CN114903178A - 一种苦瓜膳食纤维的改性方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种苦瓜膳食纤维的改性方法，属于食品加工技术领域。一种苦瓜膳食纤维的改性方法，包括采用α‑淀粉酶去除残渣中的淀粉，采用中性蛋白酶去除残渣中的蛋白，并对已除去淀粉和蛋白的残渣进行挤压处理的步骤。该改性方法采用α‑淀粉酶和中性蛋白酶提取苦瓜膳食纤维，并采用挤压方式对苦瓜膳食纤维进行改性，提高苦瓜膳食纤维水溶性成份含量，超微粉碎处理进一步提升了苦瓜膳食纤维的活性和生理功能。

Description

一种苦瓜膳食纤维的改性方法

技术领域

本申请涉及一种苦瓜膳食纤维的改性方法，属于食品加工技术领域。

背景技术

苦瓜残渣中含有大量的膳食纤维。膳食纤维有多种生理功能，在维持正常的血糖、血脂和蛋白质水平，控制体重，预防糖尿病、冠心病，抑制机体对胆固醇的吸收和增加胆酸的排泄，防治肠癌和其他肠道疾病等方面有显著的效果。

按溶解性膳食纤维分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维，其中膳食纤维水溶性成分的比例是影响膳食纤维生理功能的一个重要因素，水溶性成分能参加或影响人体的多种代谢，如脂肪代谢、碳水化合物代谢等。膳食纤维生理功能的显著性与膳食纤维中水溶性膳食纤维与水不溶性膳食纤维的比例有很大关系，提高水溶性膳食纤维的比例，是提高和改善膳食纤维质量和生理功能的主要途径。

目前通常采用化学方法对膳食纤维改性，然而化学方法由于酸碱处理存在反应时间长和副反应多等不足，在一定程度上限制了该方法的使用；此外，现有改性方法制备的苦瓜膳食纤维中水溶性膳食纤维的含量相对较低，影响了其功效的发挥。

发明内容

为了解决上述问题，提供了一种苦瓜膳食纤维的改性方法，采用α-淀粉酶和中性蛋白酶提取苦瓜膳食纤维，并采用挤压方式对苦瓜膳食纤维进行改性，提高苦瓜膳食纤维水溶性成份含量，超微粉碎处理进一步提升了苦瓜膳食纤维的活性和生理功能。

本发明采用以下技术方案：

一种苦瓜膳食纤维的改性方法，包括如下步骤：

(1)采用α-淀粉酶去除残渣中的淀粉；

(2)采用中性蛋白酶去除残渣中的蛋白；

(3)对已除去淀粉和蛋白的残渣进行挤压处理。

优选地，将苦瓜残渣和软化水按照1:(6-10)的比例调成浆状，加入α-淀粉酶，α-淀粉酶的作用条件为：pH5.0-8.0，温度30-70℃，添加量0.1-0.8wt％，作用时间10-90min；更优选为pH6.0，温度50℃，添加量0.4wt％，作用时间50min；

α-淀粉酶水解后的苦瓜渣浆，离心后加入2-6倍的水，加入中性蛋白酶，蛋白酶的作用条件为：pH5.0-8.0，温度30-60℃，添加量0.1-0.7wt％，作用时间15-120min；更优选为pH7.0，温度45℃，添加量0.4wt％，作用时间90min。

优选地，该苦瓜膳食纤维的改性方法还包括前处理和后处理步骤：

前处理步骤包括：苦瓜榨汁后的残渣，经干燥处理后，粉碎过60-100目筛，分别测定过筛后的残渣中各组分的含量；

后处理步骤包括：对挤压处理后的残渣进行微细化处理，得到改性后的苦瓜膳食纤维。

优选地，采用双螺杆挤压机对已除去淀粉和蛋白的残渣进行挤压处理，挤压温度为110-160℃，更优选为130℃。

优选地，螺杆转速为120-160r/min，更优选为140r/min。

优选地，已除去淀粉和蛋白的残渣含水量为15-40wt％，更优选为25％。

优选地，后处理步骤中，以第三代振动磨为介质，超微粉碎时间为5-30min。

优选地，苦瓜膳食纤维的持水率提高了20-25％，溶胀性提高了10-15％。

优选地，苦瓜水溶性膳食纤维含量由超微粉碎之前的15-16％增加到超微粉碎之后的17-18％。

优选地，前处理步骤中，干燥后的残渣含水量为5-7wt％，干燥温度为50-70℃。

本申请中，“SDF”是指水溶性膳食纤维。

本申请的有益效果包括但不限于：

1.本申请的苦瓜膳食纤维的改性方法，采用α-淀粉酶和中性蛋白酶提取苦瓜膳食纤维，条件温和、反应速度快、专一性强，淀粉去除率达到85.7％，蛋白质去除率达到61.1％，得到了纯度较高的苦瓜膳食纤维，且该苦瓜膳食纤维呈膨松粉末状，具有苦瓜的淡淡香气，品质较高。

2.本申请的苦瓜膳食纤维的改性方法，使得物料在挤压和剪切力的作用下，部分不溶性阿拉伯木聚糖之类的半纤维素会发生溶解或断裂，转变成水溶性膳食纤维，提高产品中水溶性膳食纤维的含量；经过挤压改性处理水溶性膳食纤维显著增加，由酶解后的8.4％提高到15.5％，达到了高活性膳食纤维的要求。

3.本申请的苦瓜膳食纤维的改性方法，通过超微粉碎的纯物理加工，不会混入杂质，同时又可提高其持水率和溶胀性；第三代振动磨在较低温度下运行，工作效率高，不会对产品质量产生不良影响，采用该机器处理半成品20min后，持水率和溶胀性分别提高21.28％和11.5％；超微粉碎同时可提高水溶性膳食纤维含量，处理20min的苦瓜膳食纤维粉，SDF含量可达17.23％。

4.本申请的苦瓜膳食纤维的改性方法，采用酶处理法提取苦瓜膳食纤维，避免采用化学方法，缩短了反应时间，无污染；采用挤压工艺作为苦瓜膳食纤维改性的方法，大幅提高膳食纤维水溶性成份含量；挤压处理后的苦瓜膳食纤维经超微粉碎处理后，显著提高了膳食纤维持水率和溶胀性，部分半纤维素转化成为水溶性膳食纤维，原有苦瓜膳食纤维的品质不仅大幅提高，口感也得到改善。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例涉及的不同加酶量对淀粉水解的影响示意图。

图2为本申请实施例涉及的温度对淀粉水解的影响示意图。

图3为本申请实施例涉及的pH对淀粉水解的影响示意图。

图4为本申请实施例涉及的时间对淀粉水解的影响示意图。

图5为本申请实施例涉及的加酶量对蛋白质水解的影响示意图。

图6为本申请实施例涉及的温度对蛋白质水解的影响示意图。

图7为本申请实施例涉及的pH对蛋白质水解的影响示意图。

图8为本申请实施例涉及的时间对蛋白质水解的影响示意图。

图9为本申请实施例涉及的挤压温度对SDF含量的影响示意图。

图10为本申请实施例涉及的螺杆转速对SDF含量的影响示意图。

图11为本申请实施例涉及的物料含水量对SDF含量的影响示意图。

图12为本申请实施例涉及的超微粉碎对持水率的影响示意图。

图13为本申请实施例涉及的超微粉碎对溶胀性的影响示意图。

图14为本申请实施例涉及的苦瓜原料膳食纤维SEM图。

图15为本申请实施例涉及的挤压改性处理后苦瓜膳食纤维SEM图。

图16为本申请实施例涉及的超微粉碎处理后苦瓜膳食纤维SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

一、检测方法

苦瓜榨汁后的残渣，在60℃干燥处理后，残渣含水量为6wt％，粉碎过80目筛，分别测定过筛后的残渣中总膳食纤维、水溶性膳食纤维、蛋白质、淀粉和水分的含量。

(1)总膳食纤维含量

按《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》中总膳食纤维测定法测定。

(2)水溶性膳食纤维含量

按《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》中可溶性膳食纤维测定法测定。

(3)蛋白质含量

凯氏定氮法，先测定总氮量，再计算蛋白质含量。

(4)淀粉含量

按GB/T5009.9-2003中酶水解法测定。

(5)水分含量

按GB/T 5009.3-2003测定。

(6)溶胀性

准确称取膳食纤维0.10g，置于10mL量筒中，准确吸取5.00mL的蒸馏水加入其中，振荡均匀后室温放置24h，读取液体中膳食纤维的体积，计算公式如下：

溶胀性(SW)＝[溶胀后纤维体积(mL)－干品体积(mL)]/干品重量(g)

(7)持水率

准确称取经粉碎的膳食纤维1.0g置入100mL烧杯中，加入蒸馏水75mL，20℃水浸泡24h，转移至离心杯中，在4000r/min条件下离心15min，取出，倾去上清液，滤纸上沥干后把其转移到一表面皿中称重，计算持水率(WHC)，公式如下：

持水率(WHC)＝[样品湿重(g)－样品干重(g)]/样品干重(g)×100％

实施例1α-淀粉酶水解工艺研究

1.1加酶量对淀粉水解的影响

本试验在50℃、pH值6.0条件下，分别添加浆状苦瓜残渣(苦瓜残渣和软化水按1:8的比例调成浆状)的0.1％～0.8％的α-淀粉酶，液化1h，考察不同加酶量对淀粉的水解影响，具体结果见图1。随着加酶量的增加，淀粉去除率增加，说明酶催化反应速度与酶浓度成正比，尤其加酶量在0.4％以下时，增加更为明显。随着加酶量的进一步增加，淀粉去除率仅略有增加。从节约成本的角度考虑，添加量达到苦瓜渣浆的0.4％时，淀粉去除率可达80％以上，确立0.4％为α-淀粉酶的添加量。

1.2温度对淀粉水解的影响

在α-淀粉酶添加量0.4％，pH值6.0条件下，在30～70℃间进行试验，考察温度对淀粉水解的影响，结果见图2。在30～50℃之间，淀粉去除率上升较快，而在50～55℃之间，去除率基本稳定，且处于淀粉去除峰值，之后去除率迅速降低。当温度达到蛋白质变性温度区域后，分子运动剧烈，足以打断酶稳定的二级和三级结构键，此种变性作用常导致蛋白质聚集而使酶活性迅速下降，所以高温使水解迅速下降。本试验确立50℃为α-淀粉酶水解温度条件。

1.3pH值对淀粉水解的影响

利用1.1和1.2的优选条件，即添加0.4％的α-淀粉酶，在50℃条件下，在pH5.0～8.0间考察pH对淀粉水解的影响，结果见图3。在pH5.0～6.0之间，淀粉去除率上升较快，而在pH6.0～6.5之间去除率变化不大，且处于淀粉去除峰值，随后去除率迅速下降。每种酶作用都有其最适pH，当反应条件远离该值时，酶活性中心的构象甚至整个酶分子结构发生改变，酶蛋白会变性而导致失活，从而导致淀粉去除率下降。本实验确立淀粉酶水解的pH值为6.0。

1.4时间对淀粉水解的影响

在1.1、1.2和1.3优选条件下，以水解时间为参数，考察时间对淀粉去除率的影响，结果见图4。在50min之前，随着水解时间的延长，去除率增长的很快；在50min之后，去除率增长趋势缓慢。这主要是因为随着水解时间的延长，底物浓度显著降低，溶液中水解产物逐渐增大，过高的产物和过低的底物浓度会对水解反应产生抑制作用，因此，出现50min后淀粉去除率增长明显减弱现象。本试验水解时间达到50min左右即可。

实施例2中性蛋白酶水解工艺研究

2.1加酶量对蛋白质水解的影响

α-淀粉酶水解后的苦瓜渣浆，离心后加入4倍的水，在温度50℃、pH7.0、水解时间60min条件下，分别添加0.1～0.7％的中性蛋白酶，考察蛋白酶添加量对蛋白质去除的影响，结果如图5所示。随着加酶量逐渐增加，蛋白质水解亦相应增加，当添加量达到0.4％后，水解率增长趋势减缓。这是因为在底物浓度不能被酶完全饱和时，水解率随着加酶量的增长而增长；当加入的酶量逐渐增长到能使底物浓度饱和时，水解率增长不大。从图5可见，0.4％以上加酶量作用减弱，因此，实验采用0.4％的加酶量。

2.2温度对蛋白质水解的影响

蛋白酶添加量0.4％，pH值7.0条件下，水解60min，在30～60℃间进行试验，考察温度对蛋白质水解的影响，结果见图6。温度对蛋白质的水解程度影响明显，随着温度升高，蛋白质水解率相应增高，温度在45～50℃间时，水解程度变化不大，温度高于50℃时，蛋白质水解率开始下降，试验确定蛋白质水解温度为45℃。

2.3pH值对蛋白质水解的影响

在添加0.4％的中性蛋白酶，温度为45℃条件下，在pH6～8之间调整水解液的pH，考察pH对蛋白质水解的影响，结果如图7。随着pH升高，蛋白质水解率明显提高，pH7.0时，水解率达到60.37％，pH8.0时由于离开酶最适作用范围，去除率有所下降。考虑到pH7和pH7.5时水解率变化不大，本试验确定蛋白质水解的pH为7.0。

2.4时间对蛋白质水解的影响

在添加0.4％中性蛋白酶，温度50℃，pH7.0条件下，考察水解时间对蛋白质水解的影响，结果见图8。在水解初期，随着水解时间的延长，蛋白质水解率增长较快，在75～105min之间，水解率增长趋势减缓。实验确立蛋白酶水解时间为90min。

实施例3酶解处理后膳食纤维品质分析

称取1Kg干燥后的粗苦瓜残渣，在实施例1和2优化条件下，进行扩大试验，得到浅黄褐色膳食纤维干粉786g，对其进行成分检测，结果如下表1。

表1酶解处理后膳食纤维指标

表中不同字母代表每列数据在95％的置信区间差异显著(P<0.05)

实施例4膳食纤维挤压改性工艺研究

4.1挤压温度对膳食纤维改性的影响

温度是影响改性效果的一个重要因素。在挤压机筒内，纤维物料温度急剧上升，加之受到强烈的剪切和挤压作用，使得纤维高聚物糖苷键断裂，水溶性膳食纤维含量增高，本试验在纤维物料含水量20％，螺杆转速120r/min，分别设定挤压温度为110、120、130、140、150、160℃条件下进行挤压试验，结果见如图9所示。随着温度的升高，水溶性膳食纤维的含量相应增加，说明温度对改性有明显影响。最佳挤压温度为130℃。

4.2螺杆转速对膳食纤维改性的影响

在挤压过程中，螺杆转速起着十分重要作用，为考察转速对改性的影响，在物料含水量20％，温度为130℃条件下，设定螺杆转速分别为120、130、140、150、160r/min进行挤压试验，结果如图10所示。水溶性膳食纤维含量均随着螺杆转速的增加而增加，说明螺杆转速越大，剪切力越大，越有利于纤维素的降解。从节约成本考虑，最佳螺杆转速为140r/min。

4.3物料含水量对膳食纤维改性的影响

物料含水量是影响挤压效果的因素之一。对于单螺杆挤压设备，为实现挤压操作，加水量应该控制在10％～40％间，本试验在挤压温度为130℃，螺杆转速为140r/min条件下，分别在含水量为10、20、30、40％进行挤压试验，如图11所示。在含水量为25～30％时，水溶性膳食纤维含量最高，由于挤压物料纤维纯度较高，20％以下的加水量很难实现挤压操作，加水量大于30％时，水溶性膳食纤维的含量随加水量的提高而降低，这是因为拌料水一方面调节物料的湿润程度，使得物料便于输送和挤压；另一方面也起着控制机腔内产生挤压和剪切力大小的作用。纤维高聚物发生断裂的作用力主要来自挤压机内的挤压力和剪切力，加水量高，物料润滑，机腔内挤压和剪切作用力就小，纤维高聚物不易发生断裂，因而水溶性膳食纤维含量就低；在保证物料能够实现挤压的条件下，加水量低，机腔内挤压和剪切作用力就大，纤维高聚物就容易发生断裂，水溶性膳食纤维含量就高，单因素试验显示，25％的物料含水量为较佳挤压条件。

实施例5挤压改性后苦瓜膳食纤维理化指标

本试验对比了苦瓜膳食纤维在挤压前后理化指标的变化，结果列于表2。从结果可以看出经过挤压改性处理，经过挤压改性处理水溶性膳食纤维显著增加，这是由于挤压改性过程中的高温和剪切力破坏了纤维素的糖苷键，使得少量不溶性膳食纤维转化为水溶性膳食纤维。此外，经过改性处理膳食纤维的持水性和溶胀性都得到了显著的提高。

表2挤压改性后苦瓜膳食纤维理化指标

表中不同字母代表每列数据在95％的置信区间不差异显著(P<0.05)

实施例6膳食纤维超微粉碎工艺研究

6.1超微粉碎对持水率的影响

将超微粉碎的膳食纤维粉进行持水率测定，结果见图12。超微粉碎对样品的持水率影响较大。与超微粉碎前相比，经超微粉碎的苦瓜膳食纤维的持水率有显著的提高。超微粉碎20min后，持水率约提高了21.28％，这是由于物料紧密的结构被微粉碎过程中的多种作用力所松散，同时粒度的减小使得吸水的表面积增大，物料间的孔隙增多使水分更容易渗入，从而增大了其持水率。

6.2超微粉碎对溶胀性的影响

超微粉碎后苦瓜膳食纤维的溶胀性测定结果见图13。超微粉碎可较大程度地提高苦瓜膳食纤维溶胀性。这是因为超微粉碎后膳食纤维粒度变小，颗粒增加，溶于水后各自膨胀伸展产生更大的容积，从而提高其溶胀性。经超微粉碎5min后，膳食纤维的溶胀性略有提高。而随着粉碎时间的延长，溶胀性有了较为明显的提高。超微粉碎20min后，溶胀性约提高了11.5％。

6.3超微粉碎对水溶性膳食纤维的影响

取超微粉碎20min的苦瓜膳食纤维，测定其水溶性膳食纤维含量，数据显示，水溶性膳食纤维含量由超微粉碎之前的15.5％增加到超微粉碎之后的17.23％。在超微粉碎过程中水溶性膳食纤维也有一定增加，主要是由于粉碎过程的高挤压、剪切力，破坏了水不溶性膳食纤维的糖苷键，使水不溶性向水溶性转化。

实施例7电镜扫描观察苦瓜膳食纤维的微观形态

苦瓜渣原料、挤压改性处理和超微粉碎处理后样品经电镜扫描，10000倍放大的扫描图见图14-16。苦瓜原料(见图14)表面比较光整平滑，挤压改性(见图15)和超微粉碎处理(见图16)后，产品表面凹凸起伏。这种微观物理结构变化有助于增强产品的膨胀力和持水性。

以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)采用α-淀粉酶去除残渣中的淀粉；

(2)采用中性蛋白酶去除残渣中的蛋白；

(3)对已除去淀粉和蛋白的残渣进行挤压处理。

2.根据权利要求1所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，将苦瓜残渣和软化水按照1:(6-10)的比例调成浆状，加入α-淀粉酶，α-淀粉酶的作用条件为：pH5.0-8.0，温度30-70℃时，添加量0.1-0.8wt％，作用时间10-90min；

α-淀粉酶水解后的苦瓜渣浆，离心后加入2-6倍的水，加入中性蛋白酶，蛋白酶的作用条件为：pH5.0-8.0，温度30-60℃，添加量0.1-0.7wt％，作用时间15-120min。

3.根据权利要求1所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，还包括前处理和后处理步骤：

前处理步骤包括：苦瓜榨汁后的残渣，经干燥处理后，粉碎过60-100目筛，分别测定过筛后的残渣中各组分的含量；

后处理步骤包括：对挤压处理后的残渣进行微细化处理，得到改性后的苦瓜膳食纤维。

4.根据权利要求1所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，采用双螺杆挤压机对已除去淀粉和蛋白的残渣进行挤压处理，挤压温度为110-160℃。

5.根据权利要求4所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，螺杆转速为120-160r/min。

6.根据权利要求1所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，已除去淀粉和蛋白的残渣含水量为15-40wt％。

7.根据权利要求3所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，后处理步骤中，以第三代振动磨为介质，超微粉碎时间为5-30min。

8.根据权利要求7所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，苦瓜膳食纤维的持水率提高了20-25％，溶胀性提高了10-15％。

9.根据权利要求7所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，苦瓜水溶性膳食纤维含量由超微粉碎之前的15-16％增加到超微粉碎之后的17-18％。

10.根据权利要求3所述的苦瓜膳食纤维的改性方法，其特征在于，前处理步骤中，干燥后的残渣含水量为5-7wt％，干燥温度为50-70℃。

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