CN111700279B - 一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法，所述方法将小麦麸皮进行蒸汽爆破处理和乳酸菌发酵双重改性，经后处理步骤得到膳食纤维，可同时得到不溶性膳食纤维和水溶性显示纤维，提高了膳食纤维的提取率，改变了膳食纤维的组成和结构，改善了膳食纤维的生理活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种食品加工方法，具体的说是一种小麦副产品加工方法，尤其涉及一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法。
背景技术
我国是小麦生产、消费和出口大国，小麦总产量和出口量均居世界前列。每年，小麦加工产业会产生大量的副产品如麸皮，它们是天然膳食纤维的丰富来源。但是，这些副产品没有得到很好的利用。因此，小麦加工副产物作为原料分层次的合理综合利用，最大限度避免环境污染，是符合人类资源可持续发展需要的。以小麦加工中副产物麸皮为原料，制备高品质的小麦膳食纤维，不仅实现了小麦加工中的零废弃，资源得到了充分合理的利用，保护了生态环境，而且对优化小麦产业结构，增加小麦加工业的附加值具有十分重要的意义。
膳食纤维(dietary fiber,DF)是指不被胃和小肠消化吸收的非淀粉多糖及木质素一类高分子碳水化合物的总称。膳食纤维具有预防心血管疾病、肥胖病、糖尿病、高血压、改善肠道内菌群功能、减少胃肠癌症发生、清除外源有害物质、抗氧化、清除自由基等生理效应，被称为继糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七类营养素”。
按膳食纤维溶解性可分为水溶性纤维和不溶性纤维两大类。水溶性膳食纤维主要指细胞壁内的储存物质和分泌物，如果胶、部分半纤维素和植物胶等；不溶性膳食纤维主要指细胞壁的组成部分，如纤维素、部分半纤维素、木质素、壳聚糖和植物蜡等。
目前国内外提取膳食纤维的方法主要有化学提取法、酶提取法、化学-酶结合提取法、膜分离法和发酵法。对膳食纤维进行改性的方法有：生物技术方法(酶法和发酵法)、化学处理方法(主要有酸法、碱法)和物理方法(机械降解处理法)。这些方法都是单一、独立的，缺乏有效的结合，导致提取率低，产品活性低，或者工序过于复杂，不利于实现工业化。因此，急需一种可以高效提取高活性膳食纤维的方法，得到符合人体需要的高活性膳食纤维产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法，将小麦麸皮进行蒸汽爆破处理和乳酸菌发酵双重改性，经后处理步骤得到膳食纤维，可同时得到两种高活性膳食纤维产品。所述制备方法包括如下步骤：
(1)原料的预处理：将待加工的小麦麸皮热水漂烫，热烫后的小麦麸皮进行干燥、粉碎、过筛，得到小麦麸皮粉末，所得粉末与无机酸(如硫酸)混合，得到混合物料，浸泡，过滤得到经预处理的原料；
(2)蒸汽爆破改性：将步骤(1)得到的经预处理的原料进行蒸汽爆破改性，得到改性物料；
(3)灭菌：将经步骤(2)蒸汽爆破改性后的物料进行灭菌处理，得到灭菌物料；
(4)发酵处理：将步骤(3)中灭菌物料接种乳酸菌并进行发酵处理，控制发酵条件(例如控制接种量、发酵时间和发酵温度)，发酵完成后得到发酵液；
(5)离心处理：将步骤(4)得到的发酵液通过离心分离工艺进行澄清，得到上清液和沉淀；
(6)水洗处理：将步骤(5)离心后的沉淀物进行水洗处理，离心分离得到不溶性膳食纤维沉淀物；
(7)浓缩、醇沉、醇洗处理：将步骤(5)离心后的上清液进行浓缩处理，得到浓缩液，所得浓缩液进行醇沉处理，离心分离得到沉淀物，再经乙醇洗脱，离心分离得到可溶性膳食纤维沉淀物；
(8)干燥处理：将步骤(6)和(7)中的沉淀物置于真空冷冻干燥箱中干燥，即得到水不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维。
根据本发明，所述步骤(1)中的小麦麸皮是小麦加工后剩余副产物经清洗后所得；所述热烫温度为80℃～100℃，时间1min～7min；在一个实施方案中，步骤(1)所述干燥是将热烫后的小麦麸皮沥水后，放入50℃～90℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥12h～48h，优选控制干燥后的小麦麸皮含水量为3％～10％；在一个实施方案中，所述小麦麸皮粉末粒径为20目～120目；在一个实施方案中，所述小麦麸皮粉末与无机酸的混合比(g/ml)为1:(1～6)，无机酸浓度为0.2％～3.0％(v/v)，浸泡温度为60℃～90℃，浸泡时间为1min～12min；在一个实施方案中，所述步骤(1)所得经预处理的原料湿度为25％～75％。在一个实施方案中，所述无机酸可以选自硫酸、盐酸、硝酸等。所述步骤(1)热烫步骤起到灭酶的作用(例如PPO酶活性)，抑制酶促褐变。
根据本发明，所述步骤(2)中蒸汽爆破改性的汽爆压力为0.2MPa～5.0MPa，保压时间为1min～20min，汽爆温度100℃-200℃，使物料浆化。本发明利用蒸汽爆破设备在较高的温度下通过瞬间减压产生挤压力、剪切力，使纤维物料被彻底的微粒化，改善了纤维物料的口感；同时，促使连接纤维分子的化学键断裂，发生分子裂解及分子极性变化，从而导致纤维素分子经蒸汽爆破作用后，增加了与水分子的接触面积及亲水性，促使水不溶性膳食纤维向水溶性膳食纤维转化，进一步提高下麦麸皮的附加值，并且避免小麦麸皮废弃物对环境产生的污染。
根据本发明，所述步骤(3)中灭菌为高温灭菌，温度为90℃～120℃，时间10min～60min。
根据本发明，所述步骤(4)中，乳酸发酵时间为10h～72h，发酵温度30℃～60℃，接种量0.5％～20％，100r/min～300r/min摇床培养。微生物发酵法实现了微生物产酶与酶解过程的统一，节省了酶制剂在生产过程中的分离纯化工艺，大大降低了生产成本，不仅提高了可溶性膳食纤维得率，而且为生产高活性膳食纤维提供了有效的途径。此外，乳酸菌发酵的中间代谢产物将部分残留其中，使得产品风味口感更加宜人，膳食纤维在肠道中的微生物发酵程度提高，生理活性得到改善。
根据本发明，所述步骤(5)中离心转速为3000r/min～6000r/min，离心时间10min～40min。
根据本发明，所述步骤(6)中，将步骤(5)离心后的沉淀物经1～6次水洗，水洗多次可提高不溶性膳食纤维的纯度；水洗过程中料液比(g/ml)1:(2～20)，水洗温度为35℃～85℃，离心分离，得到不溶性膳食纤维产品。
根据本发明，所述步骤(7)中，将步骤(5)离心后的上清液在35℃～80℃，0.07MPa～0.1MPa的真空度下旋转蒸发浓缩至原体积的1/4～1/20，得到浓缩液；在一个实施方案中，向浓缩液中添加2～15倍体积的35％～95％乙醇进行醇沉，醇沉时间为2h～24h，醇沉温度为20℃～60℃；在一个实施方案中，所得沉淀物进行醇洗处理，乙醇浓度为40％～95％，醇洗次数为1～8次，醇洗温度为25～70℃。
根据本发明，所述步骤(8)中，真空冷冻干燥的温度为-10℃～-70℃，时间5h～48h，真空度为10Pa～100Pa。
本发明还提供如上方法制备的膳食纤维，所述膳食纤维为水溶性膳食纤维或水不溶性膳食纤维。
有益效果
本发明的方法采用蒸汽爆破改性与乳酸菌发酵结合的方法提取小麦麸皮中的膳食纤维，将提取过程和活化改性过程相结合，经过蒸汽爆破改性作用和微生物发酵作用，提高了水溶性膳食纤维的提取率，改变了膳食纤维的组成和结构；而且，本发明蒸汽爆破改性与乳酸菌发酵步骤相互协同，经过蒸汽爆破改性的小麦麸皮更利于乳酸菌的吸收和分解，能更好的改善膳食纤维的生理活性，暴露更多的结合位点，提高其吸附性、分散性，不溶性膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力增加，水溶性膳食纤维的吸附能力增强，从而使所得的高活性膳食纤维产品在促进消化、增加排便、防治肥胖症，降低胆固醇，降血脂等方面具有更加良好的生理功效。
附图说明
图1为本发明制备小麦膳食纤维的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径得到。
本实施例中膳食纤维的胆固醇吸附能力，持水力，持油力和溶胀性的测定方法参考《米糠膳食纤维功能理化性质的研究》(湖北农业科学第52卷第21期)和胆酸钠吸附能力的测定方法参考《米糠膳食纤维对胆酸钠吸附作用的研究》(中国食品添加剂2001年第2卷)所记载的方法。
实施例1：
(1)原料的热烫：小麦麸皮是小麦加工后剩余副产物经清洗后所得，热烫温度为90℃，时间5min，将热烫后的小麦麸皮沥水后，放入75℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥20h，其含水量为6％，将其粉碎至80目，得到预处理的小麦麸皮粉末，粉末与硫酸的混合比为1g:3mL，硫酸浓度为0.4％(v/v)，浸泡温度为80℃，浸泡时间为5min，滤去酸解液，皮渣颗粒湿度55％；
(2)蒸汽爆破改性：将步骤(1)得到的皮渣颗粒进行蒸汽爆破处理，汽爆压力为3.0MPa，保压时间为15min，汽爆温度150℃，使物料浆化；
(3)灭菌：将步骤(2)的物料在95℃灭菌20min，冷却至室温；
(4)发酵处理：乳酸菌发酵时间为30h，发酵温度50℃，接种量4.0％，200r/min摇床培养，得到发酵液；
(5)离心处理：步骤(4)得到的发酵液通过离心分离工艺进行澄清，得到上清液和沉淀；
(6)水洗处理：将步骤(5)离心后的沉淀物经3次水洗，料液比1g:5mL，水洗温度为40℃，离心分离，得到不溶性膳食纤维产品；
(7)浓缩、醇沉、醇洗处理：将步骤(5)离心后的上清液在45℃，0.09MPa的真空度下旋转蒸发浓缩至原体积的1/7，得到浓缩液；向浓缩液中添加4倍体积的70％乙醇进行醇沉，醇沉时间为12h，醇沉温度为40℃，离心分离得到沉淀物。所得沉淀物进行醇洗处理，乙醇浓度为75％，醇洗次数为2次，醇洗温度为30℃，得到水溶性膳食纤维产品；
(8)干燥处理：步骤(6)和步骤(7)所得不溶性膳食纤维沉淀物和可溶性膳食纤维沉淀物置于真空冷冻干燥箱中干燥，真空冷冻干燥的温度为-30℃，时间35h，真空度为30Pa。
所述步骤(5)、步骤(6)和步骤(7)中离心转速分别为5000rpm，离心时间分别为15min。
此条件下得到水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率分别为31.58％和44.69％，纯度分别为88.65％和77.32％。水溶性膳食纤维的胆固醇吸附能力为37.01mg/g(pH2.0)、45.68mg/g(pH7.0)，胆酸钠吸附能力为615.87mg/g。不溶性膳食纤维的持水力为6.98g/g，持油力为7.45g/g，溶胀性为14.87mL/g。
实施例2：
(1)原料的热烫：小麦麸皮是小麦加工后剩余副产物经清洗后所得，热烫温度为95℃，时间6min，将热烫后的小麦麸皮沥水后，放入80℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥30h，其含水量为5％，将其粉碎至100目，得到预处理的小麦麸皮粉末，粉末与硫酸的混合比为1g:5mL，硫酸浓度为1.5％(v/v)，浸泡温度为85℃，浸泡时间为4min，滤去酸解液，皮渣颗粒湿度70％；
(2)蒸汽爆破改性：将步骤(1)得到的皮渣颗粒进行蒸汽爆破处理，汽爆压力为0.5MPa，保压时间为18min，汽爆温度120℃，使物料浆化；
(3)灭菌：将步骤(2)的物料在100℃灭菌30min，冷却至室温；
(4)发酵处理：将步骤(3)所得物料接种乳酸菌，发酵时间为40h，发酵温度45℃，接种量5.0％，180r/min摇床培养；
(5)离心处理：步骤(4)得到的发酵液通过离心分离工艺进行澄清，得到上清液和沉淀；
(6)水洗处理：将步骤(5)离心后的沉淀物经4次水洗，料液比1g:8mL，水洗温度为35℃，离心分离，得到不溶性膳食纤维产品；
(7)浓缩、醇沉、醇洗处理：将步骤(5)离心后的上清液在75℃，0.08MPa的真空度下旋转蒸发浓缩至原体积的1/8，得到浓缩液；向浓缩液中添加5倍体积的85％乙醇进行醇沉，醇沉时间为10h，醇沉温度为45℃，离心分离得到沉淀物。所得沉淀物进行醇洗处理，乙醇浓度为80％，醇洗次数为3次，醇洗温度为35℃，得到水溶性膳食纤维产品；
(8)干燥处理：步骤(6)和步骤(7)所得不溶性膳食纤维沉淀物和可溶性膳食纤维沉淀物置于真空冷冻干燥箱中干燥，真空冷冻干燥的温度为-40℃，时间24h，真空度为70Pa。
所述步骤(6)、步骤(7)和步骤(8)中离心转速分别为4000rpm，离心时间分别为40min。
此条件下得到水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率分别为33.98％和41.62％，纯度分别为87.35％和79.32％。水溶性膳食纤维的胆固醇吸附能力为38.98mg/g(pH2.0)、50.57mg/g(pH7.0)，胆酸钠吸附能力为589.68mg/g。不溶性膳食纤维的持水力为9.54g/g，持油力为8.78g/g，溶胀性为13.87mL/g。
实施例3：
(1)原料的热烫：小麦麸皮是小麦加工后剩余副产物经清洗后所得，热烫温度为100℃，时间1min，将热烫后的小麦麸皮沥水后，放入80℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥24h，其含水量为5％，将其粉碎至80目，得到预处理的小麦麸皮粉末，粉末与硫酸的混合比为1g:4mL，硫酸浓度为0.9％(v/v)，浸泡温度为75℃，浸泡时间为5min，滤去酸解液，皮渣颗粒湿度45％；
(2)蒸汽爆破改性：将步骤(1)得到的皮渣颗粒进行蒸汽爆破处理，汽爆压力为2.0MPa，保压时间为20min，汽爆温度140℃，使物料浆化；
(3)灭菌：将步骤(2)的物料在120℃灭菌25min，冷却至室温。
(4)发酵处理：将步骤(3)所得物料接种乳酸菌，发酵时间为45h，发酵温度45℃，接种量3.0％，200r/min摇床培养。
(5)离心处理：步骤(4)得到的发酵液通过离心分离工艺进行澄清，得到上清液和沉淀；
(6)水洗处理：将步骤(5)离心后的沉淀物经4次水洗，料液比1g:5mL，水洗温度为60℃，离心分离，得到不溶性膳食纤维产品；
(7)浓缩、醇沉、醇洗处理：将步骤(5)离心后的上清液在45℃，0.09MPa的真空度下旋转蒸发浓缩至原体积的1/7，得到浓缩液；向浓缩液中添加7倍体积的85％乙醇进行醇沉，醇沉时间为8h，醇沉温度为40℃，离心分离得到沉淀物。所得沉淀物进行醇洗处理，乙醇浓度为65％，醇洗次数为6次，醇洗温度为50℃，得到水溶性膳食纤维产品。
(8)干燥处理：步骤(6)和步骤(7)所得不溶性膳食纤维沉淀物和可溶性膳食纤维沉淀物置于真空冷冻干燥箱中干燥，真空冷冻干燥的温度为-55℃，时间20h，真空度为30Pa。
所述步骤(6)、步骤(7)和步骤(8)中离心转速分别为6000rpm，离心时间分别为20min。
此条件下得到水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率分别为30.48％和45.18％，纯度分别为86.48％和78.12％。水溶性膳食纤维的胆固醇吸附能力为34.24mg/g(pH2.0)、40.14mg/g(pH7.0)，胆酸钠吸附能力为519.68mg/g。不溶性膳食纤维的持水力为10.87g/g，持油力为10.01/g，溶胀性为13.57mL/g。
以上，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)原料的热烫：小麦麸皮是小麦加工后剩余副产物经清洗后所得，热烫温度为90℃，时间5min，将热烫后的小麦麸皮沥水后，放入75℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥20h，其含水量为6％，将其粉碎至80目，得到预处理的小麦麸皮粉末，粉末与硫酸的混合比为1g:3mL，硫酸浓度为0.4％，浸泡温度为80℃，浸泡时间为5min，滤去酸解液，皮渣颗粒湿度55％；
(2)蒸汽爆破改性：将步骤(1)得到的皮渣颗粒进行蒸汽爆破处理，汽爆压力为3.0MPa，保压时间为15min，汽爆温度150℃，使物料浆化；
(3)灭菌：将步骤(2)的物料在95℃灭菌20min，冷却至室温；
(4)发酵处理：乳酸菌发酵时间为30h，发酵温度50℃，接种量4.0％，200r/min摇床培养，得到发酵液；
(5)离心处理：步骤(4)得到的发酵液通过离心分离工艺进行澄清，得到上清液和沉淀；
(6)水洗处理：将步骤(5)离心后的沉淀物经3次水洗，料液比1g:5mL，水洗温度为40℃，离心分离，得到不溶性膳食纤维产品；
(7)浓缩、醇沉、醇洗处理：将步骤(5)离心后的上清液在45℃，0.09MPa的真空度下旋转蒸发浓缩至原体积的1/7，得到浓缩液；向浓缩液中添加4倍体积的70％乙醇进行醇沉，醇沉时间为12h，醇沉温度为40℃，离心分离得到沉淀物；所得沉淀物进行醇洗处理，乙醇浓度为75％，醇洗次数为2次，醇洗温度为30℃，得到水溶性膳食纤维产品；
(8)干燥处理：步骤(6)和步骤(7)所得不溶性膳食纤维沉淀物和可溶性膳食纤维沉淀物置于真空冷冻干燥箱中干燥，真空冷冻干燥的温度为-30℃，时间35h，真空度为30Pa；
所述步骤(5)、步骤(6)和步骤(7)中离心转速分别为5000rpm，离心时间分别为15min。
2.一种小麦麸皮膳食纤维的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)原料的热烫：小麦麸皮是小麦加工后剩余副产物经清洗后所得，热烫温度为95℃，时间6min，将热烫后的小麦麸皮沥水后，放入80℃电热恒温鼓风干燥箱中干燥30h，其含水量为5％，将其粉碎至100目，得到预处理的小麦麸皮粉末，粉末与硫酸的混合比为1g:5mL，硫酸浓度为1.5％，浸泡温度为85℃，浸泡时间为4min，滤去酸解液，皮渣颗粒湿度70％；
(2)蒸汽爆破改性：将步骤(1)得到的皮渣颗粒进行蒸汽爆破处理，汽爆压力为0.5MPa，保压时间为18min，汽爆温度120℃，使物料浆化；
(3)灭菌：将步骤(2)的物料在100℃灭菌30min，冷却至室温；
(4)发酵处理：将步骤(3)所得物料接种乳酸菌，发酵时间为40h，发酵温度45℃，接种量5.0％，180r/min摇床培养；
(5)离心处理：步骤(4)得到的发酵液通过离心分离工艺进行澄清，得到上清液和沉淀；
(6)水洗处理：将步骤(5)离心后的沉淀物经4次水洗，料液比1g:8mL，水洗温度为35℃，离心分离，得到不溶性膳食纤维产品；
(7)浓缩、醇沉、醇洗处理：将步骤(5)离心后的上清液在75℃，0.08MPa的真空度下旋转蒸发浓缩至原体积的1/8，得到浓缩液；向浓缩液中添加5倍体积的85％乙醇进行醇沉，醇沉时间为10h，醇沉温度为45℃，离心分离得到沉淀物；所得沉淀物进行醇洗处理，乙醇浓度为80％，醇洗次数为3次，醇洗温度为35℃，得到水溶性膳食纤维产品；
(8)干燥处理：步骤(6)和步骤(7)所得不溶性膳食纤维沉淀物和可溶性膳食纤维沉淀物置于真空冷冻干燥箱中干燥，真空冷冻干燥的温度为-40℃，时间24h，真空度为70Pa；
所述步骤(6)、步骤(7)和步骤(8)中离心转速分别为4000rpm，离心时间分别为40min。
3.权利要求1或2所述的制备方法制备得到的小麦麸皮水溶性膳食纤维。
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