一种可溶性膳食纤维及其制备方法和益生应用

1.本发明涉及食品加工技术领域，具体涉及一种可溶性膳食纤维及其制备方法和益生应用。


背景技术：

2.柚(citrus maxima(burm)merr.)，芸香科、柑橘属植物。在柚子的日常食用和工厂加工过程中，柚子的果皮是主要的副产物并且占据果实的很大一部分。但是柚子皮的现有经济价值不高，利用起来较为复杂，因此往往被当作垃圾倒入垃圾桶或者当作肥料被埋在地里，这造成了极大的资源浪费，并且也会在一定程度上造成对环境的污染。因此综合利用柚子加工所产生的皮渣，有利于提高产业化水平、降低生态压力，有效促进柑橘产业的良性发展。
3.柚子海绵层中含有丰富的膳食纤维，膳食纤维是指能抵抗人体小肠消化吸收但能在大肠部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及相类似物质的总称。按其溶解性特性，可分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。可溶性膳食纤维具有较强的吸附能力，能够吸附有害物质并排出体外，并且具有降血脂、降血糖和降胆固醇的生理功能，同时能够被肠道的菌群酵解，产生短链脂肪酸等产物，调节ph值，抑制有害菌的生长，并且诱导产生有益菌。
4.目前制备可溶性膳食纤维的方法主要有化学法、物理法、发酵法，其中发酵法需要通过微生物发酵的方式，制备时间较长，而采用化学法容易使可溶性膳食纤维中的基团发生断裂，提取率不高，因此，需要一种提取时间短、提取率高的提取方法。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术存在可溶性膳食纤维提取时间长、提取效率低的问题，本发明的目的在于提供一种可溶性膳食纤维的制备方法，本发明的目的之二在于提供一种可溶性膳食纤维，本发明的目的之三在于提供这种可溶性膳食纤维的应用。
6.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
7.本发明第一方面提供了一种可溶性膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将柚子海绵层粉加水进行超声提取，离心得到上清液；
9.(2)将所述上清液加入水解酶进行酶解反应，酶解反应后浓缩、醇沉、干燥，得到所述的可溶性膳食纤维。
10.优选的，步骤(1)中，柚子海绵层粉制备方法包括以下步骤：以柚子海绵层为原料，干燥、粉碎后得到柚子海绵层粉。
11.优选的，步骤(1)中，柚子海绵层粉的粒径≤380μm。
12.优选的，步骤(1)中，加水后，柚子海绵层粉的浓度为50-150g/l；进一步优选的，加水后，柚子海绵层粉的浓度为80-140g/l；再进一步优选的，加水后，柚子海绵层粉的浓度为90-130g/l；更进一步优选的，加水后，柚子海绵层粉的浓度为100-120g/l。
13.优选的，步骤(1)中，超声提取的功率为200-300w；进一步优选的，超声提取的功率为220-280w；再进一步优选的，超声提取的功率为230-260w；更进一步优选的，超声提取的功率为230-250w。
14.优选的，步骤(1)中，超声提取的时间为0.3-1h；进一步优选的，超声提取的时间为0.4-0.8h；再进一步优选的，超声提取的时间为0.4-0.6h。
15.优选的，步骤(1)中，超声提取的温度为45-55℃；进一步优选的，超声提取的温度为48-52℃；本发明中，采用超声与加热技术，提高了可溶性膳食纤维的提取率。
16.优选的，步骤(1)中，离心的转速为4500-5500rpm；进一步优选的，离心的转速为5000-5200rpm。
17.优选的，步骤(1)中，离心的时间为5-15min；进一步优选的，离心的时间为8-15min；再进一步优选的，离心的时间为10-15min。
18.优选的，步骤(2)中，水解酶包括β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶、木瓜蛋白酶、中性蛋白酶中的至少一种；进一步优选的，水解酶为β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶和木瓜蛋白酶；本发明采用这两种特殊的水解酶，可以缩短提取时间，提高提取率，同时最大程度地保持柚子海绵层可溶性膳食纤维结构与活性。
19.进一步优选的，步骤(2)具体为：将所述上清液加入β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶进行第一次酶解反应后再加入木瓜蛋白酶进行第二次酶解反应，第二次酶解反应后浓缩、醇沉、干燥，得到所述的可溶性膳食纤维。
20.进一步优选的，β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶的添加量为0.015％-0.06％(w/v)；再进一步优选的，β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶的添加量为0.02％-0.05％(w/v)；更进一步优选的，β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶的添加量为0.025％-0.04％(w/v)。
21.进一步优选的，第一次酶解反应的温度为45-65℃；再进一步优选的，第一次酶解反应的温度为50-60℃。
22.进一步优选的，第一次酶解反应的时间为1-2h；再进一步优选的，第一次酶解反应的时间为1.2-1.8h；更进一步优选的，第一次酶解反应的时间为1.4-1.6h。
23.进一步优选的，第一次酶解反应的ph为4.5-6；再进一步优选的，第一次酶解反应的ph为4.9-5.5。
24.进一步优选的，木瓜蛋白酶的添加量为0.04％-0.08％(w/v)；再进一步优选的，木瓜蛋白酶的添加量为0.045％-0.07％(w/v)；更进一步优选的，木瓜蛋白酶的添加量为0.05％-0.065％(w/v)。
25.进一步优选的，第二次酶解反应的温度为50-70℃；再进一步优选的，第二次酶解反应的温度为55-65℃。
26.进一步优选的，第二次酶解反应的时间为0.3-0.7h；再进一步优选的，第二次酶解反应的时间为0.4-0.6h。
27.进一步优选的，第二次酶解反应的ph为5.5-6.5；再进一步优选的，第二次酶解反应的ph为6-6.5。
28.优选的，步骤(2)中，酶解反应后在高温下进行灭酶，然后浓缩、醇沉、干燥处理。
29.优选的，步骤(2)中，浓缩采用旋蒸浓缩的方式。
30.优选的，步骤(2)中，醇沉所使用的乙醇浓度为95％-99％。
31.优选的，步骤(2)中，醇沉的时间为4-8h。
32.本发明第二方面提供了一种可溶性膳食纤维，采用上述可溶性膳食纤维的制备方法制备得到。
33.优选的，这种可溶性膳食纤维包括葡聚糖、果胶、树胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素中的至少一种；进一步优选的，这种可溶性膳食纤维包括葡聚糖、果胶、树胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素。
34.优选的，这种可溶性膳食纤维的持水力≥13g/g。
35.优选的，这种可溶性膳食纤维的溶胀力≥42ml/g。
36.优选的，这种可溶性膳食纤维的持油力≥6.5g/g。
37.本发明第三方面提供了上述可溶性膳食纤维在促进益生菌增殖中的应用。
38.优选的，益生菌包括嗜酸乳杆菌、肠膜明串球菌、短双歧杆菌、干酪乳杆菌。
39.本发明的有益效果是：
40.(1)本发明的可溶性膳食纤维的提取方法简单，无需昂贵的设备和复杂的工艺控制即可实现，提取时间短，提取率高，通过超声酶法水提柚子海绵层可溶性膳食纤维可以最大程度地保持柚子海绵层可溶性膳食纤维结构与活性。
41.(2)本发明提供的可溶性膳食纤维制备方法可同时提取多种可溶性膳食纤维，本发明提取得到的可溶性膳食纤维包括葡聚糖、果胶、树胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素等，这与现有技术中提取单一可溶性膳食纤维不同。
42.(3)本发明制备的柚子海绵层可溶性膳食纤维可作为益生元，有促进有益菌生长的作用，并且能直接进入肠道，被肠道菌群发酵，产生短链脂肪酸等代谢产物，同时降低肠道内ph值，抑制有害菌的生长，进而调节肠道菌群。
43.(4)本发明制备的柚子海绵层可溶性膳食纤维可促进肠道有益菌增殖、抑制有害菌生长的生理功效，并且可以改善肠道菌群结构，在食品工业中具有广泛的应用前景。
附图说明
44.图1为实施例1柚子海绵层可溶性膳食纤维粉末实物图。
45.图2为实施例1柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进益生菌生长情况。
46.图3为实施例1柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进益生菌代谢产酸情况。
具体实施方式
47.以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例的描述仅为便于理解本发明，而非对本发明保护的限制，实施例和对比例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
48.实施例1
49.称取100g干燥的西柚海绵层粉，加入1l蒸馏水，进行超声处理，超声功率为240w，超声0.5h。5000rpm离心10min取上清液，调节ph为4.9，加入0.03％(w/v)的β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，反应1.5h。之后再调节ph为6，加入0.06％(w/v)的木瓜蛋白酶，反应0.5h。在100℃下灭酶后，旋蒸浓缩液体，再加入4倍体积的无水乙醇(乙醇终浓度为95％)，醇沉8h，将过滤出来的物质重新加入蒸馏水溶解后，旋蒸除去乙醇，将浓缩液放到冷冻干燥机冻
干后得到柚子海绵层可溶性膳食纤维，如图1所示。
50.实施例2
51.称取100g干燥的琯溪蜜柚海绵层粉，加入1l蒸馏水，进行超声处理，超声功率为240w，超声0.5h。5000rpm离心10min取上清液，调节ph为4.9，加入0.03％(w/v)的β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，反应1.5h。之后再调节ph为6，加入0.06％(w/v)的木瓜蛋白酶，反应0.5h。在100℃下灭酶后，旋蒸浓缩液体，再加入4倍体积的无水乙醇(乙醇终浓度为95％)，醇沉8h，将过滤出来的物质重新加入蒸馏水溶解后，旋蒸除去乙醇，将浓缩液放到冷冻干燥机冻干后得到柚子海绵层可溶性膳食纤维。
52.实施例3
53.称取100g干燥的沙田柚海绵层粉，加入1l蒸馏水，进行超声处理，超声功率为240w，超声0.5h。5000rpm离心10min取上清液，调节ph为4.9，加入0.03％(w/v)的β-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶，反应1.5h。之后再调节ph为6，加入0.06％(w/v)的木瓜蛋白酶，反应0.5h。在100℃下灭酶后，旋蒸浓缩液体，再加入4倍体积的无水乙醇(乙醇终浓度为95％)，醇沉8h，将过滤出来的物质重新加入蒸馏水溶解后，旋蒸除去乙醇，将浓缩液放到冷冻干燥机冻干后得到柚子海绵层可溶性膳食纤维。
54.对制备得到的柚子海绵层可溶性膳食纤维的持水力、溶胀力、持油性进行实验：
55.持水力实验：
56.0.5g可溶性膳食纤维粉末与25ml蒸馏水混合后，在室温静置2h，4800rpm离心10min，离心取沉淀称量。
57.计算方法：持水力＝(离心后沉淀的质量-膳食纤维质量)/膳食纤维质量；
58.溶胀力实验：
59.0.05g可溶性膳食纤维粉末与15ml蒸馏水混合后，室温静置18h，记录吸水膨胀后在试管内的读数。
60.计算方法：溶胀力＝吸水后膨胀的体积/膳食纤维的质量；
61.持油性实验：
62.1g可溶性膳食纤维粉末与25ml大豆油混合后，在室温下静置2h，4800rpm离心10min，离心取沉淀称量。
63.计算方法：持油力＝(膳食纤维结合油后质量-膳食纤维质量)/膳食纤维质量。
64.具体结果如表1所示：
65.表1可溶性膳食纤维的持水、溶胀、持油力
[0066] 持水力(g/g)溶胀力(ml/g)持油力(g/g)实施例113.57
±
0.1146.48
±
3.077.28
±
0.48实施例218.83
±
0.7047.51
±
3.128.89
±
0.54实施例314.65
±
0.7165.41
±
4.947.59
±
0.18
[0067]
从表1中可看出柚子海绵层可溶性膳食纤维的持水性与膨胀能力能够增加人体的饱腹感，可以使人体不易感到饥饿，并且有较好的吸附油脂的能力，具有吸油排毒的作用。
[0068]
检测柚子海绵层可溶性膳食纤维的脂肪，蛋白质，灰分与水分含量：
[0069]
柚子海绵层可溶性膳食纤维的脂肪，蛋白质，灰分与水分含量分别根据gb 5009.6-2016，sn/t 3926-2014，gb 5009.4-2016，gb 5009.3-2016测定。
[0070]
具体结果如表2所示：
[0071]
表2可溶性膳食纤维的脂肪、蛋白质、灰分、水分含量
[0072] 脂肪(g/kg)蛋白质(g/kg)灰分(g/kg)水分(g/kg)实施例10.71
±
0.633.66
±
0.3214.93
±
0.515.23
±
0.07实施例20.34
±
0.024.1
±
0.243.01
±
0.049.92
±
0.16实施例30.31
±
0.903.30
±
0.1932.51
±
0.3410.49
±
0.12
[0073]
从表2中可看出柚子海绵层可溶性膳食纤维的基本组成，脂肪含量不高，含有一定量的蛋白质，灰分和水分含量较高。
[0074]
评估柚子海绵层可溶性膳食纤维对体外肠道微生物影响实验：
[0075]
通过体外培养益生菌评价实施例1制备得到的柚子海绵层可溶性膳食纤维促进益生菌增殖的功能，具体步骤如下：
[0076]
(1)将活化好的嗜酸乳杆菌(lactobacillus acidophilus)、肠膜明串球菌(leuconostoc mesenteroides)、短双歧杆菌(bifidobacterium)、干酪乳杆菌(lactobacillus casei)以3％的接种量接种于用5mg/ml柚子可溶性膳食纤维替代葡萄糖作为碳源的无碳源培养基，菌种均来自市售，阳性对照1为菊粉，阳性对照2为葡萄糖，空白对照为蒸馏水。无碳源培养基配方如下：0.3g/l蛋白胨、0.2g/l酵母粉、2g/l c6h
17
n3o7、5.5g/l ch3coona、0.3g/l mgso4·
4h2o、0.07g/l mnso4·
7h2o、2g/l k2hpo4、1.08g/l tween 80，ph＝6.8，置于37℃恒温培养箱中培养，分别培养于0、12、24h后，在波长600nm处测定od值及发酵液ph，结果如图2-3，图2中a图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进肠膜明串球菌生长折线图，b图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进嗜酸乳杆菌生长折线图，c图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进短双歧杆菌生长折线图，d图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进干酪乳杆菌生长折线图；图3中a图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进肠膜明串球菌产酸折线图，b图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进嗜酸乳杆菌产酸折线图，c图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进短双歧杆菌产酸折线图，d图为柚子海绵层可溶性膳食纤维体外促进干酪乳杆菌产酸折线图。
[0077]
通过体外益生实验，实施例1制备的柚子海绵层可溶性膳食纤维可以促进嗜酸乳杆菌、肠膜明串球菌、短双歧杆菌、干酪乳杆菌的生长，并且显著高于阳性对照1，低于阳性对照2；再通过测定益生菌利用柚子海绵层可溶性膳食纤维的产酸能力发现，嗜酸乳杆菌、肠膜明串球菌、短双歧杆菌、干酪乳杆菌利用实施例1制备得到的柚子海绵层可溶性膳食纤维产酸能力均较好，ph值均有显著下降。
[0078]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。