一种黑木耳膳食纤维的改性方法与流程

本发明涉及一种对黑木耳膳食纤维进行改性的方法。(二)
背景技术：
：膳食纤维(dietaryfiber，DF)通常是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其类似物质的总和，包括一部分不能被消化的多糖、寡糖、木质素以及其他植物缔合物。根据DF溶解特性可将其分为水溶性膳食纤维(solubledietaryfiber，SDF)和水不溶性膳食纤维(insolubledietaryfiber，IDF)，SDF主要包括葡聚糖、抗性糊精、羧甲基纤维素、植物胶体等，IDF主要包括纤维素、半纤维素、木质素等。虽然DF不能被人体消化吸收，但大量研究表明，摄入足够量的DF对于平衡人体营养，调节人体生理功能，防治冠心病、糖尿病等多种疾病有着重要作用，因而DF被列为继蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质和水之后的“第七大营养素”。目前研究表明，IDF和SDF在人体内发挥的作用有所不同，某种DF的生理功能与二者的比例有很大联系。膳食中DF的数量很重要，但其质量更为重要，具有显著生理活性的高品质DF，才能更有效地预防上述疾病的侵害。有学者认为，高品质DF中SDF的含量应该在10％以上，否则只能称为填充型DF，然而很多植物DF包括食用菌DF中的SDF含量很少，无法达到膳食平衡，且其口感较为粗糙，某些特性存在缺陷，无法满足其在食品、医药等领域的应用。一般方法制备的DF中IDF比例很高，因此DF改性的主要目的是提高DF中SDF的比例。通过改性处理，促使某些DF的大分子组分连接键断裂，转变为小分子，使部分IDF转变为SDF；还可改变DF致密网状结构为松散网状结构，使其具有更高的结合水性和膨胀力，更好地发挥DF的生理功能。目前，关于食用菌DF的改性研究较少，可以借鉴其他DF改性方面的研究，为食用菌DF改性提供一些思路和参考。目前已应用的DF改性方法有：物理方法(超高压技术、超微粉碎技术、挤压蒸煮技术、瞬时高压技术、纳米技术等)、化学方法(酸法、碱法)和生物技术方法(酶法、发酵法)。也有综合利用上述几种方法同时进行改性处理，以获得高品质SDF。黑木耳是胶质真菌，其膳食纤维是几种或几类多糖的混合体，按是否溶解于水，可分为水溶和水不溶多糖两部分。水溶性多糖包括β-葡聚糖、酸性多糖、甘露聚糖等，存在于细胞壁构造内和黑木耳细胞中；水不溶多糖包括几丁质、葡聚糖等，构成了黑木耳坚韧的细胞壁结构。同时，黑木耳是一种特殊的胶质体真菌，有别于一般常见的食用真菌(如：菇类)，且其碳水化合物含量很高，随着黑木耳吸水溶胀后，可溶性部分从组织中流出，增加了提取体系的粘度，给黑木耳多糖的提取制备过程增加了难度，尤其是对于制备过程中需要利用酶催化作用的制备方法十分不利，高粘度不利于酶分子的流动性和扩散。黑木耳是一种比较独特的胶质菌，具有润肺、清涤胃肠、减肥、利于体内有毒物质的及时清除和排出等功能，均与其丰富的膳食纤维的理化特性有关。针对黑木耳特殊的胶质体的特性，以及常规膳食纤维酶法改性对黑木耳DF改性的不利，本发明将对黑木耳膳食纤维进行超声结合酶法改性，以获得高品质的黑木耳膳食纤维，可实现黑木耳加工的新利用。(三)技术实现要素：本发明的目的在于提供一种以黑木耳为原料，利用超声波结合纤维素酶处理工艺，对黑木耳膳食纤维进行改性，进一步提高其水溶性总糖、结合水力及抗氧化性的方法。本发明采用如下技术方案：一种黑木耳膳食纤维的改性方法，所述的方法为：(1)取干燥黑木耳机械粉碎，过40～60目筛，得到黑木耳粗粉；(2)将步骤(1)所得黑木耳粗粉以料液质量比1：40～60(优选1：50)与去离子水混合，在70℃～80℃(优选80℃)下搅拌提取220～260min(优选240min)，之后离心(2000～4000r/min，30min)，弃去上清液，料渣用去离子水清洗，真空干燥，粉碎，过200～300目筛，得到黑木耳膳食纤维；(3)将步骤(2)所得黑木耳膳食纤维以料液质量比1：40～60(优选1：50)与去离子水混合，然后加入纤维素酶，先在40～60℃下超声处理5～20min，接着保温酶解240～280min，随后补加去离子水至料液质量比(黑木耳膳食纤维与去离子水的质量比)为1：100～120，再进行超声处理10～25min，之后冷冻干燥，得到改性的黑木耳膳食纤维；所述纤维素酶的活力为10000u/g，可常规商购获得；所述纤维素酶的质量用量为黑木耳膳食纤维质量的4.5％～6.75％；所述的超声处理在超声波破碎仪中进行，推荐超声波破碎仪的工作参数设置为：频率20～40kHz、功率4～8W。本发明以黑木耳为原料，采用优化的超声并特定条件结合酶的改性处理工艺，对黑木耳膳食纤维进行改性。发明的技术要点在于，超声并特定条件结合酶进行处理，可以使黑木耳膳食纤维中可溶性糖有效溶出，且活性基团充分暴露，有效提高其水合能力及抗氧化能力等特性。本发明的有益效果主要体现在：1.所制得产品为高膳食纤维，低脂肪，低热量，其中膳食纤维可溶性糖含量高，水合能力、抗氧化能力等性能优异。2.针对黑木耳胶质菌细胞壁质地坚韧的特点，超声可使物料受到空化作用及机械作用，膳食纤维物质分子间和分子内空间结构扩展变形，造成物料结构发生变化，形成疏松多孔的状态，有利于结合水力、抗氧化力等性能的改善。3.酶法处理可以进一步改善黑木耳胶质菌坚韧的细胞壁，使膳食纤维高分子结构疏松，同时酶法处理制备的产品无异味、感官性状好。超声与酶法处理的时机至关重要，经超声结合酶，再酶法再超声的改性处理工艺，可使黑木耳DF的可溶性总糖含量达12.679mg/g，对DPPH·清除率达92.32％、羟自由基清除率达68.74％，结合水力达26.56g/g。比传统的直接采用热水处理得到的DF分别提高了19.8倍、2.03倍、2.79倍、2.49倍；比先酶法再超声处理改性的DF分别提高了1.30倍、1.06倍、1.07倍、1.98倍；比先超声再酶法处理改性的DF分别提高了1.40倍、1.06倍、1.08倍、2.07倍；比超声、酶法同时处理改性的DF分别提高了1.45倍、1.06倍、1.09倍、2.29倍；比先超声、再超声结合酶法，再酶法处理改性的DF分别提高了1.24倍、1.03倍、1.06倍、1.38倍。该工艺条件温和，绿色环保，符合保健食品的生产要求。(四)附图说明图1：实施例1中黑木耳DF超声波改性的响应面图；图2：实施例1中黑木耳DF超声波改性前后的抗氧化指标与理化特性；图3：实施例1中黑木耳DF酶法改性的响应面图；图4：实施例1中黑木耳DF酶法改性前后的抗氧化指标与理化特性。(五)具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。实施例11材料与试剂黑木耳(由杭州华丹农产品有限公司提供)。使用前，置于50℃烘箱烘干，粉碎，筛选目数为40～60目的样品，备用。苯酚、浓硫酸、DPPH、无水乙醇均为分析纯；纤维素酶(活力10000u/g)，购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。2实验仪器粉碎机、AL04型电子天平、HH-2型水浴锅、干燥箱、离心机、搅拌器、分光光度仪、超声波破碎仪3实验方法3.1黑木耳DF的制备黑木耳粉碎，过40～60目筛后，取40g黑木耳粗粉，加2000g去离子水混合，80℃条件下搅拌提取4小时，离心30min(4000r/min)，上清液弃去，料渣用去离子水反复冲洗，真空干燥、粉碎，过200～300目筛，得到黑木耳DF17.60g，备用。3.2黑木耳DF的改性工艺分别采用以下两种方法对黑木耳膳食纤维(DF)进行改性处理：(1)超声波法：取20g黑木耳DF，按料液比1:50溶于去离子水，放入超声波破碎仪，超声波的频率20kHz、功率4～8W，以时间、料液比、改性温度为变量进行响应面优化。(2)纤维素酶法：取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，加入纤维素酶(浓度为0.9％)，以加酶量、酶解温度、酶解时间为变量进行响应面优化。按纤维素酶法优化的最佳加酶量与酶解温度，将料液比1:50的黑木耳DF放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率8W条件下超声10min，再拿出放入水浴锅中继续酶解260min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率8W条件下超声20min。3.4黑木耳的理化性质测定(1)营养成分测定。水分：参照GB/T5009.3-2010；粗脂肪：参照GB/T674-2009；粗蛋白：参照GB/T15673-2009；灰分：参照GB/T5009.4-2010；总糖：苯酚-硫酸法；酶-重量法测定膳食纤维：参照AOACOfficialMethod985.29/991.42。(2)DPPH·清除率测定。取样品2mL于试管中，加入0.1mMDPPH无水乙醇溶液2mL，漩涡振荡均匀，于室温下避光30min，于517nm处测定吸光度。其中，空白组：2mL水+2mLDPPH溶液；样品组：2mL样品+2mLDPPH；对照组：2mL样品+2mL水。DPPH·清除率％＝[1-(A样品-A对照)/A空白]×100％。(3)羟自由基清除率测定。取样品、9mmol/L水杨酸-乙醇液、Fe2+液各0.5mL，蒸馏水3.5mL，加入5mL8mMH2O2启动Fenton反应。510nm处测定吸光度为A1，用0.5mL的蒸馏水代替9mmol/LFe2+溶液所测得吸光度为A2，用0.5mL蒸馏水代替样品所测得吸光度为A3。羟自由基清除率％＝[1-(A1-A2)/A3]×100。(4)结合水力测定。取0.5g样品置于50ml烧杯中，加蒸馏水25ml，37℃下静置2h，0.75mm尼龙网过滤至无水滴下，称残渣湿重M1，105℃干燥至恒重，得干质量M2。结合水力为(M1-M2)/M2，g/g。4实验结果4.1黑木耳子实体的营养成分(见表1)表1黑木耳子实体的主要成分(以干基)由表1可知，黑木耳子实体中主要营养成分为膳食纤维，并含有一定量的蛋白质与灰分，其脂肪含量较低，小于3.00％。其中黑木耳膳食纤维主要以不溶性膳食纤维为主，可溶性膳食纤维含量较低。4.2超声波改性对黑木耳DF的影响在单因素试验基础上，以可溶性总糖作为筛选指标，根据中心组合试验原理，采用Design-Expert.V8.0.6软件设计了三因素三水平响应面分析试验。响应面实验因素水平见表2，实验设计及结果见表3，回归模型的显著性分析及差异分析见表4。表2黑木耳DF超声波改性实验设计因素水平表编码水平A：改性时间(min)B：改性温度(℃)C：料液比(ml/g)-15.0/5.020/2025/25032.5/32.545/4587.5/87.5160.0/60.070/70100/100表3黑木耳DF实验设计及及实验结果A:改性时间(min)B:改性温度(℃)C:料液比(ml/g)总糖含量(mg/g)1-1.000-1.0000.0007.70521.000-1.0000.0007.5833-1.0001.0000.0007.93541.0001.0000.0007.8945-1.0000.000-1.0007.06461.0000.000-1.0006.8877-1.0000.0001.0008.13681.0000.0001.0007.97590.000-1.000-1.0006.823100.0001.000-1.0007.246110.000-1.0001.0007.720120.0001.0001.0008.121130.0000.0000.0008.682140.0000.0000.0008.646150.0000.0000.0008.666160.0000.0000.0008.673170.0000.0000.0008.681表4黑木耳DF回归模型分析表4表明，各因素对黑木耳DF总糖溶出率影响依次为改性时间＞料液比＞改性温度。因变量和全体自变量之间的线性关系显著，方程F＝3568.22＞F0.05(9,9)，方程显著，试验结果可靠。表4的方差分析结果表明，一次项和二次项对及黑木耳DF改性后总糖溶出率影响显著，各试验因子与响应值不是简单的线性关系。黑木耳DF超声波改性的响应面图见图1。图1表明黑木耳DF超声波改性响应的最佳点：A＝30.69(即改性时间为30.69min)，B＝49.50(即改性温度为49.50℃)，C＝108.58(料液比为108.58ml/g)。在此条件下，预测可溶性总糖含量可达8.76985mg/g。最优调整为：改性时间30min，改性温度50℃，料液比110ml/g。按优化条件进行3次平行实验，可溶性总糖含量平均值为8.582mg/g。黑木耳DF改性后抗氧化与结合水力见图2，图2表明，黑木耳DF经超声波改性后，对DPPH·清除率、羟自由基清除率及结合水力均有明显提高。4.3酶法改性对黑木耳DF的影响在单因素试验基础上，以可溶性总糖作为筛选指标，根据中心组合试验原理，采用Design-Expert.V8.0.6软件设计了三因素三水平响应面分析试验。响应面实验因素水平见表5，实验设计及结果见表6，回归模型的显著性分析及差异分析见表7。表5黑木耳DF酶法改性实验设计因素水平表编码水平A：所加入的酶量(ml)B：改性温度(℃)C：酶解时间(h)-130303.000115554.251200805.50表6黑木耳DF实验设计及及实验结果表7黑木耳DF回归模型分析SourceSumofSquaresdfMeanSquareFValueP-valueProb＞FModel14.4691.6129.45＜0.0001A-料液比1.0511.0519.210.0032B-改性温度0.6810.6812.370.0098C-改性时间0.6810.6812.520.0095AB0.06110.0611.110.3273AC0.1310.132.390.1662BC0.04910.0490.900.3736A22.7412.7450.250.0002B26.9516.95127.40＜0.0001C21.0711.0719.680.0030由表7可知，各因素对可溶性总糖含量的影响大小的顺序为：所加入的酶量＞酶解时间＞改性温度，因变量和全体自变量之间的线性关系显著，方程的F＝345.15＞F0.05(9，9)，因此可以得出该方程是显著的，该试验结果是可靠的。回归方程的各项方差分析结果表明，一次项和二次项对黑木耳DF酶法改性后可溶性总糖含量均有显著影响，各试验因子与响应值不是简单的线性关系。黑木耳DF酶法改性的响应面图见图3。经软件计算，得到响应的最佳点：A＝132.42(即加入的酶量为132.42ml)，B＝51.65(即改性温度为51.65℃)，C＝4.59(酶解时间为4.59h)。在此条件下，预测总糖含量可达6.80965％。考虑到实际操作的可行性，将其最优改性条件调整为：加入的酶量130ml，改性温度50℃，酶解时间为4.5h。为了进一步验证该模型与实际情况的有效性与准确性，按响应面试验优选出的酶法改性条件进行3次平行实验，得到可溶性总糖含量平均值为6.582mg/g，与预测值6.810mg/g一致，说明响应面分析方法可靠，与实际情况拟合较好，从而验证了回归方程的有效性。黑木耳DF改性后抗氧化与结合水力见图4，图4表明，黑木耳DF经酶法改性后，对DPPH·清除率、羟自由基清除率及结合水力均有明显提高。4.4黑木耳DF改性工艺的确定按纤维素酶法优化的最佳条件，即取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，然后加入纤维素酶(配制浓度0.9％)130ml(占黑木耳DF的质量比为5.85％)，放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率8W、处理温度为50℃条件下超声10min，再拿出放入水浴锅中继续酶解260min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率8W条件下超声20min。总糖含量平均值为12.679mg/g，对DPPH·清除率为92.32％、羟自由基清除率为68.74％，结合水力为26.56g/g。比较例1实验操作同实施例1，所不同的是，在步骤3.1中，取黑木耳粉碎，过60～100目筛，取20g黑木耳粗粉按料液比1:50加去离子水2000g，80℃提取240min，然后在2000r/min离心30min，料渣用去离子水反复漂洗至中性后干燥，制得黑木耳膳食纤维20.95g。后续的产品成分和性能分析测试步骤及操作都同实施例1。黑木耳DF的总糖含量及性能指标见下表1。表1不同处理工艺黑木耳DF的总糖含量及性能指标由表1可知，黑木耳DF的改性处理工艺对DF的总糖含量及性能影响很大，超声结合酶法然后再酶法再超声处理方式可使黑木耳DF的总糖含量、抗氧化性及结合水力明显提高，比传统的直接采用热水处理得到的DF分别提高了19.8倍、2.03倍、2.79倍、2.49倍。并且，不管黑木耳的处理工艺如何，其结合水力远高于谷物膳食纤维(2～5g/g)。比较例2实验操作同实施例1，所不同的是，在步骤3.2中，首先采用纤维素酶法处理，即取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，加入纤维素酶(0.9％)130ml，酶法处理温度为50℃，处理时间4.5h后，进一步采用超声波法对黑木耳膳食纤维(DF)进行改性处理，在超声波的频率20kHz、功率8W条件下，料液比补加110ml/g，改性温度50℃，改性处理30min。后续的产品成分和性能分析测试步骤及操作都同实施例1。黑木耳DF的总糖含量及性能指标见下表2。表2不同处理工艺黑木耳DF的总糖含量及性能指标由表2可知，黑木耳DF的改性处理工艺对DF的总糖含量及性能影响很大，超声结合酶法然后再酶法再超声处理方式可使黑木耳DF的总糖含量、抗氧化性及结合水力明显提高，比先酶法再超声处理改性的DF分别提高了1.30倍、1.06倍、1.07倍、1.98倍。比较例3实验操作同实施例1，所不同的是，在步骤3.2中，首先采用超声波法对黑木耳膳食纤维(DF)进行改性处理，即取20g黑木耳DF，按料液比1:110加入去离子水，在改性温度50℃、超声波的频率20kHz、功率8W条件下处理30min。进一步采用纤维素酶法对黑木耳膳食纤维(DF)进行改性处理，加入纤维素酶(0.9％)130ml，处理时间270min。后续的产品成分和性能分析测试步骤及操作都同实施例1。黑木耳DF的总糖含量及性能指标见下表3。表3不同处理工艺黑木耳DF的总糖含量及性能指标由表3可知，黑木耳DF的改性处理工艺对DF的总糖含量及性能影响很大，超声结合酶法然后再酶法再超声处理方式可使黑木耳DF的总糖含量、抗氧化性及结合水力明显提高，比先超声再酶法处理改性的DF分别提高了1.40倍、1.06倍、1.08倍、2.07倍。比较例4实验操作同实施例1，所不同的是，在步骤3.2中，纤维素酶法与超声改性同时处理，即取20g黑木耳DF，按料液比1:110加入去离子水，加入纤维素酶(0.9％)130ml，在处理温度为50℃、超声波频率20kHz、功率8W条件下，改性处理30min，然后拿出放入恒温水浴锅中，在50℃条件下继续处理240min。后续的产品成分和性能分析测试步骤及操作都同实施例1。黑木耳DF的总糖含量及性能指标见下表4。表4不同处理工艺黑木耳DF的总糖含量及性能指标由表4可知，黑木耳DF的改性处理工艺对DF的总糖含量及性能影响很大，超声结合酶法然后再酶法再超声处理方式可使黑木耳DF的总糖含量、抗氧化性及结合水力明显提高，比超声、酶法同时处理改性的DF分别提高了1.45倍、1.06倍、1.09倍、2.29倍。比较例5实验操作同实施例1，所不同的是，在步骤3.2中，首先采用超声波法对黑木耳膳食纤维(DF)进行改性处理，即取20g黑木耳DF，按料液比1:110加入去离子水，在改性温度50℃、超声波的频率20kHz、功率8W条件下处理20min。然后加入纤维素酶(0.9％)130ml，在超声波下继续处理10min。接着拿出放入恒温水浴锅中，在50℃条件下继续处理260min。后续的产品成分和性能分析测试步骤及操作都同实施例1。黑木耳DF的总糖含量及性能指标见下表5。表5不同处理工艺黑木耳DF的总糖含量及性能指标由表5可知，黑木耳DF的改性处理工艺对DF的总糖含量及性能影响很大，超声结合酶法然后再酶法再超声处理方式可使黑木耳DF的总糖含量、抗氧化性及结合水力明显提高，比先超声、再超声结合酶法，再酶法处理改性的DF分别提高了1.24倍、1.03倍、1.06倍、1.38倍。实施例2实验操作同实施例1，所不同的是，取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，然后加入纤维素酶(0.9％)120ml(占黑木耳DF的质量比为5.4％)，放入超声波破碎仪，在超声波的频率30kHz、功率4W、处理温度为50℃条件下超声10min，再拿出放入水浴锅中继续酶解260min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率30kHz、功率4W条件下超声20min。总糖含量平均值为12.35％，对DPPH·清除率为91.21％、羟自由基清除率为68.41％，结合水力为22.84g/g。实施例3实验操作同实施例1，所不同的是，取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，然后加入纤维素酶(0.9％)130ml(占黑木耳DF的质量比为5.85％)，放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率4W、处理温度为50℃条件下超声5min，再拿出放入水浴锅中继续酶解265min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率4W条件下超声25min。总糖含量平均值为12.13％，对DPPH·清除率为91.21％、羟自由基清除率为68.31％，结合水力为24.35g/g。实施例4实验操作同实施例1，所不同的是，取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，然后加入纤维素酶(0.9％)100ml(占黑木耳DF的质量比为4.5％)，放入超声波破碎仪，在超声波的频率30kHz、功率8W、处理温度为50℃条件下超声5min，再拿出放入水浴锅中继续酶解265min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率40kHz、功率4W条件下超声25min。总糖含量平均值为11.948％，对DPPH·清除率为90.15％、羟自由基清除率为68.02％，结合水力为21.34g/g。实施例5实验操作同实施例1，所不同的是，取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，然后加入纤维素酶(0.9％)110ml(占黑木耳DF的质量比为4.95％)，放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率4W、处理温度为50℃条件下超声15min，再拿出放入水浴锅中继续酶解255min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率20kHz、功率4W条件下超声15min。总糖含量平均值为12.02％，对DPPH·清除率为90.71％、羟自由基清除率为68.11％，结合水力为22.15g/g。实施例6实验操作同实施例1，所不同的是，取20g黑木耳DF，按料液比1:50加入去离子水，然后加入纤维素酶(0.9％)150ml(占黑木耳DF的质量比为6.75％)，放入超声波破碎仪，在超声波的频率30kHz、功率4W、处理温度为50℃条件下超声15min，再拿出放入水浴锅中继续酶解255min，然后将料液比补至1：110，再次放入超声波破碎仪，在超声波的频率30kHz、功率4W条件下超声15min。总糖含量平均值为12.34％，对DPPH·清除率为91.65％、羟自由基清除率为68.41％，结合水力为24.82g/g。当前第1页1 2 3