CN115777946A - 一种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，它包括：将豆渣进行超微粉碎过筛；将过筛后的豆渣粉与水溶解倒入空化射流机，进行空化射流处理处理；三步酶法酶解；将沉淀物与水制备成混合液，调节PH至5.0，向混合液中加入复合酶进行酶解，复合酶为纤维素酶和半纤维素酶，二者添加比例为1:1，复合酶添加量为6%，酶解温度为50℃，酶解时间为1.5h，酶解结束后离心；冷冻干燥，得到豆渣不溶性膳食纤维。本发明采用空化射流联合酶法大大提高了膳食纤维的持水力、持油力、膨胀能力，获得的不溶性膳食纤维的持水力、持油力、溶胀力分别提升了1.76倍、2.58倍、2.17倍，应用于食品行业中可以显著提升产品的理化性质。
Description
一、技术领域：
本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及的是一种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法。
二、背景技术：
有第七大营养素之称的膳食纤维，是平衡膳食结构所必需的营养素之一。近二十年来的大量研究表明，膳食纤维的充分补充对肠道健康有益，对维持机体血糖平衡、降低血脂和胆固醇有一定的帮助，对结肠癌、糖尿病、冠心病等疾病也有一定的预防作用。然而，研究发现，由于食物越来越精细，导致膳食纤维在膳食中的缺失越来越严重，人体迫切需要补充膳食纤维，面对这样的情况，膳食纤维的研究和相关产品的研制就具有了重要的现实意义，并逐渐成为科研的热门课题。
大豆因其含有丰富的蛋白和营养益处而成为世界上最重要的豆类之一。然而，大豆在食用或加工过程中产生了大量的豆渣，豆渣每年在全球产生约400万吨，但大多被用于动物饲料或被直接丢弃，造成严重的环境污染，代表着极大的资源浪费。水分含量高的豆渣使其极易腐烂，尽管干燥处理减少了微生物的腐败现象，却使成本上升。豆渣中还含有大量的不溶性膳食纤维，通常在干燥条件下以纤维素、半纤维素和果胶的形式约占40％-60％。这就限制了不溶性膳食纤维可以添加到食物中，因为不溶性膳食纤维可能造成质地质量不佳。
目前酶解法为不溶性膳食纤维的主要的制备方法，根据统计，不同原料所获得的不溶性膳食纤维理化性质较差，因此有必要寻求一种理化性质好的不溶性膳食纤维。
三、发明内容：
本发明的目的是提供一种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，这种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法通过制备出理化性质好的不溶性膳食纤维，用来解决目前豆渣大多被用于动物饲料或被直接丢弃，不仅造成严重的环境污染，而且浪费的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法包括如下步骤；
步骤(1)、将豆渣进行超微粉碎，粉碎后的豆渣粉进行过筛；
步骤(2)、空化射流处理：将步骤(1)过筛后的豆渣粉与水溶解倒入空化射流机，进行处理，得到豆渣液,空化射流处理参数压力为0.3MPa，处理时间为10min；
步骤(3)、三步酶法酶解：将步骤(2)中空化射流处理后的样液调节pH至6.0，向样液中加入高温α-淀粉酶进行酶解，酶解温度为95-100℃，酶解时间为0.25h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节pH至7.0，向样液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解温度为60℃，酶解时间为0.5h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节pH至4.5，向样液中加入淀粉葡糖苷酶进行酶解，酶解温度为60℃，酶解时间为0.5h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，将溶液浓缩至原体积的四分之一，加入乙醇溶液，在4-8℃进行醇沉处理，静置12h后离心，取沉淀物冷冻干燥，得到豆渣粉；
步骤(4)、复合酶酶解：将步骤(3)得到的沉淀物与水制备成混合液，调节PH至5.0，向混合液中加入复合酶进行酶解，复合酶为纤维素酶和半纤维素酶，二者添加比例为1:1，复合酶添加量为6％，酶解温度为50℃，酶解时间为1.5h，酶解结束后离心；
步骤(5)、冷冻干燥：将步骤(4)离心后的产物进行水洗处理，然后将沉淀物冷冻干燥，得到豆渣不溶性膳食纤维。
上述方案步骤(1)中超微粉碎采用超微粉碎机，超微粉碎机转速为10000r/min，超微粉碎时间为10s-15s；过筛的目数为80目。
上述方案步骤(3)中高温α-淀粉酶的加酶量为20000U/g，碱性蛋白酶的加酶量为2000U/g，淀粉葡糖苷酶的加酶量为100000U/g。
上述方案步骤(3)中浓缩采用旋蒸蒸发仪，温度为85℃，转速为90r/min。
上述方案步骤(3)中乙醇溶液加入量为浓缩后溶液体积的4倍，乙醇溶液体积百分比浓度为95％。
上述方案步骤(5)中水洗处理为将沉淀物溶解于85℃热水中，然后离心，重复处理3次。
上述方案步骤(5)中冷冻干燥的温度为-100—-140℃，冷冻干燥时间为10-12h。
有益效果：
1、不溶性膳食纤维由于其不溶于水的特性和较差的物理、化学性质。最终被用作动物饲料，其产业价值大打折扣，本发明采用空化射流联合酶法增强不溶性膳食纤维的理化性质，可提高大豆副产物的综合利用。
2、本发明提高了膳食纤维的持水力、持油力、膨胀能力，获得的不溶性膳食纤维的持水力、持油力、溶胀力分别提升了1.76倍、2.58倍、2.17倍，应用于食品行业中可以显著提升产品的理化性质。
3、本发明获得的豆渣不溶性膳食纤维纯度高，绿色环保，工艺简单，便于企业工业化生产，大大节省成本。
4、本发明提高了膳食纤维吸附亚硝酸盐和胆固醇的能力，可以应用于食品或保健品行业，有助于提高大豆加工副产物-豆渣的附加值。
5、本发明具有提取工艺耗能低、时间短、提取率高、生产过程清洁无污染的优势。
四、附图说明：
图1为对照例1和实施例1的持水力比较图。
图2为对照例1和实施例1的持油力比较图。
图3为对照例1和实施例1的膨胀力比较图。
图4为对照例1和实施例1的亚硝酸盐吸附力比较图。
图5为对照例1和实施例1的胆固醇吸附力比较图。
图6为本发明的流程图。
五、具体实施方式
实施例1
这种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，具体步骤如下：
(1)干燥好的豆渣在10000r/min，时间为10s-15s下进行超微粉碎处理，然后过80目筛获得豆渣粉末。
(2)将步骤(1)豆渣粉溶解于水中，搅拌混匀，倒入空化射流机处理，处理压力0.3MPa，处理时间为10min，结束后收集样液。
(3)将步骤(2)收集的样液调节PH至6.0，向样液中加入高温α-淀粉酶进行酶解，酶解温度为95-100℃，酶解时间为0.25h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节PH至7.0，向样液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解温度为60℃，酶解时间为0.5h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节PH至4.5，向样液中加入淀粉葡糖苷酶进行酶解，酶解温度为60℃，酶解时间为0.5h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，采用旋蒸蒸发仪的方法，温度为85℃，转速为90r/min浓缩至原体积的四分之一，加入4倍体积乙醇溶液，乙醇溶液的体积百分比浓度为95％，在4-8℃进行醇沉处理，静置12h后离心，取沉淀物放入-80℃冰箱预冻12h，然后放入冷冻干燥机干燥，冷冻干燥机真空度为0.4mBar，温度为-100—-140℃；冷冻干燥的时间为10～12h得到干燥物。
(4)取步骤(3)中制备得到的干燥物溶解于水中，调节PH至5.0，向样液中加入复合酶进行酶解，复合酶为纤维素酶和半纤维素酶，二者添加比例为1:1，复合酶添加量为6％，酶解温度为50℃，酶解时间为1.5h，酶解结束后灭酶，离心，取沉淀物将沉淀物溶解于85℃热水中，然后离心，重复处理3次。
(5)取步骤(4)的沉淀物放入-80℃冰箱预冻12h，然后放入冷冻干燥机干燥，冷冻干燥机真空度为0.4mBar，温度为-100—-140℃；冷冻干燥的时间为10～12h后得到不溶性膳食纤维。
对照例1
制备不溶性膳食纤维
(1)干燥好的豆渣在10000r/min，时间为10s-15s下进行超微粉碎处理，然后过80目筛获得豆渣粉末，将豆渣粉末溶解于水中。
(2)将步骤(1)料液调节PH至6.0，向样液中加入高温α-淀粉酶进行酶解，酶解温度为95-100℃，酶解时间为0.25h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节PH至7.0，向样液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解温度为60℃，酶解时间为0.5h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节PH至4.5，向样液中加入淀粉葡糖苷酶进行酶解，酶解温度为60℃，酶解时间为0.5h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，离心，取沉淀物将沉淀物溶解于85℃热水中，然后离心，重复处理3次。
(3)取步骤(2)得沉淀物放入-80℃冰箱预冻12h，然后放入冷冻干燥机干燥，冷冻干燥机真空度为0.4mBar，温度为-100—-140℃；冷冻干燥的时间为10～12h得到不溶性膳食纤维。
1.可溶性膳食纤维含量测定
可溶性膳食纤维含量测定按GB5009.88-2014进行。
2.持水力测试
准确称取实施例1以及对照例1中制备的不溶性膳食纤维0.5g，加入离心管中，称重记作A1。在试管中加入35ml蒸馏水，在20℃下充分搅拌2h，结束后以4000r/min离心10min，弃上清液，沉淀物与试管称重记作A2。持水力力按式(1-1)计算：
所得的持水力如图1所示。
由图1可知，实施例中制得的不溶性膳食纤维持水力比对照例制得的不溶性膳食纤维持水力得到显著提升。持水力是指膳食纤维中的游离水和通过物理方法组合而成的结合水，它们受环境条件的影响以及膳食纤维的物理性质和化学性质的影响。持水力的增加是由于空化射流联合酶法处理破坏了纤维素和半纤维素的分子间氢键，从而导致更多亲水基团的暴露。
3.持油力测试
准确称取实施例1以及对照例1中制备的不溶性膳食纤维0.5g，加入离心管中，称重记作A1。在试管中加入25ml豆油，震荡均匀，室温下静置3h，结束后以4000r/min离心10min，弃上清液，沉淀物与试管称重记作A2。持水力力按式(1-2)计算：
所得的持水力如图2所示。
由图2可知，经过空化射流联合酶法处理后，实施例中制得的不溶性膳食纤维持油力得到显著提升。在空化射流联合酶法处理后，不溶性膳食纤维受其组分、表面结构及微粒大小的影响，其持油力较松散，间隙增大，油脂较易与亲脂的裸露基团结合，进而使持油力得到有效的增强。
4.膨胀力测试
准确称取实施例1以及对照例1中制备的不溶性膳食纤维1g，加入带刻度的试管中，读取体积记作A1。在试管中加入35ml蒸馏水，震荡均匀，室温下静置18h，结束后读取膨胀后样品体积记作A2。持水力力按式(1-3)计算：
所得的膨胀力如图3所示。
由图3可知，与对照例中制得的不溶性膳食纤维相比，实施例中制得的不溶性膳食纤维膨胀力得到明显的提升。膳食纤维保水性能的重要指标是膨胀力。由于纤维粒径减小，结构变得疏松多孔，经过空化射流处理后释放出更多的水结合位点，膳食纤维的水合能力通常会受到纤维结构和水结合位点数量的影响，从而具有更好的捕获水的能力。而复合酶解则能打破半纤维素和β-糖苷键，使更多亲水的基团暴露出来，如羟基、羧基、氨基等，从而使更多的水分子结合在一起，造成膨胀力上升。
5.亚硝酸盐吸附力测试
准确称取实施例1以及对照例1中制备的不溶性膳食纤维1g，放入烧杯中，加入25ml NaNO2溶液，混均后分别用盐酸或硫酸溶液将PH调至2或7，在37℃条件下反应2h，结束后在4000r/min离心20min，保留上清液。
亚硝酸盐含量测定
通过测量已知浓度的亚硝酸盐溶液在538nm波长下的吸光度来构建标准曲线，然后通过标准曲线将上清液吸光度测量值转换为亚硝酸盐的浓度。
亚硝酸盐吸附力按式(1-4)计算：
式中：
m1——样品的亚硝酸盐吸附力(ug/g)
m2——空白的亚硝酸盐吸附力(ug/g)
m——样品干重(g)
所得的亚硝酸盐吸附力如图4所示。
由图4可知，经过空化射流联合酶法处理后，实施例中制得的不溶性膳食纤维无论在PH＝2或PH＝7的条件下对亚硝酸盐的吸附力与对照例中制得的不溶性膳食纤维相比有非常显著的提升，对实施例中制得的不溶性膳食纤维而言，PH＝2(模拟人胃液环境)下的亚硝酸盐吸附力明显强于PH＝7(模拟人肠液环境)。
从图4可以看出，不溶性膳食纤维对亚硝酸盐的吸附力，无论是实施例中制得的不溶性膳食纤维，还是对照例中制得的不溶性膳食纤维，在PH＝2的条件下都比PH＝7的强，这可能是由于含羧基化合物的羧基在PH变大后解离，膳食纤维表面的负电荷密度增加，排异作用使亚硝酸根离子释放，在PH＝7的条件下造成较小的吸附量，这也说明膳食纤维在胃中对亚硝酸根离子的吸收比在肠道的吸收更多。
6.胆固醇吸附力测试
取鸡蛋黄与蒸馏水按照1:9的比例均匀打散，准确称取实施例1以及对照例1中制备的不溶性膳食纤维1g，放入烧杯中，加入25ml鸡蛋黄溶液，混均后分别用盐酸或硫酸溶液将PH调至2或7，在37℃条件下反应2h，结束后在4000r/min离心20min，保留上清液。
胆固醇含量测定
通过测量已知浓度的胆固醇溶液在550nm波长下的吸光度来构建标准曲线，然后通过标准曲线将上清液吸光度测量值转换为胆固醇的浓度。
胆固醇吸附力按式(1-5)计算：
式中：
m1——样品的胆固醇吸附力(mg/g)
m2——空白的胆固醇吸附力(mg/g)
m——样品干重(g)
所得的胆固醇吸附力如图5所示。
膳食纤维分子表面的活性基团能吸附胆固醇，起到使胆石症、冠状动脉硬化等疾病的预防作用，使人体肝脏的胆固醇和血浆水平降低。由图5可知，经过空化射流联合酶法处理后，实施例中制得的不溶性膳食纤维的胆固醇吸附力无论在PH＝2或PH＝7条件下得到显著提升。
流行病学研究显示，血清总胆固醇与心血管危险之间存在着较为密切的联系，目前已发现血清总胆固醇与心血管一般情况下，食物和膳食纤维在吸收营养的主要器官——胃里停留的时间只有1-2个小时。相反，摄取营养的主要器官——肠道，食物和膳食纤维在小肠中停留的时间反而更长。所以，评估DF的吸附能力，小肠环境至关重要。反应系统的酸碱度很大程度上影响了膳食纤维的胆固醇吸附力，而酸碱度在7.0时比在2.0时高。这也间接说明，与胃中胆固醇的吸附力相比，膳食纤维在小肠中的吸附力更高。
由图1-5可知，实施例1不溶性膳食纤维的持水力比对照例1不溶性膳食纤维的持水力增高了1.76倍。实施例1不溶性膳食纤维的溶胀力比对照例1不溶性膳食纤维的持油力增高了2.578倍。实施例1不溶性膳食纤维的持水力比对照例1不溶性膳食纤维的膨胀力增高了2.17倍。在PH＝2条件下，实施例1不溶性膳食纤维的亚硝酸盐吸附力比对照例1不溶性膳食纤维的亚硝酸盐吸附力增高了3.17倍。在PH＝7条件下，实施例1不溶性膳食纤维的亚硝酸盐吸附力比对照例1不溶性膳食纤维的亚硝酸盐吸附力增高了0.57倍。在PH＝2条件下，实施例1不溶性膳食纤维的胆固醇吸附力比对照例1不溶性膳食纤维的胆固醇吸附力增高了1.23倍。在PH＝7条件下，实施例1不溶性膳食纤维的胆固醇吸附力比对照例1不溶性膳食纤维的胆固醇吸附力增高了2.03倍。由于经过空化射流处理后，不溶性膳食纤维组分充分暴露出来，再利用纤维素酶联合木聚糖酶对其暴露的纤维素和半纤维素水解，暴露出更多的亲水基团，使得持水力、溶胀力等理化性质增加。复合酶法改性特异性强，加工条件更温和，效率更高，加工过程更稳定，环境友好，在应用于企业工业化改性方面的潜力。
尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，本领域技术人员还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (7)
1.一种豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤（1）、将豆渣进行超微粉碎，粉碎后的豆渣粉进行过筛；
步骤（2）、空化射流处理：将步骤（1）过筛后的豆渣粉与水溶解倒入空化射流机，进行处理，得到豆渣液, 空化射流处理参数压力为0.3 MPa，处理时间为10 min；
步骤（3）、三步酶法酶解：将步骤（2）中空化射流处理后的样液调节pH至6.0，向样液中加入高温α-淀粉酶进行酶解，酶解温度为95-100 ℃，酶解时间为0.25 h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节pH至7.0，向样液中加入碱性蛋白酶进行酶解，酶解温度为60 ℃，酶解时间为0.5 h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，调节pH至4.5，向样液中加入淀粉葡糖苷酶进行酶解，酶解温度为60 ℃，酶解时间为0.5 h，酶解结束后进行灭酶，冷却至室温，将溶液浓缩至原体积的四分之一，加入乙醇溶液，在4-8℃进行醇沉处理，静置12 h后离心，取沉淀物冷冻干燥，得到豆渣粉；
步骤（4）、复合酶酶解：将步骤（3）得到的沉淀物与水制备成混合液，调节pH至5.0，向混合液中加入复合酶进行酶解，复合酶为纤维素酶和半纤维素酶，二者添加比例为1:1，复合酶添加量为6%，酶解温度为50 ℃，酶解时间为1.5 h，酶解结束后离心；
步骤（5）、冷冻干燥：将步骤（4）离心后的产物进行水洗处理，然后将沉淀物冷冻干燥，得到豆渣不溶性膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于：所述步骤（1）中超微粉碎采用超微粉碎机，超微粉碎机转速为10000r/min，超微粉碎时间为10 s-15 s；过筛的目数为80目。
3.根据权利要求2所述的豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于：所述步骤（3）中高温α-淀粉酶的加酶量为20000 U/g，碱性蛋白酶的加酶量为2000 U/g，淀粉葡糖苷酶的加酶量为100000 U/g。
4.根据权利要求3所述的豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于：所述步骤（3）中浓缩采用旋蒸蒸发仪，温度为85 ℃，转速为90 r/min。
5.根据权利要求4所述的豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于：所述步骤（3）中乙醇溶液加入量为浓缩后溶液体积的4倍，乙醇溶液体积百分比浓度为95%。
6.根据权利要求5所述的豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于：所述步骤（5）中水洗处理为将沉淀物溶解于85 ℃热水中，然后离心，重复处理3次。
7.根据权利要求6所述的豆渣制备不溶性膳食纤维的方法，其特征在于：所述步骤（5）中冷冻干燥的温度为-100 — -140℃，冷冻干燥时间为10-12 h。
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| CN116420846A (zh) * | 2023-04-26 | 2023-07-14 | 岭南师范学院 | 一种改性豆渣的制备方法及其应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107647286A (zh) * | 2017-08-07 | 2018-02-02 | 云南肠和健康科技股份有限公司 | 一种豆渣膳食纤维的制备方法及豆渣膳食纤维 |
| CN111345479A (zh) * | 2020-04-02 | 2020-06-30 | 黑龙江八一农垦大学 | 一种硒化水溶性膳食纤维及其制备方法 |
| CN112674350A (zh) * | 2021-01-11 | 2021-04-20 | 黑龙江八一农垦大学 | 一种小米麸皮SDF-Cr（III）配合物及其制备方法和应用 |
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