花生莖水溶性膳食纖維（SDF）的提取工藝研究.doc

花生莖水溶性膳食纖維（SDF）的提取工藝研究 本科畢業(yè)論文 設(shè)計題 目:花生莖水溶性膳食纖維(SDF)的提取工藝研究學 院:醫(yī) 學 院專 業(yè):食品科學與工程姓 名:指導(dǎo)教師:年 6 月5日花生莖水溶性膳食纖維(SDF)的提取工藝 研究摘要 采用單因素和正交實驗探討了酶解法提取花生桿中水溶性膳食纖維(SDF)的提取工藝。木瓜蛋白酶預(yù)處理的花生桿粉的最佳提取工藝條件為:纖維素酶濃度為1.0?/ml,溫度為40,pH值為4.8,水解時間為1小時。采用上述最佳提取工藝制備SDF,得到的樣品的酶解率為13.4%,聚合度為1.0036,SDF的得率為1.25%。中性蛋白酶預(yù)處理的花生桿粉的最佳提取工藝條件為:纖維素酶濃度為0.5?/ml,水解溫度為40,pH值為4.4,水解時間為0.5小時。采用上述的最佳工藝條件制備SDF,得到的樣品的酶解率為14.10%,聚合度為1.1435,SDF的得率為2.23%。論文還研究了SDF的抗氧化活性。實驗結(jié)果表明,兩種蛋白酶預(yù)處理的花生桿粉制備的SDF均具有清除羥自由基、超氧陰離子自由基、DPPH自由基、鐵還原能力和鉬還原能力的抗氧化活性。關(guān)鍵詞 木瓜蛋白酶;中性蛋白酶;纖維素酶;水溶性膳食纖維;抗氧化活性Study on the technology of extracting soluble dietary fibre from peanut powder Abstract Single factor and orthogonal design of enzyme extracted under peanuts in water-soluble dietary fiber SDF of the extraction process. Papain pretreatment of peanut powder under the optimum extraction conditions are as follows: the concentration of 1.0 Cellulase ? / ml, temperature 40 , pH value of 4.8, the hydrolysis time is 1 hour. The best extraction process using the above-mentioned Preparation SDF, the enzyme samples obtained was 13.4% for the degree of polymerization of 1.0036, SDFs a rate of 1.25 percent. Pretreatment neutrase peanut powder under the optimum extraction conditions are as follows: the concentration of 0.5 Cellulase ? / ml, the hydrolysis temperature of 40 , pH value of 4.4, the hydrolysis time of 0.5 hours. The best use of the above-mentioned preparation process conditions SDF, the enzyme samples obtained was 14.10%, polymerization degree to 1.1435, SDFs a rate of 2.23 percent. Paper also examined the antioxidant activity of the SDF. The experimental results show that protease pretreatment of the two peanut powder under the SDF are scavenging, superoxide anion radical, DPPH free radical, iron and molybdenum to restore the ability to restore the ability of antioxidant activityKeywords: papain; neutral protease; Cellulase; water-soluble dietary fiber; antioxidant activity目 錄1引言11.1膳食纖維的研究意義1.2膳食纖維的生理功能 1.2.1控制體重 1.2.2防治便秘、調(diào)節(jié)腸道 1.2.3防治結(jié)腸癌 1.2.4防治糖尿病、高血壓、心臟病和動脈硬化 1.2.5調(diào)節(jié)血脂, 促進新陳代謝 1.2.6清除外源有害物質(zhì) 1.2.7其他生理功能1.3國內(nèi)外膳食纖維的研究進展 1.3.1國外的研究情況 1.3.2國內(nèi)的研究情況 1.3.2.1膳食纖維制備原料的研究 1.3.2.2膳食纖維制備方法的研究 1.3.2.3膳食纖維改性的研究 1.3.2.4膳食纖維在食品加工中的應(yīng)用研究 1.3.2.5膳食纖維生理功能的研究1.4水溶性膳食纖維的來源1.5水溶性膳食纖維的提取方法 1.5.1粗分離法 1.5.2化學分離法 1.5.3酶試劑法 1.5.4化學試劑和酶試劑結(jié)合法 1.5.5膜分離法1.6膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用 1.6.1在主食食品中的應(yīng)用 1.6.2在焙烤食品中的應(yīng)用 1.6.3在飲料、冰淇淋中的應(yīng)用 1.6.4在其他食品中的應(yīng)用1.7膳食纖維的開發(fā)前景 1.7.1膳食纖維資源的開發(fā) 1.7.1.1對現(xiàn)有資源的進一步利用 1.7.1.2對未發(fā)掘資源的調(diào)查和開發(fā) 1.7.2膳食纖維提取方法的研究 1.7.3膳食纖維生理功能的研究 1.7.4膳食纖維工業(yè)化生產(chǎn)的研究 1.7.5膳食纖維用途進一步拓寬的研究2實驗部分2.1試劑、儀器 2.1.1試劑 2.1.2儀器2.2實驗方法 2.2.1原料處理 2.2.2花生莖粉預(yù)處理 2.2.3纖維素酶處理 2.2.3.1單因素實驗2.2.3.1.1加酶量對SDF提取的響2.2.3.1.2酶解溫度對SDF提取的影響2.2.3.1.3酶液pH對SDF提取的影響2.2.3.1.4酶解時間對SDF提取的影響 2.2.3.2正交實驗 2.2.3.3評價指標 2.2.3.4SDF中非淀粉多糖含量測定2.2.3.4.1苯酚-硫酸比色法測定己糖2.2.3.4.2地衣酚法測定戊糖2.2.3.4.3硫酸-咔唑法測定糖醛酸 2.2.3.5 SDF抗氧化活性2.2.3.5.1?OH 自由基的生成及清除率的測定2.2.3.5.2O2-自由基的生成及清除率的測定2.2.3.5.3DPPH清除率的測定2.2.3.5.4鐵還原力測定2.2.3.5.5鉬還原力測定3實驗結(jié)果與分析3.1花生莖預(yù)處理3.2單因素實驗 3.2.1加酶量對SDF提取的影響 3.2.2酶解溫度對SDF提取的影響 3.2.3酶液pH對SDF提取的影響 3.2.4酶解時間對SDF提取的影響3.3正交實驗3.4抗氧化活性研究4論文結(jié)論致謝參考文獻 1引言 膳食纖維是指食物中不能被人體內(nèi)源酶消化吸收的可食用植物細胞多糖類碳水化合物與木質(zhì)素以及植物體內(nèi)含量較少的成分如糖蛋白、角質(zhì)、蠟等。它包括3 個部分:纖維狀碳水化合物?纖維素; 基料碳水化合物?果膠、果膠類化合物和半纖維素等; 填充類化合物?木質(zhì)素。一般來說,膳食纖維可按溶解性分為水溶性膳食纖維(SDF)和不溶性膳食纖維(IDF)兩大類;根據(jù)在大腸內(nèi)的發(fā)酵程度分為部分發(fā)酵類纖維和完全發(fā)酵類纖維;根據(jù)來源的不同可分為植物性來源、動物性來源、微生物性來源、海藻多糖類和合成類膳食纖維;根據(jù)膳食纖維定義委員會的報告分為非淀粉多糖和抗消化的低聚糖類;根據(jù)品質(zhì)又可分為普通膳食纖維和高品質(zhì)膳食纖維。1.1膳食纖維的研究意義 近年來,隨著人們生活水平的提高,膳食結(jié)構(gòu)的變化,由于營養(yǎng)過?；虿黄胶馑斐傻某?、肥胖、糖尿病、動脈粥樣硬化、冠心病等所謂的“文明病”的發(fā)病率逐年增高。其主要原因之一是缺少膳食纖維,另則膳食纖維是腸細菌繁殖的餌食和增殖益生菌,如歧桿菌能抑制腐敗菌的孳生,抵御病原菌的侵害。從古人飲食的均衡觀:“五谷為養(yǎng),五果為助,五畜為益,五菜為充”中,植物性占主要部分“畜”即葷食的作用僅在于“益”,古訓(xùn)“肉雖多,不使勝食氣”。這個膳食結(jié)構(gòu)模式使我們避免或減少了上述“文明病”困擾。據(jù)不完全統(tǒng)計,我國每天約有15000余人死于營養(yǎng)過?；虿黄胶馑鶎?dǎo)致的慢性病,占全部死亡人口的70%以上。在西方,多年來這些疾病要耗去巨額的醫(yī)療費用。廣泛的調(diào)查研究表明,人們食物中的膳食纖維若不足,則可以導(dǎo)致肥胖、糖尿病、動脈粥樣硬化、冠心病等眾多疾病。因此,膳食纖維在食品營養(yǎng)上和臨床醫(yī)學上的重要作用已受到人們的普遍關(guān)注,膳食纖維已成為人類第七大營養(yǎng)素,從而對膳食纖維的研究就非常的有意義。1.2膳食纖維的生理功能 在過去很長一段時間里, 營養(yǎng)學家并不重視膳食纖維的作用。過去的觀念認為, 人體從食物中獲取的纖維素, 既不能被人體消化, 又不能被人體吸收, 對人體沒有什么營養(yǎng)價值, 很多人甚至將食物中的膳食纖維視為無用之物, 認為它可有可無。從膳食纖維的化學成分分析,根據(jù)其糖的含量,它好像沒有任何生理學作用。然而,膳食纖維對人體健康有著很重要的生理效應(yīng),這已經(jīng)被國內(nèi)外大量研究與流行病調(diào)查結(jié)果所證實。膳食纖維是一些疾病的防護因子,對于依賴胰島素的糖尿病患者有良好的治療效果,可以減少葡萄糖的吸收,減緩淀粉的水解,對血清膽固醇、高血脂、冠心病、高血壓等均有良好的預(yù)防作用?？傊?膳食纖維具有許多生理功能。1.2.1控制體重 膳食纖維以在大腸內(nèi)發(fā)酵的方式代謝,提供的能量低于普通碳水化合物,它具有較強的吸水功能和膨脹功能,膳食纖維可吸收相當于自身質(zhì)量數(shù)倍甚至數(shù)十倍的水,在腸胃中吸水膨脹并形成高黏度的溶膠或凝膠,使人產(chǎn)生飽腹感并抑制進食,降低人體對淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪的吸收、減少食物的消化率,減慢了胃排空時間,這對肥胖人群有較好的調(diào)節(jié)減肥功能。同時, 膳食纖維可增加大便水分和體積,刺激腸道蠕動,加速排便頻率,使糞便中的有害物質(zhì), 特別是致癌物質(zhì)及時排出體外,大大減少腸道癌和痔瘡等的發(fā)病率。1.2.2防治便秘、調(diào)節(jié)腸道 長期便秘對人體危害很大,大量毒性物質(zhì)在人體內(nèi)積聚,如果超出肝臟的解毒能力,就會引起直腸脫垂、乙狀結(jié)腸扭轉(zhuǎn)、腸梗阻、尿潴留等并發(fā)癥,產(chǎn)生口苦、口臭、惡心、腹痛、腹脹等不適感。膳食纖維能在腸道內(nèi)促進腸壁的有效蠕動,使腸的內(nèi)容物迅速通過腸道并排出體外,減少了食物在腸道中的停留時間。同時,膳食纖維在大腸內(nèi)經(jīng)過細菌發(fā)酵,可以直接增加纖維中所含的水分,大便變軟變稀,從而起到了通便作用。 膳食纖維可被大腸有益細菌部分發(fā)酵或全部發(fā)酵,產(chǎn)生大量短鏈脂肪酸,如乙酸和乳酸等?？烧{(diào)節(jié)腸道pH 值,改善有益細菌的繁殖環(huán)境,使得雙歧桿菌等有益菌群能迅速擴大。這對抑制腐生菌生長,防止腸道黏膜萎縮和支持腸黏膜屏障功能,維持維生素供應(yīng),保護肝臟等都是十分重要的。1.2.3防治結(jié)腸癌 結(jié)腸中的一些腐生菌能產(chǎn)生致癌物質(zhì),而腸道中的一些有益微生物能夠利用膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸,這類脂肪酸特別是乙酸能抑制腐生菌的生長。膽汁中的膽酸和鵝膽酸可以被細菌代謝為次生膽汁酸?石膽酸和脫氧膽酸,兩者都是致癌劑的突變劑。膳食纖維能束縛膽酸和次生膽汁酸,將其排出體外,因此可以大大降低結(jié)腸中次生膽汁酸的含量。膳食纖維能促進腸道的蠕動,增加糞便的體積,縮短排空時間,從而減少致癌物與結(jié)腸的接觸機會。膳食纖維還能為腸道的有益微生物分解產(chǎn)生丁酸,而丁酸能抑制腫瘤細胞的生長增殖,誘導(dǎo)腫瘤細胞向正常細胞轉(zhuǎn)化,并控制致癌基因的表達。1.2.4防治糖尿病、高血壓、心臟病和動脈硬化 在脂質(zhì)代謝過程中,膳食纖維可以通過某種作用,抑制或延緩膽固醇與甘油三酯在淋巴中的吸收,從而維持體內(nèi)血脂和脂蛋白代謝的正常進行。能降低血清和肝中的膽固醇,從而防治高血壓、心臟病和動脈硬化。能延緩糖分的吸收,抑制血糖生成和血胰島素的上升,而且能改善末梢神經(jīng)組織對胰島素的要求量,使胰島素的分泌下降,從而達到調(diào)節(jié)糖尿病患者的血糖水平的目的。膳食纖維對陽離子有強結(jié)合力,膳食纖維可與銅、鉛等重金屬離子進行交換, 緩解重金屬中毒。更重要的是它能與腸道中的K+、Na+ 進行交換,促使尿液和糞便中大量排出鈉、鉀,從而降低血液中的Na+ 與K+,產(chǎn)生降低血壓的作用。如藻酸具有離子交換能力,能吸收鈉離子并隨糞便排出體外,從而起到降低血壓的作用。1.2.5調(diào)節(jié)血脂, 促進新陳代謝 膳食纖維可以控制脂肪酶的活性,導(dǎo)致食物脂肪消化受阻,使大量未消化的脂肪排泄。低聚果糖是一種水溶性膳食纖維,可以起到降低血清、膽固醇和血脂的作用。其機理是低聚果糖通過腸道內(nèi)細菌發(fā)酵,產(chǎn)生丙酸,阻礙膽固醇的合成,促使膽固醇向膽汁酸轉(zhuǎn)換,增加膽汁酸排出量,因而能降低血脂。所以,低聚果糖對于因血脂高而引起的一系列疾病,如高血壓和心血管疾病有很好的改善作用。服用低聚果糖還能幫助人體對礦物質(zhì)如鈣、鐵、鎂等元素的吸收,并且促進體內(nèi)毒素的排除。其機理是低聚果糖在大腸內(nèi)被細菌發(fā)酵而產(chǎn)生乳酸,乳酸可以溶解腸道內(nèi)的鈣、鐵、鎂等礦物質(zhì),促進人體對礦物質(zhì)的吸收,還可以降低- 葡萄糖普酶的活性,有利于腸內(nèi)吲哚、亞硝基胺等致癌有毒廢物的排除。同時,雙歧桿菌在腸道內(nèi)能自然合成維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、煙酸和葉酸,還能將乳糖部分轉(zhuǎn)化為乳酸,解決了人們對乳糖的耐受性問題。1.2.6清除外源有害物質(zhì) 膳食纖維對礦物質(zhì)的束縛吸附作用的研究一直是食品工作者所關(guān)注的研究領(lǐng)域之一。近來,大量的研究表明,膳食纖維使靠自身的某些基因與礦物質(zhì)相互作用的。一些環(huán)境污染物質(zhì)攝入人體后,膳食纖維能將其清除,目前已經(jīng)報道的有NO負二價和鎘。最近采用離體試驗發(fā)現(xiàn),膳食纖維對汞、鎘、鉛和高濃度的銅、鋅都具有清除能力,可以使它們的濃度由中毒水平到達安全水平。最新的科學研究表明,女性容顏衰老的一個重要原因使由腸原性毒素進入了血液引起的,這些腸原性毒素多數(shù)是由于大腸桿菌分解食物中的某些成分造成,被稱為美容大敵。膳食纖維具有超強吸附毒素和水分的功能,幫助人體每天正常代謝雜質(zhì)和廢物,保持腸胃干凈清新,從而可以改善上火、口臭、面部暗瘡、青春痘、皮膚粗糙、色素沉淀等“面子問題”?？深A(yù)見,膳食纖維將成為時尚女性的首選產(chǎn)品。1.2.7其他生理功能 隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人們生活水平的提高,食物消費變得越來越精細和柔軟, 從而造成口腔肌肉運動不夠和牙齒應(yīng)有的咀嚼功能得不到鍛煉。增加膳食纖維的攝入,自然可以加強口腔肌肉運動和牙齒咀嚼的功能,從而有利于使口腔得到保健,功能得以改善。近年來,隨著研究工作的深入和臨床醫(yī)學的調(diào)查發(fā)現(xiàn),膳食纖維的缺乏還與闌尾炎、膀胱結(jié)石等疾病的發(fā)病率和發(fā)病程度有很大關(guān)系。除上述功能外,膳食纖維由于能減少體內(nèi)某些激素,因而能防治乳腺癌、子宮癌和前列腺癌。據(jù)推測,某些膳食纖維具有抗氧化能力,能延緩人體衰老。1.3國內(nèi)外膳食纖維的研究進展1.3.1國外的研究情況 國外對于膳食纖維的研究工作開展得比較早,而且比較全面。近幾年來,其研究的主要方向集中在兩個方面:一方面是繼續(xù)研究由不同原料制備膳食纖維工藝的改進;另一方面更多的使探討膳食纖維對人體生理的作用機理。發(fā)達國家已經(jīng)有開發(fā)研制膳食纖維的專門機構(gòu),如美國的膳食纖維協(xié)會、National Oats Co.、JamesRiver Corp. 等均可以制造并銷售膳食纖維產(chǎn)品。在美國60億美元的方便谷物食品中,20%是高纖維產(chǎn)品,并且仍有上升趨勢。膳食纖維被廣泛用于各種食品中,強化膳食纖維的功能食品在日本及歐美等發(fā)達國家盛行。在日本,利用可溶性膳食纖維制成的飲料(包括碳酸飲料、乳酸飲料、果汁飲料等)是20世紀80年代后期開發(fā)生產(chǎn)的功能性食品之一。僅以日本的34個生產(chǎn)膳食纖維的廠家所用的原料而言,就有米糠、麥麩、甜菜渣、玉米、大豆、果皮、魔芋、甲殼素等十幾種。美國著名的安利公司推出了膳食纖維保健食品?紐崔萊蔬菜纖維素嚼片,已經(jīng)通過了FDA認證,并獲得中國衛(wèi)生部頒發(fā)的保健食品批準證書,獲準在中國銷售。1.3.2國內(nèi)的研究情況 中國人的傳統(tǒng)膳食以植物性食品為主. 1983 年中國預(yù)防病科學院、中國醫(yī)學科學院、美國康乃耳大學、英國牛津大學營養(yǎng)學家合作研究了中國農(nóng)村65個縣、1 130 個村莊,6 500 人的膳食和健康,結(jié)果喜人. 1994 年5 月美國“長壽”雜志報道了成果,標題為“延年益壽的膳食”. 中國人的膳食纖維攝入量為每日33. 3 g ,恰為美國人11. 1 g 的3 倍,血液膽固醇88165 mg/ 100 ml ,美國人為155276 mg/ 100 ml ,中國人的最高值與美國人的最低值相仿. 中國人的健康情況良好,患肥胖病、心臟病、癌癥、糖尿病都少. 此研究結(jié)果表明了膳食纖維具有的保健功能。 目前,國民經(jīng)濟的快速發(fā)展,使人們的生活水平得到顯著提高,人們已不再滿足吃飽,而是要求吃出營養(yǎng),吃出健康,美容健康已成為衡量社會生活質(zhì)量的一個標準. 國內(nèi)眾多科研機構(gòu)及廠家已開始對膳食纖維進行醫(yī)學和食品方面的廣泛研究。我國對膳食纖維的制備技術(shù)的研究、應(yīng)用技術(shù)的研究和生產(chǎn)都還處于起步階段。在膳食纖維的制備和應(yīng)用方面主要進行了以下幾個方面的研究工作。1.3.2.1膳食纖維制備原料的研究 在我國,有著豐富的纖維素原料,可以用于制備膳食纖維的原料很多。目前用于制備膳食纖維的原料有小麥麩皮、玉米皮、玉米芯、柿子皮、大豆、米糠、土豆、豆腐渣、蔗渣、梨渣、椰子渣、添彩粕、花生殼、胡蘿卜、油菜、芹菜、竹筍、苜蓿、香菇、馬尾藻、車前草等。1.3.2.2膳食纖維制備方法的研究 大多使采用化學分離法或化學試劑和酶結(jié)合的方法來制備膳食纖維。1.3.2.3膳食纖維改性的研究 不可溶性膳食纖維可以采用一些物理化學方法進行處理改性,以提高可溶性膳食纖維的含量?；瘜W處理法使使用化學試劑,控制適當?shù)膒H、溫度等參數(shù),使纖維類大分子糖苷鍵斷裂,聚合度下降,不可溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化為可溶性多糖?；瘜W處理法的轉(zhuǎn)化率低,要求條件苛刻,而且會引入大量的殘留物。所以,目前采用最多的使機械擠壓的方法,即使物料在擠壓筒內(nèi)受到強烈的剪切作用后,部分纖維素大分子轉(zhuǎn)化成可溶性分子。1.3.2.4膳食纖維在食品加工中的應(yīng)用研究 據(jù)報道,膳食纖維主要應(yīng)用于果汁、面包、面條、面粉、麥片等飲料和食品中。 在膳食纖維的生產(chǎn)方面,國內(nèi)眾多科研機構(gòu)和生產(chǎn)廠家推出多項膳食纖維加工技術(shù)和產(chǎn)品。例如,山西博奧科技有限公司與山西醫(yī)科大學、山西省農(nóng)業(yè)科學研究院、山西農(nóng)業(yè)大學等研制開發(fā)的高復(fù)合纖維食品;杭州商學院研制的高纖維營養(yǎng)保健食品?麥寶;河南科龍保健食品廠以谷物為原料開發(fā)的純天然保健食品?膳食纖維粉。另外,國內(nèi)一些著名食品生產(chǎn)廠家,如匯源、雀巢、喜之郎等,已經(jīng)在其食品中添加了膳食纖維。1.3.2.5膳食纖維生理功能的研究 主要開展了膳食纖維對治療糖尿病、腸道疾病等方面的研究工作,探討了膳食纖維與血糖、脂肪代謝和其他營養(yǎng)素的關(guān)系。 縱觀我國在膳食纖維方面的研究,可以發(fā)現(xiàn),開發(fā)膳食纖維的關(guān)鍵使開拓資源和改進提取的方法,這也是現(xiàn)階段我國面臨的資源可持續(xù)利用的問題。目前的大多數(shù)研究工作仍停留在實驗室拿出的小樣階段,而且現(xiàn)有的研究中還存在很多問題,需要更進一步研究和解決。1.4水溶性膳食纖維的來源 SDF主要指植物細胞內(nèi)的儲存物質(zhì)和分泌物,還包括部分微生物多糖和合成類多糖,如果膠、瓜爾豆膠、海藻酸鹽、葡聚糖和真菌多糖。水果中以蘋果、梨、菠蘿等的食物纖維含量較高,如菠蘿,在南方廣泛種植,常用于生產(chǎn)濃縮果汁等。菠蘿渣是生產(chǎn)濃縮菠蘿汁后的廢棄物,其中含有大量的SDF,將殘渣通過預(yù)處理破碎至0.30.4?大小,并漂洗以除去色素和糖分,加酸水解,過濾,取濾液,濃縮后加酒精沉析,洗滌,真空干燥,就制得水溶性膳食纖維。 植物中也同樣存在SDF如,車前草內(nèi)同樣含有可溶性膳食纖維,將車前草洗凈、干燥、粉碎后過60目篩,加適量不同pH值的緩沖液,置超聲儀上提取,抽濾,將濾液調(diào)pH值加淀粉酶、蛋白酶,在60 下各酶解1h,抽濾,濾液于透析袋中流水透析12 h,再將袋中液體倒出加入4倍體積的無水乙醇醇沉1 h,離心,將固型物用丙酮洗滌,于60 真空恒溫干燥箱中烘干即得可溶性膳食纖維粗品。1.5水溶性膳食纖維的提取方法 膳食纖維依據(jù)原料及產(chǎn)品特性要求的不同,其加工方法也有很大的不同,必須包括如下幾道加工工序:原料粉碎、浸泡沖洗、漂白脫色、脫水干燥和成品粉碎、過篩等。水溶性膳食纖維的分離提取方法大致分為五類,即粗分離法、化學分離法、酶試劑法、化學試劑和酶試劑結(jié)合法及膜分離法。1.5.1粗分離法 這種方法主要是利用液體懸浮法和氣流分級法,將原料中各成分的相對含量改變,減少如植酸、淀粉等的含量,從而提高SDF的含量。1.5.2化學分離法 這種方法采用的較普遍,多數(shù)是利用酸堿處理控制適當?shù)膒H、溫度和反應(yīng)時間,使糖苷鍵斷裂產(chǎn)生新的還原性末端,使纖維類大分子的聚合度下降,部分轉(zhuǎn)化成非消化性的可溶性膳食纖維,如加入氫氧化鈉或碳酸鈉、氫氧化鈣之后過濾,所得的濾液用酸調(diào)成pH為4.04.5,并經(jīng)過離心處理,其沉淀物為蛋白質(zhì),再將清液用堿回調(diào)pH為6.07.0并用四倍乙醇沉淀,所得物即為水溶性膳食纖維。1.5.3酶試劑法 酶試劑法主要是利用多種生物酶制劑處理原料,從而獲得膳食纖維。生物酶制劑多用淀粉酶、蛋白酶、糖化酶和纖維素酶,其工藝流程由于所用生物酶制劑的不同而各不相同。1.5.4化學試劑和酶試劑結(jié)合法 采用兩種方法結(jié)合處理原料也可以獲得SDF具體方法是,先用化學試劑,如利用磷酸緩沖液處理原料,再加入?淀粉酶并在合適的pH條件下加入蛋白酶、糖化酶、纖維素酶等,加入一定的有機溶劑后,用清水漂洗過濾,濃縮再加入四倍無水乙醇,所得的沉淀物為粗SDF。1.5.5膜分離法 利用高科技的膜分離技術(shù),將相對分子質(zhì)量大小不同的膳食纖維分離提取。由于該方法能通過改變薄膜的分子截留量制備不同相對分子質(zhì)量的膳食纖維,并能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),所以是最具發(fā)展前途的方法。1.6膳食纖維在食品工業(yè)中的應(yīng)用 從植物內(nèi)提取的DF添加到食品中,可以影響食品的性能和質(zhì)量。因為DF添加劑具有溶解性、黏滯性、成膠性、WHC、OHC、SWC和WBC等許多特性。它們賦予食品所需的流變學特性,從而使食品具有合適的物質(zhì)結(jié)構(gòu)。膳食纖維是由纖維素、果膠類物質(zhì)、半纖維素和糖蛋白等物質(zhì)組成,由于其自身的一些特性,在加工工藝方面也有教明顯的作用,可以改善食品的風味質(zhì)構(gòu)和營養(yǎng),制成強化膳食纖維的功能性食品,如添加到面包、餅干、面條、糕點、早點食品、小食品和糖果等食品中。1.6.1在主食食品中的應(yīng)用 主食主要包括面條、饅頭、面包和米飯等。面條中一般添加5%的膳食纖維,但種類不同,添加后的效果也有所不同。有些種類的膳食纖維添加后對生面條強度有影響,但煮熟后強度反而增強,韌性良好,耐煮耐泡;有的膳食纖維添加后顏色較深,關(guān)鍵是不同種類的膳食纖維有著不同的加工特性和添加量,如果選擇膳食纖維含果膠或葡甘聚糖較多的膳食纖維添加到面粉中,因添加含果膠或葡甘聚糖較多,不僅不斷條、不混湯,還提高了面條的滑爽和筋力。另外也可以根據(jù)不同的膳食纖維改變面條的風味。膳食纖維還可以添加到面粉中制作大眾化食品饅頭,一般情況下,添加量為面粉的6%較適宜。膳食纖維的加入強化了面團筋力,出籠后的饅頭無論顏色、口味都如同純小麥粉制成的饅頭,并且具有特殊的香味,口感良好。面包使一種大眾化的食品,同時面包也是最常用、最方便強化膳食纖維的一種食品。在國外,大部分的主食面包或點心面包都不同程度的添加膳食纖維,但由于面包的配料系統(tǒng)十分復(fù)雜,面粉不能簡單的用膳食纖維來代替,在很多情況下,必須同時添加些活性面筋粉來保持終產(chǎn)品的體積。同時不同種類的膳食纖維的添加還可增加和改善面包的色澤。1.6.2在焙烤食品中的應(yīng)用 DF在焙烤食品中的應(yīng)用比較廣泛。DF可用于生產(chǎn)餅干、蛋糕、桃酥、餡餅、羅漢餅等焙烤食品。餅干在配置中的糖、油用量較多,水分含量相對低,更需要添加DF。焙烤餅干對面粉筋力質(zhì)量要求很低,也便于較大比例地添加DF,故可用于制作以膳食纖維為主的多種保健餅干。糕點在制作中含有大量水分,焙烤時會發(fā)生凝固而影響產(chǎn)品質(zhì)量。因DF具較高WHC,添加DF后,可以吸附大量水分,利于產(chǎn)品形成合理的質(zhì)構(gòu)。DF的用量一般為面粉含量的5%10%,如果其用量超過10%,將使面團醒發(fā)速度減慢。 將DF與焦糖色素、動植物油脂、山梨酸、水溶性維生素、微量元素等營養(yǎng)成分以及木糖醇、甜菊苷等甜味劑混合后,加熱制成DF餡料,可用于牛肉餡餅、點心餡、漢堡包等面食制品,效果較好。此外,也可在普通湯料中加入1%的DF后一同食用,同樣能達到補充DF的目的。1.6.3在飲料、冰淇淋中的應(yīng)用 DF飲料于10年前就已盛行歐洲,并于1988年風靡美國。果膠、卡拉膠和阿拉伯膠可以用作果凍、布丁的成膠劑?？ɡz和瓜爾豆膠的混合物可作為冰淇淋的穩(wěn)定劑。瓜爾豆膠、卡拉膠和阿拉伯膠可以加在調(diào)味品(如醬油)中用作增稠劑和穩(wěn)定劑,能提高產(chǎn)品的稠度,防止組分的分離,改進附著力和調(diào)整口味;也可以用于調(diào)制西餐的色拉等。1.6.4在其他食品中的應(yīng)用 用DF部分代替食品中的油脂油很多年的歷史,在一些食品中已經(jīng)用植物膠來提供奶油狀、滑膩的口感特性。這類模擬脂肪的主要特性是由于它們的持水性較高,在水中能形成凝膠,并能增加水相的勃度。DF體積大能量低,可以作為低能量填充劑用來替代食品中的淀粉和脂肪等能源物質(zhì)。在微波爐烹煮的食品中,水分含量不均常常是一個問題。DF具有較強的WHC和WBC,添加于食品中可以減慢水分流失的速度,使水分在食品中的分布更為均勻,使烹煮出來的食物不出現(xiàn)干硬酥爛不均的情況。1.7膳食纖維的開發(fā)前景1.7.1膳食纖維資源的開發(fā) 膳食纖維資源的開發(fā),使膳食纖維得以進一步發(fā)展的保證和基礎(chǔ)。這可以從兩個方面著手進行研究。1.7.1.1對現(xiàn)有資源的進一步利用。 從目前開發(fā)的情況看,已有的膳食纖維資源有玉米、米糠、麥麩、燕麥、甜菜渣、竹筍、大豆、魔芋、果皮、各類水果渣、甲殼素等。其中,有些仍舊作為廢棄物沒有被利用,究其原因使由于有些資源的數(shù)量較少,不利于規(guī)模化生產(chǎn),有些資源沒有配套的生產(chǎn)設(shè)備,從而導(dǎo)致膳食纖維現(xiàn)有資源的流失。1.7.1.2對未發(fā)掘資源的調(diào)查和開發(fā)。 應(yīng)該對可食用的植物資源進行廣泛的調(diào)查, 特別是對富含纖維的可食用植物資源進行量化分析,以確定膳食纖維的含量,進一步擴大膳食纖維的資源。同時,研究可行的提取方法和改性方法,使提取出的可溶性膳食纖維的含量明顯增加。1.7.2膳食纖維提取方法的研究 從目前的研究情況看,制約膳食纖維資源開發(fā)的關(guān)鍵使制備方法。據(jù)研究資料介紹,現(xiàn)有的提取方法中,有的提取的膳食纖維量較少,有的費用較高。膳食纖維依據(jù)原料及纖維產(chǎn)品特性的不同加工方法有很大的不同。試驗表明,反復(fù)的用水浸泡沖洗和頻繁的熱處理會明顯減少膳食纖維最終產(chǎn)品的持水力與膨脹力,這樣不僅會惡化其工藝特性,而且會影響其生理功能的發(fā)揮。如較常用的“化學分離發(fā)”就存在這樣的弊端。利用生物制劑“酶法”和“膜分離法”提取效果較好,尤其是減少了反復(fù)的損耗,提取的膳食纖維含量相對較高。研究利用生物制劑或高新技術(shù)提取膳食纖維使今后提取方法的發(fā)展方向。1.7.3膳食纖維生理功能的研究 國內(nèi)外對膳食纖維生理功能的研究已有不少的報道。由非淀粉多糖組成的膳食纖維經(jīng)過食道到達小腸后,由于它不被人體消化酶分解吸收而直接進入大腸,為大腸內(nèi)的有益菌提供了大量的營養(yǎng)物,并且產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸的這一發(fā)酵過程,對人體的生理功能有較大好處,目前在這方面的研究也較為透徹。下面幾個方面的問題仍需做進一步研究:膳食纖維的抗氧化作用和清除自由基的活性作用是否能進入血液循環(huán),從而對人體生理過程產(chǎn)生影響;膳食纖維的解毒機理能力;膳食纖維中的單糖和醛酸與由它們構(gòu)成的膳食纖維生理功能之間確定的關(guān)系;膳食纖維其他一些理化特性與人體的關(guān)系,它包括膳食纖維的解毒機理及能力、植物食品中其他許多化合物與非淀粉多糖的相互作用等。1.7.4膳食纖維工業(yè)化生產(chǎn)的研究 目前,膳食纖維的制備多數(shù)還停留在實驗室規(guī)模,特別是用于提取膳食纖維的設(shè)備規(guī)模較小,僅限于在實驗室或小型、中試型使用,尤其是對人體有特殊生理功能的水溶性膳食纖維的提取,應(yīng)該研究可行的大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備以及提取方法。1.7.5膳食纖維用途進一步拓寬的研究 膳食纖維不僅可以作為食品的添加原料,制作成各種主食品、副食品、風味食品以及功能食品,膳食纖維還可以用來研制成各類可食性包裝紙。這種可食用紙在食品包裝方面用途很廣,如可以作為速食面的佐料紙、微波食品包裝紙、糕點的襯紙、包烤白薯等食品的紙、烤肉的墊紙等。這種紙很容易用水將其溶化,也可以直接當做食品,它可以大大減少白色污染,減少木材和紙張的用量。還可以用壓制的方法,加工成較有韌性的可食用紙或板狀紙用來包裝食品;可以用高壓壓制的方法制成半透明的溶解膜作為藥品的膠囊;利用膳食纖維特有的調(diào)節(jié)水分功能,制成水果、插花的保鮮薄膜;利用膳食纖維吸收水分的性能,制成特殊的墻紙,調(diào)節(jié)室內(nèi)的濕度;利用膳食纖維的吸水性和蓄水性,研制成無土栽培的培養(yǎng)基等。膳食纖維的確有許多可開發(fā)的用途值得我們進一步研究。2 實驗部分2.1試劑、儀器2.1.1試劑 丙酮、95%乙醇、無水乙醇、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、-淀粉酶(活性3700活力單位/克)、木瓜蛋白酶(活性3500u/?)、中性蛋白酶(活性130000u/g)、硫酸銨、纖維素酶(CMCa100萬u/g)、乙酸、乙酸鈉、5%苯酚、濃硫酸、4%硫酸溶液、水楊酸-乙醇(9mmol/L)、硫酸亞鐵9mmol/L、雙氧水(9mmol/L)、過硫酸銨(0.1%)、鹽酸羥胺0.1%、對氨基苯磺酸0.33%-萘胺1%、TEMED0.1%、Tris-HCL緩沖液pH8.2、DPPH溶液0.2mmol/L、磷酸鹽緩沖液0.1mol/L、pH6.6、鐵氰化鉀1%、三氯乙酸10%、三氯化鐵0.1%、磷鉬藍試劑(磷酸鈉、鉬酸銨)、0.1%咔唑試液、地衣酚試劑、濃鹽酸2.1.2儀器 SH2-3循環(huán)水多用真空泵上海滬西分析儀器廠、B2F 50型 VACUUM OVEN 真空干燥箱、WD-9412A型 恒溫循環(huán)器(北京市六一儀器廠)、RE52CS-1 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器上海亞榮生化儀器廠、恒溫水浴鍋 B-260(上海亞榮生化儀器廠)、DK-S16型 電熱恒溫水浴鍋(上海森信實驗儀器有限公司)、DA-600 電子天平(d0.01g、最大稱量 600g/0.01g)2.2實驗方法2.2.1原料處理將花生莖經(jīng)清洗、干燥、粉碎、過50目篩,得到原料2.2.2花生莖粉預(yù)處理 木瓜蛋白酶和-淀粉酶預(yù)處理的樣品: 取花生莖粉100g加丙酮200ml,在40恒溫水浴中加熱50min,抽濾,棄濾液,濾渣加95%乙醇200ml,在50恒溫水浴中加熱30min,抽濾,棄濾液,濾渣加入1.2%木瓜蛋白酶和0.4%-淀粉酶液500ml(酶液配制方法:用pH6.5,0.1mol/L磷酸鹽緩沖液溶解木瓜蛋白酶和-淀粉酶,濾紙過濾,取濾液作為酶液用于實驗。pH6.5,0.1mol/L磷酸鹽緩沖液配制方法:先配制0.1mol/L的磷酸鹽溶液,NaH2PO4?2H2O,15.601g/L; NaH2PO4,11.998g/L, Na2HPO4?12H2O,35.814g/L, Na2HPO4,14.198g/L,取Na2HPO4溶液31.5ml和NaH2PO4溶液68.5ml混合均勻即得到100ml,pH6.5的0.1mol/L的磷酸鹽緩沖液),50恒溫水浴處理2h,抽濾,保留濾液1,濾渣再用1000ml蒸餾水清洗后,在60下真空干燥備用。濾液1與洗滌用蒸餾水合并,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮到200ml左右,此溶液定義為濃縮液。在濃縮液中加入4倍無水乙醇,靜置過夜,濾紙過濾,濾液再加4倍無水乙醇,濾紙過濾,收集兩次沉淀溶于100ml沸水中,再加4倍無水乙醇,濾紙過濾,沉淀經(jīng)冷凍干燥得到木瓜蛋白酶和-淀粉酶處理的SDF。濾渣在60恒溫干燥箱中干燥,再經(jīng)粉碎得到樣品1,備用。上述處理平行做三次。 中性蛋白酶和-淀粉酶預(yù)處理的樣品: 按照木瓜蛋白酶和-淀粉酶預(yù)處理的樣品的操作步驟,將木瓜蛋白酶換成中性蛋白酶,其他操作步驟不變,得到樣品2,備用,同樣操作平行做三次。2.2.3纖維素酶處理2.2.3.1單因素實驗2.2.3.1.1加酶量對SDF提取的影響 1g(m1)經(jīng)預(yù)處理的花生莖粉加入0.05,0.1,0.5,1.0,1.5,2.0mg/ml的纖維素酶液(pH值4.8)12ml,50恒溫水浴6h,抽濾,保留濾液1,濾渣中加入1g(m1)的花生莖粉,在pH值4.8的12ml溶液中恒溫水浴6h,抽濾,保留濾液2,濾渣中加入0.5g(1/2m1)的花生莖粉,再加入0.025,0.05,0.25,0.5,0.75,1.0mg/ml纖維素酶液(pH值4.8)12ml,50恒溫水浴6h,抽濾,保留濾液3,合并3份濾液,濾渣在60下真空干燥稱重(m2)。2.2.3.1.2酶解溫度對SDF提取的影響 改變酶解溫度35,40,45,50,55,60,加酶量1.0mg/ml,其他條件不變提取SDF。2.2.3.1.3酶液pH對SDF提取的影響 改變酶液pH4.0,4.4,4.8,5.2,5.6,6.0,其他條件不變下提取SDF。2.2.3.1.4酶解時間對SDF提取的影響 改變酶解時間0.5,1,2,4,6,8h,其他條件不變下提取SDF。2.2.3.2正交實驗 正交實驗因素-水平表和正交實驗表見下面。 表1樣品1因素-水平表水平因素1 酶濃度(mg?ml)1.0pH4.8溫度()40時間(h)121.55.250232.05.6604 表2樣品2因素-水平表水平因素1 酶濃度(mg?ml)0.5pH4.4溫度()40時間(h)0.521.04.850231.55.2604 表3樣品1正交實驗表 實 驗 號 因素 酶液濃度 (mg/ml)A酶解溫度 B()酶解pH C酶解時間 (h)D 1 1(1.0) 1(40)1(4.8) 1(1) 2 1 2(50)2(5.2) 2(2) 3 1 3(60)3(5.6) 3(4) 4