CN116982710A - 一种枸杞膳食纤维提取方法及其提取装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于枸杞膳食纤维提取技术领域，本发明公开了一种枸杞膳食纤维提取方法及其提取装置；包括预先处理、酸碱处理、中和处理、加酶处理和枸杞过滤多个步骤，结合酸碱法和酶法进行两步提取可以充分利用两种方法的优点，实现快速高效、操作简单的同时获得较好的提取效果。
Description
技术领域
本发明涉及枸杞膳食纤维技术领域，更具体地说，本发明涉及一种枸杞膳食纤维提取方法及其提取装置。
背景技术
枸杞为茄科植物，果实含有丰富的活性成分，包括大量的可溶性膳食纤维，可溶性膳食纤维有助于抑制血液中胆固醇含量，还能抑制消化道对脂质的吸收，另外，可溶性膳食纤维在结肠中发酵产生短链脂肪酸，可以抑制胆固醇合成。
公开号为CN106820168A的中国专利公开了一种枸杞膳食纤维的提取方法，以枸杞渣为原料通过蒸汽爆破预处理、酸降解、酶降解、醇沉淀、干燥等步骤。通过酸-酶联合降解的方式提高了可溶性纤维素的产率，针对枸杞残渣中难溶于水的大分子果胶、纤维素，联合使用酸性果胶酶、纤维素酶，提高了可溶性纤维素的产率。
在上述方案中，酸－酶联合降解的方式提高了可溶性纤维素的产率，但是相对的，仅仅是针对酸-酶联合，对于碱法没有得到利用，使用的酶也是酸性酶，使用场景单一，对于一些碱性条件下使用的酶还需要加碱处理，存在运用场景单一的问题。
鉴于此，本申请提出一种枸杞膳食纤维提取方法及其提取装置。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种枸杞膳食纤维提取方法及其提取装置。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
首先，本申请提出一种枸杞膳食纤维提取方法，包括：
(1)预先处理，将新鲜的枸杞果实进行清洗、除杂、晾干、研磨、浸泡；
(2)酸碱处理，分别加入酸性溶液和碱性溶液与枸杞液反应，加料后进行分罐标记处理，其中利用碱法进行提取的标记为A，利用酸法进行提取的标记为B，保持静止状态50～80min；
(3)中和处理，混合A和B，分罐标记处理为C，保持静置至C处于稳定状态；
(4)加酶处理，向C内加入缓冲液和纤维素酶，在恒温水浴锅内酶解，静置60min以上；
(5)枸杞过滤，通过滤网或其他过滤装置，将浸泡后的枸杞颗粒进行过滤，分离出膳食纤维溶液。
进一步地，预先处理所用枸杞颗粒大小为颗粒大小在100目到200目之间。
进一步地，在步骤(2)中加入酸性溶液的枸杞液保持pH值为2.5～4.0，加入碱性溶液的枸杞液保持pH值为11.0～12.5，每个A和B的枸杞果实质量相同，碱法和酸法所用的H+和OH-摩尔浓度相同，保持静置50～80min。
进一步地，根据H+和OH-的摩尔浓度混合A和B，保持C的pH值为5.0～8.0。
进一步地，加酶处理为在恒温水浴锅内酶解，水浴恒温保持为35～55℃。
其次，本申请提出一种针对上述提取方法的枸杞膳食纤维提取装置。
本发明一种枸杞膳食纤维提取方法及其提取装置的技术效果和优点：
通过比较酶法提取水溶性膳食纤维和碱-酶法提取水溶性膳食纤维这两个实验的实验现象和结果，表明酸碱-酶法提取水溶性膳食纤维的提取率高于酶法的提取率，这里认为是酶法中的果胶酶和纤维素酶都具有各自舒适的pH环境，通过结合酸法和碱法，并混合A和B，达到果胶酶和纤维素酶适合的pH，并且在混合A和B进行中和反应的过程中，中和反应剧烈且放热，能够充分地去除存留在枸杞颗粒内的酸碱溶液，致使有酸碱无法存留在枸杞颗粒内，提供了果胶酶和纤维素酶的作用环境。
结合酸碱法和酶法进行两步提取可以充分利用两种方法的优点，实现快速高效、操作简单的同时获得较好的提取效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种枸杞膳食纤维提取方法，包括：
(1)预先处理，将新鲜的枸杞果实进行清洗、除杂、晾干、研磨、浸泡，将研磨后的枸杞颗粒加入同枸杞干料质量比为的水中，进行一段时间的浸泡，使得枸杞中的膳食纤维与水充分接触，得到软化的枸杞颗粒。
预先处理所用枸杞颗粒大小为颗粒大小在100目到200目之间这个范围内的枸杞颗粒大小可以通过适当的研磨或筛分工艺来获得，颗粒越细小，膳食纤维的溶解或释放速度通常会更快，有利于提取过程中的效率。然而，颗粒过细可能会增加固液分离的难度，对于后续操作和纯化步骤会带来一定的挑战，因此，该范围内的中等颗粒大小是较为适合的选择。
(2)酸碱处理，分别加入酸性溶液和碱性溶液与步骤(1)得到的枸杞液反应，加入适量的酸碱溶液与其反应，加料后进行分罐标记处理，其中利用碱法进行提取的标记为A，利用酸法进行提取的标记为B。
其中加入酸性溶液的枸杞液保持pH值为2.5～4.0，加入碱性溶液的枸杞液保持pH值为11.0～12.5，每个A和B的枸杞果实质量相同，碱法和酸法所用的H+和OH-摩尔浓度相同，保持静止状态50～80min。
(3)中和处理，混合A和B，分罐标记处理为C，添加过程中不断C进行搅拌，加快A和B的混合速率，保持静置至C处于稳定状态；
其中，需要依照纤维素酶的种类对A和B的添加比例进行调节，纤维素酶的pH值理想环境通常在5.0到8.0之间，纤维素酶是一种能够降解纤维素的酶类，用于将纤维素聚合物水解成较小的纤维素单元。纤维素酶在真菌、细菌和其他微生物中都存在，并且具有不同的特性和最适pH范围。
根据A和B的添加比例可以对C的pH值及进行调节，调节方式可以是依照溶液的溶液体积进行计算后的混合，也可以是如滴定的逐次添加的方式，根据不同浓度的酸性溶液计算结果也会所有不同，在此不作赘述。
在大多数情况下，纤维素酶的活性在弱酸性到中性条件下表现最佳，因此pH值在5.0到8.0之间被认为是纤维素酶的理想环境。
(3)加酶处理，向C内加入缓冲液和纤维素酶，在中和处理过程中由于每种溶液的初始温度不同，混合后的溶液温度将介于两者之间，考虑到酸法溶液温度较低，而碱法溶液温度较高，混合溶液的温度可能接近或略高于碱法溶液的初始温度，即大约30摄氏度，但是具体的温度还受到酸碱溶液的浓度以及反应产热等因素的影响，因此在中和处理完成后，需要根据C的温度和纤维素酶的特性进行控温。
(4)在恒温水浴锅内酶解，静置60min以上，其中恒温水浴锅可以是水浴加热，也可以是降温，水浴恒温保持为35～55℃，其中真菌产生的纤维素酶对较高温度有较好的适应性，通常温度范围为40℃～55℃，最适温度可达50℃左右，细菌产生的纤维素酶适应温度相对较低。一些较适宜温度范围为30℃～45℃，最适温度约在40℃，因此控制水浴恒温保持为35～55℃。
(5)枸杞过滤，通过滤网或其他过滤装置，将浸泡后的枸杞颗粒进行过滤，分离出膳食纤维溶液。
取1000g清洁后的枸杞置于60～80℃的干燥箱内烘干12h，直至前后两次称量其质量误差不超过0.01g后，取出枸杞干料对其进行粉碎，得到枸杞干粉料。
实施例1
1、取20.00g枸杞干粉料，置于烧杯中加入500mL 1.0％ NaOH溶液，放在60℃恒温水浴锅内保温70min；
2、再取20.00g枸杞干粉料，置于烧杯中加入500mL 1.0％ HCl溶液，放在60℃恒温水浴锅内保温70min；
3、按比例混合(1)和(2)得到的枸杞液，调节pH为5.0，加入2g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶；
4、恒温加热混合溶液，放在40℃恒温水浴锅内保温70min；
5、保温后使用离心机采取5500r/min转速离心10min，取离心后的上清液将其pH调为中性后在水浴锅中95℃蒸发浓缩，浓缩后加入4倍体积的95％乙醇静置5小时进行沉淀，将静置5小时的溶液进行过滤、干燥，并在电子天平上称量所获得的膳食纤维的质量。
实施例2
加入3g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶，其他条件同实施例1。
实施例3
加入4g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶，其他条件同实施例1。
实施例4
加入2g酸性果胶酶、3g酸性纤维素酶，其他条件同实施例1。
实施例5
加入2g酸性果胶酶、4g酸性纤维素酶，其他条件同实施例1。
对比例1-1
1、取20.00g枸杞干粉料，置于烧杯中加入1000mL 1.0％ HCl溶液，放在60℃恒温水浴锅内保温70min；
2、调节pH为5.0，加入2g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶；
3、恒温加热枸杞溶液，放在40℃恒温水浴锅内保温70min；
4、保温后使用离心机采取5500r/min转速离心10min，取离心后的上清液将其pH调为中性后在水浴锅中95℃蒸发浓缩，浓缩后加入4倍体积的95％乙醇静置5小时进行沉淀，将静置5小时的溶液进行过滤、干燥，并在电子天平上称量所获得的膳食纤维的质量。
对比例1-2
HCl溶液浓度为1.2％，其他条件同对比例1-1。
对比例1-3
HCl溶液浓度为1.4％，其他条件同对比例1-1。
对比例1-4
HCl溶液浓度为1.6％，其他条件同对比例1-1。
对比例1-5
HCl溶液浓度为2.0％，其他条件同对比例1-1。
对比例1-6
HCl溶液浓度为4.0％，其他条件同对比例1-1。
对比例1-7
HCl溶液浓度为6.0％，其他条件同对比例1-1。
对比例1-8
HCl溶液浓度为8.0％，其他条件同对比例1-1。
对比例2-1
1、取20.00g枸杞干粉料，置于烧杯中加入1000mL 1.0％ NaOH溶液，放在60℃恒温水浴锅内保温70min；
2、调节pH为8.0，加入2g碱性果胶酶、5g碱性纤维素酶；
3、恒温加热枸杞溶液，放在40℃恒温水浴锅内保温70min；
4、保温后使用离心机采取5500r/min转速离心10min，取离心后的上清液将其pH调为中性后在水浴锅中95℃蒸发浓缩，浓缩后加入4倍体积的95％乙醇静置5小时进行沉淀，将静置5小时的溶液进行过滤、干燥，并在电子天平上称量所获得的膳食纤维的质量。
对比例2-2
NaOH溶液浓度为1.2％，其他条件同对比例2-1。
对比例2-3
NaOH溶液浓度为1.4％，其他条件同对比例2-1。
对比例2-4
NaOH溶液浓度为1.6％，其他条件同对比例2-1。
对比例2-5
NaOH溶液浓度为2.0％，其他条件同对比例2-1。
对比例2-6
NaOH溶液浓度为4.0％，其他条件同对比例2-1。
对比例2-7
NaOH溶液浓度为6.0％，其他条件同对比例2-1。
对比例2-8
NaOH溶液浓度为8.0％，其他条件同对比例2-1。
对比例3-1
1、取20.00g枸杞干粉料，调节pH为5.0，置于烧杯中加入2g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶，放在60℃恒温水浴锅内保温70min；
2、恒温加热枸杞溶液，放在40℃恒温水浴锅内保温70min；
3、保温后使用离心机采取5500r/min转速离心10min，取离心后的上清液将其pH调为中性后在水浴锅中95℃蒸发浓缩，浓缩后加入4倍体积的95％乙醇静置5小时进行沉淀，将静置5小时的溶液进行过滤、干燥，并在电子天平上称量所获得的膳食纤维的质量。
对比例3-2
加入3g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶，其他条件同对比例3-1。
对比例3
加入4g酸性果胶酶、5g酸性纤维素酶，其他条件同对比例3-1。
对比例4
加入2g酸性果胶酶、3g酸性纤维素酶，其他条件同对比例3-1。
对比例5
加入2g酸性果胶酶、4g酸性纤维素酶，其他条件同对比例3-1。
表1：HCl浓度对酸-酶法提取中水溶性膳食纤维提取率的影响数据
根据提供的信息，在实验条件下，8.0％浓度的盐酸溶液被确定为本实验所用酸法中提取枸杞水溶性膳食纤维的最佳浓度，这是因为在这个浓度下，提取率达到了最高值，即19.23％。相比之下，1.0％浓度的盐酸溶液的提取效果最差，提取率只有9.08％.
盐酸质量分数继续增加时水溶性膳食纤维提取率提升效率有所降低，可以判断到达1.6％提升盐酸浓度对于提升提取效果已经效果不大，无须再增加盐酸浓度，增加盐酸浓度反而徒增提取成本。
这个结果表明，盐酸的浓度对水溶性膳食纤维的提取效果有重要影响。较高的浓度可能促进纤维素的溶解和释放，而较低浓度则可能不足以有效提取纤维素，这对于日常实验设计和工业生产中提取膳食纤维都具有指导意义。
表2：NaOH浓度对碱-酶法提取中水溶性膳食纤维提取率的影响数据
根据提供的信息，在实验条件下，1.4％浓度的氢氧化钠溶液被确定本实验所用碱法提取枸杞水溶性膳食纤维的最佳浓度，这是因为在这个浓度下，提取率达到了最高值，即13.785％。相比之下，1.0％浓度的盐酸溶液的提取效果最差，提取率只有7.179％，相较于对比例1提取效率不同，除了酸法和碱法上的性质差异，还有所用酶的种类不同导致。
氢氧化钠浓度分数继续增加时水溶性膳食纤维提取率反而降低，这是由于碱皂化原料中脂肪、杂质不断减少所致。
这个结果表明，氢氧化钠的浓度对水溶性膳食纤维的提取效果有重要影响，较高的浓度可能促进纤维素的溶解和释放，而较低浓度则可能不足以有效提取纤维素，这对于日常实验设计和工业生产中提取膳食纤维都具有指导意义。
表3：酸性果胶酶和酸性纤维素酶对酶法提取中水溶性膳食纤维提取率的影响数据
根据提供的信息，在实验条件下，加入4g酸性果胶酶和5g酸性纤维素酶被确定本实验所用酶法提取枸杞水溶性膳食纤维的最佳浓度，这是因为在这个浓度下，提取率达到了最高值，即21.01％。相比之下，加入2g酸性果胶酶、3g酸性纤维素酶的提取效果最差，提取率只有20.77％。
通过比较酶法提取水溶性膳食纤维和碱-酶法提取水溶性膳食纤维这两个实验的实验现象和结果，表明酶法提取水溶性膳食纤维的提取率高于碱-酶法的提取率，但是为何单一的酶法反而相对于碱-酶法的提取效果更加优越，这里认为是酶法中的果胶酶和纤维素酶都具有各自舒适的pH环境，通过先行使用酸法和碱法，致使有酸碱存留在枸杞颗粒内，影响了果胶酶和纤维素酶的作用环境。
但是通过加大果胶酶和纤维素酶的剂量，对于水溶性膳食纤维的提取效果提升并不显著，可以见得，酶法具有一定的优越性，但是在操作难度上的消耗较大，对于环境的要求高，总结来说，酶法对于选择性分解纤维素、不影响其他成分较为有利，而酸碱法则具备快速高效、操作简单的特点。
表4：酸性果胶酶和酸性纤维素酶对酸碱-酶法提取中水溶性膳食纤维提取率的影响数据
综上，根据提供的信息，在实验条件下，加入4g酸性果胶酶和5g酸性纤维素酶被确定本实验所用酶法提取枸杞水溶性膳食纤维的最佳浓度，这是因为在这个浓度下，提取率达到了最高值，即24.14％。相比之下，加入2g酸性果胶酶、3g酸性纤维素酶的提取效果最差，提取率只有21.71％。
通过比较酶法提取水溶性膳食纤维和碱-酶法提取水溶性膳食纤维这两个实验的实验现象和结果，表明酸碱-酶法提取水溶性膳食纤维的提取率高于酶法的提取率，这里认为是酶法中的果胶酶和纤维素酶都具有各自舒适的pH环境，通过结合酸法和碱法，并混合A和B，达到果胶酶和纤维素酶适合的pH，并且在混合A和B进行中和反应的过程中，中和反应剧烈且放热，能够充分地去除存留在枸杞颗粒内的酸碱溶液，致使有酸碱无法存留在枸杞颗粒内，提供了果胶酶和纤维素酶的作用环境。
并且对于混合A和B的过程，是A和B分批加入的，A和B加入到C中的量也轮换处于主导地位，也就是A和B得到混合溶液C，C根据自身量的增加，酸碱性质不断转换，一个对于存留在枸杞颗粒内的酸碱溶液能充分的去除，另一个可以利用酸碱性质不断转换破坏植物原料细胞壁中的半纤维素和木质素，以及对木质素和半纤维素予以充分溶解。且能够充分地去除存留在枸杞颗粒内的酸碱溶液，致使有酸碱无法存留在枸杞颗粒内，提供了果胶酶和纤维素酶的作用环境。
结合酸碱法和酶法进行两步提取可以充分利用两种方法的优点，实现快速高效、操作简单的同时获得较好的提取效果。
一种枸杞膳食纤维提取装置基于上述方法制造。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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 (6)
1.一种枸杞膳食纤维提取方法，其特征在于，包括：
(1)预先处理，将新鲜的枸杞果实进行清洗、除杂、晾干、研磨、浸泡；
(2)酸碱处理，分别加入酸性溶液和碱性溶液与枸杞液反应，加料后进行分罐标记处理，其中利用碱法进行提取的标记为A，利用酸法进行提取的标记为B，保持静止状态50～80min；
(3)中和处理，混合A和B，分罐标记处理为C，保持静置至C处于稳定状态；
(4)加酶处理，向C内加入缓冲液和纤维素酶，在恒温水浴锅内酶解，静置60min以上；
(5)枸杞过滤，通过滤网或其他过滤装置，将浸泡后的枸杞颗粒进行过滤，分离出膳食纤维溶液。
2.根据权利要求1所述的一种枸杞膳食纤维提取方法，其特征在于，预先处理所用枸杞颗粒大小为颗粒大小在100目到200目之间。
3.根据权利要求1所述的一种枸杞膳食纤维提取方法，其特征在于，在步骤(2)中加入酸性溶液的枸杞液保持pH值为2.5～4.0，加入碱性溶液的枸杞液保持pH值为11.0～12.5，每个A和B的枸杞果实质量相同，碱法和酸法所用的H+和OH-摩尔浓度相同，保持静置50～80min。
4.根据权利要求3所述的一种枸杞膳食纤维提取方法，其特征在于，根据H+和OH-的摩尔浓度混合A和B，保持C的pH值为5.0～8.0。
5.根据权利要求1所述的一种枸杞膳食纤维提取方法，其特征在于，加酶处理为在恒温水浴锅内酶解，水浴恒温保持为35～55℃。
6.根据权利要求1-5所述的一种枸杞膳食纤维提取装置。
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| CN202311097884.2A CN116982710B (zh) | 2023-08-29 | 2023-08-29 | 一种枸杞膳食纤维提取方法 |
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| CN108159187A (zh) * | 2018-01-22 | 2018-06-15 | 周学义 | 一种从枸杞叶中提取黄酮的方法 |
| CN109527601A (zh) * | 2018-11-23 | 2019-03-29 | 浙江工商大学 | 海藻膳食纤维的制备方法 |
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2023
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