专利名称：一种利用马铃薯资源进行深加工的方法
技术领域：
本发明涉及马铃薯资源深加工的方法，具体地说，涉及一种利用马铃薯资源生产多不饱和油脂和微生物转化型膳食纤维的微生物技术深加工方法。
背景技术：
世界马铃薯常年栽培面积1800万hmz，平均单产鲜薯15t/hmz。1999年世界马铃薯产量已达到28978万t。近年来，中国马铃薯种植面积和总产量均居世界首位。1998年栽培面积、总产量和单位面积产量分别为406.206万hmz、5626.1万t、13.9t/hmz。据预测，21世纪中国将成为亚太地区马铃薯生产、加工和销售中心。马铃薯加工在带动我国整个马铃薯产业链良性发展方面起着重要的作用。据专家分析，马铃薯投入产出比为1∶4，大豆为1∶2.5，小麦为1∶2.1hm2马铃薯相当于2hm2粮食产量，3hm2粮食产值。马铃薯的市场前景为农民、政府和企业所看好，栽培面积和产量近年来增长较快，呈逐年增加的趋势。作为实现粮食增值的主要途径之一的马铃薯加工业发展已进入高潮，各地政府为使本地资源优势转变为经济优势，相继筹建了各具规模的马铃薯淀粉生产厂、全粉厂和食品加工企业，拟通过加工转化使原来质优价廉的农产品转变成具有较高经济附加值的马铃薯深加工产品。因此，开发马铃薯深加工技术以带动马铃薯产业快速发展将是今后我国马铃薯产业化进程中的主要任务。
发达国家马铃薯加工比例高达80％，加工产品种类多，技术水平先进。我国虽然是世界马铃薯生产大国，但是缺乏现代化深加工技术，马铃薯基本用于鲜食或者加工成粉丝、粉条及淀粉。属于初级加工阶段。目前淀粉加工过程中产生的大量淀粉加工废水和马铃薯残渣，尚未有效处理及应用，既造成资源的浪费，又导致环境污染，极大的限制了马铃薯淀粉加工产业的发展，成为马铃薯加工亟待解决的问题。
多不饱和脂肪酸(polysaturade fattys acid)油脂是指含20及20个以上碳原子的多不饱和脂肪酸。人体组织中的PUFA主要为ω-3系的亚麻酸(ALA，C183n-3)、二十碳五烯酸(EPA，C205n-3)、二十二碳六烯酸(DHA，C226n-3)和ω-6系的亚油酸(LA，C182n-6)、γ-亚麻酸(GLA，C183n-3)花生四烯酸(AA，C204n-6)两大类。
目前商业上多不饱和脂肪酸尤其是ω-3多不饱和脂肪酸主要从深海鱼油中提取。但含量最丰富的是微生物，主要以油脂和膜脂的形式存在。藻类、真菌、细菌拥有重新合成多种ω-3多不饱和脂肪酸所需的系列脱饱和酶和连接酶，它们是自然界中这些化合物的初始生产者，而高等植物和动物则很少含有ω-3多不饱和脂肪酸。工艺复杂、成本高、稳定性差，还受到气候条件和资源的限制。微生物具有适应性强、生长繁殖迅速、生长周期短、易培养、不受原料产地限制等特点，所以利用微生物生产多不饱和脂肪酸是一条重要途径。目前，日本、英国等国家已先后问世了γ-亚麻酸、双高γ-亚麻酸、花生四烯酸等发酵产品，而EPA、DHA等仍处于研究阶段。微生物发酵生产多不饱和脂肪酸的重点仍然是寻求高产菌株和研究发酵工艺，针对目前需要高速效碳源的合成培养基现状，新的碳源选择及廉价资源应用正成为研究热点。
膳食纤维(Dietary Fiber，简称DF)是指在人体内难以被酶解消化吸收的物质的总称其主要成分为阿拉伯半乳聚糖、阿拉伯聚糖、半乳聚糖、阿拉伯木聚糖、纤维素与木质素等。
医学研究表明DF可作为预防大肠癌、冠心病、糖尿病等疾病的主要食品。我国肥胖症、糖尿病、动脉硬化、冠心病和恶性肿瘤的发病率有所上升。这些疾病不仅在老年人群中很常见，在中青年人群中也在增加，虽然造成的原因是多方面的，但膳食纤维摄入量不足是其中的一个重要原因。膳食纤维因此被确定为继碳水化合物、脂肪、蛋白质、维生素、水、矿物质六大营养素之外的人体第七营养素。
不同来源的膳食纤维的功能有明显的差别，如通过物理挤压方式获得的膳食纤维其人体吸收性和应用在食品中的工艺特性都较差。如何通过生物技术改变天然膳食纤维中部分组成聚合物的化学结构与相对含量，使原有的膳食纤维新增或强化原先没有或很微弱的功能特性如包括有益于人体健康的生理功能和应用在食品中的工艺特性等，日益成为膳食纤维技术发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用马铃薯进行微生物多不饱和油脂和微生物降解转化马铃薯型膳食纤维的微生物深加工技术。实现马铃薯资源深加工的生态产业链，解决现阶段马铃薯加工方式单一、效益不高的问题。
为实现上述目的，本发明方法是利用多不饱和油脂的刺胞小克银汉霉(Cunninghamella echinulata)对以马铃薯蒸煮液为主的培养基进行生物降解与转化，产生高含量的多不饱和油脂，同时利用高效的食药用真菌对蒸煮后的残渣、进行生物降解与转化，在合成微生物膳食纤维的同时，对马铃薯渣纤维质物质进行降解，形成植物与微生物膳食纤维生物合的活性膳食纤维。
具体地，本发明方法为将马铃薯在100℃左右蒸煮20～30分钟，用双层纱布过滤，滤液按照最佳培养基添加碳源与促进剂，接入多不饱和油脂菌株进行发酵，获得微生物菌丝体，利用提取工艺，获得微生物多不饱和油脂；在滤渣中直接接入食药用菌，进行生物降解与转化，获得高活性的微生物膳食纤维和马铃薯改性膳食纤维叠加的发酵终产物，经匀浆处理，产生高活性膳食纤维产品。
本发明所述添加碳源为食用糖，促进剂为MgSO4，MnSO4，(NH4)2SO4，所述滤液培养基配方为(每升)蒸煮滤液1L，食用糖20～50g，MgSO42～3g，MnSO41～2.5g，(NH4)2SO40.8～1g。
本发明中多不饱和油脂发酵菌为刺胞小可银汉霉(Cunninghamellaechinulata)本发明所述食、药用菌主要为云芝。
本发明所述多不饱和油脂发酵生产条件为接种量(体积分数v/v)1～10％，种龄2～3d，温度25～30℃，培养时间5～7d，通气量(体积分数v/v/h)1∶1.2～1∶1.5。
优选地，本发明所述液体发酵条件为接种量(体积分数v/v)1～5％，，温度25～28℃，培养时间6～7天，通气量1∶1.2～1∶1.4。
更优地，本发明所述发酵条件为接种量(体积分数v/v)3％，培养时间7天，种龄2d温度26℃，通气量1∶1.3。
本发明所述蒸煮残渣发酵条件为接种量(体积分数v/v)10～20％，种龄3～7d，温度25～30℃，培养时间4～6d，通气量(体积分数v/v/h)1∶0.8～1∶1.5，转速80～120r/min。
优选地，本发明所述液体发酵条件为接种量(体积分数v/v)10～15％，种龄3～5d，温度25～28℃，培养时间4～5天，通气量1∶1～1∶1.3，转速90～120r/min。
更优地，本发明所述发酵条件为温度27℃，接种量(体积分数v/v)12％，种龄4d，培养时间5天，通气量1∶1.1，转速90r/min。
本发明所提供的方法其技术原理特征在于利用马铃薯蒸煮液中丰富的营养成分作为天然发酵成分，通过添加适当的碳源与促进剂形成发酵培养基，利用多不饱和油脂真菌的次生代谢作用合成多不饱和油脂；利用食药用真菌对马铃薯渣中的淀粉进行充分利用，对其中含有的纤维素物质进行生物降解与转化，产生真菌膳食纤维与马铃薯改性膳食纤维。
本发明采用多不饱和油脂菌株和高活性食药用菌，将马铃薯资源进行充分利用，滤液发酵产生高含量多不饱和油脂，产生的菌丝生物量为16～20g/L，油脂量为5～7g/L，油脂中肉豆寇酸0.27％～0.50％，棕榈酸12.65％～14.85％，棕榈烯酸0.78％～1.38％，硬脂酸2.89％～3.30％，油酸33.4％～40.98％，亚油酸16.47％～20.65％，γ-亚麻酸15.40％～18.80％，花生酸0.30％～1.67％，花生烯酸0.36％～0.78％，花生二烯酸0.20％～0.89％，EPA 0.60％～0.90％，DHA 1.67％～2.08％。滤渣发酵产生富含食、药用菌膳食纤维和改性后的马铃薯膳食纤维复合的液体终产物。液体发酵终产物活性膳食纤维含量为30g/L以上。获取的活性膳食纤维的饮品及粉剂具有食、药用菌特有的营养和气味及良好的口感本发明的优点是(1)利用微生物技术实现了马铃薯资源生态深加工，形成新的马铃薯加工技术链。
(2)以马铃薯作为主要原料生产多不饱和油脂及膳食纤维，降低生产成本。
(3)应用生物降解与转化技术将过程中产生的废渣进行生物改性与活性增强。生物组配成活性膳食纤维。
(4)生产成本低、生产过程高效。
(5)技术控制性强，不易效仿。
具体实施例方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1(1)菌种制备多不饱和油脂菌种制备将冰箱保藏斜面菌株接入PDA(马铃薯固体培养基)斜面上进行活化，培养7d，取菌丝接入盛有100ml PDY(马铃薯液体)培养基的250ml摇瓶中进行液体培养。转速120～150r/min，25-28℃下培养2天后，取接种量(体积分数v/v)5～10％，同样的液体培养条件转接一次获得液体摇瓶种，后依据反应器情况进行种子制备。
食药用真菌菌种制备将冰箱保藏斜面菌株接入PDA斜面上进行活化，培养7～10天，待菌丝长满斜面后，取斜面块接入盛有100mlPDY培养基的250ml摇瓶中进行液体培养。转速120～150r/min，25-28℃下培养3～5天后，取接种量(体积分数v/v)5～10％，同样的液体培养条件转接一次获得液体摇瓶种，后依据反应器情况进行种子制备。
(2)液体发酵生产将马铃薯打碎按200g/L比例加入水中，进行蒸煮，蒸煮30分钟，用双层纱布过滤，再加水将滤液调整到原来水体积，滤液中按20g/L加入食用糖，按MgSO42g/L，MnSO42.5g/L，(NH4)2SO41g/L比例加入促进剂，形成发酵培养基，按3％(v/v)加入制备的多不饱和油脂菌种子液，在温度25℃，通气量1∶1.3，条件下发酵7天，菌丝生物量为16.2/1，油脂量为5.2g/L，油脂中肉豆寇酸0.27％，棕榈酸12.65％，棕榈烯酸1.38％，硬脂酸2.89％，油酸33.4％，亚油酸20.47％，γ-亚麻酸15.67％，花生酸1.67％，花生烯酸0.78％，花生二烯酸0.20％，EPA 0.60％，DHA 2.08％。
产生湿滤渣120g/200g马铃薯，按20ml/100g加入制备的食用菌种子液，在温度28℃，通气量1∶0.8，转速100r/min条件下发酵4天，发酵产物总膳食纤维含量达30.6g/L。
实施例2将马铃薯打碎按200g/L比例加入水中，进行蒸煮，蒸煮20分钟，用双层纱布过滤，将加水将滤液调整到原来水体积，滤液中按50g/L加入食用糖，形成发酵培养基，按5％(v/v)加入实施例1制备的多不饱和油脂菌种子液，按不同时期即发酵初期加入(NH4)2SO40.8g/L，发酵中期加入MnSO42.5g/L，发酵末期加入MgSO42g/L等促进剂，在温度25℃，通气量1∶1.5条件下发酵7天，菌丝生物量为19.8/l，油脂量为6.9g/L，油脂中肉豆寇酸0.50％，棕榈酸15.85％，棕榈烯酸1.38％，硬脂酸3.30％，油酸37.56％，亚油酸16.47％，γ-亚麻酸18.80％，花生酸0.30％，花生烯酸0.72％，花生二烯酸0.89％，EPA 0.80％，DHA1.98％。
产生湿滤渣120g/200g马铃薯，按15ml/100g加入实施例1制备的食用菌种子液，在温度28℃，通气量1∶0.7，转速80r/min条件下发酵5天，发酵产物总膳食纤维含量达32.3g/L以上。
实施例3将马铃薯打碎按200g/L比例加入水中，进行蒸煮，蒸煮20分钟，用双层纱布过滤，将加水将滤液调整到原来水体积，滤液中按20g/L加入食用糖，形成发酵培养基，按不同时期即发酵初期加入(NH4)2SO40.8g/L，发酵中期加入MnSO42.5g/L，发酵末期加入MgSO42g/L等促进剂，按3％(v/v)加入实施例1制备的多不饱和油脂菌种子液，在温度25℃，通气量1∶1.5条件下发酵2天后，按照30g/L的量补加食用糖，再接着发酵5天，菌丝生物量为20.5/l，油脂量为7.2g/L，油脂中肉豆寇酸0.27％，棕榈酸14.85％，棕榈烯酸1.38％，硬脂酸3.30％，油酸40.98％，亚油酸16.47％，γ-亚麻酸18.80％，花生酸0.30％，花生烯酸0.78％，花生二烯酸0.20％，EPA 0.60％，DHA 2.08％。
产生湿滤渣120g/200g马铃薯，按20ml/100g加入实施例1制备的食用菌种子液，在温度28℃，通气量1∶0.8，转速90r/min条件下发酵6天，发酵产物总膳食纤维含量达33.4g/L以上。
实施例4将马铃薯打碎按200g/L比例加入水中，进行蒸煮，蒸煮30分钟，用双层纱布过滤，将加水将滤液调整到原来水体积，滤液中按40g/L加入食用糖，按MgSO42.5g/L，MnSO41g/L，(NH4)2SO41g/L比例加入促进剂，形成发酵培养基，按10％(v/v)加入实施例1制备的多不饱和油脂菌种子液，在温度20～25℃，通气量1∶1.4，条件下发酵6天，菌丝生物量为17.6/l，油脂量为6.3g/L，油脂中肉豆寇酸0.52％，棕榈酸14.85％，棕榈烯酸2.38％，硬脂酸3.60％，油酸35.56％，亚油酸15.47％，γ-亚麻酸17.80％，花生酸0.50％，花生烯酸0.72％，花生二烯酸0.86％，EPA 0.85％，DHA 2.06％。。
产生湿滤渣120g/200g马铃薯，按10ml/100g加入实施例1制备的食用菌种子液，在温度25℃，通气量1∶1.3，转速100r/min条件下发酵6天，发酵产物总膳食纤维含量达30.6g/L以上。
实施例5将马铃薯打碎按200g/L比例加入水中，进行蒸煮，蒸煮25分钟，用双层纱布过滤，将加水将滤液调整到原来水体积，滤液中按30g/L加入食用糖，按MgSO42.5g/L，MnSO41g/L，(NH4)2SO40.8g/L比例加入促进剂，形成发酵培养基，按1％(v/v)加入实施例1制备的多不饱和油脂菌种子液，在温度25℃，通气量1∶1.2，条件下发酵6天，菌丝生物量为16.8/l，油脂量为5.9g/L，油脂中肉豆寇酸0.53％，棕榈酸14.85％，棕榈烯酸1.98％，硬脂酸4.30％，油酸35.56％，亚油酸16.87％，γ-亚麻酸15.80％，花生酸0.50％，花生烯酸0.92％，花生二烯酸0.85％，EPA1.23％，DHA1.48％。
产生湿滤渣120g/200g马铃薯，按10ml/100g加入实施例1制备的食用菌种子液，在温度30℃，通气量1∶1.5，转速150r/min条件下发酵4天，发酵产物总膳食纤维含量达28.5g/L以上。
权利要求
1.一种利用马铃薯进行深加工的方法，其特征在于将马铃薯蒸煮20～30分钟，用双层纱布过滤，滤液中添加碳源与促进剂配制成培养基，接入多不饱和油脂菌株进行发酵，获得含PUFAs油脂的微生物菌丝体，利用提取方法从菌丝体中获得微生物多不饱和油脂；在滤渣中接入食药用菌进行发酵，将发酵终产物经匀浆处理，获得膳食纤维产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多不饱和油脂菌株是刺胞小可银汉霉(Cunninghamella echinulata)
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳源是食用糖。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的促进剂是，(NH4)2SO4，MnSO4，MgSO4。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的培养基中含有食用糖20～50g/L，MgSO42～3g/L，MnSO41～2.5g/L，(NH4)2SO40.8～1g/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的食药用菌选自以下物质云芝
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多不饱和油脂发酵生产条件为接种量(体积分数v/v)1～10％，种龄2～3d，温度25～30℃，培养时间5～7d，通气量(体积分数v/v/h)1∶1.2～1∶1.5。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的多不饱和油脂发酵生产条件为接种量(体积分数v/v)1～5％，，温度25～28℃，培养时间6～7d，通气量1∶1.2～1∶1.4。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述食用菌的发酵条件为接种量(体积分数v/v)10～20％，种龄3～7d，温度25～30℃，培养时间4～6d，通气量(体积分数v/v/h)1∶0.8～1∶1.5，
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述食药用菌的发酵条件为接种量(体积分数v/v)10～15％，种龄3～5d，温度25～28℃，培养时间4～5d，通气量1∶1～1∶1.3。
全文摘要
本发明公开了一种利用马铃薯生产微生物多不饱和油脂和微生物降解转化马铃薯型膳食纤维的方法。即将马铃薯进行蒸煮，产生蒸煮滤液和滤渣，以蒸煮滤液为发酵培养液、添加部分碳源与促进剂制备成发酵培养基。利用产多不饱和脂肪酸优良菌株，发酵生产获得多不饱和脂肪酸油脂；以滤渣为发酵基质，利用食药用真菌进行生物降解与转化，生产微生物降解转化马铃薯型膳食纤维。本发明所提供的方法可以对马铃薯资源进行高值深加工，形成无浪费的马铃薯淀粉生态加工与循环经济产业，有效解决目前马铃薯淀粉深加工技术亟待提升的现状，具有显著的经济与社会效益。
文档编号A23L1/216GK1672575SQ20051005962
公开日2005年9月28日 申请日期2005年3月29日 优先权日2004年4月30日
发明者张晓昱, 孙敏 申请人:华中科技大学