以豆渣为原料采用机械活化结合酶解制取膳食纤维的方法 【技术领域】
本发明涉及一种膳食纤维的制取方法。 具体是以豆渣为原料采用机械活化结合 酶解制取膳食纤维的方法。背景技术
豆渣是生产豆奶或豆腐过程中的副产品。 有研究发现大豆细胞壁含有大约 50％ 的半纤维素和 20％的纤维素。 因此，豆皮是膳食纤维的极好来源。 豆渣中总膳食纤维 含量达 50 ％以上，但其中大部分为不溶性膳食纤维，水溶性膳食纤维含量比较低。 豆 渣中还含有少量的脂肪、蛋白类物质，并具有特殊的豆腥味，在生产膳食纤维时，需预 处理将脂肪、蛋白类物质及腥味去除。 目前膳食纤维制备的预处理大多采用加温、碱处 理后水洗的方法。 这些方法使所得纤维的主要生理活性物质损失很大，因为强烈的溶剂 ( 酸、碱等 ) 处理导致了几乎 100％的水溶性纤维、50％～ 60％的半纤维素和 10％～ 30％ 的纤维素被溶解损失掉，而膳食纤维中的生理功能水溶性膳食纤维比水不溶性膳食纤维 素效果更好。 因此，如何提高膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量具有特别重要的意义。
用豆渣制取膳食纤维，多采用酶解的方法。
黄晓青等采用双酶法降解豆渣，先用淀粉酶除去豆渣中所残留的淀粉成分，再 用纤维素酶降解豆渣中的纤维素，分别制备水溶性纤维和水不溶性纤维。 该法水不溶性 膳食纤维得率约 6 ％ ；液相纯化浓缩后水溶性膳食纤维得率约为 1 ％ ( 食品与发酵工业 2004 年 01 期 )，此法得率太低。
姜竹茂等采用纤维素酶与木瓜蛋白酶两次酶解。 将豆渣中可溶性膳食纤维产率 由原来的 11.17％提高到 16.59％ ( 中国粮油学报 2001 年 6 月 )。
周德红等也研究了两次酶法 ( 复合蛋白酶与风味蛋白酶一次酶解 ；复合纤维素 酶二次酶解 ) 用豆渣制备可溶性膳食纤维的工艺。 可溶性膳食纤维的产率为 39.03％ ( 食 品与发酵工业 2005 年第 31 卷第 5 期 )。
通常单独采用酶解法来提高水溶性膳食纤维的含量，酶的用量也比较大。 两次 酶解工艺更复杂，用酶量更大，生产成本更高。
为降低酶解法的生产成本，有研究采用挤压结合酶解，或酶解结合超高压均 质，或高温蒸煮结合酶解，或蒸汽爆破结合酶解等等方法生产豆渣膳食纤维 ：
郑东梅等在豆渣制取水溶性膳食纤维的工艺中，采用豆渣经挤压后再经碱处理 和胰蛋白酶处理工艺，可溶性膳食纤维的得率由 6.94 ％提高至 19.45 ％，比传统制备膳 食纤维工艺提高了 12.51％。 ( 食品科学 2005 年第 5 期 )。 徐广超，姚惠源采用机械法 ( 单螺杆挤压机挤压 )—两次酶解法 ( 纤维素酶和中性蛋白酶 ) 从豆渣中提取水溶性膳食 纤维。 结果表明，在该工艺条件下，水溶性膳食纤维的含量由原来的 2.5％提高到 22.8％ 《河南工业大学学报》 ( 自然科学版 )2005 年 2 月。 螺杆挤压结合酶解的工艺能耗高。
涂宗财等研究了采用微生物发酵和动态超高压均质处理对大豆膳食纤维的方 法，发现发酵处理后结合超高压均质，可溶性膳食纤维含量更高，在 40MPa 下均质即可将可溶性膳食纤维含量提高到 30％ ( 食品科学 2006 年第 7 期 )。 但此法微生物发酵需时 间长，超高压均质机设备要求高，投资大。
发明专利 200810072542.4 和发明专利 200810072541.X 为采用蒸煮结合纤维素酶 酶解生产豆渣水溶性膳食纤维。该两专利生产 100％水溶的膳食纤维，用膜浓缩后喷雾干 燥代替醇沉可简化流程和节能。 但其不足的是酶解后离心分离出的固形物没有得到充分 利用，产生废渣多。
机械活化是属于机械化学反应里的一种，指固体颗粒物质在摩擦、碰撞、冲 击、剪切等机械力作用下，使材料的微粒结构及理化性能发生改变，部分机械能转变成 物质的内能，从而诱发的化学反应的工艺。
目前还没见有将机械活化用于生产膳食纤维的报导。 发明内容 本发明为了克服现有技术的不足，提供一种以豆渣为原料采用机械活化结合酶 解制取膳食纤维的方法。 本法增加分离工序可生产纯天然水溶性膳食纤维。
为了解决上述技术问题本发明的技术方案如下 ：
1. 以豆渣为原料采用机械活化结合酶解制取膳食纤维的方法，方法包括 ：豆渣 的前处理、粗粉碎、机械活化、酶解和酶解料浆干燥，具体步骤如下 ：
1) 豆渣的前处理 ：豆渣的前处理采用任何已公开的豆渣脱脂、除蛋白及脱腥工 艺，得到前处理豆渣 ；
2) 将步骤 1) 所得前处理豆渣粉碎得到粗豆渣粉 ；
3) 将步骤 2) 所得的粗豆渣粉进行机械活化 ：机械活化采用球磨机，粗豆渣粉在 球磨机中 (QM-3SP04 行星式球磨机，南京大学仪器厂 ) 机械活化的时间为 0 ～ 6h，得到 机械活化豆渣 ；
4) 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣进行酶解 ：酶解采用的酶为纤维素酶、木聚糖 酶或果胶酶，酶解后得到酶解浆 ；
根据所采用的酶不同，控制不同的酶解条件，纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶的 酶解条件如下 ：
酶种的名称 酶解 pH 值 酶解时间 (h) 酶解温度 (℃ ) 酶活力
纤维素酶 3.5 ～ 5.5 4 ～ 10 40 ～ 60果胶酶 2.5 ～ 4.5 0.5 ～ 2.5 30 ～ 50木聚糖酶 4～6 0.5 ～ 2.5 50 ～ 75400 ～ 700U/g 40 ～ 60U/mL 40 ～ 60U/mL5) 将步骤 4) 得到的酶解浆进行干燥，得到纯天然、水溶性纤维含量高的超微混 合膳食纤维 ；2. 以豆渣为原料采用机械活化结合酶解制取膳食纤维的方法，方法包括 ：豆渣 的前处理、粗粉碎、机械活化、酶解、酶解浆微滤除杂、真空浓缩、按公知的醇沉工艺 加乙醇沉淀、分离和固形物干燥，得到纯天然、水溶性膳食纤维 ；具体步骤如下 ：
1) 豆渣的前处理 ：豆渣的前处理采用任何已公开的豆渣脱脂、除蛋白及脱腥工 艺，得到前处理豆渣 ；
2) 将步骤 1) 所得前处理豆渣粉碎得到粗豆渣粉 ；
3) 将步骤 2) 所得的粗豆渣粉进行机械活化 ：机械活化采用球磨机，粗豆渣粉在 球磨机 (QM-3SP04 行星式球磨机，南京大学仪器厂 ) 中机械活化的时间为 0 ～ 6h，得到 机械活化豆渣 ；
4) 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣进行酶解 ：酶解采用的酶为纤维素酶、木聚糖 酶或果胶酶，酶解后得到酶解浆 ；
根据所采用的酶不同，控制不同的酶解条件，纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶的 酶解条件如下 ：
酶种的名称 酶解 pH 值 酶解时间 (h) 酶解温度 (℃ ) 酶活力
纤维素酶 3.5 ～ 5.5 4 ～ 10 40 ～ 60果胶酶 2.5 ～ 4.5 0.5 ～ 2.5 30 ～ 50木聚糖酶 4～6 0.5 ～ 2.5 50 ～ 75400 ～ 700U/g 40 ～ 60U/mL 40 ～ 60U/mL5) 酶解浆微滤除杂 ：将步骤 4) 得到酶解浆微滤净化，得到微滤净化浆 ；
6) 真空浓缩 ：将步骤 5) 的微滤净化浆浓缩，真空浓缩温度 65℃，浓缩至原体积 的 1/6，得到浓缩液 ；
7). 将步骤 6) 所得浓缩液中加入 4 倍体积、质量浓度 95％的乙醇沉淀 2 小时，使 可溶性膳食纤维析出，得到醇沉液 ；
8). 将步骤 7) 所得到的醇沉液用离心机分离，得可溶性膳食纤维浓浆 ；
9). 将步骤 8) 所得可溶性膳食纤维浓浆于干燥箱内 65℃干燥至含水份小于可溶 性膳食纤维浓浆重量的 10％，得到纯天然、全水溶性膳食纤维产品。
3. 以豆渣为原料采用机械活化结合酶解制取膳食纤维的方法，方法包括 ：豆渣 的前处理、粗粉碎、机械活化、酶解、酶解浆微滤除杂、膜浓缩和浓缩液干燥，得到纯 天然、水溶性膳食纤维 ；具体步骤如下 ：
1) 豆渣的前处理 ：豆渣的前处理采用任何已公开的豆渣脱脂、除蛋白及脱腥工 艺，得到前处理豆渣 ；
2) 将步骤 1) 所得前处理豆渣粉碎得到粗豆渣粉 ；
3) 将步骤 2) 所得的粗豆渣粉进行机械活化 ：机械活化采用球磨机，粗豆渣粉在
球磨机 (QM-3SP04 行星式球磨机，南京大学仪器厂 ) 中机械活化的时间为 0 ～ 6h，得到 机械活化豆渣 ；
4) 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣进行酶解 ：酶解采用的酶为纤维素酶、木聚糖 酶或果胶酶，酶解后得到酶解浆 ；
根据所采用的酶不同，控制不同的酶解条件，纤维素酶、木聚糖酶和果胶酶的 酶解条件如下 ：
酶种的名称 酶解 pH 值 酶解时间 (h) 酶解温度 (℃ ) 酶活力
纤维素酶 3.5 ～ 5.5 4 ～ 10 40 ～ 60果胶酶 2.5 ～ 4.5 0.5 ～ 2.5 30 ～ 50木聚糖酶 4～6 0.5 ～ 2.5 50 ～ 75400 ～ 700U/g 40 ～ 60U/mL 40 ～ 60U/mL5) 酶解浆微滤除杂 ：将步骤 4) 得到酶解浆微滤净化，得到微滤净化浆 ；
6). 膜浓缩 ：将步骤 5) 微滤净化浆经 5000 超滤膜浓缩，得到截留浓缩液为可溶 性膳食纤维浓浆 ；
7). 将步骤 6) 所得可溶性膳食纤维浓浆喷雾干燥至含水份小于可溶性膳食纤维浓 浆重量的 10％，得纯天然、全水溶性膳食纤维产品。
上 述 3 种 方 法 的 步 骤 3) 粗 豆 渣 粉 进 行 机 械 活 化 ：机 械 活 化 采 用 球 磨 机 (QM-3SP04 行星式球磨机，南京大学仪器厂 )，粗豆渣粉机械活化的时间为 5h。
上述 3 种方法的步骤 4) 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣进行酶解 ：酶解采用纤维 素酶、木聚糖酶和果胶酶的优选酶解条件如下 ：
酶种的名称 酶解 pH 值 酶解时间 (h)纤维素酶 4.5 8果胶酶 3.5 1.5 35 51.02U/mL木聚糖酶 5.0 1.5 65 45.87U/mL酶解温度 (℃ ) 50 酶活力
656.4U/g本发明具有以下优点 ：
1. 本发明方法前处理后的豆渣，经粗粉碎、机械活化后酶解，工艺流程短，酶 解工艺中酶的用量大大减少，可降低生产成本，采用机械活化不加其它化学物质，产品 为纯天然的膳食纤维。2. 酶解工艺可选用多种酶，但仅采用一种酶，本发明所用的酶不仅可单独用纤 维素酶，也可单独用果胶酶或木聚糖酶。 方便生产安排，简化了生产流程。
3. 应用本发明方法生产的产品中水溶性膳食纤维的含量高，含量可达 17.20％以 上，便于直接用于生产膳食纤维片产品，质量好。
4. 产品粒度小，口感好，作为膳食纤维食品原料，使用面广。
5. 本产品为高水溶性膳食纤维含量的混合膳食纤维，资源利用率高，能耗少， 生产成本低，三废最少。
6. 本发明生产高水溶性膳食纤维含量的混合膳食纤维的方法，得率高。 与生产 全水溶性膳食纤维法相比，投资省，生产成本低，还可解决三废污染的问题。 具体实施方式
本发明研究证明 ：采用酶解之前用球磨机对豆渣机械活化，可改变豆渣微粒结 构及物化性能，使分子间结合力发生改变，同时也使部分机械能转变成物质的内能，增 加豆渣化学活性，破坏豆渣结构，便于酶与底物的作用，提高水溶性膳食纤维的得率。 机械活化与螺杆挤压相比，机械活化对原料有冲击的作用和粉碎的作用，对豆渣的活化 作用效果将比螺杆挤压更好。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。 但需要说明的是，实施例并不构 成对本发明要求保护范围的限制。
实施例 1-1
用豆渣为原料，采用机械活化结合酶解生产纯天然、水溶性膳食纤维含量高的 混合膳食纤维的方法，其操作步骤如下 ：
1). 采用任何一种已公开的豆渣脱脂、除蛋白及脱腥工艺处理豆渣，得到前处理 豆渣 ；
2). 将步骤 1) 所得的前处理豆渣进行粗粉碎至 80 目，得到粗豆渣粉 ；
3). 将步骤 2) 所得的粗豆渣粉在球磨机 (QM-3SP04 行星式球磨机，南京大学仪 器厂 ) 中活化 5h，得到机械活化豆渣粉 ；
4). 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣粉进行酶解，酶解采用纤维素酶。 优选 pH 值 4.5，酶解温度 50℃ ；酶解时间 8h ；酶的活力为 656.4U/g。 酶解后得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量为 17.20％的混合膳食纤维。
实施例 1-2
用豆渣为原料，采用机械活化结合酶解生产纯天然、水溶性膳食纤维含量高的 混合膳食纤维的方法，其操作步骤如下 ：
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4) 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣粉进行酶解，酶解采用纤维素酶。 酶解条件 ： pH 值 3.5，酶解温度 40℃ ；酶解时间 4h ；酶的活力为 437.6U/g。 酶解后得到酶解浆 ；
5) 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水溶性纤维含量为 14.85％的混合膳食纤维。
实施例 1-3
用豆渣为原料，采用机械活化结合酶解生产纯天然、水溶性膳食纤维含量高的 混合膳食纤维的方法，其操作步骤如下 ：
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4) 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣粉进行酶解，酶解采用纤维素酶。 酶解条件 ： pH 值 5.5，酶解温度 60℃；酶解时间 10h ；酶的活力为 437.6U/g。 酶解后得到酶解浆 ；
5) 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水溶 性纤维含量为 14.63％的混合膳食纤维。
实施例 2-1
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ； 4). 将步骤 3) 所得的粗豆渣粉进行酶解，酶解采用果胶酶，优选酶解 pH 值 3.5 ； 酶解温度 35℃ ；酶解时间 1.5h ；酶的活力为 51.02U/mL。 酶解后得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量达 13.96％的混合膳食纤维。
实施例 2-2
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4). 将步骤 3) 所得的粗豆渣粉进行酶解，酶解采用果胶酶，酶解条件 ：pH 值 2.5 ；酶解温度 30℃ ；酶解时间 0.5h ；酶的活力为 34.01U/mL。 酶解后得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量达 11.53％的混合膳食纤维。
实施例 2-3
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4). 将步骤 3) 所得的粗豆渣粉进行酶解，酶解采用果胶酶，酶解条件 ：pH 值 4.5 ；酶解温度 50℃ ；酶解时间 2.5h ；酶的活力为 34.01U/mL。 酶解后得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量达 13.41％的混合膳食纤维。
实施例 3-1
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4). 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣粉进行酶解，酶解采用木聚糖酶，优选酶解 pH 值 5.0 ；酶解温度 65℃ ；酶解时间 1.5h ；酶的活力为 45.87U/mL。 酶解后得到酶解 浆；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量达 11.95％的混合膳食纤维。
实施例 3-2
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4). 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣粉进行酶解，酶解采用木聚糖酶，优选酶解 pH 值 4 ；酶解温度 50℃；酶解时间 0.5h ；酶的活力为 30.58U/mL。 酶解后得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量达 11.08％的混合膳食纤维。
实施例 3-3
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ； 2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得到豆渣粉 ；
4). 将步骤 3) 所得的机械活化豆渣粉进行酶解，酶解采用木聚糖酶，优选酶解 pH 值 6 ；酶解温度 75℃；酶解时间 2.5h ；酶的活力为 30.58U/mL。 酶解后得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆进行喷雾干燥至含水份小于 10％，得到纯天然、水 溶性纤维含量达 10.11％的混合膳食纤维。
实施例 4
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得机械活化豆渣粉 ；
4). 同实施例 1-1 步骤 4)，得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆微滤净化，得到微滤净化浆 ；
6). 将步骤 5) 的微滤净化浆浓缩，真空浓缩温度 65℃，浓缩至原体积的 1/6，得 浓缩液 ；
7). 将步骤 6) 所得浓缩液中加入 4 倍体积、浓度 95％的乙醇沉淀 2 小时，使可溶 性膳食纤维析出，得醇沉液 ；
8). 将步骤 7) 所得醇沉液用离心机分离，得可溶性膳食纤维浓浆 ；
9). 将步骤 8) 所得可溶性膳食纤维浓浆于干燥箱内 65 ℃干燥至含水份小于 10％，得纯天然、全水溶性膳食纤维产品。 本工艺产品利率高。
实施例 5
1). 同实施例 1-1 步骤 1)，得到前处理豆渣 ；
2). 同实施例 1-1 步骤 2)，得到粗豆渣粉 ；
3). 同实施例 1-1 步骤 3)，得机械活化豆渣粉 ；
4). 同实施例 1-1 步骤 4)，得到酶解浆 ；
5). 将步骤 4) 得到的酶解浆微滤净化，得微滤净化浆 ；
6). 膜浓缩，将步骤 5) 微滤净化浆经 5000 超滤膜浓缩，得截留浓缩液 ；
7). 将步骤 6) 所得可溶性膳食纤维浓浆喷雾干燥至含水份小于 10 ％，得纯天 然、全水溶性膳食纤维产品。 本工艺不用乙醇，节能并可降低生产成本。12