CN111642752A - 一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，包括如下步骤：S1：原料粉碎；S2：酸解；S3：酶解；S4：离心和纯化。本发明采用酶法和超声处理结合的方法提取葡萄中的可溶性膳食纤维，生产效率高，提取工艺简单，设备要求低，可溶性膳食纤维的提取率最高达28.2％，提取纯度最高达90.50％，本发明提取出的可溶性膳食纤维可用于食品中，具有良好的润肠通便效果。
Description
技术领域
本发明是一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，属于生物工程技术领域。
背景技术
葡萄是一种富含人体所需的微量元素、维生素和抗氧化活性成分的水果，在酿造葡萄酒或直接食用葡萄时，大量的葡萄皮和葡萄籽被丢弃，不仅造成了环境污染，而且极大浪费了葡萄内的营养物质。
葡萄皮和葡萄籽中含有膳食纤维，膳食纤维包括可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维，可溶性膳食纤维是一种可溶解于水，吸水膨胀，能够被大肠中微生物酵解的纤维，具有降低胆固醇、高血压、胰岛素和三酸甘油酯，通便、利尿、清肠健胃的功效，不可溶性膳食纤维是一种既不能溶解于水又不能被大肠中微生物酵解的一种纤维，具有润肠通便的作用。
现有的酶法提取可溶性膳食纤维存在耗时时间长，提取纯度不高等问题，缩短酶解时间会导致酶解不彻底，可溶性膳食纤维提取率低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明具有提取工艺简单，设备要求低，生产效率高，提取率高的优点。
为了实现上述目的，本发明提供了一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，包括：
S1：原料粉碎
将葡萄皮和葡萄籽用水多次清洗，充分干燥后，用粉碎机粉碎成粉末，过200-300目筛，得到干粉A；
还包括：
S2：酸解
将干粉A与盐酸以一定比例混合，室温搅拌，然后升至一定温度，对溶液进行超声处理，得到混合溶液A；
S3：酶解
S3.1：向混合溶液A中加入α-淀粉酶，同时超声处理；
S3.2：然后再加入纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶，同时超声处理；
S4：离心和纯化
采用上述方案，利用盐酸和超声对葡萄皮和葡萄籽进行处理，破坏葡萄皮和葡萄籽细胞壁多糖的交联结构，促进细胞壁中果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，加入α-淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶将葡萄皮和葡萄籽中的相应组分分解为小分子物质。
优选的，步骤S2具体为：将干粉A与质量浓度为4-6％的盐酸以1:30-1:40g/mL比例混合，在25℃下搅拌30min，然后升温至65-85℃，超声处理20min，超声功率为400-600W，同时温度保持在65-85℃，得到混合溶液A。
采用上述方案，在高温条件下用盐酸处理葡萄皮和葡萄籽，能够更大程度地破坏其细胞壁的多糖交联结构，超声处理时，能够破坏分子之间的范德华力，促使细胞壁中的可溶性纤维素溶出，并且使纤维素和不可溶性半纤维素等难溶的大分子聚合物的糖苷键断裂，向可溶性膳食纤维转化。
优选的，步骤S2与S3.1之间还包括如下步骤：加入NaOH溶液调节溶液A的PH至5.0-7.0。
采用上述方案，α-淀粉酶在弱酸性或中性条件下活性更高。
优选的，步骤S3.1具体为：向混合溶液A中加入α-淀粉酶，同时超声处理10-30min，超声功率为400-600W，并使溶液温度始终保持在65-85℃，其中，α-淀粉酶的加入量为干粉A质量的1-5％。
采用上述方案，利用α-淀粉酶将葡萄皮和葡萄籽中的淀粉酶解为小分子的单糖或双糖，同时采用超声波细胞粉碎机对葡萄皮和葡萄籽进行超声处理，加速酶解反应的同时，使葡萄皮和葡萄籽中的淀粉酶解的更彻底。
优选的，步骤S3.1与S3.2之间还包括如下步骤：将步骤S3.1所得溶液降温至40-50℃，调节溶液的PH至5.0-7.0。
采用上述方案，纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶在此温度和PH值范围内的活性更高。
优选的，步骤S3.2具体为：加入纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶酶解，同时超声处理10-30min，超声功率为400-600W，并使溶液温度始终保持在40-50℃，其中，纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶的加入量分别为干粉A质量的1-5％。
采用上述方案，利用纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶将葡萄皮和葡萄籽中的淀粉酶解为小分子的糖类或蛋白质，同时采用超声波细胞粉碎机对葡萄皮和葡萄籽进行超声处理，加速酶解反应的同时，使葡萄皮和葡萄籽中的纤维素、半纤维素、木质素和蛋白质酶解的更彻底。
优选的，步骤S3.2与S4之间还包括如下步骤：将步骤S3.2所得溶液加热至100℃，保温3-5min后，然后降温至25-35℃。
采用上述方案，对溶液中的复合酶进行灭活。
优选的，步骤S4具体为：将溶液离心处理，得到沉淀物a和上清液b，将沉淀物a加水搅拌均匀后离心处理，得到沉淀物c和上清液d，将沉淀物c加水搅拌均匀后离心处理，得到沉淀物e和上清液f，上述离心条件为6000-8000r/min，离心10-15min，将上清液b、上清液d和上清液f混合均匀得到溶液g，将溶液g的体积浓缩至20-30％，然后加入浓度为95％的乙醇进行沉淀，得到沉淀物h，将沉淀物h在-30℃下进行冷冻干燥，得到葡萄可溶性膳食纤维。
采用上述方案，可溶性膳食纤维溶于水，不溶于浓度为95％的乙醇，离心后得到沉淀，经过反复加水溶解后再离心，使大部分可溶性膳食纤维溶于上清液中，经过乙醇沉淀后提取出。
本发明还提供了上述提取方法提取的一种葡萄可溶性膳食纤维。
本发明还提供了一种葡萄可溶性膳食纤维在食品中的应用。
本发明具有以下有益效果：本发明采用酶法和超声处理结合的方法提取葡萄中的可溶性膳食纤维，生产效率高，提取工艺简单，设备要求低，可溶性膳食纤维的提取率最高达28.2％，提取纯度最高达90.50％，本发明提取出的可溶性膳食纤维可用于食品中，具有良好的润肠通便效果。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
S1：原料粉碎
将葡萄皮和葡萄籽用水多次清洗，充分干燥后，用粉碎机粉碎成粉末，过250目筛，得到干粉A；
S2：酸解
称取100g干粉A，加入3L质量浓度为4％的盐酸，在25℃下搅拌30min，然后升温至65℃，超声处理20min，超声功率为400W，同时温度保持为65℃，得到混合溶液A；
S3：酶解
S3.1：利用质量浓度为4％NaOH溶液调节混合溶液A的PH至5.0，然后加入α-淀粉酶4.0g，同时超声处理10min，超声功率为400W，并使溶液温度始终保持在65℃；
S3.2：将步骤S3.1所得溶液降温至45℃，调节溶液的PH值至7.0，然后加入4.0g纤维素酶、4.0g半纤维素酶、4.0g木质素酶和4.0g木瓜蛋白酶酶解，同时超声处理20min，超声功率为400W，并使溶液温度始终保持在45℃；
S3.3：将步骤S3.2所得溶液加热至100℃，保温3min后，然后降温至25℃；
S4：离心和纯化
将步骤S3.3所得溶液离心处理，得到沉淀物a和上清液b，将沉淀物a加2L水搅拌均匀后离心处理，得到沉淀物c和上清液d，将沉淀物c加1L水搅拌均匀后离心处理，得到沉淀物e和上清液f，上述离心条件为8000r/min，离心12min，将上清液b、上清液d和上清液f混合均匀后得到溶液g，加热，将溶液g的体积浓缩至30％，然后加入浓度为95％的乙醇进行沉淀，得到沉淀物h，将沉淀物h在-30℃下进行冷冻干燥，粉碎过100目筛，得到葡萄可溶性膳食纤维20.2g，纯度为80.1％，其中，果胶为29.91％，葡聚糖为50.19％。
实施例2-4
实施例2-4的各实验参数详见表1，其他实验参数同实施例1。
表1实施例2-4的各实验参数
试验例1：不同参数对试验结果的影响
表2示出了实施例1-4和对比例1-4的各实验参数，其他实验参数同实施例1，与实施例相对应的对比例实验中，除了不进行超声处理外，其他实验步骤与相应的实施例各步骤完全相同，具体实验结果详见表2和表3。
表2实施例和对比例的各实验参数
表3葡萄可溶性膳食纤维的提取率和提取纯度
从表3中可以看出，对比例1-4中可溶性膳食纤维的提取率和提取纯度明显低于相应的实施例，说明在提取过程中，超声处理能有效加快反应速度，提高生产效率，并且能够提高可溶性膳食纤维的提取纯度，可溶性膳食纤维的提取率最高达28.2％，提取纯度最高达90.50％。
表4葡萄可溶性膳食纤维的组成成分
| 实验 | 果胶/％ | 葡聚糖/％ | 可溶性纤维素/％ | 可溶性半纤维素/％ |
| 实施例1 | 29.91 | 50.19 | 13.26 | 6.64 |
| 对比例1 | 24.30 | 51.00 | 16.18 | 8.52 |
| 实施例2 | 40.80 | 47.10 | 5.44 | 6.66 |
| 对比例2 | 36.19 | 47.31 | 9.30 | 7.20 |
| 实施例3 | 42.21 | 48.29 | 5.18 | 4.32 |
| 对比例3 | 36.65 | 47.75 | 11.48 | 4.12 |
| 实施例4 | 42.14 | 46.56 | 5.65 | 5.65 |
| 对比例4 | 40.58 | 44.22 | 8.83 | 6.37 |
表4中列出了实施例和对比例中葡萄可溶性膳食纤维的组成成分，说明了实施例和对比例中葡萄可溶性膳食纤维主要由果胶、葡聚糖、可溶性纤维素和可溶性半纤维素组成，其中，实施例中的果胶和葡聚糖的总含量高于相应的对比例，说明在提取过程中，超声处理有利于果胶和葡聚糖的提取，从而提高了可溶性膳食纤维的提取纯度。
试验例2：葡萄可溶性膳食纤维在食品中的应用
将实施例3提取的可溶性膳食纤维制成红枣糕，制备方法如下：取20g葡萄可溶性膳食纤维、75g红枣、265g面粉、20g白糖、20g红糖、10g酵母混合均匀后，加入90g蛋液搅拌，再加水搅拌成糊状，40℃发酵2h后，于160℃烤箱中烘焙30min。重复以上操作，得到足够多的红枣糕。
将实施例3提取的可溶性膳食纤维制作而得的红枣糕作为试验组，将市售红枣糕作为对照组，随机调研150人对试验组和对照组的红枣糕进行感官评价，感官评价标准和感官评分结果如表5和表6所示。
表5感官评价标准
表6感官评分结果
| 待测样品 | 色泽 | 外观形态 | 风味 | 组织状态 | 口感 | 总分 |
| 实施例3 | 13 | 14 | 13 | 22 | 27 | 89 |
| 市售红枣糕 | 12 | 13 | 12 | 19 | 24 | 80 |
由表6数据可知，本发明实施例3提取的可溶性膳食纤维制作而得的红枣糕感官评分是89分，其组织状态和口感均优于市售红枣糕，色泽、外观形态和风味与市售红枣糕基本持平。
试验例3：润肠通便效果观察
试验组：实施例2提取的葡萄可溶性膳食纤维
对照组：现有技术提取的葡萄可溶性膳食纤维
现有技术提取葡萄可溶性纤维：将葡萄皮和葡萄籽清洗干燥，粉碎后过50目筛，取200g粉末，加入3L水，搅拌并加热至40℃，利用NaOH调节溶液的PH至7.0，加入2g纤维素酶，酶解1h后，送入固液分离机中分离得上清液，将上清液进行喷雾干燥即得，喷雾干燥机的进风温度为160℃，进料流量500mL/h。
1、小鼠排便实验
选择90只成年雄性小鼠，随机平均分为9组，分别为阴性对照组、便秘模型组、阳性对照组、现有技术低、中、高剂量组和本发明低、中、高剂量组。阴性对照组和便秘模型组灌胃蒸馏水；阳性对照组给予麻仁丸1.0g/kgbw；现有技术低、中、高剂量组分别将现有技术提取的葡萄可溶性膳食纤维0.1g/kgbw、0.2g/kgbw、0.4g/kgbw灌胃；本发明低、中、高剂量组分别将本发明提取的葡萄可溶性膳食纤维0.1g/kgbw、0.2g/kgbw、0.4g/kgbw灌胃；各组灌胃量均为20mL/kgbw，每天灌胃1次，其他时间自由饮食。连续给药8天后，小鼠禁食不禁水16h，除阴性对照组灌胃给予同体积的蒸馏水外，其他各组小鼠灌胃给予剂量为10mg/kgbw的复方地芬诺酯片，30min后，各组小鼠灌胃给予含受试样的墨汁，完成后开始计时，每只小鼠单独饲养，观察记录每只小鼠首次排黑便所需时间、5h内排便粒数和重量，观察结束后将粪便干燥至恒重，计算粪便含水量。试验结果如下：
表7葡萄可溶性膳食纤维对小鼠排便的影响
| 组别 | 首次排黑时间/min | 5h内排便粒数 | 粪便含水量/％ |
| 阴性对照组 | 67.2±9.8<sup>**</sup> | 17.3±4.4<sup>**</sup> | 55.3±4.6<sup>**</sup> |
| 阳性对照组 | 98.4±7.8<sup>**</sup> | 20.5±4.11<sup>**</sup> | 52.1±2.8<sup>**</sup> |
| 便秘模型组 | 121.8±15.2 | 8.9±2.3 | 44.7±3.1 |
| 现有技术低剂量组 | 106.6±10.7 | 14.2±3.7 | 49.6±2.5 |
| 本发明低剂量组 | 101.7±8.4<sup>*</sup> | 17.1±2.3<sup>*</sup> | 51.9±5.3<sup>*</sup> |
| 现有技术中剂量组 | 104.8±5.8<sup>*</sup> | 15.9±4.3<sup>*</sup> | 50.2±3.7<sup>*</sup> |
| 本发明中剂量组 | 93.8±9.8<sup>**</sup> | 20.5±4.9<sup>**</sup> | 52.6±4.2<sup>**</sup> |
| 现有技术高剂量组 | 101.4±10.2<sup>**</sup> | 17.4±4.9<sup>**</sup> | 52.8±4.3<sup>**</sup> |
| 本发明高剂量组 | 80.2±11.5<sup>**</sup> | 20.5±4.10<sup>**</sup> | 54.7±4.9<sup>**</sup> |
注：与模型组比较，*p＜0.05，**p＜0.01；
2、小肠运动实验
选择90只成年雄性小鼠，随机平均分为9组，分别为阴性对照组、便秘模型组、阳性对照组、现有技术低、中、高剂量组和本发明低、中、高剂量组。阴性对照组和便秘模型组灌胃蒸馏水；阳性对照组给予麻仁丸1.0g/kgbw；现有技术低、中、高剂量组分别将现有技术提取的葡萄可溶性膳食纤维0.1g/kgbw、0.2g/kgbw、0.4g/kgbw灌胃；本发明低、中、高剂量组分别将本发明提取的葡萄可溶性膳食纤维0.1g/kgbw、0.2g/kgbw、0.4g/kgbw灌胃；各组灌胃量均为20mL/kgbw，每天灌胃1次，其他时间自由饮食。连续给药7天后，小鼠禁食不禁水16h，除阴性对照组灌胃给予同体积的蒸馏水外，其他各组小鼠灌胃给予剂量为5mg/kgbw的复方地芬诺酯片，30min后，将小鼠的肠系膜分离出来，剪取上端自幽门、下端至回盲部的肠管，轻轻将小肠拉成直线进行测量。肠管长度为小肠总长度，从幽门至墨汁前端为墨汁推进长度，墨汁推进率＝墨汁推进长度/小肠总长度。试验结果如下：
表8葡萄可溶性膳食纤维对小鼠小肠运动的影响
| 组别 | 墨汁推进率/％ |
| 阴性对照组 | 45.1±2.5 |
| 阳性对照组 | 41.5±3.3<sup>**</sup> |
| 便秘模型组 | 32.5±2.6 |
| 现有技术低剂量组 | 38.4±3.4 |
| 本发明低剂量组 | 39.2±5.1<sup>*</sup> |
| 现有技术中剂量组 | 40.2±4.2<sup>*</sup> |
| 本发明中剂量组 | 41.9±4.2<sup>**</sup> |
| 现有技术高剂量组 | 42.7±3.5<sup>**</sup> |
| 本发明高剂量组 | 44.5±3.5<sup>**</sup> |
注：与模型组比较，*p＜0.05，**p＜0.01；
从表7和表8可以看出，本发明提取的葡萄可溶性膳食纤维具有良好的润肠通便效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，包括：
S1：原料粉碎
将葡萄皮和葡萄籽用水多次清洗，充分干燥后，用粉碎机粉碎成粉末，过200-300目筛，得到干粉A；
其特征在于，还包括：
S2：酸解
将干粉A与盐酸以一定比例混合，室温搅拌，然后升至一定温度，对溶液进行超声处理，得到混合溶液A；
S3：酶解
S3.1：向混合溶液A中加入α-淀粉酶，同时超声处理；
S3.2：然后再加入纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶，同时超声处理；
S4：离心和纯化。
2.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于，步骤S2具体为：将干粉A与质量浓度为4-6％的盐酸以1:30-1:40g/mL比例混合，在25℃下搅拌30min，然后升温至65-85℃，超声处理20min，超声功率为400-600W，同时温度保持在65-85℃，得到混合溶液A。
3.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于，步骤S2与S3.1之间还包括如下步骤：加入NaOH溶液调节混合溶液A的PH至5.0-7.0。
4.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于，步骤S3.1具体为：向混合溶液A中加入α-淀粉酶，同时超声处理10-30min，超声功率为400-600W，并使溶液温度始终保持在65-85℃，其中，α-淀粉酶的加入量为干粉A质量的1-5％。
5.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于，步骤S3.1与S3.2之间还包括如下步骤：将步骤S3.1所得溶液降温至40-50℃，调节溶液的PH至5.0-7.0。
6.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于，步骤S3.2具体为：加入纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶酶解，同时超声处理10-30min，超声功率为400-600W，并使溶液温度始终保持在40-50℃，其中，纤维素酶、半纤维素酶、木质素酶和木瓜蛋白酶的加入量分别为干粉A质量的1-5％。
7.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于，步骤S3.2与S4之间还包括如下步骤：将步骤S3.2所得溶液加热至100℃，保温3-5min后，然后降温至25-35℃。
8.根据权利要求1所述的一种葡萄可溶性膳食纤维的提取方法，其特征在于：步骤S4具体为：将溶液离心处理，得到沉淀物a和上清液b，将沉淀物a加水搅拌均匀后离心处理，得到沉淀物c和上清液d，将沉淀物c加水搅拌均匀后离心处理，得到沉淀物e和上清液f，上述离心条件为6000-8000r/min，离心10-15min，将上清液b、上清液d和上清液f混合均匀得到溶液g，将溶液g的体积浓缩至20-30％，然后加入浓度为95％的乙醇进行沉淀，得到沉淀物h，将沉淀物h在-30℃下进行冷冻干燥，得到葡萄可溶性膳食纤维。
9.一种如权利要求1-8任一所述的提取方法提取的一种葡萄可溶性膳食纤维。
10.根据权利要求9所述的一种葡萄可溶性膳食纤维在食品中的应用。
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