高品质可溶性膳食纤维的制备工艺研究
豆艺技术
V01.29,.Nb.1以2008
高品庙司溶性@食纤维的勃备工艺研究
涂宗财,林德荣,刘成梅,刘光宪。王辉,豆玉新,郑明(南昌大学食品科学教育部国家重点实验室,江西南昌330047)
摘要:为实现大豆资源的充分高效利用,以制作豆腐、豆浆后下脚料豆渣为原料,应用动态超高压微射流作用、离心分离技术和喷雾干燥技术制备大豆可溶性膳食纤维;测定了可溶性膳食纤维的持水力、膨胀率和溶解性;并研究以酶一碱结合法提取大豆可溶性纤维,以碱浓度、酶用量、碱提温度和酶解时间为四因素.通过正交实验得出最佳工艺条件为:碱浓度0.6%,碱提温度65℃,酶解时间55rain,酶用量22万U时,酶一碱结合法制备的大豆可溶性膳食纤维含量(SDF/TDF)可达到21.35%。经140MPa微射流均质机处理,其SDF/TDF含量可提高到37.42%,其持水力、膨胀率和溶解度分别为10.6979/g、830%和22.389/lOOmL。
。
关键词:大豆可溶性膳食纤维,动态超高压微射流作用,酶一碱结合法,离心分离技术
Study
on
thetechnicsofpreparingsolubledietaryfiberofhighquality
Cheng-mei,LIUGuang-xian,WANGHui,DOUYu-xin,ZHENGMing
330047,China)
and
TUZong—caj,LINDe-rong,LIU
(KeyLaboratoryofFoodScience,MinistryofEducation,NanchangUniversity,Nanchang
Abstract:lnordertomilk
as
makefulI
useof
soybeanresources.wetookthebeanwastefrOmbeancurdsoybean
rawmateriaItoproducesoybeansolubledietaryfiber(SDF)intheapplicationofinstantaneousultrahigh
pressureprocess,thecentrifugalseparation
technologyandthespraydryingtechnology.Theretentionability,
theexpansionrateandthesolubilityofSDFweredetermined.Andwestudiedtoextractsoybeanenzyme—alkalitechnique。discovering
that
theoptimal
SDFinthe
use
of
preparingconditionofthefourfactors:thecaustic
concentration,theenzymeamountused,thealkalireactivetemperatureandtheenzymolysistime.Throughthe
orthogonalexperiment,thebesttechnologywas:thecausticconcentration0.6%。thealkalireactivetemperature650C,theenzymolysistime55rain,theenzymeamount220000U.Underthiscondition.thecontentofsoybeanSDF(SDF/TDF)producedthroughthe
use
ofenzyme—alkalitechniquereaches21.35%.Afterprocessedbythemicro
jetflowviscolizerundertheoperationpressureof140MPa.theSDF/TDFcouldincreaseto37.42%.Theretention
ability,expansionrateandsolubilitywererespectivelyKeywords:soybeansolubledietary
10.6979/g,830%,22.389/lOOmL
ultrahigh
fiber(SDF);dynamicvoltagemicrojettingaction;theenzyme—alkali
technique;centrifugalseparationtechnology
中图分类号:晚01.2+3
文献标识码:B文章编号:1002—030612008)010—0149—04
目前,膳食纤维的生产主要是利用农副产品加工后的下脚料作为原料,其中,用于制作膳食纤维的原料有谷物纤维、豆类纤维、水果蔬菜纤维等,研究表明,天然大豆膳食纤维中水溶性成分较少¨。3。天然膳食纤维由于粗糙、有异味、口感差,人们不易接受。因此,加工制备功能性、水溶性较高、乳化性较好、无异味、口感好的高品质膳食纤维显得极为重要,可作为保健食品的功能性配料。本文采用酶一碱法结合瞬时高压提取,通过超高压以微射流均质技术提高水溶性膳食纤维成分。超高压作用属于机械降解处理法,其作用机制主要表现为流体高速撞击作用、高剪切作用、空穴作用、旋涡作用等各种效应,膳食纤维经过这些一系列综合的物理机械处理后,
收稿日期:2007—12—21
作者简介:涂宗财(1%5-),男,教授.博士生导师,研究方向:食品责
源开发与利用。
基金项目:国家科技部农业成果转化基金-(03EFN217200351)。
纤维类大分子糖苷键可能断裂,小部分转化为可溶性纤维,从而达到改性目的,呵溶性纤维在总膳食纤维中的比值得到了提高,膳食纤维的品质也因此得到了改善。
1材料与方法
1.1材料与设备
豆渣,氢氧化钠,H:SO.溶液,中性木瓜蛋白酶80万U/g。
恒温水浴锅,电子天平,喷雾干燥器,JMS一80胶体磨,离心机,均质机,纳米级超高压均质机。Microfluidizer微射流等。1.2提取工艺1.2.1酶一碱法工艺流程
豆渣一清洗一称重一酶解一
漂洗一碱解一漂洗一酸解一漂洗一胶体磨一20、40MPa高压均质-*Microfluidizer微射流一离心(取上清液)一喷雾干燥一可溶性膳食纤维
1.2.2操作要点
1.2.2.1
清洗将豆渣用清水漂洗,除去水溶性杂
三艺搜求
质,并使之软化。
1.2.2.2酶解将一定的木瓜蛋白酶按酶用量13.2—30.8万U添加到10%浓度甄渣溶液中酶解。
1.2.2.3碱解将配制好的碱液按固液比l:15(干基)加入豆渣巾,并在搅拌的条件下恒温水浴。1.2.2.4酸解将配制好的对应碱液浓度的酸液按固液比l:15(干基)加入到清洗至中性的豆皮纤维中,调pH4.5左右,恒温水浴加热,在搅拌条件下充分反应。1.2.2.5漂洗用清水将处理后的豆皮纤维洗至中性。1.2.2.6胶体磨将豆渣溶液经过胶体磨,处理2~3次。
1.2.2.7超高压物料经20、40MPa处理后,上超高压Microfluidizer微射流均质,均质压力为60、80、
100、120、140MPa。
溶解度s(%)=定量上清液干燥后固形物含量(g)/所取水的体积(mE)
2结果与讨论
酶一碱结合法最佳工艺参数的确定2.1.1最佳酶用量的确定由于豆渣巾仍含有较高的蛋白质,约含18%左右,而酶工程技术因作用条件温和、对产品副作用小和对环境污染小等优点¨1,目前已被广泛应用于食品行业中。本研究结合实验室现有条件,选用酶活力单位为80万u中性木瓜蛋白酶来水解蛋白质,以求最大限度地去除其中的蛋白质。结果如图l所示,SDF/TDF随酶用量的增加而增大,22万u时最大,之后趋于下降,即膳食纤维的品质在酶用量为22万u时最佳。酶用量对大豆可溶性膳食纤维色泽的影响见表1。
2.1
经不同均质压力处理的物料以
1800r/min离心分离,取上清液。
1.2.2.9喷雾上清液进行喷雾干燥,进风温度控制在210—218℃,出风温度控制在85~90℃,得产品。1.2.2.10检测可溶性膳食纤维含量、不可溶性膳食纤维含量及总膳食纤维含量的检测按AOAC法…。
1.2.2.8
离心
琴
i
口
已
【■
o
C力
酶用量(万U)
图1酶用量对SPF/TDF的影响
表1色泽
酶用量对大豆町溶性膳食纤维色泽的影响
13.2
17.6
22
26.4
30.8
1.3测定方法1.3.1检测指标大豆可溶性膳食纤维的品质可以通过持水力、膨胀力、溶解性、SDF/TDF的含量和色泽来衡量。颜色越淡白,溶解性越好,松装密度越小,持水力与膨胀率越大,SDF含量越高则可溶性膳食纤维的品质就越好。
1.3.2色泽的测定本实验大豆膳食纤维的色泽主要通过感官指标来判定,分为微黄、米黄、深黄、黄色、黄褐色五个级别。
1.3.3持水力的测定准确称取1.0009膳食纤维置于100raL烧杯中,加蒸馏水70mL,电磁搅拌24h,转移至离心杯中,在3600r/min的速度下离心30min取出。倾去上清液,称质鼍,持水力的计算公式如下【3j:
持水力=湿质量一干质量/样品十质量(g/g)
1.3.4膨胀力和膨胀率的测定称取19豆渣膳食纤维的粉质放人世筒巾,测干粉体积,加窒温水使总体积至25mL处,用玻璃棒将豆渣膳食纤维搅匀,使其充分吸收水分,静置过夜,次日观察饱胀的豆渣膳食纤维的体积,再按下式计算豆渣膳食纤维的膨胀率和膨胀力H1:
膨胀率(%)=(V,一V。)/v,幸100%膨胀力(mL/g)=(V,一V。)/M。
式中V。为豆渣膳食纤维膨胀吸水前的体积,即25mL;M。为豆渣膳食纤维的质量,即19;V3为豆渣膳食纤维膨胀吸水后饱胀的体积。1.3.5溶解性的测定取I.0009豆渣SDF置于100mL烧杯中,加50mL蒸馏水,一定温度下磁力搅拌4h,离心(3000r/min,20rain),将上清液置于烧杯(已干一重)中,在烘箱中(105℃)烘干、称质量,差值即为所溶解豆渣膳食纤维溶解度,以g/100mL表示。口1
酶用量(万U)
米黄米黄米黄米黄米黄
2.1.2最佳酶解时间的确定在酶用苗和酶解时间固定在最佳水平的基础上,比较酶解时间对大豆膳食纤维品质的影响,实验结果如表2和图2。结果表明,色泽无明显区别,总体淡黄;SDF/TDF随酶解时间的增加而增大,当水解60min后,增长趋势不再明显。这是因为酶解时间对大豆膳食纤维性能有着重要作用。若提取时间过短,木瓜蛋白酶未和豆渣中蛋白质充分作用,蛋白质不能完全水解,品质不能得到良好的发挥;随着反应时间的延长,酶与蛋白质分子充分作用,蛋白质水解较为彻底,SDF/TDF得到提高;当酶的反应趋于饱和时,再增加反应时间,则对SDF/TDF不再有影响,反而增加了生产成本。因此,水解时间选择60rain为宜。
酶解时间(min)
图2酶解时间对SDF/TDF的影响
表2酶解时间对大豆可溶性膳食纤维色泽的影响酶解时间(min)
色泽
30
45
60
75
90
米黄
米黄米黄米黄米黄
2.1.3最佳酶解温度的确定根据木瓜蛋白酶使用温度,在50-75。C范围内,将木瓜蛋白酶用量和酶解
王艺技求
时间固定在最佳水平,实验结果如表3和图3。结果表明,色泽随温度的升高而无明显变化,呈米黄色;SDF/TDF在60℃时达到最大,这是因为酶解提取膳食纤维时温度过高,木瓜蛋白酶失活,蛋白质难以从豆皮纤维中溶出,致使水解不完全,SDF/TDF大扣‘折扣;水解温度过低,木瓜蛋白酶作用未得到良好的发挥,水解速度缓慢,同一水解时间下,蛋白质也未能溶解充分。由实验结果可知,提取温度为6061:是最佳的选择。
2015
10
V01.29,.N'o.1以2008
佳的选择。
2015lO
5
0
65
70
75
80
85
碱解温度(℃)
图5碱解温度对SDF/TDF的影响
表5碱解温度对大豆可溶性膳食纤维色泽的影响碱解温度(℃)
色泽
65
70
75
80
85
淡黄淡黄米黄黄色深黄
5
0
50
55
60
65
70
酶解温度(℃)
图3酶解温度对SDF/TDF的影响
表3
酶解温度对大豆町溶性膳食纤维色泽的影响
50
55
60
65
70
酶解温度(℃)
色泽
米黄米黄米黄米黄米黄
2.1.4最佳碱浓度的确定由于蛋f,1酶的专一性很强,木瓜蛋白酶只对大豆蛋白中的巯基蛋白质起作用,而对其他成分的蛋白质作用很小或尤作用‘6一,所以单用木瓜蛋白酶去除豆渣中的不溶性蛋白质将不充分;加之,豆渣中还残留有脂类、碳水化合物成分,所以在确定了木瓜蛋白酶的最件使用量之后,加适量碱以去除残留的不溶性蛋白质及脂类,可使所得产品的纯度明显提高,品质指标突出。图4实验结果所示,NaOH溶液浓度为0.2%-0.6%时,SDF/TDF随浓度的增加而增大,0.6%时最大,之后趋于下降,即膳食纤维的品质在碱浓度为0.6%时最佳。碱浓度对大豆可溶性膳食纤维色泽的影响见表4。
2.1.6最佳碱解时问的确定将碱浓度和碱解温度固定在最佳水平,进行碱解时间单因素实验,见表6和图6。结果表明,产品色泽随碱解时问的延长而增黄;SDF/TDF在90min时最大。这是因为碱解时间对大豆可溶性膳食纤维性能影响较大,提取时间过短,豆皮纤维中的蛋白质和脂类物质不能得到有效的去除,品质不能得到良好的发挥;随着反应时间的延长,蛋白质分子在碱溶液中溶解充分,品质得到良好的发挥;但长时间的热碱处理会明显地减少SDF/TDF,处理时间过长,加剧黄酮类和碱的化学反应,使颜色加深。从生产效益考虑,碱解时间为90min是最佳的选择。
201510
5
O
30
60
90
120
150
碱解时间(rainl
图6碱解时间对SDF/TDF的影响
表6碱解时间对大豆可溶性膳食纤维色泽的影响
堕闻!竺垫2
色泽塑淡黄
鲤
淡黄
塑
米黄
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黄色
!!Q
黄褐
碱浓度(%)
图4碱浓度对SDF/TDF的影响
表4碱浓度对大豆可溶性膳食纤维色泽的影响碱浓度(%)0.2
色泽淡黄
0.4
0.6
0.8
1.0
2.2酶一碱法处理条件的最优选择
在单因素实验的基础上,以碱浓度、碱提温度、碱提时间、酶用量为考察因素,以膳食纤维(SDF/TDF)得率为考察指标旧1,选用正交表IJ9(34)对豆渣膳食纤维提取工艺进行优化,正交设计实验因素水平设计表见表7。
表7正交实验因素水平表
淡黄米黄深黄黄褐
2.1.5最佳碱解温度的确定将碱浓度和碱解时间固定在最佳水平,进行碱解温度单因素实验,见表5和图5。结果表明,色泽随温度的升高而增黄;SDF/TDF在75℃时最大。这是因为随着温度的升高,豆皮中的脂类和球蛋白溶解充分,SDF/TDF得到良好发挥;但另一方面,过高温度的热碱处理反而会降低膳食纤维的可溶性纤维含垣,而且黄酮类物质一1和碱作用强烈,加深了产品的色泽,影响SDF/TDF的含量和外观。由实验结果可知,提取温度为75℃是最
由正交实验结果町知,四因素对大豆可溶性膳食纤维含坦的影响主次顺序为酶用量>碱浓度>酶解时间>碱提温度;再比较各个因素的优水平,本研究最后确定最优条件为碱浓度0.6%,碱提温度65℃,酶解时间55min,酶用量22万U。这时,酶一碱
二艺搜求
结合法制备的大豆膳食纤维SDF/TDF比值可达到
21.35%。
表8正交实验结果
挥更好。瞬时高压作用使可溶性膳食纤维的含量增加,导致膨胀率较大程度的提高,其持水力、膨胀率和溶解度分别为10.6979/g、830%和22.389/100mL。
表9持水力、膨胀率和溶解性的变化
持水力(g/g)
l0.697
膨胀率(%)
830
溶解性(g/100mL)
22.38
3结论
酶一碱结合法最佳提取工艺参数为:提取碱浓度O.6%,碱提温度65℃,酶解时间55rain,酶用量22万u。这时,酶一碱结合法制备的大豆膳食纤维SDF/TDF比值可达到21.35%。
3.1
3.2物料通过超高压作用后,其SDF/TDF比值随均质压力的上升而增大,经140MPa处理,其SDF/TDF比值叮达到37.42%,采用超高压微射流均质处理技术处理能有效地提高可溶性膳食纤维的含量。
2.3不同均质压力对SDF/TDF的影响
从图7可以看出,液态物料通过超高压作用后,其不溶性膳食纤维含量有所减少,其所受压力越大,不溶性成分减少越多;反之,可溶性膳食纤维含量有所增加,其所受压力越大,可溶性成分增加越多。物料在0~IOOMPa时SDF/TDF的比值增长比较缓慢,而100-140MPa时SDF/TDF增长幅度比较大。由此可以推断,叮溶性膳食纤维占总膳食纤维含量随超高压的压力增加而增加,其增加幅度有所提高。
3.3可溶性膳食纤维产品外观为米黄色,持水力、膨胀率和溶解度分别为10.6979/g、830%和
22.389/100mL。
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