CN112515179A - 一种利用黑曲霉液体发酵制备苦荞可溶性膳食纤维的方法 - Google Patents
一种利用黑曲霉液体发酵制备苦荞可溶性膳食纤维的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种利用黑曲霉液体发酵苦荞制取可溶性膳食纤维的方法，以苦荞为原料，液体发酵制备成品苦荞可溶性膳食纤维。相较于未发酵而言，发酵处理可使苦荞可溶性膳食纤维含量增加18％～25％。本发明利用黑曲霉液体发酵过程中产生大量纤维素酶、果胶酶等酶系，不仅促进苦荞可溶性膳食纤维的溶出，而且具备操作简单、成本低等特点，可为苦荞可溶性膳食纤维的功能食品开发利用提供新的方法途径。
Description
技术领域
本发明属于食品加工领域，具体涉及一种利用黑曲霉液体发酵苦荞制取可溶性膳食纤维的方法。
背景技术
苦荞(Tartary Buckwheat)，属于荞麦的一种，是一种重要的食药两用杂粮。苦荞含有丰富的蛋白质和氨基酸，如天门冬氨酸在苦荞中含量很高，非常容易被人体所吸收，且在抗疲劳方面也发挥着作用；苦荞中矿质元素丰富，尤其是微量元素硒，可增强免疫力、解毒排毒；苦荞中富含大量维生素，如维生素P(芦丁)是一种重要的活性成分，是清除自由基的强氧化剂。苦荞中膳食纤维含量丰富，在抗氧化、调节糖脂代谢等方面发挥重要的作用。总之，苦荞在抗氧化、降糖降脂、抗菌抗炎、防癌抑癌等多方面都发挥着重要的作用。
如今，膳食纤维已被称为“第七营养素”。中国卫生管理词典上定义膳食纤维又称食物纤维，是植物性食物中含有的一些不能为人体消化酶所分解的食物成分，它们虽不能被机体消化吸收进入新陈代谢，但为维持身体健康所必需。通常情况下，根据其溶解性，膳食纤维分为可溶性膳食纤维(SDF)和不溶性膳食纤维(IDF)。膳食纤维在治疗和预防疾病中发挥着重要的作用，如调节血糖血脂水平、抗动脉粥样硬化、增加肠道蠕动性、预防糖尿病、结肠癌、心血管疾病等。饮食中合理的增加膳食纤维的摄入量，对于维持机体健康有积极作用。
目前报道的提取膳食纤维中可溶性膳食纤维含量的方法有很多，如化学法、酶解法、生物发酵法、物理法和联合处理法。发酵法因其成本低、操作易、产率高等特点成为目前膳食纤维改性的有效方法之一。它在提高膳食纤维中可溶性膳食纤维含量的同时，可改善膳食纤维的理化性质，如持水力、持油力、葡萄糖吸附能力等。
黑曲霉(Aspergillus niger)，半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，丛梗孢科。黑曲霉是国际公认的可用于食品生产的安全菌株，它在发酵过程中能产生纤维素酶、果胶酶等丰富的酶系，可更好的作用于底物，将大分子纤维素降解成较小分子物质，提高可溶性膳食纤维的含量，同时优化可溶性膳食纤维的物化性质。
发明内容
本发明通过对大量不同的菌种(如黑曲霉、绿色木霉、食药用菌等)进行筛选，发现食药用菌发酵几乎不提高苦荞可溶性膳食纤维(SDF)含量；绿色木霉发酵苦荞可溶性膳食纤维(SDF)可提升5％～8％；而一种黑曲霉(CGMCC 3.11455)，其液体发酵苦荞能够显著提高可溶性膳食纤维(SDF)的含量，可提升18％～25％，因此最终利用一种黑曲霉(CGMCC3.11455)液体发酵苦荞，不仅能够显著提高可溶性膳食纤维(SDF)的含量，而且是一种操作简单、成本低的制备新方法。
本发明利用黑曲霉液体发酵苦荞制取可溶性膳食纤维的方法，包括如下步骤：
步骤1：菌种活化
在原黑曲霉菌种斜面试管中取约0.8cm×0.8cm大小的菌种接种到新的霉菌固体斜面培养基中，28℃培养10d即可长满整个斜面。不用时4℃保藏，每三个月需转接一次。
步骤2：母种培养
取一管霉菌培养基，用无菌水淋洗斜面，制成浓度为108CFU/mL的孢子悬液；吸取1mL 该孢子悬液于装有121℃灭菌15min的100mL种子培养基的250mL三角瓶中，摇床26℃、150r/min下活化培养48h，无菌条件下用4层纱布过滤掉菌丝体，调整制成浓度为108CFU/mL的黑曲霉母种培养液。
步骤3：发酵培养液的制备
接种8～12％的黑曲霉母种培养液至苦荞液体培养基中，摇床培养，培养温度26℃，培养时间48h，摇床转速150r/min。
步骤4：可溶性膳食纤维粉的制备
将发酵后的产物于121℃灭菌15min，冷却，依次在95℃、pH6.0条件下加入0.01mL/g 耐高温的α-淀粉酶酶解35min、60℃、pH7.0条件下加入0.05mL/g中性蛋白酶酶解30min、60℃、pH4.5条件下加入0.05mL/g葡萄糖苷酶酶解30min，结束后煮沸灭活备用；8000r/min条件下离心，收集上清液，将上清液旋蒸浓缩至原体积的一半，加入4倍体积的预热60℃的95％乙醇，静置过夜，离心分离，收集沉淀，冷冻干燥后即得苦荞可溶性膳食纤维。发酵处理后的可溶性膳食纤维的含量相较于未发酵可增加18％～25％。
步骤1中，所述霉菌固体斜面培养基的成分构成如下：葡萄糖1％、蛋白胨1％、酵母粉 (市购)0.5％、琼脂2％、pH自然。具体配制时，称取葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g 于1L的烧杯中，煮沸后缓慢加入琼脂20g，完全溶解后定容至1L；趁热分装至试管中，每个试管中加入约三分之一的量，加塞密封，121℃灭菌15min，灭菌后拿出摆斜面冷却备用。所述霉菌固体斜面培养基在接种前先置于26℃恒温培养箱观察3d，没有杂菌即可进行接种。
步骤1中，所述黑曲霉菌种购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，菌株编号3.11455，保存于生态工程与生物技术安徽省重点实验室(安徽大学)。黑曲霉菌种保藏在霉菌固体斜面培养基中。
步骤2中，所述种子培养基的成分构成如下：马铃薯20％、葡萄糖2％、MgSO40.2％、 KH2O4 0.4％、酵母粉0.4％。具体配制时，马铃薯去皮，称重200g，切成小粒煮沸，纱布过滤，再加葡萄糖20g、MgSO4 2g、KH2O4 4g、酵母粉4g，加热溶解，补足水至1L，分装至250mL三角瓶中，密封，121℃灭菌15min，冷却备用。
步骤3中，所述苦荞液体培养基的成分构成如下：苦荞50g/L，K2HO4 2g/L，蛋白胨0.5g/L， CaCl2 0.3g/L，MgSO4·7H2O 0.3g/L，CMC-Na 10g/L，FeSO4·7H2O 0.0015g/L，MnSO4·H2O 0.0016 g/L，ZnSO4·7H2O 0.0015g/L，CoCl2 0.002g/L；加热溶解，搅拌混匀后密封，121℃灭菌15min，冷却备用。所述苦荞预先于50℃干燥、粉碎并过60目筛。
本发明以苦荞为原料，液体发酵制备成品苦荞可溶性膳食纤维。相较于未发酵而言，发酵处理可使苦荞可溶性膳食纤维含量增加18％～25％。本发明利用黑曲霉液体发酵过程中产生大量纤维素酶、果胶酶等酶系，不仅促进苦荞可溶性膳食纤维的溶出，而且具备操作简单、成本低等特点，可为苦荞可溶性膳食纤维的功能食品开发利用提供新的途径。
附图说明
图1是不同接种量下的苦荞SDF得率。由图1可看出，随着接种量的增加，苦荞SDF的得率呈现出先上升后下降并趋于稳定的趋势，这说明液体发酵处理可明显增加苦荞SDF得率。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明技术方案进行详细的说明，实施例仅是本发明的优选实施方式，不是对本发明的限定。
实施例1：
制备霉菌固体斜面培养基：黑曲霉菌种保藏在霉菌固体斜面培养基中。霉菌培养基成分 16为：葡萄糖1％、蛋白胨1％、酵母粉0.5％、琼脂2％、pH自然。葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g于1L的烧杯中，煮沸后缓慢加入琼脂20g，完全溶解后定容至1L。趁热分装至试管中，每个试管中加入约三分之一的量，加塞密封，121℃灭菌15min，灭菌后拿出摆斜面冷却备用。
菌种活化：接种前，先将霉菌固体斜面培养基放入26℃恒温培养箱观察3d，没有杂菌即可进行接种。使用时，在原黑曲霉菌种CGMCC 3.11455斜面试管中取约0.8cm×0.8cm大小的菌种接种到新的霉菌斜面固体培养基中，28℃培养10d即可长满整个斜面。
制备母种培养液种子液：取一管霉菌培养基，用无菌水淋洗斜面，制成浓度为108CFU/mL 的孢子悬液，吸取1mL该孢子悬液于装有121℃灭菌15min的100mL种子培养基的250mL 三角瓶中，种子培养基的具体组成为：马铃薯20％、葡萄糖2％、MgSO4 0.2％、KH2O40.4％、酵母粉0.4％。摇床26℃、150r/min。活化培养48h，无菌条件下，用4层纱布过滤掉菌丝体，调整制成浓度为108CFU/mL的黑曲霉母种培养液。
制备发酵培养液：接种8％黑曲霉母种培养液至干燥、粉碎、过60目筛的苦荞液体培养基中。摇床培养，培养温度26℃，培养时间48h，摇床转速150r/min。
酶解：将发酵后的产物于121℃灭菌15min，冷却，依次在95℃、pH6.0条件下加入0.01mL/g耐高温的α-淀粉酶酶解35min、60℃、pH7.0条件下加入0.05mL/g中性蛋白酶酶解30min、60℃、pH4.5条件下加入0.05mL/g葡萄糖苷酶酶解30min，结束后煮沸灭活，备用。
浓缩醇沉干燥：8000r/min条件下离心，收集上清，将上清旋蒸浓缩至原体积的一半，加入4倍体积预热60℃的95％乙醇，静置过夜，离心分离，收集沉淀，放置于冷冻干燥机里干燥7d。干燥后的固体即为所需的到的苦荞可溶性膳食纤维。发酵处理后的可溶性膳食纤维的含量相较于未发酵可增加19.16％。
实施例2：
制备霉菌固体斜面培养基：黑曲霉菌种保藏在霉菌固体斜面培养基中。霉菌培养基成分为：葡萄糖1％、蛋白胨1％、酵母粉0.5％、琼脂2％、PH自然。葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g于1L的烧杯中，煮沸后缓慢加入琼脂20g，完全溶解后定容至1L。趁热分装至试管中，每个试管中加入约三分之一的量，加塞密封，121℃灭菌15min，灭菌后拿出摆斜面冷却备用。
菌种活化：接种前，先将霉菌固体斜面培养基放入26℃恒温培养箱观察3d，没有杂菌即可进行接种。使用时，在原黑曲霉菌种CGMCC 3.11455斜面试管中取约0.8cm×0.8cm大小的菌种接种到新的霉菌斜面固体培养基中，28℃培养10d即可长满整个斜面。
制备母种培养液种子液：取一管霉菌培养基，用无菌水淋洗斜面，制成浓度为108CFU/mL 孢子悬液，吸取1mL该孢子悬液于装有121℃灭菌15min的100mL种子培养基的250mL 三角瓶中，种子培养基的具体组成为：马铃薯20％、葡萄糖2％、MgSO4 0.2％、KH2O40.4％、酵母粉0.4％。摇床26℃、150r/min。活化培养48h，无菌条件下，用4层纱布过滤掉菌丝体，调整制成浓度为108CFU/mL的黑曲霉母种培养液。
制备发酵培养液：接种10％母种培养液至干燥、粉碎、过60目筛的苦荞液体培养基中。摇床培养，培养温度26℃，培养时间48h，摇床转速150r/min。
酶解：将发酵后的产物于121℃灭菌15min，冷却，依次在95℃、pH6.0条件下加入0.01mL/g耐高温的α-淀粉酶酶解35min、60℃、pH7.0条件下加入0.05mL/g中性蛋白酶酶解30min、60℃、pH4.5条件下加入0.05mL/g葡萄糖苷酶酶解30min，结束后煮沸灭活，备用。
浓缩醇沉干燥：8000r/min条件下离心，收集上清，将上清旋蒸浓缩至原体积的一半，加入4倍体积预热60℃的95％乙醇，静置过夜，离心分离，收集沉淀，放置于冷冻干燥机里干燥7d。干燥后的固体即为即为所需的到的苦荞可溶性膳食纤维。发酵处理后的可溶性膳食纤维的含量相较于未发酵可增加22.98％。
实施例3：
制备霉菌固体斜面培养基：黑曲霉菌种保藏在霉菌固体斜面培养基中。霉菌培养基成分为：葡萄糖1％、蛋白胨1％、酵母粉0.5％、琼脂2％、PH自然。葡萄糖10g、蛋白胨10g、酵母粉5g于1L的烧杯中，煮沸后缓慢加入琼脂20g，完全溶解后定容至1L。趁热分装至试管中，每个试管中加入约三分之一的量，加塞密封，121℃灭菌15min，灭菌后拿出摆斜面冷却备用。
菌种活化：接种前，先将霉菌固体斜面培养基放入26℃恒温培养箱观察3d，没有杂菌即可进行接种。使用时，在原黑曲霉菌种CGMCC 3.11455斜面试管中取约0.8cm×0.8cm大小的菌种接种到新的霉菌斜面固体培养基中，28℃培养10d即可长满整个斜面。
制备母种培养液种子液：取一管霉菌培养基，用无菌水淋洗斜面，制成浓度为108CFU/mL 孢子悬液，吸取1mL该孢子悬液于装有121℃灭菌15min的100mL种子培养基的250mL 三角瓶中，种子培养基的具体组成为：马铃薯20％、葡萄糖2％、MgSO4 0.2％、KH2O40.4％、酵母粉0.4％。摇床26℃、150r/min。活化培养48h，无菌条件下，用4层纱布过滤掉菌丝体，调整制成浓度为108CFU/mL的黑曲霉母种培养液。
制备发酵培养液：接种12％母种培养液至干燥、粉碎、过60目筛的苦荞液体培养基中。摇床培养，培养温度26℃，培养时间48h，摇床转速150r/min。
酶解：将发酵后的产物于121℃灭菌15min，冷却，依次在95℃、pH6.0条件下加入0.01mL/g耐高温的α-淀粉酶酶解35min、60℃、pH7.0条件下加入0.05mL/g中性蛋白酶酶解30min、60℃、pH4.5条件下加入0.05mL/g葡萄糖苷酶酶解30min，结束后煮沸灭活，备用。
浓缩醇沉干燥：8000r/min条件下离心，收集上清，将上清旋蒸浓缩至原体积的一半，加入4倍体积预热60℃的95％乙醇，静置过夜，离心分离，收集沉淀，放置于冷冻干燥机里干燥7d。干燥后的固体即为所需的到的苦荞可溶性膳食纤维。发酵处理后的可溶性膳食纤维的含量相较于未发酵可增加25.01％。
Claims (8)
1.一种利用黑曲霉液体发酵苦荞制取可溶性膳食纤维的方法，其特征在于：
以苦荞为原料，通过黑曲霉菌种液体发酵苦荞，促进苦荞可溶性膳食纤维的溶出，提高苦荞可溶性膳食纤维的含量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述黑曲霉菌种购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，菌株编号3.11455。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：菌种活化
在原黑曲霉菌种斜面试管中取0.8cm×0.8cm大小的菌种接种到新的霉菌固体斜面培养基中，28℃培养10d即可长满整个斜面；
步骤2：母种培养
取一管霉菌培养基，用无菌水淋洗斜面，制成浓度为108CFU/mL的孢子悬液；吸取1mL该孢子悬液于装有121℃灭菌15min的100mL种子培养基的250mL三角瓶中，摇床26℃、150r/min下活化培养48h，无菌条件下用4层纱布过滤掉菌丝体，调整制成浓度为108CFU/mL的黑曲霉母种培养液；
步骤3：发酵培养液的制备
接种黑曲霉母种培养液至苦荞液体培养基中，摇床培养，培养温度26℃，培养时间48h，摇床转速150r/min；
步骤4：可溶性膳食纤维粉的制备
将发酵后的产物于121℃灭菌15min，冷却，依次在95℃条件下加入耐高温的α-淀粉酶酶解35min、60℃条件下加入中性蛋白酶酶解30min、60℃条件下加入葡萄糖苷酶酶解30min，结束后煮沸灭活备用；8000r/min条件下离心，收集上清液，将上清液旋蒸浓缩至原体积的一半，加入4倍体积的预热60℃的95％乙醇，静置过夜，离心分离，收集沉淀，冷冻干燥后即得苦荞可溶性膳食纤维。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤1中，所述霉菌固体斜面培养基的成分构成如下：葡萄糖1％、蛋白胨1％、酵母粉0.5％、琼脂2％、pH自然。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤2中，所述种子培养基的成分构成如下：马铃薯20％、葡萄糖2％、MgSO4 0.2％、KH2O4 0.4％、酵母粉0.4％。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤3中，所述苦荞液体培养基的成分构成如下：苦荞50g/L，K2HO4 2g/L，蛋白胨0.5g/L，CaCl2 0.3g/L，MgSO4·7H2O 0.3g/L，CMC-Na 10g/L，FeSO4·7H2O 0.0015g/L，MnSO4·H2O0.0016g/L，ZnSO4·7H2O 0.0015g/L，CoCl2 0.002g/L；加热溶解，搅拌混匀后密封，121℃灭菌15min，冷却备用。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤3中，黑曲霉母种培养液接种至苦荞液体培养基中的接种比例为8～12％。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
步骤4中，调节pH6.0条件下加入耐高温的α-淀粉酶；调节pH7.0条件下加入中性蛋白酶；调节pH4.5条件下加入葡萄糖苷酶。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210319 |
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