一种杏渣制备膳食纤维的方法 【发明领域】
本发明涉及制备膳食纤维的技术领域。具体的说，本发明涉及杏渣中制备膳食纤维的技术领域。
背景技术
我国是杏的原产国，栽培历史非常悠久，国内外大量史书证明，杏与桃于公元前1-2世纪自我国先传至波斯(今伊朗)，经亚美尼亚于1世纪传入古希腊。本领域熟知，杏渣的主要成分是膳食纤维，另外还含有糖、蛋白质以及磷、铁、胡萝卜素等微量元素和维生素。杏渣是以杏为原料加工果汁、饮料、果酱后的副产品，是杏子加工厂主要加工副产品。杏子主要由皮层(占6.5％-10.3％)、果肉(占50％-60％)、杏核(占43.5％-29.7％)组成。经过加工，杏子的皮渣一般作为废渣处理，对其应用研究微乎其微，现主要用于做饲料，既浪费又造成环境污染，对杏渣工业利用尚未见报道。
杏渣中膳食纤维含量丰富，其纤维状碳水化合物为优质纤维素，其基料碳水化合物为半纤维素和糖蛋白。膳食纤维具有优良的物化和生理生化特性，在国外功能性食品中被称为第七大营养素。膳食纤维可分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维两大类。水溶性膳食纤维SDF(soluble dietary diber)是指不被人体消化道酶消化，但可溶于温、热水且又能被乙醇再沉淀的那部分膳食纤维，包括果胶、树胶、葡聚糖、瓜儿豆胶、羧甲基纤维素等；水不溶性纤维IDF(insolubledietary fiber)是指不被人体消化道酶消化，且不溶于热水的那部分膳食纤维，包括纤维素、半纤维素、木质素和壳聚糖等。由于其具有很高的持水力，适宜的阳离子结合和交换能力，对有机化合物的吸附螫合作用，类似填充剂的容积作用以及能改变肠道系统微生物群系组成作用等而备受重视。膳食纤维的生理功能简述如下：
1)预防结肠癌，促进肠道功能正常化，整肠通便，预防肠憩室症及便秘；
2)抑制或延缓胆固醇与甘油三脂在淋巴中的吸收，促进体内血脂和脂蛋白代谢，预防和改善冠状动脉硬化，缓解由此导致的冠心病和高血压症状；
3)改善并降低末梢神经对胰岛素的感受水平，降低对胰岛素的要求，从而达到调节糖尿病患者血糖水平的目的；
4)预防肥胖，预防胆结石。
膳食纤维对人体的生理作用已被广泛认同，如刺激肠胃蠕动，并把黏附在人体肠壁上致癌物质结合后排出体外，增加组织对胰岛素敏感和调节血糖、血脂代谢等。联合国粮农组织颁布的纤维食品指导大纲指出，健康成人每日常规饮食中应有30-50g(干重)膳食纤维，根据卫生部公布的一份调查报告称，国人的人口平均膳食纤维摄入量不足10g，仅为最低要求的1/3，全国与膳食营养相关的慢性病导致的死亡人数已达死因的70％，增加膳食纤维摄食是现代饮食文明的趋势。膳食纤维的摄入量依照美国食品与药品管理局(FDA)在1999年《食品营养标示法》中推荐，成人膳食纤维的摄入量为25-30g/d。我国营养专家建议膳食纤维的摄入量为：7-10岁为10-15g/d；10-15岁为15～20g/d；成年人为20-25g/d；成年人肥胖者为25-30g/d，开发杏渣中膳食纤维具有比较好的应用前景。
有关杏的专利申请或专利已有多项。申请号为93109196.6的专利申请公开了“一种刺玫瑰果、山杏、五味子、山楂等精粉提取工艺”，该专利申请涉及的是一种复合果浆粉。申请号为93103793.X的专利申请公开了“一种山杏仁、谷物为原料的速溶食品及其生产方法”，该专利申请涉及的是一种以杏仁、鲜牛奶、大豆、小米、蔗糖为原料的复合粉。申请号为89103952的专利申请公开了一种“速溶杏仁粉的加工方法”。申请号为91103607.5的专利申请公开了“一种生产高级杏仁奶粉的工艺方法”，该专利申请涉及的是一种将杏仁烫煮去皮-脱苦，粗磨浆-超微处理-对蔗糖进行变性处理使之变成葡萄糖果糖-将鲜奶、杏仁、糖浆进行混合-高温瞬间消毒-浓缩-高压均质-喷雾干燥成粉的工艺技术。申请号为200410030554.2的专利申请公开了一种“山杏仁豆皮及其加工方法”，该申请以山杏仁、大豆、花生仁、核桃仁为原料，经一系列工艺过程而压制成山杏仁豆皮。专利ZL92105411.4公开了一种“速溶野山杏仁粉的生产方法”，该专利涉及的是一种将已脱苦的野山杏仁低温脱脂再超微处理，研磨细磨成浆，加净糖液搅拌，再高压均质、灭菌、浓缩，浓缩物再进入糊状物干燥机中干燥，生产颗粒粗粉。专利号为ZL99112579.7的专利公开了“一种杏仁粉冲剂饮料”。
通过对国内外有关杏产业技术专利申报的查阅及文献检索，未见专门针对从杏渣中制备膳食纤维的报道，传统的对杏渣的应用研究仅限于用做饲料，是资源的浪费，开发杏渣中膳食纤维具有重要意义。
【发明内容】
针对目前未见有关杏渣工业利用的报道，对杏渣的应用仅限于用做饲料，是资源的浪费，未见关于利用杏渣制备膳食纤维的报道。本发明弃废为宝，利用杏渣原料的重要功能，克服了杏渣制备膳食纤维的的技术难题。
本发明提供了一种杏渣制备膳食纤维的方法，具体制备步骤如下：
(1)将杏渣经水洗、干燥后粉碎过40目筛网备用，在筛网上用流水冲洗5-10min以除去杂质和糖类；
(2)将处理过筛的杏渣，按照质量比1：(5-15)加水，调整pH值为4-6；
(3)将由纤维素酶与蛋白酶组成的混合酶对上述处理过的杏渣进行酶解，纤维素酶与蛋白酶用量按照质量比1：(2-4)，酶解温度为30-50℃，酶解时间为40-80min，酶解完成后在100℃水浴锅中高温灭酶10min；
(4)经灭酶后地杏渣醪液调整pH值至中性后进行离心分离；
(5)将离心分离后的上清液中加入四倍体积以上的无水乙醇进行醇沉；
(6)在离心分离的固体中加入5％(m/m)的H2O2，并在60℃水浴中加热60min，离去上清液再经洗涤，并用稀盐酸中和后再离心分离。
本发明进一步提供了一种杏渣制备膳食纤维的优选技术方案，具体制备方法如下：
(1)将杏渣经水洗两遍，干燥后粉碎过40目筛网备用，在筛网上用流水冲洗5-10min以除去杂质和糖类；
(2)将处理过筛的杏渣，按照质量比1∶15加水，调整pH值为6；
(3)将由纤维素酶与蛋白酶组成的混合酶对上述处理过的杏渣进行酶解，纤维素酶与蛋白酶用量按照质量比1∶4，酶解温度为50℃，酶解时间为80min，酶解完成后在100℃水浴锅中高温灭酶10min；
(4)经灭酶后的杏渣醪液调整pH值至中性后进行离心分离；
(5)将离心分离后的上清液中加入四倍体积以上的无水乙醇进行醇沉；
(6)在离心分离的固体中加入5％(m/m)的H2O2、并在60℃水浴中加热60min，离去上清液再经洗涤，并用稀盐酸中和后再离心分离。
本发明中，加入的纤维素酶与蛋白酶可通过市场任意获得，其中蛋白酶优先选择中性蛋白酶。
本发明中，采用常规营养成分的测定中选用：凯氏定氮法测定蛋白质、索氏提取法测定脂肪、直接干燥法测定水分、高温灼烧法测定灰分。这些测定方法都为常规公知技术手段。
通过实施本发明具体的发明内容，可以达到以下有益效果：
本发明通过对杏渣进行深加工，制备膳食纤维，增加其附加值，使其变废为宝。本发明以杏渣为原料，利用纤维素酶和蛋白酶双酶法制备杏渣中膳食纤维，通过对产品进行H2O2脱色，进一步测定杏渣中膳食纤维的持水力和溶胀性。本发明研究表明：固液比为1∶15、纤维素酶与蛋白酶为1∶4，在50℃水浴锅中水浴60分钟；H202浓度为5％，并在60℃水浴中水浴60min，不溶性膳食纤维脱色效果最佳，得率为71.56％；持水力为：5.52g/g、溶胀性为：6.25ml/g；可溶膳食纤维得率为15.33％。
【附图说明】
图1显示为杏渣制备膳食纤维的工艺流程；
图2显示为混合酶用量对杏渣中膳食纤维提取率的影响；
图3显示为酶解时间对杏渣中膳食纤维提取率的影响；
图4显示为酶解温度对杏渣中膳食纤维提取率的影响；
图5显示为固液比对杏渣中膳食纤维提取率的影响；
图6显示为乙醇用量对杏渣中可溶性膳食纤维提取率的影响。
【具体实施方式】
下面，举实施例说明本发明，但是，本发明并不限于下述的实施例。另外，在下述的说明中，本发明中设备和材料有：
飞利浦HR2860粉碎机、HH-610电热恒温水浴锅(北京长源电热设备厂)、AR2140电子天平(上海一恒科技有限公司)、TD5A-WS台式低速离心机(长沙湘仪离心机仪器有限公司)、DHG-9070A电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科技有限公司)、PHS-3B数字酸度计(上海雷磁仪器生产厂)，这些设备都为本领域熟知选用设备，上述设备不局限本发明的实施，采用本领域其他类似设备均可实施本发明的技术方案。
杏渣可通过市场购买获得，采用的主要试剂：纤维素酶、蛋白酶、无水乙醇、NaOH和HCL都为常规试验所用，可通过市场购买获得。
实施例一：混合酶浓度对杏渣中膳食纤维提取率的影响
选择固液比为1∶15、pH为6、酶解温度为60℃、酶解时间为60min、混合酶用量分别为；1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，进行试验。
参见附图2，经试验表明，对于本发明，随着混合酶用量的增加，蛋白质水解率随之增大。选择纤维素酶用量为0.2％(m/m)，蛋白酶的用量为0.8％(m/m)，混合酶用量在1∶4时膳食纤维提取率达到最大。这是因为当蛋白酶用量为1∶4时蛋白酶将底物完全饱和此时膳食纤维提取率达到最大。当蛋白酶用量加大时膳食纤维提取率反而下降，因过量的蛋白酶与纤维素酶协同作用加速了纤维素的降解。
实施例二：时间对杏渣中膳食纤维提取率的影响
选择固液比为1∶15、pH为6、酶解温度为60℃、混合酶用量为1∶4、酶解时间分别为；40min、60min、80min、100min、120min，进行试验。
参见附图3，经试验表明，对于本发明，随着时间的延长，蛋白质水解率逐渐增大，在40-80min膳食纤维提取率呈明显上升趋势，在80min达到最大值。随着水解时间的延长，混合酶作用于底物中纤维素类物质导致纤维素、半纤维素过度酶解致使膳食纤维提取率呈现下降趋势。
实施例三：温度对杏渣中膳食纤维提取率的影响
选择固液比为1∶15、pH为6、混合酶用量为1∶4、酶解时间为；80min、酶解温度分别为；30℃、40℃、50℃、60℃、70℃，进行试验。
参见附图4，经试验表明，对于本发明，温度的升高，可增加酶液在杏渣中的渗透动力与蛋白质充分作用，从而有效脱除蛋白质。在纤维素酶作用下使蛋白酶充分与蛋白质接触从而达到提高膳食纤维的提取率，在30-50℃膳食纤维提取率呈上升趋势，在50℃时达到最大随后出现下降趋势，这是因为随着温度的升高酶的活力增强，当在50℃时酶活达到最大。
实施例四：固液比对杏渣中膳食纤维提取率的影响
选择pH为6、混合酶用量为1∶4、酶解时间为；80min、酶解温度为50℃，选择固液比分别为；1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25，进行试验。
参见附图5，经试验表明，对于本发明，杏渣原料和加水量的比在1∶5-1∶15时呈明显上升趋势，但是在往后可以看出膳食纤维提取率的上升不显著，这是因为当固液比达到1∶15时其中的酶液已可充分的与底物接触，所以在升高酶液的用量对膳食纤维提取率的作用已经不明显。
实施例五：混合酶提取杏渣中膳食纤维的正交试验
根据单因素选择出正交试验条件：混合酶分别为1∶3、1∶4、1∶5；作用时间分别为60min、80min、100min；作用温度分别为40℃、50℃、60℃；固液比分别为；1∶10、1∶15、1∶20，进行正交试验。
表1：混合酶作用对水不溶性膳食纤维提取条件的正交实验L9(34)因素水平表
表2：混合酶作用对水不溶性膳食纤维提取条件的L9(34)正交试验结果
从表2可知，通过正交试验分析和极差分析，其影响因素为作用温度＞作用时间＞混合酶浓度＞固液比，最佳工艺条件为A2B2C2D2，即混合酶浓度为1∶2、时间为60min、作用温度为50℃、固液比为1∶15。根据最佳工艺条件对杏渣中水不溶性膳食纤维进行提取，所得水不溶性膳食纤维得率为75.2％，为试验的最佳工艺条件。
实施例六：杏渣膳食纤维的脱色正交试验
根据单因素选择脱色时间、脱色温度、H2O2浓度、pH进行正交试验。脱色时间分别为30min、60min、90min；脱色温度分别为40℃、50℃、60℃；H2O2浓度分别为5％、6％、7％；pH分别为7、8、9，进行试验。
表3：H2O2脱色对水不溶性膳食纤维提取条件的正交实验L9(34)因素水平表
表4：H2O2脱色对水不溶性膳食纤维提取条件的L9(34)正交试验结果
从表4可知，通过正交试验分析和极差分析，其影响因素为H2O2浓度＞脱色时间＞pH＞脱色温度，最佳工艺条件为A2B2C1D3，即脱色时间为60min、脱色温度为50℃、H2O2浓度为5％、pH为9。根据最佳脱色工艺条件对最佳酶解工艺条件提取的水不溶膳食纤维进行脱色处理，最后得率为71.56％。
实施例七：乙醇用量对可溶性膳食纤维提取率的影响
将离心分离后的上清液中加入不同倍数体积的乙醇，乙醇用量分别为1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6，进行试验。
参见附图6可以看出当乙醇用量达到上清液体积的四倍以上时可溶性膳食纤维的提取率几乎不变化，这表明当乙醇用量达到上清液四倍时，可溶膳食纤维已经可以完全被乙醇沉淀。所以选择乙醇用量选择为上清液体积的四倍。
实施例八：不溶性膳食纤维持水力与溶胀力的测定
取一定量提取的膳食纤维置于烧杯中，加入75ml蒸馏水，搅拌24小时，3000r/min离心30min，出去上清液称其质量
持水力(％)＝(湿质量-干质量)/干质量
取一定量提取的膳食纤维于量筒中，测定体积后，加入10ml蒸馏水，浸泡24小时，测其体积。
溶胀性(ml/g)＝(浸泡后体积-干体积)/干质量
本发明通过上述制备工艺技术方案的实施和描述，制得的水不溶性膳食纤维粉碎过40目筛，测得其持水力为：5.52g/g、溶胀性为：6.25ml/g；其蛋白含量为：1.78％、脂肪含量为：2.15％、水分含量为：6.55％、灰分为：1.85％。