專利名稱：一種可溶性海帶纖維素的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及海帶工業(yè)廢棄物的再利用技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可溶性海帶纖維素的制備。
背景技術(shù)：
海帶是一種大型的褐藻，在我 國沿海均廣泛分布，但主要產(chǎn)于我國的山東和遼寧等省沿海。我國海帶種植的產(chǎn)量和規(guī)模均居世界首位，2009年我國海帶干品產(chǎn)量達(dá)到6. OX 10P5Pt，占世界總產(chǎn)量的50%以上。海帶含有豐富的海藻膠、纖維素、半纖維素、維生素和礦物質(zhì)等，除了用于直接食用外，海帶是褐藻工業(yè)的主要原料之一。在我國，海帶加工目前已形成了以褐藻膠、甘露醇、碘為主要產(chǎn)品的工業(yè)體系。近年來由于市場競爭激烈，同時由于產(chǎn)品附加值低、生產(chǎn)工藝耗水量大、耗能大、污染嚴(yán)重，致使產(chǎn)品生產(chǎn)成本居高不下。另一方面，在海帶工業(yè)生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量的海帶工業(yè)廢棄物。海帶的工業(yè)利用率僅約30%，還有愈50%的成份成為廢棄物。大量富含有機質(zhì)和營養(yǎng)鹽的廢棄物被排放至水體中，已成為富營養(yǎng)化和赤潮誘發(fā)的潛在因素，給海洋漁業(yè)經(jīng)濟和生態(tài)帶來破壞和影響，不但浪費了大量的自然資源，而且還帶來一系列環(huán)境污染問題。這些工業(yè)廢棄物的主要成分是纖維素。長期以來，海帶工業(yè)廢棄物未能得到有效利用，不僅造成資源的浪費，同時也對環(huán)境形成巨大污染。選用以纖維素為主要成分的海帶加工廢棄物制備海帶纖維素，不僅可以實現(xiàn)海帶加工剩余物的廢物利用，解決環(huán)境污染問題，還可以實現(xiàn)可再生資源的高效利用。目前，自海帶以及海帶渣中對海帶纖維素的提取盡管有公知的提取技術(shù)，但是一般使用纖維素酶或蛋白酶在50°C以上進行高溫酶解，高溫酶解時海帶中不需要酶解的小分子也會因為酶解條件激烈而被降解，因此導(dǎo)致提取物中海帶纖維素含量低、提取收率低，且海帶纖維素的分子量不均一，影響海帶纖維素質(zhì)量。隨著人民生活水平的不斷提高，精細(xì)食品種類逐漸增加，肉食和素食逐漸失去平衡，膳食纖維的攝入量正日趨降低，膳食不平衡造成的文明病(肥胖、高血壓、糖尿病等)已經(jīng)出現(xiàn)，這種情況在經(jīng)濟比較發(fā)達(dá)的沿海城市尤為嚴(yán)重。由于海帶膳食纖維具有很強的持水性，經(jīng)過實驗測定其持水力為249. 33%左右。它吸水后使腸內(nèi)容物體積增大，大便變松變軟，通過腸道時會更順暢更省力。與此同時，海帶膳食纖維作為腸內(nèi)異物能刺激腸道的收縮和蠕動，加快大便排泄，起到治療便秘的功效。膳食纖維已被聯(lián)合國糧農(nóng)組織及世界衛(wèi)生組織所屬食品添加劑聯(lián)合鑒定委員會認(rèn)定為食品添加劑，在(保健)食品工業(yè)生產(chǎn)中大量使用，作為降低血糖、改善胃腸道功能使用。海帶纖維素雖由葡萄糖構(gòu)成，但人體卻不能消化P型葡萄糖，其發(fā)熱量為零，所以海帶纖維素在人體內(nèi)只隨食物一起移動而不為人體所吸收，它可以幫助消化達(dá)到減少或預(yù)防消化系統(tǒng)疾病的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種海帶纖維素含量高、收率高、纖維素分子量范圍較集中的可溶性海帶纖維素的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是可溶性海帶纖維素的制備方法，包括以下步驟(I)海帶膳食纖維的提取向海帶渣渾濁膠液中加入氯化鈣溶液直至海帶渣全部絮凝，靜置收集絮凝物，將所述絮凝物加入水稀釋并加酸脫鈣，然后離心或過濾收集，將過濾物加入適量碳酸鈉溶液至中性，收集濾干物，加入溶液中質(zhì)量濃度為8 12%的次氯酸鈉漂白24小時以上，抽濾、水洗，然后用70 80wt%的乙醇沖洗后抽濾，在45 55°C真空干燥、粉碎得到海帶膳食纖維。(2)可溶性海帶纖維素的制備將步驟(I)所得到的海帶膳食纖維，以I :15 30的質(zhì)量比加入I 3被％的似011溶液，常溫浸泡48h以上，水洗至中性，加入水，在彡121°C,^ 0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破20 30min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素混懸液中加入低溫纖維素酶，于25°C 35°C的水浴中酶解24h以上，經(jīng)干燥、粉碎得 到含量為90. 14± I. 09wt%、收率為50 60%的可溶性海帶纖維素。優(yōu)選的,步驟(I)中,所述絮凝時加入8 12wt%的氯化I丐溶液直至海帶洛全部絮凝，并靜置0. 5h Ih,收集絮凝物。優(yōu)選的，步驟(I)中，所述脫鈣時按1:8 10的重量比在所述絮凝物中加入蒸餾水，并加入0. I 0. 2mol/L的HC1，在40 50°C加熱攪拌0. 5h以上，然后離心或過濾收集。作為一種改進，所述脫鈣步驟重復(fù)兩次。作為一種改進，步驟(2)中，所述低溫纖維素酶為固定化低溫纖維素酶的凝膠小球。所述固定化低溫纖維素酶是將低溫纖維素酶固定到褐藻酸鈉等載體上，制成可重復(fù)利用的凝膠小球。優(yōu)選的，所述酶解時，低溫纖維素酶的加入量為20 30U/g。優(yōu)選的，步驟(2)中，所述蒸汽爆破時，以1:20 30的比例加入水再進行蒸汽爆破。優(yōu)選的，步驟(2)中，所述干燥采用真空冷凍干燥，所述粉碎采用球磨粉碎。本發(fā)明對干燥工藝考察分析分別考察電熱鼓風(fēng)干燥、真空干燥、真空冷凍干燥對可溶性海帶纖維素產(chǎn)品白度和水分含量的影響。結(jié)果如表I所示。由實驗結(jié)果可以看出，真空冷凍干燥條件下制備的可溶性海帶纖維素具有更好的白度，較低的含水量，為最佳的干燥工藝。表I不同干燥工藝下可溶性海帶纖維素白度和水分含量結(jié)果
察項I白度含水量
電熱鼓風(fēng)干燥__79. 9%__2. 61%
—真空干燥80. 7%一 2. 45%
真空冷凍干燥 89. 1% 2. 26%粉碎工藝考察分析粉碎工藝對可溶性海帶纖維素產(chǎn)品細(xì)度的影響結(jié)果如表2所示。由實驗結(jié)果可以看出，球磨粉碎能夠得到較細(xì)的可溶性海帶纖維素。表2未過篩可溶性海帶纖維素的量
考察項未過七號篩微晶纖維素的量未過九號篩微晶纖維素的量
__(%)__(%)_
普通機械粉碎__15, 6%__80. 9%_ 球磨粉碎 _^7%__45. 8%_ 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是I、本發(fā)明以海帶渣為原料制備不溶性海帶纖維素，經(jīng)進一步酶解制備可溶性海帶纖維素，在制備可溶性海帶纖維素時，首先將海帶膳食纖維在> 121V,^ 0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破20 30min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素混懸液中加入低溫纖維素酶，于25°C 35°C的水浴中酶解24h以上，然后經(jīng)干燥、粉碎得到含量為90. 14± I. 09wt%、收率為50 60%的可溶性海帶纖維素，本發(fā)明在酶解時使用低溫纖維素酶，在常溫條件下酶解，由于酶解溫度低，酶解條件比較溫和，僅大分子對纖維素酶敏感，海帶纖維素中的大分子容易被分解，小分子相對比較穩(wěn)定，不易進一步被分解，因此得到的可溶性海帶纖維素的分子量較均一，收率高，纖維素含量高；本發(fā)明可溶性海帶纖維素的含量為90. 14±1. 09wt%，持水力為260. 33±1. 15%，膨脹力為34. 23±0. 31ml/g，而且由于本發(fā)明酶解溫度低，降低了生產(chǎn)能耗和可操作性。2、本發(fā)明在酶解時使用的低溫纖維素酶為固定化低溫纖維素酶的凝膠小球，所述固定化低溫纖維素酶是將低溫纖維素酶固定到褐藻酸鈉等載體上，制成可重復(fù)利用的凝膠小球，因此低溫纖維素酶可以重復(fù)利用，降低了生產(chǎn)成本。3、本發(fā)明在對可溶性海帶纖維素進行干燥時采用真空冷凍干燥，粉碎采用球磨粉碎，經(jīng)實驗證實，采用真空冷凍干燥后的海帶纖維素中含水率為2. 26wt%，白度89. 1%，相比其他干燥方式，具有更高的白度和更低的含水率。4、由于本發(fā)明制備的可溶性海帶纖維素分子量較均一，纖維素含量高，持水力和膨脹力高，因此，在食品工業(yè)應(yīng)用到食品添加劑中，不僅可以降低血糖、而且對改善胃腸道功能，改善便秘具有更好的效果。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例來進一步闡述本發(fā)明。實施例I海帶膳食纖維的提取向海帶渣渾濁膠液中加入氯化鈣溶液直至海帶渣全部絮凝，靜置收集絮凝物，在所述絮凝物中加入蒸餾水，并加入鹽酸溶液脫鈣，然后離心收集，重復(fù)以上脫鈣步驟一次，將過濾物加入適量碳酸鈉溶液至中性，收集濾干物，加入溶液中質(zhì)量濃度為10%的次氯酸鈉漂白24小時，抽濾、水洗，然后用75wt%的乙醇沖洗后抽濾，在50°C真空冷凍干燥、粉碎得到海帶膳食纖維。可溶性海帶纖維素的制備將步驟(I)所得到的海帶膳食纖維，以I :20的質(zhì)量比加入2wt%的NaOH溶液，常溫浸泡48h，水洗至中性，以1:20的比例加入水，在121 °C，0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破20min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素混懸液中加入低溫纖維素酶,低溫纖維素酶的加入量為20U/g，于30°C的水浴中酶解24h，經(jīng)真空冷凍干燥、球磨粉碎得到含量為91. 14wt%、收率為58%，持水力為261. 43%，膨脹力為34. 43ml/g的可溶性海帶纖維素。實施例2海帶膳食纖維的提取向海帶渣渾濁膠液中加入8被％的氯化鈣溶液直至海帶渣全部絮凝，靜置lh，收集絮凝物，按1:8的重量比在所述絮凝物中加入蒸餾水，并加入0. lmol/L的HC1，在40°C加熱攪拌0. 6h，然后離心收集，將過濾物加入適量碳酸鈉溶液至中性，收集濾干物，加入溶液中質(zhì)量濃度為8%的次氯酸鈉漂白24小時，抽濾、水洗，然后用70wt%的乙醇沖洗后抽濾，在45°C真空干燥、粉碎得到海帶膳食纖維?？扇苄院Юw維素的制備將步驟(I)所得到的海帶膳食纖維，以I :15的質(zhì)量比加入lwt%的NaOH溶液，常溫浸泡48h以上水洗至中性，以1:20的比例加入水，在121°C，0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破20min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素 混懸液中加入將低溫纖維素酶固定到褐藻酸鈉等載體上制成的固定化低溫纖維素酶的凝膠小球，低溫纖維素酶的加入量為25U/g，于25°C °C的水浴中酶解24h，經(jīng)真空冷凍干燥、球磨粉碎得到含量為90. 85wt%、收率為55%的可溶性海帶纖維素。實施例3海帶膳食纖維的提取向海帶渣渾濁膠液中加入12wt%的氯化鈣溶液直至海帶渣全部絮凝，靜置0. 5h，收集絮凝物，按1:10的重量比在所述絮凝物中加入蒸餾水，并加入0. 2mol/L的HC1，在50°C加熱攪拌0. 5h，然后過濾收集，重復(fù)以上脫鈣步驟一次，將過濾物加入適量碳酸鈉溶液至中性，收集濾干物，加入溶液中質(zhì)量濃度為12%的次氯酸鈉漂白24小時，抽濾、水洗，然后用80wt%的乙醇沖洗后抽濾，在55°C真空干燥、粉碎得到海帶膳食纖維?？扇苄院Юw維素的制備將步驟(I)所得到的海帶膳食纖維，以I :30的質(zhì)量比加入3wt%的NaOH溶液，常溫浸泡48h，水洗至中性，以1:30的比例加入水，在121 °C，0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破25min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素混懸液中加入將低溫纖維素酶固定到褐藻酸鈉等載體上制成的固定化低溫纖維素酶的凝膠小球，低溫纖維素酶的加入量為20U/g，于35°C的水浴中酶解24h，經(jīng)真空冷凍干燥、球磨粉碎得到含量為91. 09wt%、收率為56%，持水力為261. 23%，膨脹力為34. 45ml/g的可溶性海帶纖維素。實施例4海帶膳食纖維的提取向海帶洛渾池膠液中加入10wt%的氯化I丐溶液直至海帶渣全部絮凝，靜置0. 8h，收集絮凝物，按1:9的重量比在所述絮凝物中加入蒸餾水，并加入0. 15mol/L的HC1，在45°C加熱攪拌0. 8h，然后離心收集，重復(fù)以上脫鈣步驟一次，將過濾物加入適量碳酸鈉溶液至中性，收集濾干物，加入溶液中質(zhì)量濃度為10%的次氯酸鈉漂白26小時，抽濾、水洗，然后用75wt%的乙醇沖洗后抽濾，在48°C恒溫干燥、粉碎得到海帶膳食纖維。可溶性海帶纖維素的制備將步驟(I)所得到的海帶膳食纖維，以I :20的質(zhì)量比加入2wt%的NaOH溶液，常溫浸泡50h，水洗至中性，以1:25的比例加入水，在121 °C，0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破25min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素混懸液中加入將低溫纖維素酶固定到褐藻酸鈉等載體上制成的固定化低溫纖維素酶，低溫纖維素酶的加入量為22U/g，于32°C的水浴中酶解25h，經(jīng)真空冷凍干燥、球磨粉碎得到含量為91. 05wt%、收率為58. 5%，持水力為261. 15%，膨脹力為34. 50ml/g的可溶性海帶纖維素。海帶纖維素含量測定纖維素含量是對纖維素產(chǎn)品質(zhì)量考察的重要指標(biāo)之一。纖維素含量越高，表明產(chǎn)品的純度越高。對海帶渣進行制備提取即為了得到高純度、高品質(zhì)的海帶渣纖維素，為制備海帶渣微晶纖維素提供原料準(zhǔn)備。取干品纖維素0. 125g,置錐形瓶中，加水25ml,精密加重鉻酸鉀溶液(是取基準(zhǔn)重鉻酸鉀4. 903g，加水適量使溶解并稀釋至200ml) 50ml，混勻，小心加硫酸100ml，迅速加熱至沸，放冷至室溫，移至250ml量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，精密量取50ml，加鄰二氮菲指示液3滴，用硫酸亞鐵銨滴定液(0. lmol/L)滴定，并將滴定的結(jié)果用空白試驗校正。每Iml硫酸亞鐵銨滴定液(0. lmol/L)相當(dāng)于0. 675mg的纖維素?；曳趾康臏y定纖維素的灰分主要是礦物質(zhì)、無機鹽或其他雜質(zhì)。在一定的溫度下把纖維素樣品中的有機物灼燒氧化后，將殘余的白色物質(zhì)稱量，即得灰分重量?；曳趾康臏y定參照GB/T 742-1989。持水力、膨脹力的測定持水力和膨脹力是纖維素產(chǎn)品性能的重要考察指標(biāo)。不同來源纖維的持水力和膨脹力也不一樣，也決定了纖維素性能的差別。稱取Ig海帶渣纖維素粉末放入燒杯中，加入20°C水適量，搖勻，在20°C溫度下浸泡lh，將吸飽水的纖維倒入濾紙漏斗上過濾，待水滴干后，把結(jié)合了水的纖維全部轉(zhuǎn)移到表面皿中稱重，按下面公式計算持水力。
權(quán)利要求
1.ー種可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)海帶膳食纖維的提取向海帶渣渾濁膠液中加入氯化鈣溶液直至海帶渣全部絮凝，靜置收集絮凝物，將所述絮凝物加入水稀釋并加酸脫鈣，然后離心或過濾收集，將過濾物加入適量碳酸鈉溶液至中性，收集濾干物，加入溶液中質(zhì)量濃度為8 12%的次氯酸鈉漂白24小時以上，抽濾、水洗，然后用70 80wt%的こ醇沖洗后抽濾，在45 55°C真空干燥、粉碎得到海帶膳食纖維； (2)可溶性海帶纖維素的制備將步驟(I)所得到的海帶膳食纖維，以I:15 30的質(zhì)量比加入I 3wt%的NaOH溶液，常溫浸泡48h以上，水洗至中性，加入水，在彡121°C,^ 0. 14MPa的條件下進行蒸汽爆破20 30min，得到不溶性海帶纖維素，然后在不溶性海帶纖維素的混懸液中加入低溫纖維素酶，于25°C 35°C的水浴中酶解24h以上，經(jīng)干燥、粉碎得到含量為90. 14± I. 09wt%、收率為50 60%的可溶性海帶纖維素。
2.如權(quán)利要求I所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于步驟(I)中，所述絮凝時加入8 12wt%的氯化鈣溶液直至海帶渣全部絮凝，并靜置0. 5h lh，收集絮凝物。
3.如權(quán)利要求I所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于步驟(I)中，所述脫鈣時按1:8 10的重量比在所述絮凝物中加入蒸餾水，并加入0. I 0. 2mol/L的HC1，在40 50°C加熱攪拌0. 5h以上，然后離心或過濾收集。
4.如權(quán)利要求3所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于所述脫鈣步驟重復(fù)兩次。
5.如權(quán)利要求I所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述低溫纖維素酶為固定化低溫纖維素酶的凝膠小球。
6.如權(quán)利要求I所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述酶解時，低溫纖維素酶的加入量為20 30U/g。
7.如權(quán)利要求I所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述蒸汽爆破吋，以1:20 30的比例加入水再進行蒸汽爆破。
8.如權(quán)利要求I所述的可溶性海帶纖維素的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述干燥采用真空冷凍干燥，所述粉碎采用球磨粉碎。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可溶性海帶纖維素的制備方法，包括以下步驟自海帶渣中經(jīng)絮凝、脫鈣、漂白、水洗等制備得到海帶膳食纖維，再進行蒸汽爆破得到不溶性海帶纖維素，然后加入低溫纖維素酶，于25℃～35℃的水浴中酶解，得到含量為90.14±1.09wt%、收率為50～60％的可溶性海帶纖維素。本發(fā)明在制備可溶性海帶纖維素時，使用低溫纖維素酶，在常溫條件下酶解，酶解條件比較溫和，僅大分子對纖維素酶敏感，海帶纖維素中的大分子容易被分解，小分子相對比較穩(wěn)定，不易進一步被分解，因此得到的可溶性海帶纖維素的分子量均一，收率高，纖維素含量高，持水力和膨脹力高，而且由于本發(fā)明酶解溫度低，降低了生產(chǎn)能耗和可操作性。
文檔編號A23L1/308GK102787519SQ20121031264
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者李健, 李友海, 繆錦來 申請人:青島恒生生物制藥技術(shù)開發(fā)有限公司