一种甘薯中膳食纤维的提取工艺

摘要

本发明公开一种甘薯中膳食纤维的提取工艺，属于食品加工技术领域。首先对甘薯进行超微粉碎，高强度的机械剪切作用可以使膳食纤维部分键断裂转化成水溶性聚合物，加大水溶膳食纤维的溶出。其次筛选合适的料液比对超微粉碎后的甘薯渣进行碱处理，并使用特定的发酵剂对甘薯进行发酵，本发明解淀粉芽孢杆菌产生的活性物质可以使膳食纤维结构变得疏松，加入淀粉酶和木瓜蛋白酶，使其发酵过程更为充分，酶解更彻底，有效物质的溶出更多，相互作用共同促进膳食纤维的溶出，提升膳食纤维提取率，并提升膳食纤维持水率等性质。通过本发明工艺提取甘薯中水溶性膳食纤维，得率可达到20％以上，有效的提升了甘薯的经济价值。

说明书

技术领域

本发明属于食品加工技术领域，具体涉及一种甘薯中膳食纤维的提取工艺。

背景技术

甘薯始于国外，是一种块根类植物。早期的甘薯种苗是从商人的贸易交流产生的。甘薯作为世界营养物之一，相比于其他作物，甘薯生长环境不苛刻，大多数地方都易存活。不论插苗于农田耕地，还是干旱贫瘠的土地都能稳定生长。

人们也称甘薯是红薯、地瓜、红芋等，它拥有极高的食用价值。100g甘薯中，蛋白质占有1.8％的比重、糖类占有29.5％的比重、脂肪占0.2％的比重、磷占20％的比重、钙占有19％的比重、铁占有0.5％的比重。此外甘薯还拥有其他人体不可缺少的重要养分。甘薯在食疗保健方面都能发挥很好的作用，它能够刺激人体微生物菌群发酵促进人体的消化，排毒顺畅，强身健体，保持人体处于一个酸碱平衡的状态等。

甘薯拥有极多的营养物质和极强的保健功能。从日本权威癌症预防中心得知，甘薯在具备预防癌症发生作用的20种蔬菜中排名第一，膳食纤维是甘薯的生理活性因子。为响应飞速发展的物质生活号召，人们对饮食结构有了更全面的延伸。但是由于膳食结构不科学，由其引起各种的疾病不断干扰着人们的生活。渐渐地人们开始对膳食纤维这一伟大物质产生了浓厚兴趣。开发利用膳食纤维已是当今研究的热点，也是食品加工业迈向世界的关键一步。

但是目前，国内外提取膳食纤维以化学法为主，此工艺简单、投入成本低，但在加工过程中对膳食纤维产品的理化性质和生理功能有明显影响，如热碱浸泡和反复用水漂洗既降低了膳食纤维的产率，又使产品的持水力和膨胀力明显下降；同时薯渣利用率低，不可避免地排放大量污水，对环境造成严重的污染且处理费用高。

发明内容

本发明针对目前甘薯纤维提取工艺操作复杂、提取率不高、产物污染严重等问题，本发明提供一种复合酶解提取甘薯纤维的工艺，并进一步优化工艺参数，提升提取率，得到高性能水溶性膳食纤维。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：

一种甘薯中膳食纤维的提取工艺，包括以下步骤：

1)将新鲜的甘薯洗净去皮，削片后放于清水中洗涤数次，在60℃烘箱中烘干48h，置于超微粉碎机中粉碎，得甘薯渣；

2)按照料液比1:3将甘薯渣和质量浓度为10％碳酸钠水溶液混合均匀，并于50℃下水解60-90min，冷却、过滤；

3)将步骤(2)所得物料按照料液比1：12加入无菌水，高压蒸汽120-130℃下灭菌1h，再加入发酵剂，加入量为物料总重量的0.3-0.5％，然后将接种后的甘薯物料放置在25-28℃进行发酵培养24-36h，得到甘薯渣发酵液；再加入淀粉酶和木瓜蛋白酶充分酶解1-2h；

4)将步骤(3)所得物料进行过滤，得滤液，再加入乙醇，加入完毕静置0.5-1h，8000r/min速度值离心10min，将沉淀物低温真空干燥，粉碎过筛，所得固体为甘薯可溶性膳食纤维。

优选的，步骤(1)中超微粉碎的时间不超过10s。

优选的，发酵剂的制备方法为：将解淀粉芽孢杆菌菌株取出，待其回温到室温，于超净台内划线于LB固体琼脂培养基平板中，倒置于生物培养箱30℃培养2d；然后挑取单菌落进行第二次划线培养，保证活化菌落形态单一；挑取单菌落于LB液体培养基中，170rpm，30℃摇床培养2d，获得种子液；将种子液以8％的接种量接入液体培养基中，在30℃条件下静置培养30h，离心收集菌体；将菌体喷雾冷冻干燥，得发酵剂；

优选的，LB液体培养基组成为，每100mL培养基中含有1g蛋白胨、1g氯化钠和0.5g酵母粉，LB固体培养基中需加入2g琼脂粉，加无菌水定容后放入高压灭菌锅中在121℃，20min条件下灭菌即可。

优选的，所述液体培养基组成如下：称取25g豆芽，加75mL水煮沸20min，过滤除渣，100mL；再加入5g葡萄糖溶解混匀，调整pH值至7.0，121℃灭菌30min即可。

优选的，步骤(3)淀粉酶和木瓜蛋白酶的使用量为物料质量的0.1％，淀粉酶和木瓜蛋白酶的质量比为3:1。

优选的，步骤(4)乙醇的使用量为滤液质量分数的80％，质量浓度为85％。

本发明所使用的解淀粉芽孢杆菌菌株(Bacillus amyloliquefaciens)购自中国普通微生物菌种保藏管理中心(地址：北京市朝阳区北辰西路1号院3号中国科学院微生物研究所)，解淀粉芽孢杆菌菌株的保藏编号为CGMCC No.1.7463。

本发明α-淀粉酶(酶活力≥20000U/g)；木瓜蛋白酶(酶活力≥60000U/g)。

有益效果

本发明突破传统的化学、酶解等方法提取水溶性膳食纤维的方法，首先对甘薯进行超微粉碎，高强度的机械剪切作用可以使膳食纤维部分键断裂转化成水溶性聚合物，加大水溶膳食纤维的溶出。但超微粉碎的时间不宜超过10s，过渡的粉碎一定程度会造成纤维内部结构的破坏。其次筛选合适的料液比对超微粉碎后的甘薯渣进行碱处理，并使用特定的发酵剂对甘薯进行发酵，本发明解淀粉芽孢杆菌产生的活性物质可以使膳食纤维结构变得疏松，加入淀粉酶和木瓜蛋白酶，使其发酵过程更为充分，酶解更彻底，有效物质的溶出更多，相互作用共同促进膳食纤维的溶出，提升膳食纤维提取率，并提升膳食纤维持水率等性质。通过本发明工艺提取甘薯中水溶性膳食纤维，得率可达到20％以上，有效的提升了甘薯的经济价值。

附图说明

图1为本发明可溶性膳食纤维得率随料液比的变化。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种甘薯中膳食纤维的提取工艺，包括以下步骤：

1)将新鲜的甘薯洗净去皮，削片后放于清水中洗涤数次，在60℃烘箱中烘干48h，置于超微粉碎机中粉碎，得甘薯渣；

2)按照料液比1:3将甘薯渣和质量浓度为10％碳酸钠水溶液混合均匀，并于50℃下水解60min，冷却、过滤；

3)将步骤(2)所得物料按照料液比1：12加入无菌水，高压蒸汽120℃下灭菌1h，再加入发酵剂，加入量为物料总重量的0.3％，然后将接种后的甘薯物料放置在25℃进行发酵培养24h，得到甘薯渣发酵液；再加入淀粉酶和木瓜蛋白酶充分酶解1h；

4)将步骤(3)所得物料进行过滤，得滤液，再加入乙醇，加入完毕静置0.5h，8000r/min速度值离心10min，将沉淀物低温真空干燥，粉碎过筛，所得固体为甘薯可溶性膳食纤维。

步骤(1)中超微粉碎的时间为8s。

发酵剂的制备方法为：将解淀粉芽孢杆菌菌株取出，待其回温到室温，于超净台内划线于LB固体琼脂培养基平板中，倒置于生物培养箱30℃培养2d；然后挑取单菌落进行第二次划线培养，保证活化菌落形态单一；挑取单菌落于LB液体培养基中，170rpm，30℃摇床培养2d，获得种子液；将种子液以8％的接种量接入液体培养基中，在30℃条件下静置培养30h，离心收集菌体；将菌体喷雾冷冻干燥，得发酵剂；

LB液体培养基组成为，每100mL培养基中含有1g蛋白胨、1g氯化钠和0.5g酵母粉，LB固体培养基中需加入2g琼脂粉，加无菌水定容后放入高压灭菌锅中在121℃，20min条件下灭菌即可。

所述液体培养基组成如下：称取25g豆芽，加75mL水煮沸20min，过滤除渣，100mL；再加入5g葡萄糖溶解混匀，调整pH值至7.0，121℃灭菌30min即可。

步骤(3)淀粉酶和木瓜蛋白酶的使用量为物料质量的0.1％，淀粉酶和木瓜蛋白酶的质量比为3:1。

步骤(4)乙醇的使用量为滤液质量分数的80％，质量浓度为85％。

实施例2

一种甘薯中膳食纤维的提取工艺，包括以下步骤：

1)将新鲜的甘薯洗净去皮，削片后放于清水中洗涤数次，在60℃烘箱中烘干48h，置于超微粉碎机中粉碎，得甘薯渣；

2)按照料液比1:3将甘薯渣和质量浓度为10％碳酸钠水溶液混合均匀，并于50℃下水解90min，冷却、过滤；

3)将步骤(2)所得物料按照料液比1：12加入无菌水，高压蒸汽130℃下灭菌1h，再加入发酵剂，加入量为物料总重量的0.5％，然后将接种后的甘薯物料放置在28℃进行发酵培养36h，得到甘薯渣发酵液；再加入淀粉酶和木瓜蛋白酶充分酶解2h；

4)将步骤(3)所得物料进行过滤，得滤液，再加入乙醇，加入完毕静置1h，8000r/min速度值离心10min，将沉淀物低温真空干燥，粉碎过筛，所得固体为甘薯可溶性膳食纤维。

步骤(1)中超微粉碎的时间为10s。

发酵剂的制备方法为：将解淀粉芽孢杆菌菌株取出，待其回温到室温，于超净台内划线于LB固体琼脂培养基平板中，倒置于生物培养箱30℃培养2d；然后挑取单菌落进行第二次划线培养，保证活化菌落形态单一；挑取单菌落于LB液体培养基中，170rpm，30℃摇床培养2d，获得种子液；将种子液以8％的接种量接入液体培养基中，在30℃条件下静置培养30h，离心收集菌体；将菌体喷雾冷冻干燥，得发酵剂；

LB液体培养基组成为，每100mL培养基中含有1g蛋白胨、1g氯化钠和0.5g酵母粉，LB固体培养基中需加入2g琼脂粉，加无菌水定容后放入高压灭菌锅中在121℃，20min条件下灭菌即可。

所述液体培养基组成如下：称取25g豆芽，加75mL水煮沸20min，过滤除渣，100mL；再加入5g葡萄糖溶解混匀，调整pH值至7.0，121℃灭菌30min即可。

步骤(3)淀粉酶和木瓜蛋白酶的使用量为物料质量的0.1％，淀粉酶和木瓜蛋白酶的质量比为3:1。

步骤(4)乙醇的使用量为滤液质量分数的80％，质量浓度为85％。

对比例1

一种甘薯中膳食纤维的提取工艺，包括以下步骤：

1)将新鲜的甘薯洗净去皮，削片后放于清水中洗涤数次，在60℃烘箱中待48h，置于超微粉碎机中粉碎，得甘薯渣；

2)按照不同料液比1:3将甘薯渣和质量浓度为10％碳酸钠水溶液混合均匀，并于50℃下水解90min，冷却、过滤；

3)将步骤(2)所得物料按照不同料液比加入无菌水，高压蒸汽130℃下灭菌1h，再加入发酵剂，加入量为物料总重量的5％，然后将接种后的甘薯物料放置在28℃进行发酵培养36h，得到甘薯渣发酵液；再加入淀粉酶和木瓜蛋白酶充分酶解2h；

4)将步骤(3)所得物料进行过滤，得滤液，再加入乙醇，加入完毕静置1h，8000r/min速度值离心10min，将沉淀物低温真空干燥，粉碎过筛，所得固体为甘薯可溶性膳食纤维。

步骤(1)中超微粉碎的时间为10s。

本对比例工艺基本同实施例2，唯一不同的是：步骤(3)中料液比分别为1:7、1:8、1:13、1:16。所得可溶性膳食纤维的得率如图1所示。

水溶性膳食纤维得率先升高达到一定峰值然后缓慢降低。水溶性膳食纤维在料液比为1:12时含量最大，得率最高；未达到最大值时水溶性膳食纤维得率是快速增加，而达到最大值后水溶性膳食纤维得率是缓慢降低。当采取料液比1:12进行处理时，所得可溶性膳食纤维量最大。而过高的料液比，会导致发酵不充分，酶解不全面，导致可溶性膳食纤维得率的降低。

对比例2

本对比例工艺基本同实施例2，唯一不同的是：淀粉酶和木瓜蛋白酶的使用量为物料质量的0.05％。

对比例3

本对比例工艺基本同实施例2，唯一不同的是：淀粉酶和木瓜蛋白酶的使用量为物料质量的1.5％。

对比例4

本对比例工艺基本同实施例2，唯一不同的是：发酵剂采用市售普通解淀粉芽孢杆菌。

性能测试

可溶性膳食纤维得率＝可溶性膳食纤维质量/原料总质量×100％。

膳食纤维持水力的测定

取2.00g提取的膳食纤维置于100mL烧杯中，加入20℃蒸馏水40mL。常温浸泡1h后，在定量滤纸上沥干水分，快速转入表面皿称重。按公式计算持水力：

持水力＝(样品湿重-样品干重)/样品干重。

水溶性膳食纤维溶胀力的测定

取0.10g提取的膳食纤维于5mL量筒中，读取体积后加5mL蒸馏水，浸泡24h，读取体积。按公式计算：

纤维溶胀力(mL·g

表1实验结果

通过表中数据我们可以看出，经过发酵和酶解，实施例所得可溶性膳食纤维得率达到20％以上，具有较高的持水力和纤维溶胀力，理化性质良好，酶解和发酵是可以相互促进，有助于可溶性膳食纤维含量的提升。而改变了发酵菌种的对比例4和改变了淀粉酶和蛋白酶用量的对比例2-3，其提取率和理化性质均呈现不同程度的降低。本发明料液比的选择、发酵菌剂的选择以及酶用量的选择为关键技术手段，是实现技术效果的关键技术特征，相辅相成，缺一则效弱。

需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。