从豆渣中制取可溶性膳食纤维的工艺研究
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我国是世界上种植大豆的主要国家 ,大豆的产量 很高 ,豆制品的加工也方兴未艾 ,然而在豆制品加工 过程中作为副产品的豆渣却没有得到有效地利用 ,仅 作为饲料或作为废弃物处理 ,其经济效益是很低的 , 同时 也 造 成 了 大 量 环 境 污 染 。其 实 , 在 豆 制 品
收稿日期 :2000 - 07 - 06 姜竹茂 :男 ,1960 年生 ,副教授 ,食品科学与工程专业
经正交试验得出最佳工艺组合为 A3B2C1D2 ,即提 取温度 (100 ℃) 、加水量 (25ml . g - 1) 、pH (自然) 、提取 时间 (10min) 。由极差 R 得出各因素对提取可溶性膳 食纤维产率的影响是有差异的 ,主次关系为 :提取时 间 > pH > 提取温度 > 加水量 。 2. 2. 2 验证试验
(烟台大学化学生物理工学院1 ,烟台 264635) (烟台师范学院生物系2 ,烟台 264025)
摘 要 分别用三种方法即直接水浸提法 、酶解法 、生物发酵法对从豆渣中制备可溶性膳食纤维进行了研 究 。采用正交试验设计确定了直接水浸提法的最佳提取条件为 :提取温度 100 ℃、自然 pH、提取时间 10min 、加 水量 25ml. g - 1 。选用最佳条件的验证试验结果表明 ,可溶性膳食纤维产率由原来的 6. 55 %提高到11. 34 % ,增 加了近一倍 。酶解法研究结果表明 ,可溶性膳食纤维产率进一步提高到 16. 59 %。而用生物发酵法处理豆渣 后 ,可溶性膳食纤维率有所下降 ,并就可能原因进行了探讨 。
由表 2 试验结果可知 ,样品经酶法处理后 ,可溶 性膳食纤维产率有明显提高 ,由原来的 11. 17 %提高 到 16. 59 %。因为纤维素酶可以分解不溶性膳食纤 维中的纤维素成分 ,生成小分子量的单糖或寡糖 ,从 而增加了可溶性膳食纤维的产率 。 2. 4 用绿色木霉菌株作菌种 ,生物发酵法制备可溶
加工过程中 ,豆皮一般进入豆渣中 ,而豆皮中含有丰 富的膳食纤维 ,可占豆皮干基的 59. 0 %～62. 8 %〔2〕, 因此 ,豆渣中也含有丰富的膳食纤维 ,此外 ,豆渣中还 含有大豆蛋白质 、钙 、磷 、维生素等营养成分 ,具有很 高的营养价值 。开发利用豆渣具有广阔的市场潜力 。
目前 ,这方面的研究多集中在对不溶性膳食纤维 的研究方面 ,对可溶性膳食纤维的研究报道较少 ,尤 其是从豆渣中制取可溶性膳食纤维更是鲜有报道 。 本论文对从豆渣中制取可溶性膳食纤维进行了试验 研究 。
1. 3. 2 豆渣的预处理 原料 ϖ50 ℃烘干 5h ϖ粉碎 ϖ过 20 目筛 。
1. 3. 3 直接水浸提法提取可溶性膳食纤维 称取一定量样品 ,加水 ,调 pH ,在水浴中进行提
取 ,再过滤 ,滤液以 4 倍体积无水乙醇处理 ,静置 ,通 过已烘干恒重的多孔玻璃漏斗进行过滤 ,并用乙醇清 洗盛滤液的容器 , 将漏斗及沉淀物 100 ℃烘干至恒 重 ,计算产率 。 1. 3. 4 酶解法制取可溶性膳食纤维
绿色木霉 ( Trichoderma viride) Tr - 37 由无锡轻工 大学生物工程学院提供 ,试管斜面已在冰箱中放置一
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
按已经优选出的培养基配方进行液体发酵 ,每 12h 测一次可溶性膳食纤维产率 ,折合成含水 2. 96 % 的豆渣 ,即湿豆渣经 100 ℃,烘干 5h 后 ,用于 2. 1 测定 成分的豆渣来计算 ,测定结果如图 1 所示 。
白 。可溶性膳食纤维的组成主要是一些植物细胞的 胞内成分 ,如胶类 、糖类等 。从图 1 可以看出 ,可溶性 膳食纤维产率与绿色木霉菌株的生长曲线有关 。豆 渣接种绿色木霉后 ,24h 前是绿色木霉的延滞期 ,首 先消耗掉那些溶解在水中的纤维素 、胶类 、糖类等可 溶性膳食纤维成分 ,从而可溶性膳食纤维产率迅速下 降 ;24h 后 ,绿色木霉进入对数生长期和稳定期 ,产生 大量 C1 、Cx 、纤维素酶 、淀粉酶等 ,将部分不溶性膳食 纤维和淀粉迅速分解成单糖或寡糖及其它成分 ,远远 大于合成菌体蛋白的速度 ,所以 ,可溶性膳食纤维产 率明显上升 ,直到 72h 达到最大值11. 09 % ,但仍小于 不接种 绿 色 木 霉 菌 种 时 可 溶 性 膳 食 纤 维 产 率 11. 34 % ,说明消耗掉的可溶性膳食纤维成分总量大于新 生成的可溶性膳食纤维量 。从 72h 以后 ,绿色木霉进 入衰亡期 ,可溶性膳食纤维成分被大量合成菌体蛋 白 ,故可溶性膳食纤维产率又显著下降 。 2. 4. 2. 2 纤维素酶活力测定
N —稀释倍数 ; 60 —恒温时间 (min) , 0. 5 —酶液毫升数 。
2 结果与讨论
2. 1 豆渣的成分分析
对经 50 ℃烘干 5h 的豆渣进行成分分析 ,结果见
表 1 ,可知豆渣的主要成分是膳食纤维 、脂肪和蛋白 质 ,而淀粉含量较低 ,仅占 3. 75 % ,故在制取可溶性 膳食纤维的过程中没有考虑去除淀粉 。
关键词 豆渣 可溶性膳食纤维 纤维素酶 绿色木霉
0 前言
1993 年 2 月 9 日 ,我国国务院颁发《九十年代中 国食物结构改革与发展纲要》指出 :由于膳食不平衡 或营养过剩而造成的“文明病”已在我国出现 ,肥胖 症 、高血压 、冠心病 、糖尿病和结肠癌等已成为危害我 国人民健康的主要疾病 。因此 ,在这种背景下 ,膳食 纤维的营养功能及其研究开发是我国的一个十分重 要的课题 。可溶性膳食纤维作为膳食纤维的一种 ,有 着广泛的生理作用 ,在许多方面具有比不溶性膳食纤 维更强的生理功能 ,如持水率高 ,防便秘等〔1〕。因为 可溶性膳食纤维能在结肠中几乎被彻底水解 ,产生的 短链酸比不溶性膳食纤维要多的多 ,故对结肠癌的防 治效果比不溶性膳食纤维更好 ,此外 ,在降低血液胆 固醇含量方面及对有害物质的清除上都比不溶性膳 食纤维效果好〔1〕。用途也比不溶性膳食纤维更加广 泛 。因此 ,制备可溶性膳食纤维具有特别重要的意 义。
蛋白质含量的测定 :微量凯氏定氮法〔3〕; 脂肪含量的测定 :盐酸水解混合醚提取法〔3〕; 淀粉含量的测定 :费林试剂热滴定定糖法〔4〕; 水分含量的测定 : GB5009. 3 - 85〔5〕; 灰份含量的测定 : GB5009. 4 - 85〔5〕; 不溶性膳食纤维含量的测定 : GB12394 - 90〔6 ,7〕; 可溶性膳食纤维含量的测定 :改良的水溶性膳食 纤维含量快速分析法〔7 ,8〕。
2001 年 6 月 第 16 卷第 3 期
Journal
of
the
中国粮油学报
Chinese Cereals and Oils Association
Vol. 16 ,No. 3 J un. 2001
从豆渣中制取可溶性膳食纤维的研究
姜竹茂1 陈新美1 缪 静2
性膳食纤维 2. 4. 1 较优发酵条件的确定
经正交试验 ,接种量为 0 时 ,可溶性膳食纤维产 率最高 ,这是与原先设想相矛盾的 ,下面安排实验来 分析可能因 。 2. 4. 2 以绿色木霉作菌种 ,生物发酵法制备可溶性 膳食纤维产率低的原因分析 2. 4. 2. 1 绿色木霉菌株的生长曲线测定
可溶 性 膳 食 纤 维 产 率 由 原 来 的 6. 55 % 提 高 到 11. 34 % ,从而验证了上述结论的正确性 。 2. 3 酶解法提取可溶性膳食纤维
添加纤维素酶液量为 3 % (体积分数) ,选用酶的 最适温度 49 ℃,最适 pH4. 9 ,添加木瓜蛋白酶溶液量 为 6 %(体积分数) ,60 ℃,30min 。对照选取已得出的 直接水浸提法的较优水平来提取可溶性膳食纤维 ,结 果见表 2 。
表 1 豆渣成分分析 (质量分数)
成分 水分 蛋白质 脂肪 淀粉 灰分 总膳食纤维 可溶性膳食纤维
含量 ( %) 2. 96 13. 21 19. 18 3. 75 2. 76 59. 87 6. 55
2. 2 直接水浸提法提取可溶性膳食纤维 2. 2. 1 直接水浸提法提取可溶性膳食纤维最佳工艺 条件的确定
三级摇瓶培养 : 豆渣加水 ,添加适量无机盐 ,经 121 ℃,20min 高压蒸汽灭菌 。
培养条件 :旋转式摇床 ,偏心距 20mm ,转速 160r/
min ,摇瓶为 300ml ,内装 100ml 培养液 ,接种量为 10 % (体积分数) ,通气培养 ,温度 31 ℃,培养周期 72h 。 1. 3. 5. 2 用绿色木霉菌株作菌种 ,液体发酵法制备 可溶性膳食纤维
对照 酶解法
样品重
/g 5. 0651 4. 9985
表 2 酶解法制备可溶性膳食纤维结果表
玻璃漏斗重
漏斗与沉淀
/g
重/ g
22. 8381
23. 3966
28. 8865
29. 7158
可溶性膳食 纤维重/ g 0. 5585 0. 8293
可溶性膳食纤维产率 / %(质量分数) 11. 17 16. 59
1 试验材料与方法
1. 1 材料 1. 1. 1 豆渣
家庭作坊生产豆腐后的残渣 。 1. 1. 2 试剂
均为化学纯或分析纯 ,其中乙醇回收再利用 。 1. 1. 3 酶制剂
纤维素酶 :无锡星达生物工程有限公司 (原无锡 市酶制剂厂) ,滤纸酶活 2000u. g - 1 。
木瓜蛋白酶 :广州酶制品厂 ,产品型号 PA1 ,酶活 ≥90 万 u. g - 1 。 1. 1. 4 菌种
以所确定的最佳工艺组合做验证试验 ,结果是
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
5 4 中国粮油学报 2001 年第 3 期
一级菌种 :马铃薯葡萄糖培养基 ,试管斜面 ,供转 代及保存菌种用 ,生产临时用菌在培养皿内培养 。
收稿日期 :2000 - 07 - 06 姜竹茂 :男 ,1960 年生 ,副教授 ,食品科学与工程专业
经正交试验得出最佳工艺组合为 A3B2C1D2 ,即提 取温度 (100 ℃) 、加水量 (25ml . g - 1) 、pH (自然) 、提取 时间 (10min) 。由极差 R 得出各因素对提取可溶性膳 食纤维产率的影响是有差异的 ,主次关系为 :提取时 间 > pH > 提取温度 > 加水量 。 2. 2. 2 验证试验
(烟台大学化学生物理工学院1 ,烟台 264635) (烟台师范学院生物系2 ,烟台 264025)
摘 要 分别用三种方法即直接水浸提法 、酶解法 、生物发酵法对从豆渣中制备可溶性膳食纤维进行了研 究 。采用正交试验设计确定了直接水浸提法的最佳提取条件为 :提取温度 100 ℃、自然 pH、提取时间 10min 、加 水量 25ml. g - 1 。选用最佳条件的验证试验结果表明 ,可溶性膳食纤维产率由原来的 6. 55 %提高到11. 34 % ,增 加了近一倍 。酶解法研究结果表明 ,可溶性膳食纤维产率进一步提高到 16. 59 %。而用生物发酵法处理豆渣 后 ,可溶性膳食纤维率有所下降 ,并就可能原因进行了探讨 。
由表 2 试验结果可知 ,样品经酶法处理后 ,可溶 性膳食纤维产率有明显提高 ,由原来的 11. 17 %提高 到 16. 59 %。因为纤维素酶可以分解不溶性膳食纤 维中的纤维素成分 ,生成小分子量的单糖或寡糖 ,从 而增加了可溶性膳食纤维的产率 。 2. 4 用绿色木霉菌株作菌种 ,生物发酵法制备可溶
加工过程中 ,豆皮一般进入豆渣中 ,而豆皮中含有丰 富的膳食纤维 ,可占豆皮干基的 59. 0 %～62. 8 %〔2〕, 因此 ,豆渣中也含有丰富的膳食纤维 ,此外 ,豆渣中还 含有大豆蛋白质 、钙 、磷 、维生素等营养成分 ,具有很 高的营养价值 。开发利用豆渣具有广阔的市场潜力 。
目前 ,这方面的研究多集中在对不溶性膳食纤维 的研究方面 ,对可溶性膳食纤维的研究报道较少 ,尤 其是从豆渣中制取可溶性膳食纤维更是鲜有报道 。 本论文对从豆渣中制取可溶性膳食纤维进行了试验 研究 。
1. 3. 2 豆渣的预处理 原料 ϖ50 ℃烘干 5h ϖ粉碎 ϖ过 20 目筛 。
1. 3. 3 直接水浸提法提取可溶性膳食纤维 称取一定量样品 ,加水 ,调 pH ,在水浴中进行提
取 ,再过滤 ,滤液以 4 倍体积无水乙醇处理 ,静置 ,通 过已烘干恒重的多孔玻璃漏斗进行过滤 ,并用乙醇清 洗盛滤液的容器 , 将漏斗及沉淀物 100 ℃烘干至恒 重 ,计算产率 。 1. 3. 4 酶解法制取可溶性膳食纤维
绿色木霉 ( Trichoderma viride) Tr - 37 由无锡轻工 大学生物工程学院提供 ,试管斜面已在冰箱中放置一
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
按已经优选出的培养基配方进行液体发酵 ,每 12h 测一次可溶性膳食纤维产率 ,折合成含水 2. 96 % 的豆渣 ,即湿豆渣经 100 ℃,烘干 5h 后 ,用于 2. 1 测定 成分的豆渣来计算 ,测定结果如图 1 所示 。
白 。可溶性膳食纤维的组成主要是一些植物细胞的 胞内成分 ,如胶类 、糖类等 。从图 1 可以看出 ,可溶性 膳食纤维产率与绿色木霉菌株的生长曲线有关 。豆 渣接种绿色木霉后 ,24h 前是绿色木霉的延滞期 ,首 先消耗掉那些溶解在水中的纤维素 、胶类 、糖类等可 溶性膳食纤维成分 ,从而可溶性膳食纤维产率迅速下 降 ;24h 后 ,绿色木霉进入对数生长期和稳定期 ,产生 大量 C1 、Cx 、纤维素酶 、淀粉酶等 ,将部分不溶性膳食 纤维和淀粉迅速分解成单糖或寡糖及其它成分 ,远远 大于合成菌体蛋白的速度 ,所以 ,可溶性膳食纤维产 率明显上升 ,直到 72h 达到最大值11. 09 % ,但仍小于 不接种 绿 色 木 霉 菌 种 时 可 溶 性 膳 食 纤 维 产 率 11. 34 % ,说明消耗掉的可溶性膳食纤维成分总量大于新 生成的可溶性膳食纤维量 。从 72h 以后 ,绿色木霉进 入衰亡期 ,可溶性膳食纤维成分被大量合成菌体蛋 白 ,故可溶性膳食纤维产率又显著下降 。 2. 4. 2. 2 纤维素酶活力测定
N —稀释倍数 ; 60 —恒温时间 (min) , 0. 5 —酶液毫升数 。
2 结果与讨论
2. 1 豆渣的成分分析
对经 50 ℃烘干 5h 的豆渣进行成分分析 ,结果见
表 1 ,可知豆渣的主要成分是膳食纤维 、脂肪和蛋白 质 ,而淀粉含量较低 ,仅占 3. 75 % ,故在制取可溶性 膳食纤维的过程中没有考虑去除淀粉 。
关键词 豆渣 可溶性膳食纤维 纤维素酶 绿色木霉
0 前言
1993 年 2 月 9 日 ,我国国务院颁发《九十年代中 国食物结构改革与发展纲要》指出 :由于膳食不平衡 或营养过剩而造成的“文明病”已在我国出现 ,肥胖 症 、高血压 、冠心病 、糖尿病和结肠癌等已成为危害我 国人民健康的主要疾病 。因此 ,在这种背景下 ,膳食 纤维的营养功能及其研究开发是我国的一个十分重 要的课题 。可溶性膳食纤维作为膳食纤维的一种 ,有 着广泛的生理作用 ,在许多方面具有比不溶性膳食纤 维更强的生理功能 ,如持水率高 ,防便秘等〔1〕。因为 可溶性膳食纤维能在结肠中几乎被彻底水解 ,产生的 短链酸比不溶性膳食纤维要多的多 ,故对结肠癌的防 治效果比不溶性膳食纤维更好 ,此外 ,在降低血液胆 固醇含量方面及对有害物质的清除上都比不溶性膳 食纤维效果好〔1〕。用途也比不溶性膳食纤维更加广 泛 。因此 ,制备可溶性膳食纤维具有特别重要的意 义。
蛋白质含量的测定 :微量凯氏定氮法〔3〕; 脂肪含量的测定 :盐酸水解混合醚提取法〔3〕; 淀粉含量的测定 :费林试剂热滴定定糖法〔4〕; 水分含量的测定 : GB5009. 3 - 85〔5〕; 灰份含量的测定 : GB5009. 4 - 85〔5〕; 不溶性膳食纤维含量的测定 : GB12394 - 90〔6 ,7〕; 可溶性膳食纤维含量的测定 :改良的水溶性膳食 纤维含量快速分析法〔7 ,8〕。
2001 年 6 月 第 16 卷第 3 期
Journal
of
the
中国粮油学报
Chinese Cereals and Oils Association
Vol. 16 ,No. 3 J un. 2001
从豆渣中制取可溶性膳食纤维的研究
姜竹茂1 陈新美1 缪 静2
性膳食纤维 2. 4. 1 较优发酵条件的确定
经正交试验 ,接种量为 0 时 ,可溶性膳食纤维产 率最高 ,这是与原先设想相矛盾的 ,下面安排实验来 分析可能因 。 2. 4. 2 以绿色木霉作菌种 ,生物发酵法制备可溶性 膳食纤维产率低的原因分析 2. 4. 2. 1 绿色木霉菌株的生长曲线测定
可溶 性 膳 食 纤 维 产 率 由 原 来 的 6. 55 % 提 高 到 11. 34 % ,从而验证了上述结论的正确性 。 2. 3 酶解法提取可溶性膳食纤维
添加纤维素酶液量为 3 % (体积分数) ,选用酶的 最适温度 49 ℃,最适 pH4. 9 ,添加木瓜蛋白酶溶液量 为 6 %(体积分数) ,60 ℃,30min 。对照选取已得出的 直接水浸提法的较优水平来提取可溶性膳食纤维 ,结 果见表 2 。
表 1 豆渣成分分析 (质量分数)
成分 水分 蛋白质 脂肪 淀粉 灰分 总膳食纤维 可溶性膳食纤维
含量 ( %) 2. 96 13. 21 19. 18 3. 75 2. 76 59. 87 6. 55
2. 2 直接水浸提法提取可溶性膳食纤维 2. 2. 1 直接水浸提法提取可溶性膳食纤维最佳工艺 条件的确定
三级摇瓶培养 : 豆渣加水 ,添加适量无机盐 ,经 121 ℃,20min 高压蒸汽灭菌 。
培养条件 :旋转式摇床 ,偏心距 20mm ,转速 160r/
min ,摇瓶为 300ml ,内装 100ml 培养液 ,接种量为 10 % (体积分数) ,通气培养 ,温度 31 ℃,培养周期 72h 。 1. 3. 5. 2 用绿色木霉菌株作菌种 ,液体发酵法制备 可溶性膳食纤维
对照 酶解法
样品重
/g 5. 0651 4. 9985
表 2 酶解法制备可溶性膳食纤维结果表
玻璃漏斗重
漏斗与沉淀
/g
重/ g
22. 8381
23. 3966
28. 8865
29. 7158
可溶性膳食 纤维重/ g 0. 5585 0. 8293
可溶性膳食纤维产率 / %(质量分数) 11. 17 16. 59
1 试验材料与方法
1. 1 材料 1. 1. 1 豆渣
家庭作坊生产豆腐后的残渣 。 1. 1. 2 试剂
均为化学纯或分析纯 ,其中乙醇回收再利用 。 1. 1. 3 酶制剂
纤维素酶 :无锡星达生物工程有限公司 (原无锡 市酶制剂厂) ,滤纸酶活 2000u. g - 1 。
木瓜蛋白酶 :广州酶制品厂 ,产品型号 PA1 ,酶活 ≥90 万 u. g - 1 。 1. 1. 4 菌种
以所确定的最佳工艺组合做验证试验 ,结果是
© 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
5 4 中国粮油学报 2001 年第 3 期
一级菌种 :马铃薯葡萄糖培养基 ,试管斜面 ,供转 代及保存菌种用 ,生产临时用菌在培养皿内培养 。
