小麦麸皮酶工程法转化戊聚糖和膳食纤维的方法.pdf

本发明公开了一种小麦麸皮酶工程法同时生产戊聚糖和膳食纤维的方法，属于粮食加工副产物的深加工转化的食品加工领域。本发明以工业小麦粗麸皮为原料，经调节水分和pH后，采用细胞壁分解酶作用于小麦麸皮，然后采用螺旋挤压机进行挤压膨化处理，采用pH＝10的碱液提取，离心得到的提取液经过去蛋白后浓缩，真空干燥得到戊聚糖。碱液提取离心得到的沉淀物经H2O2溶液脱色，然后洗涤，干燥粉碎得到膳食纤维。本工艺技术可同时生产戊聚糖和膳食纤维，也可根据市场需要生产只戊聚糖或膳食纤维，工艺技术灵活。所得到的戊聚糖产品和膳食纤维可作为添加剂和功能性因子，应用于食品、医药行业和化妆品行业，从而可实现小麦麸皮的有效转化和利用。

1、  一种适用于工业化生产的小麦麸皮戊聚糖的提取和膳食纤维的制备方法，其特征在于：以小麦粗麸皮为原料，经过打麸、酶解、挤压膨化，碱提，离心，酸沉、脱色、干燥等步骤可同时得到戊聚糖和膳食纤维产品。本发明以小麦粗麸皮为原料，同样适用于小麦细麸皮、玉米皮、米糠、大豆皮等其它粮食的皮层。

2、  根据权利要求1所述的小麦麸皮中戊聚糖的提取方法，其特征在于生产工艺流程为：
原料预处理→碱提→离心→二次提取→二次离心→合并上清液→酸沉除蛋白→干燥→包装→成品；
具体生产工艺如下
(1)、原料预处理：采用筛理、酶处理、挤压膨化相结合的方法对小麦麸皮进行前处理，以工业生产的小麦粗麸皮为原料，首先经过打麸机处理，然后通过筛理去除麸皮中粘连的面粉，然后粉碎过40目筛；酶解：粉碎后麸皮按料水比1∶6，以稀盐酸调pH为5，加细胞壁分解酶(木聚糖酶、纤维素酶或戊聚糖酶，40u/100mL)，45℃下酶解1h，离心，然后采用挤压膨化机处理小麦麸皮，一方面进行灭酶，一方面进一步对小麦麸皮进行结构的松散，便于后续的提取和分离。
(2)、碱提：处理后的小麦麸皮用饱和Ca(OH)₂碱液调pH＝10，在料水比1∶5，50℃下搅拌提取2h，然后在转速为5000r/min条件下离心10min，上清液和沉淀备用。
(3)、二次提取：沉淀进行二次提取，按料水比1∶3，加入水在50℃下搅拌2h，在转速为5000r/min条件下离心10min。上清液和沉淀备用。
(4)、酸沉除蛋白：合并两次上清液，用2mol/L的盐酸调pH＝4.5，静置30min，在转速为5000r/min条件下离心10min，取上清液备用，弃沉淀蛋白类物质。
(5)、浓缩：上清液真空蒸发浓缩至原溶液体积的四分之一。
(6)、干燥：浓缩后的液体喷雾干燥，得戊聚糖产品。
(7)、用铝箔纸包装成品，以防止产品吸水结块。

3、  根据权利要求1所述的小麦麸皮中膳食纤维的制备方法，其特征在于以小麦麸皮制备戊聚糖后的不溶物制备膳食纤维，工艺流程为：
小麦麸皮→碱提→离心→二次提取→二次离心→不溶物→脱色→沉淀洗涤→离心脱水→低温烘干→挤压膨化→粉碎→包装→成品：
具体生产工艺如下：
(1)、脱色：分离戊聚糖后的小麦麸皮，按料水比1∶3，加双氧水(3％)，50℃不断搅拌下脱色1h，离心，弃上清液，沉淀备用。
(2)、洗涤：脱色后的不溶物，用1∶2的水反复洗涤2次，然后离心脱水。
(3)、低温烘干：固体沉淀在低温下烘干。
(4)、挤压膨化：低温烘干后的产品，进行挤压处理，以松散膳食纤维结构，改善其功能性质。
(5)、粉碎：挤压膨化后的产品粉碎过80目筛。
(6)、包装成品。

小麦麸皮酶工程法转化戊聚糖和膳食纤维的方法
技术领域：
本发明涉及一种小麦麸皮生产戊聚糖和膳食纤维的方法，涉及粮食副产品的精深加工和综合利用技术，属于食品加工领域。
背景技术：
小麦麸皮是小麦加工成面粉的主要副产品，我国小麦麸皮年产量约2500万吨。目前主要作为饲料使用，附加值很低。小麦麸皮中含有丰富的营养物质，如果能够有效地对其进行开发和利用，将是一笔巨大的财富。小麦麸皮中戊聚糖的含量在20％左右，膳食纤维含量在40％左右，另含有15％左右的蛋白质和大约15％的淀粉，因此，小麦麸皮是制备戊聚糖和膳食纤维很好的原料。戊聚糖对面包的焙烤品质有重要影响，面粉中添加戊聚糖可明显改善面包的焙烤品质。面对国产小麦粉质低下，不适宜生产高品质面包专用粉的实际情况，开发出一种天然、有效、价格便宜的面包品质改良剂具有十分重要的现实意义，除此之外，戊聚糖具有高粘度，高吸水持水及氧化胶凝等性质，还可以作为增稠剂和保湿剂，应用在饮料、调味制品、乳制品、糖果等食品中。另外，戊聚糖作为一种功能性多糖，还具有十分重要的生理功能，它具有包括通便、降血脂、抗结肠癌、抗肿瘤、免疫增强等多种生理功能。因此以麸皮为原料开发具有降血脂、润肠通便功效的功能性因子，在未来以天然保健品为食品行业发展主流的新世界，具有十分广阔的市场前景。
小麦麸皮中含有大量膳食纤维，在40％左右，因此，可以作为制备膳食纤维的原料。近年来国际营养学家一致认为膳食纤维能够平衡人体营养，调节机体功能，可与传统的六大营养素(即蛋白质、脂肪、水、矿物质、维生素、碳化物)并列为″第七大营养素″。西方发达国家早在70年代就着手对膳食纤维的研究与开发，美、英、德、法已形成一定产业规模，并在食品市场占有一席之地。在美国，年销售60亿美元方便谷物食品中，约20％是富含膳食纤维功能食品。欧美及日本盛行强化膳食纤维功能食品，日本80年代后期利用可溶性膳食纤维制成的饮料包括碳酸饮料、乳酸饮料及果汁等。膳食纤维食疗治病的方法也在一些国家应运而生。国外已研究的膳食纤维主要有六大类：谷物、豆类、果蔬、微生物多糖及其它天然纤维和合成、半合成纤维，计30多个品种，其中实际应用于生产已有10余种，其中小麦麸皮为膳食纤维的主要来源。
因此，从小麦麸皮中同时分离戊聚糖和膳食纤维，另外可将小麦麸皮制备戊聚糖和膳食纤维中得到的副产物(主要是蛋白和淀粉)经过处理后作为高饲料进行使用，从而实现小麦麸皮的综合开发和利用，较大限度地实现小麦加工副产物小麦麸皮的有效增值和利用，具有很好的经济效益和社会效益。
发明内容：
为了实现小麦麸皮的综合开发与利用，本项目从以下方面进行了系统的研究。首先研究戊聚糖和膳食纤维在不同小麦子粒中的分布，主要目的是确定小麦子粒的不同部分戊聚糖和膳食纤维含量，以确定小麦麸皮作为开发戊聚糖和膳食纤维的优势；另外研究粗麸和细麸中戊聚糖和膳食纤维含量及溶解性差异，以确定以粗麸或细麸作为制备的原料；对不同品种小麦麸皮的戊聚糖和膳食纤维含量进行了研究，以确定进行小麦麸皮综合利用时小麦麸皮的原料情况，通过研究最终确定采用白麦小麦粗麸皮为实验原料。
在小麦麸皮戊聚糖和膳食纤维生产方法中，首先采用酶处理和挤压膨化处理相结合的方法对小麦麸皮进行处理以软化小麦麸皮的结构，然后采用饱和Ca(OH)₂溶液进行制备戊聚糖，得到的戊聚糖溶液经过等电点处理或加热处理的方法去除蛋白，然后可通过以下两种方法得到戊聚糖产品：一是提取液通过超滤浓缩或减压浓缩，然后喷雾干燥得到戊聚糖产品，二是提取液经过乙醇沉淀，然后离心，沉淀物通过真空转鼓干燥得到戊聚糖产品。
小麦麸皮经Ca(OH)₂溶液提取分离戊聚糖后的不溶物，经过脱色处理，然后水洗，脱水，干燥，膨化处理，粉碎，得到颜色、纯度、功能性较好的膳食纤维产品。
在整个实验过程中，采用实验室实验和中试相结合的方法，对小麦麸皮戊聚糖和膳食纤维的制备方案进行探索和完善。首先通过实验室试验得到优化的小麦麸皮戊聚糖和膳食纤维的制备方案，然后对该方案进行中试，再根据中试的结果及产品的性能情况进行制备工艺的完善。整个实验过程和结果达到了预期的目标，技术方案合理，可工业化生产，具有很好的可推广性。
针对现有小麦加工中小麦麸皮中的功能性成分戊聚糖和膳食纤维没有得到有效开发利用的不足，本发明提供一种新的小麦麸皮中戊聚糖的提取和膳食纤维的制备方法，得到功能性食品成分戊聚糖和膳食纤维产品，本发明是这样实现的：
本发明制备戊聚糖的生产工艺流程为：
原料预处理→碱提→离心→二次提取→二次离心→合并上清液→酸沉除蛋白→浓缩→干燥→包装→成品；
具体生产工艺如下：
1、原料预处理：采用筛理、酶处理、挤压膨化相结合的方法对小麦麸皮进行前处理，以工业生产的小麦粗麸皮为原料，首先经过打麸机处理，然后通过筛理去除麸皮中粘连的面粉，然后粉碎过40目筛；酶解：粉碎后麸皮按料水比1∶6，以稀盐酸调pH为5，加细胞壁分解酶(木聚糖酶、纤维素酶或戊聚糖酶，40u/100mL)，45℃下酶解1h，离心，然后采用挤压膨化机处理小麦麸皮，一方面进行灭酶，一方面进一步对小麦麸皮进行结构的松散，便于后续的提取和分离。
2、碱提：处理后的小麦麸皮用饱和Ca(OH)₂碱液调pH＝10，在料水比1∶5，50℃下搅拌提取2h，然后在转速为5000r/min条件下离心10min，上清液和沉淀备用。
3、二次提取：沉淀进行二次提取，按料水比1∶3，加入水在50℃下搅拌2h，在转速为5000r/min条件下离心10min。上清液和沉淀备用。
4、酸沉除蛋白：合并两次上清液，用2mol/L的盐酸调pH＝4.5，静置30min，在转速为5000r/min条件下离心10min，取上清液备用，弃沉淀蛋白类物质。
5、浓缩：上清液真空蒸发浓缩至原溶液体积的四分之一。
6、干燥：浓缩后的液体喷雾干燥，得戊聚糖产品。
7、用铝箔纸包装成品，以防止产品吸水结块。
本发明以小麦麸皮制备戊聚糖后的不溶物制备膳食纤维的工艺流程为：
小麦麸皮→碱提→离心→二次提取→二次离心→不溶物→脱色→沉淀洗涤→离心脱水→低温烘干→挤压膨化→粉碎→包装→成品；
具体生产工艺如下：
1、脱色：分离戊聚糖后的小麦麸皮，按料水比1∶3，加双氧水(3％)，50℃不断搅拌下脱色1h，离心，弃上清液，沉淀备用。
2、洗涤：脱色后的不溶物，用1∶2的水反复洗涤2次，然后离心脱水。
3、低温烘干：固体沉淀在低温下烘干。
4、挤压膨化：低温烘干后的产品，进行挤压处理，以松散膳食纤维结构，改善其功能性质。
5、粉碎：挤压膨化后的产品粉碎过80目筛。
6、包装成品。
本发明提供了采用以小麦加工副产物——麸皮同时生产膳食纤维和戊聚糖的方法，在生产制备戊聚糖和膳食纤维的过程中尽可能最大限度地利用原料，实现小麦麸皮的综合利用。本发明的主要生产步骤包括：原料预处理、戊聚糖分离与精制、膳食纤维的制备、戊聚糖及膳食纤维粉体产品的干燥与包装等。本发明提供的工艺线路具有较大的灵活性，其可以同时生产戊聚糖和膳食纤维产品，也可以根据需要只分离戊聚糖或只制备膳食纤维，以适应市场变化的需求。另外，本发明提供的工艺方案还能够适应原料变化的需要，除可以加工粗麸皮外，还可以加工细麸皮、玉米皮、米糠、豆皮等原料。
根据本发明的需要，还进行了一系列的研究，包括戊聚糖和膳食纤维产品的理化性质研究以及在食品中应用研究。通过上述研究，得到以下主要结果和性能指标：
1)在酶、挤压等前处理的基础上，采用饱和Ca(OH)₂溶液提取戊聚糖，得率可达8％，纯度为70％左右；经过纯化后小麦麸皮戊聚糖纯度可达到90％以上；小麦麸皮中膳食纤维的得率为45％，膳食纤维纯度为75％。
2)小麦麸皮戊聚糖具有较好的粘度、吸水特性、氧化形成凝胶以及较好的乳化特性的特性；膳食纤维具有较好的吸水特性；
3)小麦麸皮水溶戊聚糖对面包品质具有很好的改良作用，戊聚糖与戊聚糖酶具有很好的协同增效作用；可作为面包品质改良剂；小麦麸皮戊聚糖对馒头具有很好的改良作用，可作为馒头品质改良剂；
4)小麦麸皮膳食纤维可以添加到面条中，制作高纤维面条，从而提高日常膳食制品中的膳食纤维含量；
本发明提供的以小麦麸皮为原料制备戊聚糖和膳食纤维的方法可以将小麦麸皮充分的开发利用，有效的提高小麦麸皮的经济附加值，提高农民的经济收入，对发展高新技术产业有着重要的现实意义和广阔的应用前景。
具体实施方式：
小麦麸皮首先经打麸机处理，然后通过筛理过80目去除麸皮中粘连的面粉，然后粉碎过40目筛。粉碎后麸皮按料水比1∶6，以稀盐酸调pH为5，加细胞壁分解酶(木聚糖酶、纤维素酶或戊聚糖酶，40u/100mL)，45℃下酶解1h，离心，然后采用挤压膨化机处理小麦麸皮，一方面进行灭酶，一方面进一步对小麦麸皮进行结构的松散，便于后续的提取和分离，膨化后的小麦麸皮再粉碎过40目筛。称取50g粉碎麸皮样品放入加有搅拌装置的反应器中，加入250mL水，120u的纤维素酶，45℃水浴中搅拌1h，然后用饱和Ca(OH)₂溶液调pH＝10，50℃下搅拌2h；取出反应液，在转速为5000r/min下离心10min，倒出上清液，沉淀进行二次提取，加入150mL水，50℃水浴中搅拌2h，在转速为5000r/min下离心10min，上清液和沉淀备用；合并两次上清液，用2mol/L的盐酸调pH4.5，静置30min，转速为5000r/min，离心10min去蛋白，上清液真空蒸发浓缩，喷雾干燥，得戊聚糖。此发明得到的戊聚糖纯度高，工艺条件简单，具有工业生产的可行性，工业生产成本低。
上述分离戊聚糖后的小麦麸皮不溶物，按料水比1∶3，加双氧水(3％)，50℃不断搅拌下脱色1h。离心，弃上清液，沉淀备用；每次用100ml水洗涤上步骤所得沉淀，洗涤两次，在转速为5000r/min，离心10min；弃上清，固体沉淀备用；固体沉淀在低温下烘干得膳食纤维。本发明方法工艺条件简单，可行性大，工业生产成本低。
本发明可以将小麦麸皮充分的开发利用，有效的提高小麦麸皮的经济附加值，对发展高新技术产业有着重要的现实意义和广阔的应用前景。