本发明涉及农产品深加工
技术领域：
，特指利用大蒜皮为原料，采用高温蒸煮技术处理后，联合酶解制备蒜皮改性膳食纤维。
背景技术：
：：由于生活水平不断提高，人们对食品口感要求越来越高，食品被加工得越来越精细，很多食物本身的功能营养因子在食品加工过程中被破坏或者丢弃，从而致使很多慢性疾病如“现代文明病”的发病率不断升高，如膳食纤维，现如今膳食纤维成为学术界和普通百姓关注的物质，并被营养学界补充认定为第七类营养素，和传统的六类营养素——蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质与水并列。膳食纤维是指在小肠中不被人体消化吸收，但能在大肠中部分或全部发酵的类碳水化合物。按其溶解性可将膳食纤维分为可溶性膳食纤维(solubledietaryfiber，SDF)和不溶性膳食纤维(insolubledietaryfiber，IDF)。可溶性膳食纤维在人体中能起到促进肠道益生菌增殖、降血糖、调节血脂、降低胆固醇、降血压等多种生理功能，而不溶性膳食纤维主要在于促进胃肠道蠕动，加快食物通过胃肠道，减少吸收。为了补充日常饮食中缺乏的膳食纤维，特别是可溶性膳食纤维，食品加工者和食品营养学者将各种来源的膳食纤维添加到食品或者功能制剂。如CN105104651A公开了一种含可溶性膳食纤维的苦瓜茶的制备方法，CN105028889A公开了一种大豆可溶性膳食纤维冰淇淋的制备方法，CN105105266A公开了一种高膳食纤维乳饮料的制备方法，CN105165979A公开了一种高大豆膳食纤维含量的月饼及加工方法，CN105105121A公开了一种润肠通便、改善胃肠功能的海藻膳食纤维制剂，CN105124400A公开了一种富含可溶性膳食纤维的儿童营养面条等等。我国是大蒜种植大国，由于进行大蒜深加工而产生巨量的蒜皮副产物，如生产各种保健蒜制品的蒜皮副产物(大蒜面包、大蒜冰淇淋、大蒜酱、大蒜酒、大蒜酱油、大蒜糕、大蒜保健饮料，大蒜素等)，生产大蒜调味保鲜制品的蒜皮副产物(大蒜粉，大蒜油)，生产含大蒜养殖饲料的蒜皮副产物，制备含大蒜的外用药物及护肤品的蒜皮副产物等。大蒜皮来源广，成本低，而蒜皮中膳食纤维含量高达70％以上，但可溶性膳食纤维含量低，因此将大蒜皮加工成膳食纤维，且提高其可溶性膳食纤维比例具有极大的经济效益。技术实现要素：：本发明的目的是采用高温蒸煮技术处理蒜皮，接着进行联合酶法制备改性膳食纤维，预处理方式绿色和联合酶解方式高效的有效组合，旨在提高蒜皮可溶性膳食纤维含量，提升蒜皮膳食纤维品质，提高大蒜的附加值和综合利用率。蒜皮膳食纤维，其成分如下：上述蒜皮膳食纤维的高温蒸煮改性制备方法，按照以下步骤进行：(1)除杂：去除枯黄叶及其他杂物；(2)干燥：将蒜皮放置在60～80℃烘箱中18～24h，烘至恒重后，粉碎，过60目筛，制得蒜皮粉末；(3)高温蒸煮处理：将蒜皮粉末添加蒸馏水至料液比为1:20～1:80g/mL，蒸煮温度为100～128℃，蒸煮时间为20～80min。蒸煮结束后，在温度为50～60℃下旋转蒸发浓缩，然后将浓缩液和残渣一起冷冻干燥24～36h，冻干后粉碎，过60目筛，制得改性蒜皮膳食纤维A。上述蒜皮膳食纤维的高温蒸和酶解煮改性制备方法，按照以下步骤进行：(1)除杂：去除枯黄叶及其他杂物；(2)干燥：将蒜皮放置在60～80℃烘箱中18～24h，烘至恒重后，粉碎，过60目筛，制得蒜皮粉末；(3)高温蒸煮处理：将蒜皮粉末添加蒸馏水至料液比为1:20～1:80g/mL，蒸煮温度为100～128℃，蒸煮时间为20～80min。蒸煮结束后，在温度为50～60℃下旋转蒸发浓缩，然后将浓缩液和残渣一起冷冻干燥24～36h，冻干后粉碎，过60目筛，制得改性蒜皮膳食纤维A；(4)联合酶解处理：将步骤(3)得到的改性蒜皮膳食纤维A置于高脚烧杯中，按照料液比1:40g/mL添加MES-TRIS缓冲溶液，按照底物与酶料液比为1:50g/μL添加耐高温α淀粉酶，盖上锡箔纸，在温度为95℃的水浴锅中水浴35min，反应结束立即将烧杯置于60℃的水浴锅中，待溶液冷却至60℃后，按照底物与酶料液比为1:100g/μL添加碱性蛋白酶继续反应30min，该酶解过程完成后，向烧杯中加入3mol/L乙酸溶液，用10mol/LNaOH溶液在酶解液温度为60℃条件下调节溶液pH值至1.5，最后按照底物与酶料液比为1:50g/μL添加糖化酶，60℃水浴反应30min，至此酶解过程结束，得到酶解液；(5)离心：将步骤(4)得到酶解液在5000×g的离心机中离心20min，取上清液；(6)醇沉：将步骤(5)得到的上清液按照上清液和乙醇体积比1:4(v/v)添加预热至60℃的无水乙醇，室温静置1h，然后在5000×g的离心机中离心5min，制得沉淀物；(7)洗涤：将步骤(6)得到的沉淀冻干24～36h，制得改性蒜皮膳食纤维B。其中步骤(4)中的MES-TRIS缓冲溶液配制方法如下：称取19.52g2-(N-吗啉代)乙烷磺酸和12.2g三羟甲基氨基甲烷，用1.7L蒸馏水溶解，用6mol/L氢氧化钠调pH至8.2，加水稀释至2L。上述蒜皮膳食纤维的应用，能抑制食物中铅离子的吸收。本发明所具有的优点是：本发明采用高温蒸煮技术处理蒜皮，对蒸煮处理后的蒜皮可溶性膳食纤维含量进行研究，其含量达到11.54％，而未经高温蒸煮处理的蒜皮，可溶性膳食纤维含量仅仅5.31％，且得到的蒜皮可溶性膳食纤维色泽浅，吸水性好，抗氧化性强，是一种高品质膳食纤维。下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的详细描述，但发明的实施方式不限于此。具体实施方式对照例：未进行高温蒸煮处理。称取蒜皮粉末1g置于100mL高脚烧杯中，加入40mLpH为8.2的MES-TRIS缓冲液和50μL耐高温α-淀粉酶进行第一次酶解，反应条件为：酶解温度95℃，酶解时间35min，反应结束后将烧杯立即置于60℃的水浴锅中，待溶液冷却至60℃后添加100μL碱性蛋白酶继续60℃水浴反应30min进行第二次酶解，待第二次酶解结束，向烧杯中加入3mol/L乙酸溶液5mL，用10mol/LNaOH溶液在酶解液温度为60℃条件下调节溶液pH值至1.5，最后加50μL的糖苷酶继续60℃水浴30min进行第三次酶解，将三次酶解反应结束后的酶解液于5000×g的离心机中离心20min，取上清液，按照上清液和乙醇体积比1:4(v/v)添加预热至60℃的无水乙醇，室温静置1h后以5000×g离心5min除去上清，将沉淀物冷冻干燥36h得到蒜皮可溶性膳食纤维成品。经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为5.31％。实施例1：高温蒸煮处理蒜皮后，联合酶解制备蒜皮可溶性膳食纤维。称取蒜皮原料粉末10g于三角瓶中，按料液比为1:20g/mL添加蒸馏水200mL，用玻璃棒搅拌均匀后在高温灭菌锅中进行蒸煮试验，蒸煮条件为：蒸煮时间20min，蒸煮温度121℃，蒸煮结束制得蒸煮液，将蒸煮液在60℃下旋转蒸发浓缩至原来的1/3制得浓缩液，然后将浓缩液冷冻干燥36h，粉碎，过60目筛，制得改性蒜皮膳食纤维A，可溶性膳食纤维的含量为10.02％，然后进行酶解，酶解条件及后续操作均同对照例，制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为10.67％。实施例2：试验过程同实施例1，其不同为料液比为1:40g/mL。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为11.84％。实施例3：试验过程同实施例1，其不同为料液比为1:60g/mL。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为12.55％。实施例4：试验过程同实施例1，其不同为料液比为1:80g/mL。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为12.27％。实施例5：高温蒸煮处理蒜皮后，酶解制备蒜皮可溶性膳食纤维。称取蒜皮原料粉末10g于三角瓶中，按照料液比为1:60g/mL添加蒸馏水600mL，用玻璃杯搅拌均匀后在高温灭菌锅中进行蒸煮试验，蒸煮条件为：蒸煮时间20min，蒸煮温度100℃，蒸煮结束制得蒸煮液，将蒸煮液在60℃下旋转蒸发浓缩至原来的1/3制得浓缩液，然后将浓缩液冷冻干燥36h，粉碎，过60目筛，制得改性蒜皮膳食纤维A，可溶性膳食纤维的含量为9.07％，然后进行酶解，酶解条件及后续操作均同对照例，制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为9.17％。实施例6：试验过程同实施例5，其不同蒸煮温度为110℃。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为11.25％。实施例7：试验过程同实施例5，其不同蒸煮温度为128℃。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为13.02％。实施例8：高温蒸煮处理蒜皮后，酶解制备蒜皮可溶性膳食纤维。称取蒜皮原料粉末10g于三角瓶中，按照料液比为1:60g/mL添加蒸馏水600mL，用玻璃杯搅拌均匀后在高温灭菌锅中进行蒸煮试验，蒸煮条件为：蒸煮时间40min，蒸煮温度121℃，蒸煮结束制得蒸煮液，将蒸煮液在60℃下旋转蒸发浓缩至原来的1/3制得浓缩液，然后将浓缩液冷冻干燥36h，粉碎，过60目筛，制得改性蒜皮膳食纤维A，可溶性膳食纤维的含量为13.40％，然后进行酶解，酶解条件及后续操作均同对照例，制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为11.03％。实施例9：试验过程同实施例8，其不同为蒸煮时间为60min。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为11.54％。实施例10：试验过程同实施例8，其不同为蒸煮时间为80min。制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，蒜皮可溶性膳食纤维的含量为13.93％。实施例11：高温蒸煮处理蒜皮后，酶解制备蒜皮可溶性膳食纤维。称取蒜皮原料粉末10g于三角瓶中，按照料液比为1:60g/mL添加蒸馏水600mL，用玻璃杯搅拌均匀后在高温灭菌锅中进行蒸煮试验，蒸煮条件为：蒸煮时间60min，蒸煮温度128℃，蒸煮结束制得蒸煮液，将蒸煮液在60℃下旋转蒸发浓缩至原来的1/3制得浓缩液，然后将浓缩液冷冻干燥36h，粉碎，过60目筛，制得改性蒜皮膳食纤维A，然后进行酶解，酶解条件及后续操作均同对照例，制得改性蒜皮膳食纤维B，经测定，其成分如下表1.0：表1.0基本成分表试验例1：蒜皮膳食纤维对大鼠体内铅离子吸收及其在组织中分布的影响研究1.1.1试验材料5周龄雄性SD大鼠由江苏大学动物实验中心提供(合格证编号：NO.201601301)，随机分配成10组，每组6只；饲料按照等热量的原则，由开源动物饲料(常州)有限公司加工制作，分成10组，饲料成分表如表1.1所示；乙酸铅，分析纯，国药化工制剂有限公司。表11饲料成分表(注：全营养组饲料成分表如表所示，其余各组不添加纤维素，按分组要求添加蒜皮膳食纤维或者乙酸铅。膳食纤维和乙酸铅不计算能量值。)1.1.2仪器设备ContrAA300连续光源原子吸收光谱仪，德国耶拿公司；XserieserⅡ电感耦合等离子体质谱仪，美国ThermalFisher；DK-98-Ⅱ电子调温万用电炉，天津泰斯特仪器有限公司；SP-100通风橱，无锡普瑞达试验装备有限公司。1.2试验方法1.2.1样品制备参照实施例11分别制得SDF与IDF，然后根据前面综合评价试验结果表2.2结果，按照SDF:IDF＝1:3比例复配后制得膳食纤维(DF)，用于后续试验。1.2.2饲料配制以乙酸铅为铅离子(Pb)的暴露来源，添加到成分表1.1的饲料中，分为四大组：第一组为全营养组的饲料(Controldiet，如表1.1)，第二组为缺失膳食纤维的饲料(DF0％)，第三组为缺失膳食纤维且添加乙酸铅的饲料(分别为DF0％+Pb20mg/kg、DF0％+Pb100mg/kg、DF0％+Pb200mg/kg)，第四组为添加乙酸铅同时添加蒜皮高温蒸煮膳食纤维的饲料(DF2.5％+Pb100mg/kg、DF5.0％+Pb100mg/kg、DF10.0％+Pb100mg/kg、DF5.0％+Pb20mg/kg、DF5.0％+Pb200mg/kg)。为保证大鼠年龄及重量在试验过程中没有显著性变化，试验周期为一周。试验结束后，测定铅的表观吸收率及在各组织中分布情况，观察各组之间铅的吸收率的变化。1.2.3动物饲养方法动物每两只一笼饲养，自由饮用双蒸水，自由摄食，并记录日进食量。饲养第1天和第7天称重，收集第七天的粪便和尿液，冻存于-20℃冰箱。从第七日结束禁食12h后，以5mL/kg鼠重注射10％水合氯醛麻醉后，腹腔静脉取血至肝素钠采血管，放血处死动物后，取肝、肾、脑、脾和股骨称重，冻存于-20℃冰箱。1.2.4铅含量测定方法测定粪便、尿液、血液和组织铅含量，在进行样品铅含量测定前，均先进行消化试验。具体如下：参照国标GB5009.12-2010中湿法消解法，取适量样品于100mL三角瓶中，放3至4粒玻璃珠，加混合酸(硝酸：高氯酸体积比9:1)10mL，加盖静置过夜，加一小漏斗在三角瓶上于电炉上消解，先微微加热至不再冒稠密泡沫后，中火消化，并不时地补充混合酸至瓶内出现密集的白烟，再继续中火消化一会至瓶内液体少量，冷却，加少量双蒸水，此时消化液呈无色透明，然后驱酸，最后试样消化液洗入或过滤入10mL容量瓶中，用水少量多次洗涤三角瓶，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时作试剂空白。然后，用原子吸收光谱仪测定粪便、尿液和血液中铅含量，用电感耦合等离子体质谱仪测定肝、脾、骨、脑、肾中铅含量。料重比(R)、脏器指数(I)、日铅吸收率(A)、日铅进食量(F1)、日粪铅排出量(E1)、日尿铅排出量(E2)、组织铅含量(C)计算公式分别如下：R＝(F/G)(1.1)式(1.1)中R为料重比，g/g，；F为日饲料进食量，g；G为日增重，g。I＝(M1/M1)*1000(1.2)式(1.2)中I为脏器指数，g/g，；M1为脏器重，g；M1为鼠重，g。A＝(F1-E1-E2)/F1(1.3)式(1.3)中A为日铅吸收率，％，；F1为日铅进食量，mg；E1为日粪铅排出总量，mg；E2为日尿铅排出总量，mg。F1＝F×C1÷1000(1.4)式(1.4)中F1为日铅进食量，mg；F为日进食量，g；C1为饲料铅含量，mg/kg。E1＝G1×C2(1.5)式(1.5)中E1为日粪铅排出总量，mg；G1为日粪便排出总量，g；C2为粪便中铅含量，mg/g。E2＝V1×C3(1.6)式(1.6)中E2为日尿铅排出总量，mg；V1为日尿液排出总量，mL；C3为尿液中铅含量，mg/mL。C＝(M3/M1)(1.7)式(1.7)中C器脏铅含量，μg/g；M3为器脏铅总质量，mg；M1为脏器重，g。1.3统计处理：用SPSS软件做方差分析和检验各指标均数组间差异的显著性分析。1.4结果和讨论1.1.1饲料中铅对鼠生长性能的影响料重比、脏器指数测试结果分别如表1.2和表1.3所示。表1.2始重、终重，日增重和料重比始重(g)终重(g)料重比(g/g)日增重(g/d)对照215.83±1.04261.83±1.663.01±0.146.57±1.16DF0％216.33±6.25260.50±7.213.69±0.856.31±2.20DF0％+Pb(20mg/kg)217.33±7.75258.67±11.723.57±0.115.90±1.48DF0％+Pb(100mg/kg)209.50±6.38256.83±8.333.34±0.446.76±1.82DF0％+Pb(200mg/kg)217.00±1.82257.83±10.133.55±0.405.83±1.31DF2.5％+Pb(100mg/kg)215.50±3.77261.50±11.463.65±1.137.00±2.25DF5.0％+Pb(100mg/kg)215.50±5.27251.50±29.323.30±0.215.57±2.54DF10.0％+Pb(100mg/kg)212.50±1.36258.00±6.563.04±0.166.30±2.92DF5.0％+Pb(20mg/kg)215.33±5.48265.17±8.172.93±0.367.12±1.38DF5.0％+Pb(200mg/kg)211.67±1.04266.17±1.043.30±0.727.36±1.01表1.3器脏指数分组肝脾骨脑肾对照30.661±3.2851.658±0.7823.232±0.5196.668±0.9097.412±0.601DF0％29.785±3.0551.614±0.3203.549±0.2587.070±0.5457.094±0.215DF0％+Pb(20mg/kg)28.366±0.9122.082±0.5313.430±0.6207.098±0.5397.343±0.368DF0％+Pb(100mg/kg)30.294±2.0462.281±0.8073.426±0.2026.391±1.7457.692±0.430DF0％+Pb(200mg/kg)29.685±3.2392.466±0.3883.580±0.2667.365±0.4847.833±0.856DF2.5％+Pb(100mg/kg)29.978±1.382.208±0.5493.488±0.5036.987±0.2787.885±0.490DF5.0％+Pb(100mg/kg)31.377±1.7122.255±0.3133.784±0.3867.480±1.0098.097±0.904DF10.0％+Pb(100mg/kg)26.104±2.3562.218±0.7753.391±0.5257.279±0.6147.132±0.676DF5.0％+Pb(20mg/kg)29.152±5.5352.271±0.6033.470±0.4456.936±0.3657.661±0.670DF5.0％+Pb(200mg/kg)27.921±1.2792.663±1.4313.448±0.4487.069±0.4087.360±0.430由表1.2及表1.3可知，各项生理指标均无显著性差异。表明20mg/kg，100mg/kg，200mg/kg三种浓度的铅添加量均对鼠生长性能不产生影响。通过文献报道的短期铅盐饲喂动物实验，最低致死剂量在为300～400mg/kg范围内。所以本试验的铅离子暴露水平符合慢性中毒的过程。而实验选用三个浓度，是因为在进行体外吸附试验时，随着基底浓度的增加，吸附效率增加，当基底浓度达到一定浓度时，吸附效率增长缓慢至不再增加(数据未给出)。1.1.2膳食纤维对粪铅、尿铅排出量的影响日粪铅和日尿铅的试验数据见表1.4。由表可知粪铅排出量远远大于尿铅，所以铅主要以粪便形式排出。在本试验浓度范围内，铅离子添加量为20mg/kg时，铅离子吸收率为53.6％，当添加量增加到200mg/kg时，吸收率增加到91.63％。表明随着铅离子暴露浓度的增加，铅离子吸收率逐步增加。Breton等人研究指出，肠道微生物对重金属离子的吸收起到非常重要的屏障作用。因此，这可能是由于铅离子浓度的增加，加大了对动物肠道微生物及肠道上皮细胞的毒性，破坏了动物肠道的微生物屏障等功能，致使吸收率增加。添加高温蒸煮蒜皮膳食纤维组的铅排出量相比较于未添加组，粪铅及尿铅排出量均有所增加。5％高温蒸煮蒜皮膳食纤维添加组相比于未添加组，铅离子添加量分别为20mg/kg，100mg/kg，200mg/kg时，铅离子的吸收率分别从53.6％，67.1％，91.3％降到17.7％，53.0％，70.10％，下降幅度将近20％。但是，膳食纤维添加量不同并没有引起粪铅和尿铅排出量的显著性差异。这和张立实等人研究魔芋精粉对铅离子吸收率结果一致。总之，上述结果表明，蒜皮膳食纤维对铅离子肠道吸收有一定的抑制作用，但是不存在剂量-反应关系。表1.4第七日粪铅、尿铅排出量(注：显著性水平p<0.05)1.1.3膳食纤维对大鼠血铅和组织铅含量的影响各组织铅含量数据结果见表1.5。由表可知，血液中铅离子浓度在铅离子添加量为100mg/kg时最大，和组织中铅离子含量结果一致。在铅离子添加量为100mg/kg时，分别添加2.5％、5.0％、10.0％的蒜皮高温蒸煮膳食纤维均使得血铅含量显著降低，但三组之间没有显著性差异关系，和粪铅、尿铅排出量结果一致。在铅离子添加量分别为20mg/kg、100mg/kg、200mg/kg时，添加5.0％的膳食纤维均能显著降低血铅浓度。表1.5组织铅含量(注：显著性水平p<0.05)在各个组织铅含量中，试验组各个组织中铅暴露量均大于对照组，其中组织铅含量按大到小依次是股骨>肾>肝>脾>脑。这与有关报道的进入体内铅主要蓄积在骨骼中是一致地。铅离子暴露量为20mg/kg时，添加5％的膳食纤维对脾铅含量起减少作用，股骨、肾、肝和脑铅含量没有显著性差异。铅离子暴露量为100mg/kg时，饲料中添加膳食纤维能使肾、股骨中铅含量显著减少，但加大膳食纤维剂量不会增大降低的幅度，这和铅吸收率结果一致。但是当铅离子暴露量达到200mg/kg时，5％的膳食纤维添加量使肾、骨和肝中铅含量显著增加，且当膳食纤维添加量为5％时，铅离子添加量越高，其肾、肝和股骨中铅含量越高，脾和脑中铅含量没有显著性差异。在本试验范围内，膳食纤维对一定浓度的铅离子有抑制吸收的作用，但是铅离子浓度过高反而有促进其累积的作用。这一现象出现的原因还有待进一步研究。临床上采用排铅药物进行螯合治疗来改善尿酸盐的排泄，与血液、肾脏、肝脏和脑组织中等靶器官中的众多金属离子产生强大的络合力，形成络合物，随尿、粪等排出体外。也有报道表明，二巯基丁二酸这种螯合剂，当血铅达到一定水平时，再使用反而效果不明显。在所有重金属中，以铅和镉迁移性强，毒性大成为备受关注的对象。自然饲养过程中的报道更为少见。本试验在自然进食状态证明通过高温蒸煮改性的蒜皮膳食纤维能抑制铅离子的吸收。(1)饲料中铅离子添加量为20mg/kg、100mg/kg、200mg/kg时，高温蒸煮改性的蒜皮膳食纤维能显著地提高粪铅、尿铅排出量，降低铅吸收率。但是增大蒜皮膳纤维的添加量不能更大程度的降低吸收率。(2)高温蒸煮改性的蒜皮膳食纤维会不同程度地改变铅离子在组织中分布情况。5％的蒜皮膳食纤维添加量在铅离子添加量为100mg/kg时，能够降低其在肾、股骨中的蓄积量；但铅离子添加量为200mg/kg时，反而会增加其在肝、肾和股骨中的蓄积量。当前第1页1 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