专利名称：提取膳食纤维的方法
技术领域：
本发明涉及一种提取膳食纤维的方法。
背景技术：
孜然是世界第二大香料作物，因其独特的食用和药用特性得到国内外学者的广泛关注，我国新疆和甘肃是孜然的主要产地。孜然中含有3% -4%的精油，15%左右的脂肪，是提取精油和油树脂的主要来源。但是提取精油和油树脂后产生的大量废渣(脱油孜然)除了极少的一部分作为饲料之外，大部分当做废弃物丢掉，造成了极大的资源浪费和环境污染，也成为困扰企业的一大难题。脱油孜然中含有大量的膳食纤维，已有研究表明膳食纤维具有良好的持水力、保水力和吸水膨胀力，并具有降血脂、抑制肥胖、抗结肠癌等功效，被称为人类“第七大营养素”，在食品、医药等行业具有较高的应用价值。因此，开发从孜然精油和油树脂加工残渣中提取膳食纤维的技术对于脱油孜然在食品工业和医疗保健行业中的应用具有积极的意义。剪切乳化辅助酶解法是一种新型提取技术。在酶解之前采用剪切乳化设备进行预处理，不仅可以减小物料的粒径，还可以使物料分散均匀，从而更有利于酶解。传统的膳食纤维提取方法包括化学分离法、酶解法等，但化学分离法由于使用强烈的酸或碱处理，会导致大部分可溶性膳食纤维的损失，并且会产生大量的废液而造成一定的环境污染；普通的酶解法提取的膳食纤维纯度较低，且消耗的酶量较大。国内也有部分学者采用剪切乳化辅助酶解法提取玉米多肽(郭维静，2006)，但对于膳食纤维的提取没有报道，相关的设备及参数也未提及。
发明内容
本发明的目的是提供一种提取膳食纤维的方法。本发明提供的提取膳食纤维的方法，包括如下步骤:I)将香料作物粉碎后，用亲脂性有机溶剂和亲水性有机溶剂同时进行萃取，萃取完毕收集沉淀，得到脱油香料；2)将步骤I)所得脱油香料与水混合进行剪切乳化，再进行酶解，将所得酶解物在沸水浴中加热后，离心，去除上清液，干燥沉淀，得到所述膳食纤维。上述方法的所述步骤I)中，香料作物选自孜然、茴香、孜然秸杆、茴香秸杆、花椒、桂皮、香朽1檬和薄荷中的至少一种；所述粉碎步骤中，粉碎后的目数为30-70目，具体为40目；所述亲脂性有机溶剂选自氯仿、石油醚、正己烷和乙醚中的至少一种；所述亲水性有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种；粉碎后的香料作物:亲脂性有机溶剂:亲水性有机溶剂的用量比为
l-5g: 2-10ml: l-5ml，具体为 Ig: 2ml: Iml ；所述萃取方法具体为Bligh-Dyer萃取。
所述Bligh-Dyer萃取具体为:将粉碎后香料、亲脂性有机溶剂和亲水性有机溶剂混匀，震摇5min，抽滤，所得沉淀为脱油香料，对上清液进行旋转蒸发，得到油树脂。所述步骤2)加热步骤中，时间为10-15min，具体为15min ；所述脱油香料与水的用量比为Ig: 15ml-40ml，具体为Ig: 35ml ；所述剪切乳化步骤中，转速为4000-9000r,具体为4000r、5000r、6000r、7000r,8000r,9000r,4000-7000r,7000-9000r,4000-8000r,7000-8000r,4000-5000r,5000-9000r、4000-6000r、6000-9000r、5000-7000r、8000-9000r 或 6000-7000r ；时间为10_60min,具体为 10min、20min、30min、40min、50min、60min、10_50min、20-40min、20-50min、30-60min、30-50min、30-40min、10_30min、10_20min、20_30min 或10_40mino酶解步骤中，所用酶为蛋白酶，具体选自酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶中的至少一种；其中,所述酸性蛋白酶具体为胃蛋白酶(Pepsin),可购于Sigma公司；所述酸性蛋白酶的酶活为800-2500U/mg，具体为2000U/mg ;所述酸性蛋白酶的酶活定义为Ig或Iml酸性蛋白酶在40°C和一定的pH条件下，Imin水解酪蛋白生成Iu g酪氨酸所需的酶量,定义为一个酶活力单位；所述中性蛋白酶具体为木瓜蛋白酶(Papain),可购于Sigma公司；所述中性蛋白酶的酶活为0.5-2U/mg，具体为1.5U/mg ;所述中性蛋白酶的酶活定义为Ig酶或Iml酶液在一定温度(40°C)和pH值7.2的条件下，Imin分解酪蛋白产生Iug酪氨酸的酶量为I个蛋白酶活力单位；所述碱性蛋白酶具体为碱性蛋白酶Alcalase,可购于Novozymes公司；所述碱性蛋白酶的酶活为5-100000U/ml，具体为3000U/ml ;所述碱性蛋白酶的酶活定义为碱性蛋白酶适宜于在40-55°C、pH值9-11的碱性条件下使用，超出以上范围酶的活力下降，碱性蛋白酶的酶活是指Ig酶或Iml酶液在碱性条件下，Imin水解酪素蛋白，产生Iug酪氨酸，为一个酶活力单位。所述酶与底物的质量比为1-6: 100，具体为1: 100、2: 100,3: 100,4: 100、5: 100,6: 100,1-5: 100,1-4: 100,2-6: 100,2-4: 100,3-5: 100,4-6: 100、
2-5: 100,3-6: 100或4-5: 100。所述底物为剪切乳化处理后所得产物。所述酶解步骤中，pH值为 7.0-9.5，具体为 7.0,7.5,8.0,8.5,9.0,9.5,7.0-9.0、7.0-8.5,7.0-7.5,7.5-9.0,7.5-8.5,7.5-8.0 或 8.0-9.0 ；酶解时间为30-240min,具体为 30min、60min、90min、120min、150min、180min、30-150min、60-150min、90-150min、120-150min、60-90min、60-120min、120_150min、30_120min 或 90_120min ；酶解温度为40-65 °C，具体为 40 °C、45 °C、50 °C、55 °C、60 °C、65 DC、40_60 dC、45-65DC、45-60DC、45-55DC、55-65DC、50-55DC或 50_65DC。所述离心步骤中，离心力为4000g-8000g，具体为7000g，时间为10_30min，具体为15min ；所述干燥步骤中，干燥方式为鼓风干燥、气流干燥、喷雾干燥、真空干燥和冷冻干燥中的至少一种。
该步骤应控制干燥后产物中的水分含量在10%以下。上述方法的流程如图1所示。本发明提供的提取膳食纤维的方法，以香料作物为原料，经Bligh-Dyer法提取出精油和油树脂后得到脱油香料，再利用剪切乳化辅助酶解法制备脱油香料膳食纤维。该方法具有以下优点:1、本方法与传统的化学分离法相比，提取条件温和，膳食纤维损失少，色泽好，产生的废液较少；2、本方法与传统的酶解法相似，但消耗的酶液较少，产品纯度较高，以脱油孜然为原料提取膳食纤维，所得膳食纤维提取率为95.96%，纯度为81.63% ；3、剪切乳化辅助酶解法只需要剪切乳化设备、发酵罐等装置，无需增加新设备，易于产业化。
图1为脱油孜然膳食纤维提取工艺流程图。图2为脱油孜然剪切乳化前后对比图。图3为脱油孜然剪切乳化前后粒径变化情况。图4为喷雾干燥所得的脱油孜然膳食纤维照片。图5为鼓风干燥所得的脱油孜然膳食纤维照片。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。本发明中所用酸性蛋白酶均为胃蛋白酶(P印sin)，批号P7000，酶活为2000U/mg，购于Sigma公司；所用中性蛋白酶均为木瓜蛋白酶(Papain)，批号P3250，酶活为1.5U/mg，购于Sigma公司；所用碱性蛋白酶均为碱性蛋白酶(Alcalase)，批号PLN05355，酶活为3000U/ml,购于 Novozymes 公司。实施例1、剪切时间对膳食纤维提取率的影响:I)用万能粉碎机将孜然磨成粉末，过40目筛，将IOOg孜然粉末、200ml氯仿、IOOml甲醇以混合，振摇5min，抽滤，上清液在50°C下旋转蒸发，萃取出精油和油树脂，收集沉淀得到76.57g脱油孜然。2)称取步骤I)所得脱油孜然5g和水按照Ig: 35ml的比例加入到175ml水中，用剪切乳化设备在转速为7000r的条件下分别剪切10min、20min、30min、40min、50min、60min后,用酶活为3000U/ml的碱性蛋白酶Alcalase对脱油孜然中的蛋白进行酶解,酶与底物的质量比E/S为4: 100，酶解温度为55°C，酶解pH值为7.5，酶解时间为150min，得到酶解物，再将该酶解物在沸水浴中加热15min，以钝化酶的活性，再在离心力为7000g的条件下离心15min，去除上清液，保留底层沉淀，将沉淀用喷雾干燥方式干燥，使其水分控制在10%以下后，得到脱油孜然膳食纤维。按照下式计算膳食纤维的提取率:Y = W2^lOO% /Wl(I)
其中W1I2分别为原料和产品中膳食纤维(TDF)的质量。所得结果见表1，由表可知，料液比为Ig: 35ml时，脱油孜然膳食纤维的提取率随剪切时间的增加呈现先增加后降低的趋势，当剪切时间从IOmin增加到30min时，膳食纤维提取率增加较为明显，在30min时提取率最大，达到96.38%,当剪切时间进一步延长，膳食纤维提取率缓慢下降，从96.38%下降到92.87%，故剪切时间最优值为30min。表1、剪切时间对膳食纤维提取率的影响
权利要求
1.一种提取膳食纤维的方法，包括如下步骤: 1)将香料作物粉碎后，用亲脂性有机溶剂和亲水性有机溶剂同时进行萃取，萃取完毕收集沉淀，得到脱油香料； 2)将步骤I)所得脱油香料与水混合进行剪切乳化，再进行酶解，将所得酶解物在沸水浴中加热后，离心，去除上清液，干燥沉淀，得到所述膳食纤维。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，香料作物选自孜然、茴香、孜然稻杆、茴香稻杆、花椒、桂皮、香朽1檬和薄荷中的至少一种；或， 所述粉碎步骤中，粉碎后的目数为30-70目，具体为40目；或， 所述亲脂性有机溶剂选自氯仿、石油醚、正己烷和乙醚中的至少一种；或， 所述亲水性有机溶剂选自甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于:所述步骤I)中，粉碎后的香料作物:亲脂性有机溶剂:亲水性有机溶剂的用量比为l_5g: 2-10ml: l_5ml，具体为Ig: 2ml: 1ml。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于:所述步骤2)加热步骤中，时间为10_15min,具体为 15min ;或， 所述脱油香料与水的用量比为Ig: 15ml-40ml，具体为Ig: 35ml。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于:所述步骤2)剪切乳化步骤中，转速为4000-9000r，具体为7000r ;或， 时间为10-60min，具体为30min。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于:所述步骤2)酶解步骤中，所用酶为蛋白酶，具体选自酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶中的至少一种，具体为碱性蛋白酶 Alcalase。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述酸性蛋白酶的酶活为800-2500U/mg，具体为2000U/mg ;或， 所述中性蛋白酶的酶活为0.5-2U/mg，具体为1.5U/mg ;或， 所述碱性蛋白酶的酶活为5-100000U/ml，具体为3000U/ml。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于:所述酶与底物的质量比为1-6: 100，具体为4: 100 ;所述底物为剪切乳化处理后所得产物。
9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于:所述酶解步骤中，pH值为7.0-9.5，具体为 7.5 ;或， 酶解时间为30-240min，具体为150min ;或， 酶解温度为40-65 °C，具体为55°C。
10.根据权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于:所述离心步骤中，离心力为4000g-8000g，具体为 7000g，时间为 10_30min，具体为 15min ;或， 所述干燥步骤中，干燥方式为鼓风干燥、气流干燥、喷雾干燥、真空干燥和冷冻干燥中的至少一种。
全文摘要
本发明公开了一种提取膳食纤维的方法。该方法，包括如下步骤1)将香料作物粉碎后，用有机溶剂萃取，得到脱油香料；2)将步骤1)所得脱油香料与水混合进行剪切乳化，再进行酶解，将所得酶解物在沸水浴中加热后，离心，去除上清液，干燥沉淀，得到所述膳食纤维。本发明开发了一种新型、温和的脱油膳食纤维的提取方法，减少了资源浪费和环境污染，实现了香料加工废弃物的综合利用，增加产品附加值。同时采用目前市场已有的食品机械生产脱油膳食纤维，提取工艺简单、易于产业化操作，且脱油膳食纤维产品纯度高、杂质少、色泽好、食用安全可靠。
文档编号A23L1/308GK103181570SQ20131008093
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月14日 优先权日2013年3月14日
发明者闫治斌, 木泰华, 马梦梅, 马世军, 陈井旺, 孙红男 申请人:甘肃省敦煌种业股份有限公司, 中国农业科学院农产品加工研究所