一種采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，該方法包括以下步驟：取一定干木薯渣樣品進(jìn)行球磨預(yù)處理；將預(yù)處理后的樣品加入復(fù)合酶并用超臨界CO2輔助酶促反應(yīng)除去樣品中的蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪；最后利用一定濃度的ClO2并用超聲波輔助脫色，干燥磨碎得到成品。本發(fā)明方法工藝簡(jiǎn)單、化學(xué)試劑用量少，不僅降低了生產(chǎn)成本，而且保證膳食纖維成品的質(zhì)量安全，產(chǎn)品得率高、風(fēng)味好。
【專利說明】 一種采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種膳食纖維的提取方法，特別是一種采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法。
技術(shù)背景
[0002]木薯是熱帶作物，與馬鈴薯和紅薯并稱為世界三大薯類作物，現(xiàn)廣泛分布于中國(guó)華南地區(qū)，其中以廣西、海南、廣東栽培最多。木薯含有大量的淀粉，被廣泛用于制取淀粉及作為發(fā)酵生產(chǎn)酒精的原料。隨著中國(guó)對(duì)淀粉需求的增加、木薯制取燃料乙醇以及木薯深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，木薯的需求量也隨之增加，目前國(guó)內(nèi)木薯產(chǎn)量已無法滿足需求，每年需從國(guó)外進(jìn)口大量的木薯。在木薯使用量增加的同時(shí)，產(chǎn)生的廢洛一木薯渣也不斷增加。
[0003]長(zhǎng)期存放的木薯渣會(huì)發(fā)酵腐敗，臭氣彌漫，不僅使木薯原料利用率變低，還占用寶貴的土地資源，并給周邊環(huán)境造成惡劣影響。目前，木薯渣的處理方式有以下幾種:(1)加工處理后用作動(dòng)物飼料；(2)厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣；(3)用作培養(yǎng)菇類培養(yǎng)基；(4)與煤混合后燃燒提供熱能，或是干燥后制作壓縮燃料棒。但是，在這些加工方法中，加工過程會(huì)留下大量的有機(jī)廢棄物，將木薯渣干燥后可直接用作配合飼料的主要原料，但木薯渣中還是含有大量淀粉，干燥過程較難控制，耗能大。木薯渣用作培養(yǎng)基時(shí)，發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)且營(yíng)養(yǎng)不能完全釋放和提高。燃燒木薯渣雖能提供熱能但會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣污染。因此大量木薯渣還是難以有效利用，不僅處理成本高還會(huì)造成一定的環(huán)境壓力。
[0004]膳食纖維是一種不易被消化的碳水化合物，是健康飲食中不可缺少的。膳食纖維在保持消化系統(tǒng)健康上扮演著重要的角色，同時(shí)攝取足夠的膳食纖維也可以預(yù)防心血管疾病、癌癥、糖尿病以及其它疾病。膳食纖維可以清潔消化壁和增強(qiáng)消化功能，稀釋和加速食物中的致癌物質(zhì)和有毒物質(zhì)的移除從而保護(hù)脆弱的消化道和預(yù)防結(jié)腸癌。它也可以減緩消化速度和快速排泄膽固醇，所以可讓血液中的血糖和膽固醇控制在最理想的水平。木薯渣中含有豐富的膳食纖維，具有較高的再利用價(jià)值。若能有效地提取木薯渣中的膳食纖維，這不僅能提高木薯渣的附加值，而且還能緩解環(huán)境壓力不產(chǎn)生二次污染。
[0005]目前，膳食纖維的提取方法主要有化學(xué)法、酶法、酶堿法、膜分離法和發(fā)酵法。但是很多方法依然存在提取率不高，步驟繁瑣，化學(xué)試劑消耗量大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、化學(xué)試劑用量少、得率高的提取膳食纖維的方法。
[0007]本發(fā)明以如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題:
[0008]本發(fā)明一種采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，該方法包括以下步驟:
[0009]( I)預(yù)處理:將干木薯渣放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨，得到磨碎品；
[0010](2)將步驟(I)得到的磨碎品繼續(xù)加入蒸餾水，使固液比達(dá)到1: 8?10 ;[0011](3)超臨界CO2輔助酶解、脫脂:將步驟(2)得到的混合液調(diào)pH值至4.5?6.5后，加入質(zhì)量百分比為干木薯渣質(zhì)量的0.5?0.9%的復(fù)合酶，置于超臨界CO2流體萃取裝置的萃取筒內(nèi)，設(shè)定壓力為25?30MPa，溫度為40?50°C，時(shí)間為60?lOOmin，CO2流量為 20 ?25L/h ；
[0012](4)取出萃取筒中經(jīng)過步驟(3)得到的脫脂酶解液，過濾并用蒸餾水清洗至中性；
[0013](5)脫色:調(diào)節(jié)pH至5?6，加入質(zhì)量濃度為0.2?0.3%C102溶液，并用超聲波輔助脫色；
[0014](6)將步驟(5)中得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗至中性，烘干磨碎得到成品。
[0015]所述步驟(I)中，干木薯渣的含水率低于15%。
[0016]所述步驟(I)中，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為400?450r/min,使磨碎品的目數(shù)處于40?50目。
[0017]所述步驟(3)中，復(fù)合酶由以下分別為干木薯渣質(zhì)量百分比的組分混合配制成:α -淀粉酶0.2?0.3%、糖化酶0.1?0.2%、風(fēng)味蛋白酶0.1?0.2%、菠蘿蛋白酶或木瓜蛋白酶0.1?0.2%ο
[0018]所述步驟(5)中，0.2?0.3%C102溶液用量是每Ig干木薯渣配用0.4?0.5mL的ClO2溶液。
[0019]所述步驟(5)中，超聲波的功率為200?300W，反應(yīng)時(shí)間為10?20min，溫度為
50?60。。。
[0020]所述步驟(6)中，烘干至含水率低于12%。
[0021]所述步驟(6)中，將清洗后的物質(zhì)置于60?65°C的干燥箱內(nèi)干燥。
[0022]所述步驟(6)中，磨碎至過80?120目篩。
[0023]本發(fā)明方法是采用酶-物理法制備工業(yè)木薯渣中的膳食纖維，以提高木薯渣的附加值。
[0024]本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]I)經(jīng)過球磨預(yù)處理可使淀粉、蛋白質(zhì)更容易被水解完全。因?yàn)榻?jīng)過球磨之后，膳食纖維形成多孔結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)更加松散，酶更容易進(jìn)入作用于各種物質(zhì)。
[0026]2)在超臨界CO2條件下，樣品的酶催化效率大大提高，工藝時(shí)間極大縮短也減少了酶的使用量，更是減少成本的同時(shí)也提高了膳食纖維的提取率。此外，在該條件下也能脫除樣品中脂肪的含量，得到的產(chǎn)品更加純凈。
[0027]3)蛋白質(zhì)水解之后會(huì)產(chǎn)生難聞的臭氣，而且在水解過程中會(huì)產(chǎn)生苦味肽，使水解物具有苦味。利用風(fēng)味復(fù)合酶可以有效地減少臭味和苦味妝的形成，提聞廣品的感官指標(biāo)。
[0028]4)超聲波有強(qiáng)烈的分散作用和空化效應(yīng)，能顯著增強(qiáng)ClO2與物料反應(yīng)效果，從而提高ClO2的利用率，使脫色效果更好。
[0029]5)整個(gè)處理方法使用的化學(xué)試劑較少，基本無殘留，并且利用物理方法輔助酶解和脫色，不僅提高膳食纖維的得率，而且在口感和外觀上也更佳，產(chǎn)品質(zhì)量更高。
[0030]6)本發(fā)明方法與其它膳食纖維提取的方法相比，得率可以達(dá)到88?90%，提高了5?10% ;淀粉殘留率為2?2.5%，蛋白質(zhì)殘留率為1.5?2.0%，脂肪的殘留率為0.2?
0.4% ;各項(xiàng)物化指標(biāo)和微生物指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明方法采用酶-物理法，與以往的方法不同的是使用極少的化學(xué)試劑，結(jié)合一定的物理手段提高了膳食纖維的提取率，且獲得的產(chǎn)品色澤佳純度高。本發(fā)明方法提取膳食纖維本著綠色環(huán)保的原則，首先將樣品進(jìn)行球磨預(yù)處理，能夠使在后續(xù)工藝木薯渣中的淀粉、蛋白質(zhì)的水解更徹底，有利于提高膳食纖維的提取率；使用的復(fù)合酶減少了苦味肽的形成，使產(chǎn)品的風(fēng)味良好；利用超臨界CO2輔助酶促反應(yīng)不僅使酶解效果比單獨(dú)酶解效果好，而且除去了樣品中的脂類等其它雜質(zhì)；cio2和超聲波一起脫色，得到的產(chǎn)品脫色效果佳。整個(gè)工藝操作簡(jiǎn)單，所用的化學(xué)藥品較少，不僅降低了生產(chǎn)成本而且保證膳食纖維成品的質(zhì)量安全，理化因素和微生物控制符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本方法與以往的提取方法相比，更加經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，廣品的感官指標(biāo)也更聞。
[0033]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法進(jìn)一步描述。
[0034]若得到的是新鮮木薯渣，取一定量的鮮木薯渣置于45?55°C干燥箱烘干至含水率低于15%。若得到的是干木薯渣，挑出大顆粒雜質(zhì)如石頭等。將干燥的木薯渣置于球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速為400?450r/min，使樣品的目數(shù)達(dá)到40?50目。從球磨機(jī)中取出磨碎的木薯渣，加入蒸餾水并攪拌使固液質(zhì)量比達(dá)到1: 8?10。先用lmol/LHCl溶液粗調(diào)，再用0.lmol/LHCl溶液微調(diào)使pH值為4.5?6.5，接著加入質(zhì)量百分比為干木薯渣質(zhì)量的0.5?0.9%的復(fù)合酶，復(fù)合酶由α -淀粉酶、糖化酶、風(fēng)味蛋白酶和菠蘿蛋白酶混合制成，或者由α -淀粉酶、糖化酶、風(fēng)味蛋白酶和木瓜蛋白酶混合制成，其中0.2?0.3%α -淀粉酶，0.1?0.2%糖化酶，0.1?0.2%風(fēng)味蛋白酶，0.1?0.2%菠蘿蛋白酶或木瓜蛋白酶，上述百分比均為干木薯渣的質(zhì)量百分比。將上述物質(zhì)置于超臨界CO2流體萃取裝置的萃取筒，將料筒放入萃取缸，裝好壓環(huán)、密封圈，旋緊上堵頭，開動(dòng)超臨界CO2萃取裝置，CO2流體開始循環(huán)，設(shè)定壓力為25?30MPa，溫度為40?50°C，時(shí)間為60?lOOmin，CO2流量為20?25L/h。當(dāng)萃取缸、分離器溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，記錄萃取時(shí)間，達(dá)到萃取時(shí)間后，從分離器的出料口收集萃取物，結(jié)束萃取，取出料筒，得到脫脂的酶解液。接著將酶解液過濾用蒸餾水清洗至中性，再用0.lmol/LHCl微調(diào)至pH為5?6，加入質(zhì)量濃度為0.2?0.3%的ClO2溶液，ClO2溶液用量是:每Ig干木薯渣配用0.4?0.5mL的ClO2溶液，并用超聲波輔助反應(yīng)脫色。設(shè)定超聲波的功率為200?300W，反應(yīng)時(shí)間為10?20min，溫度為50?60°C。脫色后的最終樣品用蒸餾水直接清洗至中性，置于干燥箱內(nèi)于60?65°C干燥，使樣品的含水率低于12%，取出樣品磨碎，過80?120目篩即制得膳食纖維成品。
[0035]實(shí)施例1
[0036]取15g干木薯渣放入球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速為400r/min，使樣品目數(shù)達(dá)到40目。從球磨機(jī)中取出磨碎品置于250mL燒杯中加入蒸餾水并攪拌使固液比為1: 8。先用lmol/LHCl粗調(diào)，再用0.lmol/LHCl微調(diào)使pH為4.5，接著加入干木薯渣質(zhì)量的0.5%的復(fù)合酶，復(fù)合酶由α -淀粉酶、糖化酶、風(fēng)味蛋白酶和菠蘿蛋白酶混合制成，其中0.2% α -淀粉酶，0.1%糖化酶，0.1%風(fēng)味蛋白酶，0.1%菠蘿蛋白酶。將上述樣品置于超臨界CO2流體萃取裝置的萃取筒，將料筒放入萃取缸，裝好壓環(huán)、密封圈，旋緊上堵頭，開動(dòng)超臨界CO2萃取裝置，CO2流體開始循環(huán)，設(shè)定壓力為25MPa，溫度為40°C，時(shí)間為60min，CO2流量為20L/h。當(dāng)萃取缸、分離器溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，記錄萃取時(shí)間，達(dá)到萃取時(shí)間后，從分離器的出料口收集萃取物，結(jié)束萃取，取出料筒，得到脫脂的酶解液。將得到的酶解液過濾，用蒸餾水清洗到中性(即pH為7)。再用0.lmol/LHCl微調(diào)至pH為5.0,再加入0.2%C102溶液
7.5mL，并用超聲波輔助反應(yīng)脫色。設(shè)定超聲波的功率為200W，反應(yīng)時(shí)間為lOmin，溫度為50°C。脫色后的最終樣品用蒸餾水直接清洗至中性(即pH為7)，再置于干燥箱中于60°C干燥，使樣品的含水率低于12%，取出樣品磨碎過120目篩制得膳食纖維成品。該膳食纖維產(chǎn)品提取率為88%,淀粉殘留率為2.3%,蛋白質(zhì)殘留率為1.0%,脂肪的殘留率為0.5%ο廣品風(fēng)味獨(dú)特，無異味，脫色效果良好。
[0037]實(shí)施例2
[0038]取18g干木薯渣挑出大顆粒雜質(zhì)如石頭等。接著將上述樣品放入球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速為420r/min，使樣品目數(shù)達(dá)到45目。從球磨機(jī)中取出磨碎品置于250mL燒杯中，加入蒸餾水并攪拌使固液比達(dá)到1: 9。用lmol/LHCl粗調(diào)，再用0.lmol/LHCl微調(diào)使pH為5.5，接著加入為干木薯渣質(zhì)量的0.7%的復(fù)合酶，復(fù)合酶由α -淀粉酶、糖化酶、風(fēng)味蛋白酶和菠蘿蛋白酶混合制成，其中0.25%α-淀粉酶，0.15%糖化酶，0.15%風(fēng)味蛋白酶，0.15%菠蘿蛋白酶。將上述樣品置于超臨界CO2流體萃取裝置的萃取筒，將料筒放入萃取缸，裝好壓環(huán)、密封圈，旋緊上堵頭，開動(dòng)超臨界CO2萃取裝置，CO2流體開始循環(huán)，設(shè)定壓力為27MPa，溫度為45°C，時(shí)間為80min，C02流量為23L/h。當(dāng)萃取缸、分離器溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，記錄萃取時(shí)間，達(dá)到萃取時(shí)間后，從分離器的出料口收集萃取物，結(jié)束萃取，取出料筒，得到脫脂的酶解液。將得到的酶解液過濾用蒸餾水清洗至中性(即PH為7)。再用0.lmol/LHCl微調(diào)至pH為5.5，再加入0.25%C102溶液7.2mL,并用超聲波輔助反應(yīng)脫色。設(shè)定超聲波的功率為250W，反應(yīng)時(shí)間為15min，溫度為55°C。脫色后的最終樣品用蒸餾水直接清洗至中性(即PH為7)。再置于干燥箱于63°C干燥，使樣品的含水率低于12%，取出樣品磨碎過100目篩制得膳食纖維成品，該膳食纖維產(chǎn)品提取率為89%，淀粉殘留率為2.2%，蛋白質(zhì)殘留率為
1.6%，脂肪的殘留率為0.4%。產(chǎn)品風(fēng)味獨(dú)特，無異味，脫色效果良好。
[0039]實(shí)施例3
[0040]取20g干木薯渣挑出大顆粒雜質(zhì)如石頭等。接著將上述樣品放入球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，設(shè)定轉(zhuǎn)速為450r/min,使樣品目數(shù)達(dá)到50目。從球磨機(jī)中取出磨碎品置于250mL燒杯中，加入蒸餾水并攪拌使固液比達(dá)到1: 10。用lmol/LHCl粗調(diào)，再用0.lmol/LHCl微調(diào)使PH為6.5，接著加入為干木薯渣質(zhì)量的0.9%的復(fù)合酶，復(fù)合酶由α -淀粉酶、糖化酶、風(fēng)味蛋白酶和木瓜蛋白酶混合制成，其中0.3%α -淀粉酶，0.2%糖化酶，0.2%風(fēng)味蛋白酶，
0.2%木瓜蛋白酶。將上述樣品置于超臨界CO2流體萃取裝置的萃取筒，將料筒放入萃取缸，裝好壓環(huán)、密封圈，旋緊上堵頭，開動(dòng)超臨界CO2萃取裝置，CO2流體開始循環(huán)，設(shè)定壓力為30MPa，溫度為50°C，時(shí)間為lOOmin，CO2流量為25L/h。當(dāng)萃取缸、分離器溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值后，記錄萃取時(shí)間，達(dá)到萃取時(shí)間后，從分離器的出料口收集萃取物，結(jié)束萃取，取出料筒，得到脫脂的酶解液。將得到的脫脂酶解液過濾用蒸餾水清洗至中性(即PH為7)，再用
0.lmol/LHCl微調(diào)至pH為6，再加入0.3%C102溶液9mL，并用超聲波輔助反應(yīng)脫色。設(shè)定超聲波的功率為300W，反應(yīng)時(shí)間為20min，溫度為60°C。脫色后的最終樣品用蒸餾水直接清洗至中性(即pH為7)，再置于干燥箱于65°C干燥，使樣品的含水率低于12%，取出樣品磨碎過80目篩制得膳食纖維成品。該膳食纖維產(chǎn)品提取率為90%，淀粉殘留率為2.1%，蛋白質(zhì)殘留率為1.5%，脂肪的殘留率為0.3%。產(chǎn)品風(fēng)味獨(dú)特，無異味，脫色效果良好。
【權(quán)利要求】
1.一種采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)預(yù)處理:將干木薯渣放入球磨機(jī)進(jìn)行研磨，得到磨碎品； (2)將步驟(I)得到的磨碎品繼續(xù)加入蒸餾水，使固液比達(dá)到1: 8?10; (3)超臨界CO2輔助酶解、脫脂:將步驟(2)得到的混合液調(diào)pH值至4.5?6.5后，力口入質(zhì)量百分比為干木薯渣質(zhì)量的0.5?0.9%的復(fù)合酶，置于超臨界CO2流體萃取裝置的萃取筒內(nèi)，設(shè)定壓力為25?30MPa，溫度為40?50°C，時(shí)間為60?lOOmin，CO2流量為20?25L/h ； (4)取出萃取筒中經(jīng)過步驟(3)得到的脫脂酶解液，過濾并用蒸餾水清洗至中性； (5)脫色:調(diào)節(jié)pH至5?6，加入質(zhì)量濃度為0.2?0.3%C102溶液，并用超聲波輔助脫色； (6)將步驟(5)中得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗至中性，烘干磨碎得到成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，干木薯渣的含水率低于15%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為400?450r/min,使磨碎品的目數(shù)處于40?50目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，復(fù)合酶由以下分別為干木薯渣質(zhì)量百分比的組分混合配制成:α -淀粉酶0.2?0.3%、糖化酶0.1?0.2%、風(fēng)味蛋白酶0.1?0.2%、菠蘿蛋白酶或木瓜蛋白酶0.1?0.2%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，0.2?0.3%C102溶液用量是每Ig干木薯渣配用0.4?0.5mL的ClO2溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(5)中，超聲波的功率為200?300W，反應(yīng)時(shí)間為10?20min，溫度為50?60°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(6)中，烘干至含水率低于12%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(6)中，將清洗后的物質(zhì)置于60?65°C的干燥箱內(nèi)干燥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述采用酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的方法，其特征在于，所述步驟(6)中，磨碎至過80?120目篩。
【文檔編號(hào)】A23L1/308GK103689610SQ201310683328
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】古碧, 黃麗婕, 蔡園園 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)