促进益生菌的生长,调理肠胃功能,抑制有害菌的生长,促使益生菌产生较多的B族维生素,保证人体对多种B维生素的补充,对多种疾病起到积极的预防作用。该产品中还含有黄酮、多酚等活性物质,是一类良好的不可溶性膳食纤维的补充来源。
7、本发明使用生物发酵、电化学与酶工程相结合的方法提取发酵产物中的不溶性膳食纤维,操作简单,投资较少,无需特殊的设备,污染少,通过本发明使用的方法得到的不溶性膳食纤维纯度明显提高,生产的不溶性膳食纤维在肠道内吸附性增强,适用于大规模生产和推广。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。下面结合实施例详细说明本发明的技术方案,但保护范围不被此限制。
实施例1
一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,包括厌氧发酵、电流发酵、灵芝菌发酵培养以及发酵物中不溶性膳食纤维的提取四个过程,具体为:
一、厌氧发酵
1、按照以下重量百分比制备原料:沙棘茎和根粉71%,沙棘籽粉20%,雄蚕蛾粉5%,NaCl1%,蔗糖1%,无水乙醇2%。
2、将沙棘茎和根干燥,自然干燥,或80℃烘干,粉碎过20目筛,得沙棘茎和根粉备用。
3、沙棘籽80℃烘干,粉碎过20目筛得沙棘籽粉。
4、培养料配制:按上述配方,将沙棘茎和根粉,沙棘籽粉,雄蚕蛾粉,NaCl ,蔗糖,无水乙醇放入厌氧发酵罐中,加水没过原材料即可。
5、接种培养:加冻干型乳杆菌粉0.02%,充分搅拌均匀,密封完全厌氧,20—25℃,培养15天。
6、厌氧发酵15天后,发酵物的pH4,用NaOH调节到pH6.5,室温放置4h,使用纱布将培养物中的水挤出,轻轻挤压,得厌氧发酵物。
二、电流发酵
1、自制一个厌氧发酵罐同样容积的塑料电流发酵桶,将上述厌氧发酵15—20天的发酵物倒入电流发酵桶中,加入厌氧发酵物总质量1%的NaCl 溶液,使溶液刚刚没过物料即可,将不锈钢棒插入桶的顶部中心位置10cm作为阳极,再将20根不锈钢棒置入桶的底部,20根不锈钢棒均匀分布于桶底作为阴极。
2、通过恒电位/恒电流仪,通入25mA 直流电,室温下发酵3天,得到电流发酵物。
三、灵芝菌发酵培养
1、将重量百分比:上述电流发酵物75%,全莲藕粉10%,全荸荠粉10%,蔗糖1%,石膏粉1%,海螵蛸粉3%,充分混合,控制含水量为69%—65%,以用力握时指缝间有水但不滴出为宜,调节pH值6.5。
2、装袋灭菌:将上述混合好的湿料,装入两头开口的食菌栽培袋(17 x 35cm)中,装料量一般占培养袋的2/3为宜,装料密度适宜。常压灭菌,100℃灭菌时间 8~10 h,再闷5—6h出锅,凉至室温得培养袋备用。
3、接种:将购买回来的灵芝原种(赤芝、紫芝、薄盖灵芝和树舌灵芝),通过PDA 加富培养基扩接为栽培种,在消过毒的接种室内将栽培种取小枣大小1-2块,速速放入培养袋内,采用两端接种法,然后把环盖套入袋中,用橡皮筋扎好,棉花塞密封。
4、菌丝培养:将接种后的培养袋放入培养室内,25—28℃,室内相对湿度维持在60%—70%,要求在黑暗环境中培养,经常通风换气,20天,菌丝长满培养袋。
四、发酵物中不溶性膳食纤维的提取
1、取培养30—45天长满菌丝的培养袋,将培养料从塑料袋中取出,放入保温混合容器中,用手尽量捏碎,加入 10 升 pH6—6.5 的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液。
2、加入0.3%耐高温α-淀粉酶,充分混合,95℃条件下保温水解 40 min,冷却到室温后加入适量的NaOH调 pH值至中性,在室温下持续搅拌30 min。
3、加入NaOH配置成总体积2.0 %的悬浊液,在60℃条件下水解30 min,冷却后使用HCL调 pH值至中性。
4、离心,沉淀物分别用水和无水乙醇洗涤3次,80℃干燥后即得水不溶性膳食纤维(Insoluble Dietary Fiber,IDF)粉碎,过80目筛,可以制成片剂,或直接冲服。
厌氧发酵之后,通过原子荧光分光光度计测定发酵物中汞的含量为0.011mg/kg,铅的含量为0.145mg/kg,最终产物不溶性膳食纤维之中未检出汞和铅,其原因可能是通过电流发酵,改变化合物的离子强度以及离子流动方向和分布,使重金属以及多数阳性离子形成螯合物,通过离心洗涤将螯合物除去。通过电流发酵改变了发酵物中菌群的分布,与厌氧发酵物相比,电流发酵之后,乳杆菌的数量明显降低,由5.3×105CFU/ml降为3.6×103CFU/ml,酵母菌的数量明显增加为4.3×103CFU/ml,除此之外,也可能导致其他菌的数量变化。与未通电发酵相比,最终产物不溶性膳食纤维的膨胀力由6.31ml/g增加到7.48ml/g,胆固醇的吸附力由11.28mg/g增加到13.09mg/g。
实施例2
一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,包括厌氧发酵、电流发酵、灵芝菌发酵培养以及发酵物中不溶性膳食纤维的提取四个过程,具体为:
一、厌氧发酵
1、按照以下重量百分比制备原料:沙棘茎和根粉73%,沙棘籽粉20%,雄蚕蛾粉5%,NaCl1%,蔗糖1%。
2、将沙棘茎和根干燥,自然干燥,或80℃烘干,粉碎过20目筛,得沙棘茎和根粉备用。
3、沙棘籽80℃烘干,粉碎过20目筛得沙棘籽粉。
4、培养料配制:按上述配方,将沙棘茎和根粉,沙棘籽粉,雄蚕蛾粉,NaCl ,蔗糖,无水乙醇放入厌氧发酵罐中,加水没过原材料即可。
5、接种培养:加冻干型乳杆菌粉0.02%,充分搅拌均匀,密封完全厌氧,20—25℃,培养20天。
6、厌氧发酵20天后,发酵物的pH4,用NaOH调节到pH6.5,室温放置4h,使用纱布将培养物中的水挤出,轻轻挤压,得厌氧发酵物。
二、电流发酵
1、自制一个厌氧发酵罐同样容积的塑料电流发酵桶,将上述厌氧发酵15—20天的发酵物倒入电流发酵桶中,加入1%的NaCl 溶液,使溶液刚刚没过物料即可,将不锈钢棒插入桶的顶部中心位置10cm作为阳极,再将20根不锈钢棒置入桶的底部,20根不锈钢棒均匀分布于桶底作为阴极。
2、通过恒电位/恒电流仪,通入35mA 直流电,室温下发酵2天,得到电流发酵物。
三、灵芝菌发酵培养
1、将上述电流发酵物77%,全莲藕粉10%,全荸荠粉10%,蔗糖1%,石膏粉1%,碳酸氢钙1%,充分混合,控制含水量为69%—65%,以用力握时指缝间有水但不滴出为宜,调节pH值6.5。
2、装袋灭菌:将上述混合好的湿料,装入两头开口的食菌栽培袋(17 x 35cm)中,装料量一般占培养袋的2/3为宜,装料密度适宜。常压灭菌,100℃灭菌时间 8~10 h,再闷5—6h出锅,凉至室温得培养袋备用。
3、接种:将购买回来的灵芝原种(赤芝、紫芝、薄盖灵芝和树舌灵芝),通过PDA 加富培养基扩接为栽培种,在消过毒的接种室内将栽培种取小枣大小1-2块,速速放入培养袋内,采用两端接种法,然后把环盖套入袋中,用橡皮筋扎好,棉花塞密封。
4、菌丝培养:将接种后的培养袋放入培养室内,25—28℃,室内相对湿度维持在60%—70%,要求在黑暗环境中培养,经常通风换气,30天,菌丝长满培养袋。
四、发酵物中不溶性膳食纤维的提取
1、取培养30天长满菌丝的培养袋,将培养料从塑料袋中取出,放入保温混合容器中,用手尽量捏碎,加入 10 升 pH6—6.5 的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲液。
2、加入0.3%耐高温α-淀粉酶,充分混合,95℃条件下保温水解 40 min,冷却到室温后加入适量的NaOH调 pH值至中性,在室温下持续搅拌30 min。
3、加入NaOH配置成总体积2.0 %的悬浊液,在60℃条件下水解30 min,冷却后使用HCL调 pH值至中性。
4、离心,沉淀物分别用水和无水乙醇洗涤3次,80℃干燥后即得水不溶性膳食纤维(Insoluble Dietary Fiber,IDF)粉碎,过80目筛,可以制成片剂,或直接冲服。
实施例3
一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,包括厌氧发酵、电流发酵、灵芝菌发酵培养以及发酵物中不溶性膳食纤维的提取四个过程,具体技术方案与实施例2相同,所不同的是通过恒电位/恒电流仪,通入40mA 直流电,室温下发酵2天,得到电流发酵物。
实施例4
一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,包括厌氧发酵、电流发酵、灵芝菌发酵培养以及发酵物中不溶性膳食纤维的提取四个过程,具体技术方案与实施例1相同,所不同的是通过恒电位/恒电流仪,通入20mA 直流电,室温下发酵3天,得到电流发酵物。
试验例1
对实施例1制备的不溶性膳食纤维成品进行吸附性能试验、在不同pH环境下对胆固醇和亚硝酸根离子的吸附力,以及对于不同添加量的不溶性膳食纤维对胆酸钠的吸收力,具体结果见表1-3。
1、持水力
准确称取干燥样品1g(W1),置于已知质量的离心管中,加入20mL蒸馏水,摇匀,静止1h后于5000r/min离心20min,小心去掉上清液,用滤纸吸干内壁多余水分,称重(W2),重复测定3次。持水力=(W2-W1)/W。
2、持油力、吸附不饱和脂肪能力
准确称取1g干燥样品(W1)于离心管中,加入花生油15g,37℃下静置1.5h,4 000 r/min离心20min,倒掉表层油脂,残渣用滤纸吸干游离的花生油, 称重得 W3,重复测定3次。
持油力=(W3-W1)/W1
3、吸附饱和脂肪能力
准确称取1g干燥样品(W1)于离心管中,加入猪油15g,37℃下静置1.5h,4 000 r/min离心20min,倒掉表层油脂,残渣用滤纸吸干游离的花生油, 称重得 W4,重复测定3次。
持油力=(W4-W1)/W1。
4、膨胀力
准确称取干燥样品1g(W1),置于25mL刻度试管中,读取干燥样品体积(V1),然后加入20mL蒸馏水,振荡摇匀,静置24h,记录样品膨胀的自由体积(V2),重复测定3次。
吸水膨胀力(mL/g)=(V2 -V1)/W1。
5、固醇的吸收力
取鸡蛋蛋黄,加入9倍质量的蒸馏水充分搅打成乳液,分别取样品2.0g于250mL三角瓶中,加入50g稀释蛋黄液,搅拌均匀,调节体系pH至2.0和7.0(模拟胃和小肠环境),置恒温振荡器中,37℃振荡2h,在3000r/min条件下离心20min,准确吸取1mL上清液稀释10倍,取0.1mL采用邻苯二甲醛作显色剂在550nm下比色测定pH2、7下胆固醇含量,平行测定3次。
6、NO2 - (亚硝酸根离子)吸附能力
准确称取0.50g样品于250mL的干燥锥形瓶中,加入100μmol/L NaNO2 溶液100mL,调节体系pH至2.0和7.0(模拟胃和小肠环境),在37℃的条件下用磁力搅拌机搅拌一段时间使其完全分散,取出后过滤,取滤液5.00mL于25mL比色管中,加入0.4%的对氨基苯磺酸溶液2.0mL,混匀,静置5min,再加入0.2%的盐酸萘乙二胺溶液1.0mL,加水至刻度,混匀,静置10min,测吸光值,平行测定3次,并测出pH2、7下每克样品亚硝酸根离子的吸附量。
7、胆酸钠的吸收力
分别称取膳食纤维 1,2,3g,均加入 0.4 g胆酸钠和 0.15 m ol/L 的 NaCl溶液 200mL,调节 pH 值至 7.0,于 37 ℃恒温振荡3h 后,吸取上清液 1 m L,采用糠醛比色法测定胆酸钠浓度。
表1 沙棘不溶性膳食纤维理化性质
Figure 97210DEST_PATH_IMAGE001
表2 沙棘不溶性膳食纤维在不同pH环境下对胆固醇和亚硝酸根离子的吸附力
Figure 607826DEST_PATH_IMAGE002
表3 不同添加量的沙棘不溶性膳食纤维对胆酸钠的吸收力
Figure 748082DEST_PATH_IMAGE003
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施方式仅限于此,对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明的前提下,还可以做出若干简单的推演或替换,都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (10)

1.一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
a)厌氧发酵物的制备:将沙棘茎和根、沙棘籽以及雄蚕蛾的混合物接种乳酸发酵剂进行厌氧发酵得到厌氧发酵物;
b)电流发酵物的制备:将所述的厌氧发酵物放入电流发酵装置中,使电流发酵装置中的阳极和阴极同时没入厌氧发酵物中,通入20-40mA 直流电,室温下发酵2-3天,得到电流发酵物;
c)灵芝菌发酵培养:将所述的电流发酵物、莲藕、荸荠、含钙添加剂混合制成湿料,在所述湿料上接种灵芝栽培种,培养出菌丝;
d)不溶性膳食纤维的提取:将经过灵芝菌发酵后的湿料加入淀粉酶水解,然后将水解物进行固液分离,其中的固体成分为制备得到的不溶性膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,所述沙棘茎和根、沙棘籽以及雄蚕蛾均为粉剂;其质量百分比为:沙棘茎和根65-75%、沙棘籽15-25%、雄蚕蛾3-6%。
3.根据权利要求1或2所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,所述厌氧发酵的温度为20-25℃,发酵15-20天。
4.根据权利要求1或2所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,厌氧发酵过程中加入质量百分比1-2%的蔗糖或无水乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,电流发酵物的制备过程中加入1-2%的NaCl 溶液。
6.根据权利要求1或5所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,所述电流发酵装置中的阴极位于装置底部,阳极位于装置顶部,阳极与阴极均为不锈钢棒。
7.根据权利要求1所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,灵芝菌发酵培养的原料质量百分比为电流发酵物75-77%,莲藕8-12%,全荸荠粉8-12%,含钙添加剂1-3%。
8.根据权利要求1或7所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,所述含钙添加剂为海螵蛸粉或碳酸氢钙。
9.根据权利要求1所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,所述淀粉酶为耐高温α-淀粉酶,水解的温度为90-95℃,水解的时间为40-50min。
10.根据权利要求1所述的一种沙棘不溶性膳食纤维的制备方法,其特征在于,所述固液分离是采用离心的方法,将离心后的沉淀物洗涤后干燥粉碎得到成品。
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