一种制备马铃薯渣膳食纤维的方法
【专利摘要】本发明公开了一种制备马铃薯渣膳食纤维的方法，属于农产品加工废弃物综合利用【技术领域】。本发明以湿马铃薯渣为原料，首先采用纤维素酶和果胶酶复合处理的破坏纤维素和果胶组分的结构，既解除纤维素和果胶对淀粉的包裹、缠绕作用，又可以提高可溶性膳食纤维的含量，然后加入蛋白酶去除蛋白质，再加入淀粉酶和糖化酶高效率的去除淀粉，分离后的上清液可制备高附加值的可溶性膳食纤维产品，固形物可制备低淀粉含量的膳食纤维产品，实现了对马铃薯渣的高效综合利用，可以有效解决马铃薯淀粉生产中废渣难以处理的问题，降低马铃薯淀粉企业的生产成本，减轻薯渣大量堆积造成的环境污染问题。
【专利说明】一种制备马铃薯渣膳食纤维的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种制备马铃薯渣膳食纤维的方法，尤其是一种高效利用湿马铃薯渣 转化生产高附加值膳食纤维产品的方法，属于农产品加工废弃物综合利用【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 我国是世界上最大的马铃薯种植国，随着我国马铃薯淀粉行业的发展，每年有大 量的马铃薯被加工成淀粉，同时产生上百万吨的鲜薯渣。马铃薯渣是一种富含多种营养物 的混合物，但鲜渣中水分含量高且含有大量的微生物，极易腐败变质，造成环境污染。因此， 开发一种鲜马铃薯渣的有效综合利用方式，对马铃薯淀粉行业的发展和解决日益严峻的环 境问题都具有重要的价值。
[0003] 马铃薯渣中膳食纤维含量高达50-60%，其中可溶性膳食纤维占14-15%，是一种 高品质的膳食纤维原料。膳食纤维的生理功效包括预防便秘与结肠癌、调节血脂、调节血糖 以及减肥等。随着人们对健康的关注程度越来越高，膳食纤维的需求量也越来越大。因此， 以马铃薯渣为原料制备膳食纤维将成为马铃薯渣开发利用的一种有效方式。
[0004] 现有的以农业废弃物为原料酶法制备膳食纤维的工艺，主要是针对豆渣、麦麸、玉 米皮等淀粉含量较低、水分含量较低的原材料，采用淀粉酶、蛋白酶处理去除杂质，再通过 纤维素酶处理改善膳食纤维组分或提高可溶性膳食纤维含量。但是湿马铃薯渣中水分、淀 粉含量都很高，且淀粉被紧密的包裹在果胶、纤维素组分中，难以有效除去淀粉这一主要干 扰组分。目前已开发的针对马铃薯渣的膳食纤维制备工艺，在处理前均对马铃薯渣进行了 干燥和粉碎处理，这一过程对马铃薯渣的结构产生了一定的破坏作用，有利于淀粉的释放 和被酶解作用，但是马铃薯渣本身持水力极强，干燥需要耗费大量的能耗和时间，无法适应 马铃薯淀粉加工企业连续、大批量产生湿马铃薯渣的需求，且淀粉残留率依然很高；针对湿 马铃薯渣的膳食纤维制备工艺，淀粉酶解的去除效率很低，过高的淀粉残存量影响了马铃 薯渣膳食纤维的品质，限制了其应用，价格较低，并且缺乏可溶性膳食纤维这种高附加值、 高品质的产品类型，也导致以马铃薯渣为原料制备膳食纤维的综合利用技术无法得到推广 和广泛应用。
[0005] 本发明根据马铃薯渣独特的组分结构和特点，有针对性地通过先采用纤维素酶和 果胶酶预降解，再利用淀粉酶除去淀粉，利用马铃薯渣来制备淀粉残存量低、品质高的可溶 性膳食纤维和普通膳食纤维产品，可根据不同使用需求广泛应用于各类食品、饮料、保健品 及动物饲料组分等领域，对马铃薯淀粉行业的发展和解决日益严峻的环境问题都具有重要 的价值。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是提供一种制备马铃薯渣膳食纤维的方法，是一种针对 马铃薯渣组分和结构特征制备高附加值膳食纤维产品的方法。通过采用纤维素酶和果胶酶 复合处理既可以部分降解纤维素，使其转化为可溶性膳食纤维，又能解除纤维素和果胶对 淀粉的包裹束缚作用，提高淀粉酶去除淀粉的效率，制备得到普通膳食纤维产品。实现马铃 薯渣资源的高效利用，解决马铃薯渣处理难的问题。
[0007] 所述方法的主要步骤是将马铃薯渣与适量水混合均匀后，添加纤维素酶和果胶酶 进行复合处理，再分别用中性蛋白酶、耐高温α-淀粉酶和α-l，4-葡萄糖水解酶处理；将 处理后得到的薯渣浆分离得到上清液和固形物，薯渣浆分离得到的固形物即为马铃薯渣膳 食纤维，薯渣浆分离得到的上清液经浓缩醇沉后得到的固形物即为马铃薯渣可溶性膳食纤 维。
[0008] 在本发明的一种实施方式中，所述马铃薯渣与适量水混合均匀，是将鲜马铃薯渣 和水按质量体积比为1:3?l:5(g:mL)混合，100?200r/min的速度搅拌均勻。
[0009] 在本发明的一种实施方式中，利用纤维素酶和果胶酶进行复合处理时，酶解条件 为：温度50?55°C、pH4. 5?5. 0、时间1?3h、搅拌速度150?200r/min，纤维酶添加量 4?36U/g薯渣（干基），果胶酶添加量5?20U/g薯渣（干基），酶解结束后煮沸lOmin， 冷却至55?60°C。
[0010] 在本发明的一种实施方式中，向经纤维素酶和果胶酶复合处理后的薯渣浆中加入 中性蛋白酶酶解，酶解条件采用：温度55?60°C、pH5. 0?7. 0、时间0. 5?lh、搅拌速度 150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量30?50U/g薯渣（干基）。
[0011] 在本发明的一种实施方式中，将经中性蛋白酶处理后的薯渣浆加热煮沸10? 30min使其所含的淀粉充分糊化，调节pH值为5. 5?6. 0,加入耐高温α -淀粉酶，90? 95°C、150?200r/min下搅拌水解10?40min，冷却至50?60°C;调节pH值为4. 0?4. 5， 加入α -1，4-葡萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min条件下搅拌水解1?2h，所述耐高 温α -淀粉酶的添加量100?150U/g薯渣（干基），α -1，4-葡萄糖水解酶的添加量200? 300U/g薯渣（干基）。
[0012] 在本发明的一种实施方式中，将酶解处理后的薯渣浆分离得到上清液和固形物， 上清液经蒸发浓缩后加入2-6倍体积的95%的乙醇沉淀4?24h，再经固液分离，得到的固 形物经烘干、粉碎、过100?200目筛，即得到成品马铃薯渣可溶性膳食纤维，薯渣浆分离得 到的固形物经烘干、粉碎、过100?200目筛，即得到成品马铃薯渣膳食纤维。
[0013] 本发明的一种实施方式主要包括如下步骤：
[0014] (1)将鲜马铃薯渣和纯水混合，其中鲜马铃薯渣和水的质量体积比为1:3? 1:5 (g:mL)，100?200r/min的速度揽拌均勻；
[0015] (2)利用纤维素酶和果胶酶进行复合处理，酶解条件为：温度50?55°C、pH4. 5? 5. 0、时间1?3h、搅拌速度150?200r/min，纤维酶添加量4?36U/g薯渣（干基），果胶 酶添加量5?20U/g薯渣（干基），酶解结束后煮沸lOmin，冷却至55?60°C ;
[0016] (3)向经步骤（2)处理后的薯渣浆中加入中性蛋白酶酶解，酶解条件：温度55? 60°C、pH5. 0?7. 0、时间0. 5?lh、搅拌速度150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量 3〇?5〇U/g薯渣（干基）；
[0017] (4)将经步骤（3)处理后的薯渣浆加热煮沸10?30min使其所含的淀粉充分糊 化，用氢氧化钠调节pH值为5. 5?6. 0,加入耐高温α -淀粉酶，90?95°C、150?200r/min 下搅拌水解10?40min，冷却至50?60°C;用盐酸调节pH值为4. 0?4. 5,加入α -1，4-葡 萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min条件下搅拌水解1?2h，所述耐高温α -淀粉酶 的添加量100?150U/g薯渣（干基），α -1，4-葡萄糖水解酶的添加量200?300U/g薯渣 (干基）；
[0018] (5)将经步骤（4)处理后的薯渣浆分离得到上清液和固形物，上清液经蒸发浓缩 后加入2-6倍体积的95%的乙醇沉淀4?24h，再经固液分离，得到的固形物经烘干、粉碎、 过100?200目筛，即得到成品马铃薯渣可溶性膳食纤维，薯渣浆分离得到的固形物经烘 干、粉碎、过100?200目筛，即得到成品马铃薯渣膳食纤维。
[0019] 在本发明的一种实施方式中，所述原料马铃薯渣为马铃薯淀粉加工的直接副产 物，含水量为80?95%。
[0020] 所述纤维素酶是由外切β -葡聚糖酶、内切β -葡聚糖酶和β -葡萄糖苷酶组成 的。
[0021 ] 所述酶解产物的分离方法可以是离心或过滤分离。
[0022] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0023] 1、本发明直接针对马铃薯淀粉加工的直接副产物湿马铃薯渣进行处理，无需预先 进行干燥和粉碎操作，大大节约了能耗和时间，可实现连续、大批量的高效转化利用。
[0024] 2、本发明发现了在利用马铃薯渣制备膳食纤维的过程中，淀粉组分被较为紧密地 包裹在纤维素和果胶组分中，难以被淀粉酶直接有效除去从而降低膳食纤维品质的问题。 本发明通过首先加入纤维素酶和果胶酶一定程度地破坏纤维素和果胶的结构性质，再加入 淀粉酶去除淀粉，可很大程度地提高淀粉去除率，得到淀粉残存量非常低的膳食纤维。
[0025] 3、本发明采用纤维素酶和果胶酶处理，一定程度地降解纤维素和果胶，不但可以 解除纤维素和果胶对淀粉的包裹，还可以将不溶性膳食纤维转化成可溶性膳食纤维，增加 可溶性膳食纤维的含量，提高膳食纤维的品质。
[0026] 4、本发明发现马铃薯渣中的纤维素组分相对于其他农产品废弃物而言，结构更为 松散，更易被纤维素酶水解，且果胶组分含量较高，是一种较为理想的制备可溶性膳食纤维 的原料。本发明同时制备了马铃薯渣可溶性膳食纤维和普通膳食纤维两种产品，可满足不 同领域、不同要求的应用需要，实现了对马铃薯渣的高效综合利用。
【具体实施方式】
[0027] 实施例1
[0028] 称取鲜马铃薯渣100g，按鲜马铃薯渣和水的质量体积比为l:5(g:mL)，加水并搅 拌均匀，盐酸调节pH值为4.8,加入12U/g薯渣（干基）的纤维素酶（Sigma产品编号22178) 和8U/g薯渣（干基）的果胶酶（Sigma产品编号P5400)，于50°C、搅拌速度160r/min的 条件下反应3h，煮沸、冷却至60°C ;氢氧化钠调节pH值为6.0,加入中性蛋白酶（Sigma产 品编号C2139)酶解，加酶量35U/g薯渣（干基），于60°C、搅拌速度160r/min的条件下反 应0. 5h ;将上述处理后的薯渣浆，加热煮沸15min使淀粉充分糊化，用氢氧化钠调节pH值 为5. 5,加入耐高温α -淀粉酶（诺维信Fungamyl800L)，加酶量100U/g薯渣（干基），于 95°C、搅拌速度160r/min的条件下水解0. 5h，冷却至60°C，用盐酸调节pH值为4. 0,加入 α-1，4-葡萄糖水解酶（诺维信AmylaSeAG300L)，加酶量200U/g薯渣（干基），于60°C、 搅拌速度160r/min的条件下水解I. 5h。将上述处理后的薯渣浆以4500r/min的速度离心 20min，分离得到上清液和固形物。上清液经旋转蒸发浓缩后，加入3. 5倍体积的95%的乙 醇沉淀12h，再以4500r/min的速度离心20min分离，得到的固形物经烘干、粉碎、过100目 筛，即得到成品可溶性马铃薯渣膳食纤维。薯渣浆分离得到的固形物经烘干、粉碎、过100 目筛后得到普通膳食纤维产品。
[0029] 所制得的可溶性膳食纤维得率为41. 7%，普通膳食纤维得率为16. 4%，采用 GB5009. 9-85测定产品普通马铃薯渣膳食纤维中淀粉残存量为3. 37%。
[0030] 实施例2
[0031] 膳食纤维制备方法1 :称取鲜马铃薯渣100g，按鲜马铃薯渣和水的质量体积比为 1:5,加水并搅拌均匀，盐酸调节pH值为5. 0,加入25U/g薯渣（干基）的纤维素酶（诺维信 型号Celluzyme)和5U/g薯渣（干基）的果胶酶（Sigma产品编号P5400)，于50°C、搅拌速 度180r/min的条件下反应2h，煮沸、冷却至60°C;氢氧化钠调节pH值为6. 0,加入中性蛋白 酶（Sigma产品编号C2139)酶解，加酶量35U/g薯渣（干基），于60°C、搅拌速度200r/min 的条件下反应〇. 5h ;将上述处理后的薯渣浆，加热煮沸20min使淀粉充分糊化，加入耐高温 α -淀粉酶（诺维信FungamY1800L)，加酶量130U/g薯渣（干基），于95°C、搅拌速度160r/ min的条件下水解0. 5h，冷却至60°C，用盐酸调节pH值为4. 0,加入α -1，4-葡萄糖水解酶 (诺维信AmylaseAG300L)，加酶量200U/g薯渣（干基），于60°C、搅拌速度160r/min的条 件下水解1.5h。其余步骤同实施例1。所制得的可溶性膳食纤维得率为44. 3%，普通膳食 纤维得率为14. 1%。
[0032] 膳食纤维制备方法2 :称取鲜马铃薯渣100g，按鲜马铃薯渣和水的质量体积比为 1:5,加水并搅拌均匀，加热煮沸20min使淀粉充分糊化，盐酸调节pH值为6. 0,加入耐高温 α -淀粉酶（诺维信FungamY1800L)，加酶量220U/g薯渣（干基），于95°C、搅拌速度160r/ min的条件下水解3. 5h，冷却至60°C，用盐酸调节pH值为4. 0,加入α -1，4-葡萄糖水解酶， 加酶量3000U/g薯渣（干基），于60°C、搅拌速度160r/min的条件下水解0. 5h ;加入中性 蛋白酶酶解，加酶量50U/g薯渣（干基），于60°C、搅拌速度200r/min的条件下反应0. 5h ; 将所得的薯渣浆离心、干燥、粉碎、过100目筛后得到马铃薯渣膳食纤维产品。所得的普通 膳食纤维得率为55. 4%
[0033] 本实施例中膳食纤维制备方法1、2所得产品性质的比较如表1所示：
[0034] 表1马铃薯渣膳食纤维产品比较
[0035]
【权利要求】
1. 一种制备马铃薯渣膳食纤维的方法，将马铃薯渣与适量水混合均匀后，添加纤维素 酶和果胶酶进行复合处理，再分别用中性蛋白酶、耐高温α-淀粉酶和α-1，4-葡萄糖水解 酶处理；处理后得到的薯渣浆分离得到的固形物即为马铃薯渣膳食纤维，薯渣浆分离得到 的上清液经浓缩醇沉后得到的固形物即为马铃薯渣可溶性膳食纤维。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述马铃薯渣与适量水混合均匀，是将鲜 马铃薯渣和水按质量体积比为1:3?1: 5kg/L混合，搅拌均匀。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用纤维素酶和果胶酶进行复合处理，酶 解条件为：温度50?55°C、pH4. 5?5. 0、时间1?3h、搅拌速度150?200r/min，纤维酶 添加量4?36U/g薯渣干基，果胶酶添加量5?20U/g薯渣干基，酶解结束后煮沸lOmin，冷 却至55?60°C。
4. 根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，向经纤维素酶和果胶酶复合处理 后的薯渣浆中加入中性蛋白酶酶解，酶解条件采用：温度55?60°C、pH5. 0?7. 0、时间 0. 5?lh、搅拌速度150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量30?50U/g薯渣。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将经纤维素酶、果胶酶、中性蛋白酶处理 后的薯渣浆加热煮沸10?30min使其所含的淀粉充分糊化，调节pH值为5. 5?6. 0,加入耐 高温α -淀粉酶,90?95°C、150?200r/min下搅拌水解10?40min，冷却至50?60°C ; 调节pH值为4. 0?4. 5,加入α -1，4-葡萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min条件下 搅拌水解1?2h，所述耐高温α -淀粉酶的添加量100?150U/g薯渣干基，α -1，4-葡萄 糖水解酶的添加量200?300U/g薯渣干基。
6. 根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，将酶解处理结束后的薯渣浆分离 得到上清液和固形物，上清液经蒸发浓缩后加入2-6倍体积的95%的乙醇沉淀4?24h，再 经固液分离，得到的固形物经烘干、粉碎、过1〇〇?200目筛，即得到成品马铃薯渣可溶性膳 食纤维；薯渣浆分离得到的固形物经烘干、粉碎、过100?200目筛，即得到成品马铃薯渣膳 食纤维。
7. 根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，具体步骤为： (1) 将鲜马铃薯渣和纯水混合，其中鲜马铃薯渣和水的质量体积比为1:3?l:5kg/L， 100?200r/min的速度搅拌均勻； (2) 利用纤维素酶和果胶酶进行复合处理，酶解条件为：温度50?55°C、pH4. 5?5. 0、 时间1?3h、搅拌速度150?200r/min，纤维酶添加量4?36U/g薯渣，果胶酶添加量5? 20U/g薯渣，酶解结束后煮沸lOmin，冷却至55?60°C ; (3) 向经步骤⑵处理后的薯渣浆中加入中性蛋白酶酶解，酶解条件：温度55?60°C、 pH5. 0?7. 0、时间0. 5?lh、搅拌速度150?200r/min，所述中性蛋白酶的添加量30? 50U/g薯渣； (4) 将经步骤（3)处理后的薯渣浆加热煮沸10?30min使其所含的淀粉充分糊化，用 氢氧化钠调节pH值为5. 5?6. 0,加入耐高温α -淀粉酶，90?95°C、150?200r/min下 搅拌水解10?40min，冷却至50?60°C ;用盐酸调节pH值为4. 0?4. 5,加入α -1，4-葡 萄糖水解酶，50?65°C、150?200r/min条件下搅拌水解1?2h，所述耐高温α -淀粉酶 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) 将经步骤（4)处理后的薯渣浆分离得到上清液和固形物，上清液经蒸发浓缩后加 入2-6倍体积的95%的乙醇沉淀4?24h，再经固液分离，得到的固形物经烘干、粉碎、过 100?200目筛，即得到成品马铃薯渣可溶性膳食纤维，薯渣浆分离得到的固形物经烘干、 粉碎、过100?200目筛，即得到成品马铃薯渣膳食纤维。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原料马铃薯渣为马铃薯淀粉加工的 直接副产物，含水量为80?95%。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维素酶是由外切β_葡聚糖酶、内 切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶组成的。
10. -种回收利用马铃薯渣的方法，是将马铃薯渣与适量水混合均匀后，添加纤维素酶 和果胶酶进行复合处理，再分别用中性蛋白酶、耐高温α-淀粉酶和α-1，4-葡萄糖水解酶 处理；将处理后得到的薯渣浆分离得到上清液和固形物，薯渣浆分离得到的固形物即为马 铃薯渣膳食纤维，薯渣浆分离得到的上清液经浓缩醇沉后得到的固形物即为马铃薯渣可溶 性膳食纤维。
【文档编号】A23L1/308GK104223125SQ201410542983
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年10月14日 优先权日:2014年10月14日
【发明者】程力, 张献梅, 洪雁, 顾正彪, 李兆丰 申请人:江南大学