一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法
2023-12-04 15:33:21
一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法
【專利摘要】本發明公開了一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法，屬於農產品加工廢棄物綜合利用【技術領域】。本發明以溼馬鈴薯渣為原料，首先採用纖維素酶和果膠酶複合處理的破壞纖維素和果膠組分的結構，既解除纖維素和果膠對澱粉的包裹、纏繞作用，又可以提高可溶性膳食纖維的含量，然後加入蛋白酶去除蛋白質，再加入澱粉酶和糖化酶高效率的去除澱粉，分離後的上清液可製備高附加值的可溶性膳食纖維產品，固形物可製備低澱粉含量的膳食纖維產品，實現了對馬鈴薯渣的高效綜合利用，可以有效解決馬鈴薯澱粉生產中廢渣難以處理的問題，降低馬鈴薯澱粉企業的生產成本，減輕薯渣大量堆積造成的環境汙染問題。
【專利說明】一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法，尤其是一種高效利用溼馬鈴薯渣 轉化生產高附加值膳食纖維產品的方法，屬於農產品加工廢棄物綜合利用【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 我國是世界上最大的馬鈴薯種植國，隨著我國馬鈴薯澱粉行業的發展，每年有大 量的馬鈴薯被加工成澱粉，同時產生上百萬噸的鮮薯渣。馬鈴薯渣是一種富含多種營養物 的混合物，但鮮渣中水分含量高且含有大量的微生物，極易腐敗變質，造成環境汙染。因此， 開發一種鮮馬鈴薯渣的有效綜合利用方式，對馬鈴薯澱粉行業的發展和解決日益嚴峻的環 境問題都具有重要的價值。
[0003] 馬鈴薯渣中膳食纖維含量高達50-60%，其中可溶性膳食纖維佔14-15%，是一種 高品質的膳食纖維原料。膳食纖維的生理功效包括預防便秘與結腸癌、調節血脂、調節血糖 以及減肥等。隨著人們對健康的關注程度越來越高，膳食纖維的需求量也越來越大。因此， 以馬鈴薯渣為原料製備膳食纖維將成為馬鈴薯渣開發利用的一種有效方式。
[0004] 現有的以農業廢棄物為原料酶法製備膳食纖維的工藝，主要是針對豆渣、麥麩、玉 米皮等澱粉含量較低、水分含量較低的原材料，採用澱粉酶、蛋白酶處理去除雜質，再通過 纖維素酶處理改善膳食纖維組分或提高可溶性膳食纖維含量。但是溼馬鈴薯渣中水分、澱 粉含量都很高，且澱粉被緊密的包裹在果膠、纖維素組分中，難以有效除去澱粉這一主要幹 擾組分。目前已開發的針對馬鈴薯渣的膳食纖維製備工藝，在處理前均對馬鈴薯渣進行了 乾燥和粉碎處理，這一過程對馬鈴薯渣的結構產生了一定的破壞作用，有利於澱粉的釋放 和被酶解作用，但是馬鈴薯渣本身持水力極強，乾燥需要耗費大量的能耗和時間，無法適應 馬鈴薯澱粉加工企業連續、大批量產生溼馬鈴薯渣的需求，且澱粉殘留率依然很高；針對溼 馬鈴薯渣的膳食纖維製備工藝，澱粉酶解的去除效率很低，過高的澱粉殘存量影響了馬鈴 薯渣膳食纖維的品質，限制了其應用，價格較低，並且缺乏可溶性膳食纖維這種高附加值、 高品質的產品類型，也導致以馬鈴薯渣為原料製備膳食纖維的綜合利用技術無法得到推廣 和廣泛應用。
[0005] 本發明根據馬鈴薯渣獨特的組分結構和特點，有針對性地通過先採用纖維素酶和 果膠酶預降解，再利用澱粉酶除去澱粉，利用馬鈴薯渣來製備澱粉殘存量低、品質高的可溶 性膳食纖維和普通膳食纖維產品，可根據不同使用需求廣泛應用於各類食品、飲料、保健品 及動物飼料組分等領域，對馬鈴薯澱粉行業的發展和解決日益嚴峻的環境問題都具有重要 的價值。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是提供一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法，是一種針對 馬鈴薯渣組分和結構特徵製備高附加值膳食纖維產品的方法。通過採用纖維素酶和果膠酶 複合處理既可以部分降解纖維素，使其轉化為可溶性膳食纖維，又能解除纖維素和果膠對 澱粉的包裹束縛作用，提高澱粉酶去除澱粉的效率，製備得到普通膳食纖維產品。實現馬鈴 薯渣資源的高效利用，解決馬鈴薯渣處理難的問題。
[0007] 所述方法的主要步驟是將馬鈴薯渣與適量水混合均勻後，添加纖維素酶和果膠酶 進行複合處理，再分別用中性蛋白酶、耐高溫α-澱粉酶和α-l，4-葡萄糖水解酶處理；將 處理後得到的薯渣漿分離得到上清液和固形物，薯渣漿分離得到的固形物即為馬鈴薯渣膳 食纖維，薯渣漿分離得到的上清液經濃縮醇沉後得到的固形物即為馬鈴薯渣可溶性膳食纖 維。
[0008] 在本發明的一種實施方式中，所述馬鈴薯渣與適量水混合均勻，是將鮮馬鈴薯渣 和水按質量體積比為1:3?l:5(g:mL)混合，100?200r/min的速度攪拌均勻。
[0009] 在本發明的一種實施方式中，利用纖維素酶和果膠酶進行複合處理時，酶解條件 為：溫度50?55°C、pH4. 5?5. 0、時間1?3h、攪拌速度150?200r/min，纖維酶添加量 4?36U/g薯渣（幹基），果膠酶添加量5?20U/g薯渣（幹基），酶解結束後煮沸lOmin， 冷卻至55?60°C。
[0010] 在本發明的一種實施方式中，向經纖維素酶和果膠酶複合處理後的薯渣漿中加入 中性蛋白酶酶解，酶解條件採用：溫度55?60°C、pH5. 0?7. 0、時間0. 5?lh、攪拌速度 150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量30?50U/g薯渣（幹基）。
[0011] 在本發明的一種實施方式中，將經中性蛋白酶處理後的薯渣漿加熱煮沸10? 30min使其所含的澱粉充分糊化，調節pH值為5. 5?6. 0,加入耐高溫α -澱粉酶，90? 95°C、150?200r/min下攪拌水解10?40min，冷卻至50?60°C;調節pH值為4. 0?4. 5， 加入α -1，4-葡萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min條件下攪拌水解1?2h，所述耐高 溫α -澱粉酶的添加量100?150U/g薯渣（幹基），α -1，4-葡萄糖水解酶的添加量200? 300U/g薯渣（幹基）。
[0012] 在本發明的一種實施方式中，將酶解處理後的薯渣漿分離得到上清液和固形物， 上清液經蒸發濃縮後加入2-6倍體積的95%的乙醇沉澱4?24h，再經固液分離，得到的固 形物經烘乾、粉碎、過100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣可溶性膳食纖維，薯渣漿分離得 到的固形物經烘乾、粉碎、過100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣膳食纖維。
[0013] 本發明的一種實施方式主要包括如下步驟：
[0014] (1)將鮮馬鈴薯渣和純水混合，其中鮮馬鈴薯渣和水的質量體積比為1:3? 1:5 (g:mL)，100?200r/min的速度攬拌均勻；
[0015] (2)利用纖維素酶和果膠酶進行複合處理，酶解條件為：溫度50?55°C、pH4. 5? 5. 0、時間1?3h、攪拌速度150?200r/min，纖維酶添加量4?36U/g薯渣（幹基），果膠 酶添加量5?20U/g薯渣（幹基），酶解結束後煮沸lOmin，冷卻至55?60°C ;
[0016] (3)向經步驟（2)處理後的薯渣漿中加入中性蛋白酶酶解，酶解條件：溫度55? 60°C、pH5. 0?7. 0、時間0. 5?lh、攪拌速度150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量 3〇?5〇U/g薯渣（幹基）；
[0017] (4)將經步驟（3)處理後的薯渣漿加熱煮沸10?30min使其所含的澱粉充分糊 化，用氫氧化鈉調節pH值為5. 5?6. 0,加入耐高溫α -澱粉酶，90?95°C、150?200r/min 下攪拌水解10?40min，冷卻至50?60°C;用鹽酸調節pH值為4. 0?4. 5,加入α -1，4-葡 萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min條件下攪拌水解1?2h，所述耐高溫α -澱粉酶 的添加量100?150U/g薯渣（幹基），α -1，4-葡萄糖水解酶的添加量200?300U/g薯渣 (幹基）；
[0018] (5)將經步驟（4)處理後的薯渣漿分離得到上清液和固形物，上清液經蒸發濃縮 後加入2-6倍體積的95%的乙醇沉澱4?24h，再經固液分離，得到的固形物經烘乾、粉碎、 過100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣可溶性膳食纖維，薯渣漿分離得到的固形物經烘 幹、粉碎、過100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣膳食纖維。
[0019] 在本發明的一種實施方式中，所述原料馬鈴薯渣為馬鈴薯澱粉加工的直接副產 物，含水量為80?95%。
[0020] 所述纖維素酶是由外切β -葡聚糖酶、內切β -葡聚糖酶和β -葡萄糖苷酶組成 的。
[0021 ] 所述酶解產物的分離方法可以是離心或過濾分離。
[0022] 本發明與現有技術相比，具有如下優點：
[0023] 1、本發明直接針對馬鈴薯澱粉加工的直接副產物溼馬鈴薯渣進行處理，無需預先 進行乾燥和粉碎操作，大大節約了能耗和時間，可實現連續、大批量的高效轉化利用。
[0024] 2、本發明發現了在利用馬鈴薯渣製備膳食纖維的過程中，澱粉組分被較為緊密地 包裹在纖維素和果膠組分中，難以被澱粉酶直接有效除去從而降低膳食纖維品質的問題。 本發明通過首先加入纖維素酶和果膠酶一定程度地破壞纖維素和果膠的結構性質，再加入 澱粉酶去除澱粉，可很大程度地提高澱粉去除率，得到澱粉殘存量非常低的膳食纖維。
[0025] 3、本發明採用纖維素酶和果膠酶處理，一定程度地降解纖維素和果膠，不但可以 解除纖維素和果膠對澱粉的包裹，還可以將不溶性膳食纖維轉化成可溶性膳食纖維，增加 可溶性膳食纖維的含量，提高膳食纖維的品質。
[0026] 4、本發明發現馬鈴薯渣中的纖維素組分相對於其他農產品廢棄物而言，結構更為 鬆散，更易被纖維素酶水解，且果膠組分含量較高，是一種較為理想的製備可溶性膳食纖維 的原料。本發明同時製備了馬鈴薯渣可溶性膳食纖維和普通膳食纖維兩種產品，可滿足不 同領域、不同要求的應用需要，實現了對馬鈴薯渣的高效綜合利用。
【具體實施方式】
[0027] 實施例1
[0028] 稱取鮮馬鈴薯渣100g，按鮮馬鈴薯渣和水的質量體積比為l:5(g:mL)，加水並攪 拌均勻，鹽酸調節pH值為4.8,加入12U/g薯渣（幹基）的纖維素酶（Sigma產品編號22178) 和8U/g薯渣（幹基）的果膠酶（Sigma產品編號P5400)，於50°C、攪拌速度160r/min的 條件下反應3h，煮沸、冷卻至60°C ;氫氧化鈉調節pH值為6.0,加入中性蛋白酶（Sigma產 品編號C2139)酶解，加酶量35U/g薯渣（幹基），於60°C、攪拌速度160r/min的條件下反 應0. 5h ;將上述處理後的薯渣漿，加熱煮沸15min使澱粉充分糊化，用氫氧化鈉調節pH值 為5. 5,加入耐高溫α -澱粉酶（諾維信Fungamyl800L)，加酶量100U/g薯渣（幹基），於 95°C、攪拌速度160r/min的條件下水解0. 5h，冷卻至60°C，用鹽酸調節pH值為4. 0,加入 α-1，4-葡萄糖水解酶（諾維信AmylaSeAG300L)，加酶量200U/g薯渣（幹基），於60°C、 攪拌速度160r/min的條件下水解I. 5h。將上述處理後的薯渣漿以4500r/min的速度離心 20min，分離得到上清液和固形物。上清液經旋轉蒸發濃縮後，加入3. 5倍體積的95%的乙 醇沉澱12h，再以4500r/min的速度離心20min分離，得到的固形物經烘乾、粉碎、過100目 篩，即得到成品可溶性馬鈴薯渣膳食纖維。薯渣漿分離得到的固形物經烘乾、粉碎、過100 目篩後得到普通膳食纖維產品。
[0029] 所製得的可溶性膳食纖維得率為41. 7%，普通膳食纖維得率為16. 4%，採用 GB5009. 9-85測定產品普通馬鈴薯渣膳食纖維中澱粉殘存量為3. 37%。
[0030] 實施例2
[0031] 膳食纖維製備方法1 :稱取鮮馬鈴薯渣100g，按鮮馬鈴薯渣和水的質量體積比為 1:5,加水並攪拌均勻，鹽酸調節pH值為5. 0,加入25U/g薯渣（幹基）的纖維素酶（諾維信 型號Celluzyme)和5U/g薯渣（幹基）的果膠酶（Sigma產品編號P5400)，於50°C、攪拌速 度180r/min的條件下反應2h，煮沸、冷卻至60°C;氫氧化鈉調節pH值為6. 0,加入中性蛋白 酶（Sigma產品編號C2139)酶解，加酶量35U/g薯渣（幹基），於60°C、攪拌速度200r/min 的條件下反應〇. 5h ;將上述處理後的薯渣漿，加熱煮沸20min使澱粉充分糊化，加入耐高溫 α -澱粉酶（諾維信FungamY1800L)，加酶量130U/g薯渣（幹基），於95°C、攪拌速度160r/ min的條件下水解0. 5h，冷卻至60°C，用鹽酸調節pH值為4. 0,加入α -1，4-葡萄糖水解酶 (諾維信AmylaseAG300L)，加酶量200U/g薯渣（幹基），於60°C、攪拌速度160r/min的條 件下水解1.5h。其餘步驟同實施例1。所製得的可溶性膳食纖維得率為44. 3%，普通膳食 纖維得率為14. 1%。
[0032] 膳食纖維製備方法2 :稱取鮮馬鈴薯渣100g，按鮮馬鈴薯渣和水的質量體積比為 1:5,加水並攪拌均勻，加熱煮沸20min使澱粉充分糊化，鹽酸調節pH值為6. 0,加入耐高溫 α -澱粉酶（諾維信FungamY1800L)，加酶量220U/g薯渣（幹基），於95°C、攪拌速度160r/ min的條件下水解3. 5h，冷卻至60°C，用鹽酸調節pH值為4. 0,加入α -1，4-葡萄糖水解酶， 加酶量3000U/g薯渣（幹基），於60°C、攪拌速度160r/min的條件下水解0. 5h ;加入中性 蛋白酶酶解，加酶量50U/g薯渣（幹基），於60°C、攪拌速度200r/min的條件下反應0. 5h ; 將所得的薯渣漿離心、乾燥、粉碎、過100目篩後得到馬鈴薯渣膳食纖維產品。所得的普通 膳食纖維得率為55. 4%
[0033] 本實施例中膳食纖維製備方法1、2所得產品性質的比較如表1所示：
[0034] 表1馬鈴薯渣膳食纖維產品比較
[0035]
【權利要求】
1. 一種製備馬鈴薯渣膳食纖維的方法，將馬鈴薯渣與適量水混合均勻後，添加纖維素 酶和果膠酶進行複合處理，再分別用中性蛋白酶、耐高溫α-澱粉酶和α-1，4-葡萄糖水解 酶處理；處理後得到的薯渣漿分離得到的固形物即為馬鈴薯渣膳食纖維，薯渣漿分離得到 的上清液經濃縮醇沉後得到的固形物即為馬鈴薯渣可溶性膳食纖維。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述馬鈴薯渣與適量水混合均勻，是將鮮 馬鈴薯渣和水按質量體積比為1:3?1: 5kg/L混合，攪拌均勻。
3. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，利用纖維素酶和果膠酶進行複合處理，酶 解條件為：溫度50?55°C、pH4. 5?5. 0、時間1?3h、攪拌速度150?200r/min，纖維酶 添加量4?36U/g薯渣幹基，果膠酶添加量5?20U/g薯渣幹基，酶解結束後煮沸lOmin，冷 卻至55?60°C。
4. 根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於，向經纖維素酶和果膠酶複合處理 後的薯渣漿中加入中性蛋白酶酶解，酶解條件採用：溫度55?60°C、pH5. 0?7. 0、時間 0. 5?lh、攪拌速度150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量30?50U/g薯渣。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，將經纖維素酶、果膠酶、中性蛋白酶處理 後的薯渣漿加熱煮沸10?30min使其所含的澱粉充分糊化，調節pH值為5. 5?6. 0,加入耐 高溫α -澱粉酶,90?95°C、150?200r/min下攪拌水解10?40min，冷卻至50?60°C ; 調節pH值為4. 0?4. 5,加入α -1，4-葡萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min條件下 攪拌水解1?2h，所述耐高溫α -澱粉酶的添加量100?150U/g薯渣幹基，α -1，4-葡萄 糖水解酶的添加量200?300U/g薯渣幹基。
6. 根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於，將酶解處理結束後的薯渣漿分離 得到上清液和固形物，上清液經蒸發濃縮後加入2-6倍體積的95%的乙醇沉澱4?24h，再 經固液分離，得到的固形物經烘乾、粉碎、過1〇〇?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣可溶性膳 食纖維；薯渣漿分離得到的固形物經烘乾、粉碎、過100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣膳 食纖維。
7. 根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於，具體步驟為： (1) 將鮮馬鈴薯渣和純水混合，其中鮮馬鈴薯渣和水的質量體積比為1:3?l:5kg/L， 100?200r/min的速度攪拌均勻； (2) 利用纖維素酶和果膠酶進行複合處理，酶解條件為：溫度50?55°C、pH4. 5?5. 0、 時間1?3h、攪拌速度150?200r/min，纖維酶添加量4?36U/g薯渣，果膠酶添加量5? 20U/g薯渣，酶解結束後煮沸lOmin，冷卻至55?60°C ; (3) 向經步驟⑵處理後的薯渣漿中加入中性蛋白酶酶解，酶解條件：溫度55?60°C、 pH5. 0?7. 0、時間0. 5?lh、攪拌速度150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量30? 50U/g薯渣； (4) 將經步驟（3)處理後的薯渣漿加熱煮沸10?30min使其所含的澱粉充分糊化，用 氫氧化鈉調節pH值為5. 5?6. 0,加入耐高溫α -澱粉酶，90?95°C、150?200r/min下 攪拌水解10?40min，冷卻至50?60°C ;用鹽酸調節pH值為4. 0?4. 5,加入α -1，4-葡 萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min條件下攪拌水解1?2h，所述耐高溫α -澱粉酶 的添加量1〇〇?150U/g薯渣，α -1，4-葡萄糖水解酶的添加量200?300U/g薯渣； (5) 將經步驟（4)處理後的薯渣漿分離得到上清液和固形物，上清液經蒸發濃縮後加 入2-6倍體積的95%的乙醇沉澱4?24h，再經固液分離，得到的固形物經烘乾、粉碎、過 100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣可溶性膳食纖維，薯渣漿分離得到的固形物經烘乾、 粉碎、過100?200目篩，即得到成品馬鈴薯渣膳食纖維。
8. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述原料馬鈴薯渣為馬鈴薯澱粉加工的 直接副產物，含水量為80?95%。
9. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述纖維素酶是由外切β_葡聚糖酶、內 切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶組成的。
10. -種回收利用馬鈴薯渣的方法，是將馬鈴薯渣與適量水混合均勻後，添加纖維素酶 和果膠酶進行複合處理，再分別用中性蛋白酶、耐高溫α-澱粉酶和α-1，4-葡萄糖水解酶 處理；將處理後得到的薯渣漿分離得到上清液和固形物，薯渣漿分離得到的固形物即為馬 鈴薯渣膳食纖維，薯渣漿分離得到的上清液經濃縮醇沉後得到的固形物即為馬鈴薯渣可溶 性膳食纖維。
【文檔編號】A23L1/308GK104223125SQ201410542983
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月14日 優先權日:2014年10月14日
【發明者】程力, 張獻梅, 洪雁, 顧正彪, 李兆豐 申請人:江南大學