本发明属于甘薯生产加工领域，具体地说，本发明涉及一种甘薯可溶性膳食纤维的制备方法。
背景技术：
我国是全球甘薯最大的生产国，每年种植面积约410万公顷，年总产量1.0亿吨。据国家甘薯产业技术体系统计数据，我国甘薯加工的主要方式依然是“三粉”生产，由此产生大量的薯渣，这些薯渣大约含有20％-30％的功能性成分——膳食纤维。膳食纤维具有预防便秘和结肠癌、预防心血管疾病、辅助治疗肥胖症、消除外源有害物质等功效，而且，研究发现，薯渣中所含的可溶性膳食纤维生理活性显著优于不溶性膳食纤维。目前，我国淀粉生产过程中产生薯渣一般被作为饲料廉价出售或肆意丢弃，造成巨大浪费和环境污染，这在中小规模加工企业以及个体农户加工中尤为突出。因此，如何产业化利用甘薯渣快速、高效生产膳食纤维特别是可溶性膳食纤维是目前亟待解决的技术难题。
目前，甘薯可溶性膳食纤维的提取方法主要有发酵法、酶法、高压法等，这些提取方法存在提取时间长、提取效率低、生产成本高、不适宜工业化生产等缺点和不足，限制了膳食纤维产业的发展。在甘薯可溶性膳食纤维制备方面，刘光芒等提出了一种提高红薯渣纤维中可溶性膳食纤维的方法，采用发酵法提高可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维的比例，但发酵周期长达5天；丁玉琴公开了一种利用红薯渣制备可溶性膳食纤维的方法，利用筛选的菌种酶解甘薯渣、再经高压等技术改性膳食纤维、最后经脱色即为可溶性膳食纤维，但存在酶解效率不高、高压设备昂贵、不适宜工业化生产等缺点。
技术实现要素：
本发明针对现有技术中薯渣酶解效率低，提取的可溶性膳食纤维含量低的问题，提供一种以湿法超微粉碎、超声波-双酶同步水解技术为核心，经过滤、浓缩、乙醇沉淀、离心、干燥、粉碎等工艺流程制备甘薯可溶性膳食纤维的方法。具体包括下述步骤：
(1)将甘薯渣采用湿法超微粉碎，获得甘薯渣颗粒。
(2)按照甘薯渣颗粒与水重量比为(1∶50)～(1∶80)的比例，在超声波提取设备中加入纯净水、甘薯渣颗粒，然后启动搅拌系统，使二者充分混合形成混合物。
(3)将步骤(2)中获得的混合物利用蒸汽加热至85-95℃，在超声波提取设备中加入耐热α-淀粉酶，以淀粉质量计，耐热α-淀粉酶添加量为10-15μl/g，然后启动超声波处理15-20min。
(4)将步骤(3)处理后的混合物，冷却至60-65℃，在超声波提取设备中加入复合纤维素酶，以粗纤维质量计，复合纤维素酶添加量为3-5μl/g，然后启动超声波处理10-15min。
(5)将步骤(4)处理后的混合物，冷却至室温，利用袋式过滤器过滤，获得滤液。
(6)滤液采用真空浓缩，浓缩比为(8∶1)～(10∶1)，获得浓缩液。
(7)向浓缩液中加入乙醇，室温静置2-4h后采用管式离心机进行固液分离，沉淀物经干燥、粉碎过筛后获得甘薯可溶性膳食纤维。
步骤(1)所述甘薯渣为：甘薯提取淀粉后的副产物，基本上是含有除淀粉以外所有甘薯成分，其主要成分为膳食纤维。本发明所述甘薯渣可以采用甘薯为原料，经过清洗、破碎、提取淀粉后获得甘薯渣，也可以采用现有制备甘薯淀粉的副产物获得。
步骤(1)所述的湿法超微粉碎是指将甘薯或甘薯渣投入超微粉碎机进行细化处理的粉碎方式。
步骤(1)所述甘薯渣颗粒的细度小于3μm。
步骤(4)、(5)所述冷却均为：启动超声波提取设备的冷却系统进行冷却处理。
步骤(5)所述袋式过滤器流速控制在200-400m3/h。
步骤(7)所述乙醇温度为60℃、体积分数为90％(v/v)。
步骤(7)所述采用管式离心机进行固液分离过程中，离心机的转数为20000r/min。
步骤(7)所述干燥为：将沉淀物置于40-50℃的温度中18小时。
步骤(7)所述过筛细目为60目。
有益效果
1.本发明采用的超声波-双酶同步水解技术，一方面通过耐热α淀粉酶对甘薯原料进行处理，有效去除甘薯中淀粉成分；通过复合纤维素酶改性造成结晶区纤维素分子间的氢键破坏，纤维素分子发生部分降解，使得可溶性成分得以溶出；另一方面，利用超声波的空化作用、机械振动和热效应等特性，能够破碎被提取原料和细胞壁，加速有效成分的溶出和扩散，提高酶解效率。
2.采用普通酶解法制备膳食纤维所需酶解时间为2h(孙健,朱红等.酶法提取薯渣膳食纤维及制品特性研究[j].长江大学学报(自然科学版),2008,5(1):88-92.)，本发明采用超声波-双酶同步水解技术，所需酶解时间为25-35min，极大缩短了酶解时间，加快可溶性膳食纤维溶出速度，显著提高酶解效率。更重要的是通过酶法改性显著提高了可溶性膳食纤维含量，高达19.16％～27.37％。
3.本发明利用湿法超微粉碎技术，使甘薯物料产生小尺寸效应，颗粒细度达到微米级甚至纳米级，物料比表面积显著增大，有利提高酶与底物接触面积，提高酶解效率，进而提高可溶性膳食纤维的含量，而未采用湿法超微粉碎提取可溶性膳食纤维的研究中(孙健,钮福祥等.超声波辅助酶法提取甘薯渣膳食纤维的研究[j].核农学报,2014,28(7):1261-1266)可溶性膳食纤维的得率仅为13.49％。
4.本发明与现有的高压改性技术相比，高压提取设备昂贵，目前仅停留在中试阶段，而超声波提取技术相对成熟，能够满足工业化生产的需求。
具体实施方式
具体实施方式一、本实施方式所述的甘薯可溶性膳食纤维的制备方法为：
(1)将甘薯渣采用湿法超微粉碎，获得甘薯渣颗粒。
(2)按照甘薯渣颗粒与水重量比为(1∶50)～(1∶80)的比例，在超声波提取设备中加入纯净水、甘薯渣颗粒，然后启动搅拌系统，使二者充分混合形成混合物。
(3)将步骤(2)中获得的混合物利用蒸汽加热至85-95℃，在超声波提取设备中加入耐热α-淀粉酶，以淀粉质量计，耐热α-淀粉酶添加量为10-15μl/g，然后启动超声波处理15-20min。
(4)将步骤(3)处理后的混合物，冷却至60-65℃，在超声波提取设备中加入复合纤维素酶，以粗纤维质量计，复合纤维素酶添加量为3-5μl/g，然后启动超声波处理10-15min。
(5)将步骤(4)处理后的混合物，冷却至室温，利用袋式过滤器过滤，获得滤液。
(6)滤液采用真空浓缩，浓缩比为(8∶1)～(10∶1)，获得浓缩液。
(7)向浓缩液中加入乙醇，室温静置2-4h后采用管式离心机进行固液分离，沉淀物经干燥、粉碎过筛后获得甘薯可溶性膳食纤维。
本实施方式中，步骤(1)中所述的甘薯渣可以采用现有制备甘薯淀粉的副产物，还可以采用甘薯制备获得，具体方法为：采用甘薯经过预处理之后获得。所述预处理为将甘薯清洗、破碎、提取淀粉获得甘薯渣。
本实施方式中，步骤(1)中所述的甘薯渣颗粒的细度小于3μm。
本实施方式中，步骤(5)所述袋式过滤器流速控制在200-400m3/h。
本实施方式所述的方法以湿法超微粉碎、超声波-双酶同步水解技术为核心，其中湿法超微粉碎技术能够破碎被提取的原料和细胞壁，进而使得在超声波-双酶同步水解工艺中加速有效成分的溶出和扩散，提高酶解效率。
具体实施方式二、本实施方式以淀粉型品种徐薯22为原料，具体描述本实施方式所述的甘薯可溶性膳食纤维的制备方法。
(1)以淀粉型品种徐薯22为原料，经清洗、破碎、提取淀粉处理后得到甘薯渣，将所述甘薯渣采用湿法超微粉碎，获得甘薯渣颗粒，所述甘薯渣颗粒的平均粒径为2.6μm。
(2)按照料水质量比，甘薯渣颗粒：水＝1:80(以干基计算)的比例，在超声波提取设备中加入纯净水、甘薯渣颗粒，然后启动搅拌系统，使二者充分混合形成混合物，搅拌时间约为50min。
(3)将步骤(2)中获得的混合物利用蒸汽加热至95℃，在超声波提取设备中加入耐热α-淀粉酶，以淀粉质量计，耐热α-淀粉酶添加量为10μl/g，然后启动超声波在功率200w条件下保温处理15min。
(4)将步骤(3)中处理后的混合物，冷却至65℃，在超声波提取设备中加入复合纤维素酶，以粗纤维质量计，复合纤维素酶添加量为3μl/g，然后启动超声波在功率600w条件下处理10min。
(5)将步骤(4)处理后的混合物，冷却至室温，利用袋式过滤器过滤，流速控制在200m3/h，获得滤液。
(6)滤液采用真空浓缩，浓缩比为8∶1，获得浓缩液。
(7)向浓缩液中加入60℃、90％(v/v)乙醇，室温静置4h，采用管式离心机进行固液分离，转速为20000r/min，沉淀物经干燥、粉碎、过筛后即获得可溶性膳食纤维。
上述以淀粉型品种徐薯22为原料制备甘薯可溶性膳食纤维的方法中，步骤(3)和(4)的两步酶解的时间共计为25min，获得的可溶性膳食纤维在总膳食纤维中含量可达19.16％。
具体实施方式三、本实施方式以花青素型品种济黑1号为原料，具体描述本实施方式所述的甘薯可溶性膳食纤维的制备方法。
(1)以花青素型品种济黑1号为原料，经清洗、破碎、提取淀粉处理后得到甘薯渣，将所述甘薯渣采用湿法超微粉碎，获得紫甘薯渣颗粒，所述甘薯渣颗粒的平均粒径为2.9μm。
(2)按照料水质量比，紫甘薯渣颗粒：水＝1∶50(以干基计算)的比例，在超声波提取设备中加入纯净水、紫甘薯渣颗粒，然后启动搅拌系统，使二者充分混合形成混合物，搅拌时间约为50min。
(3)将步骤(2)中获得的混合物利用蒸汽加热至85℃，在超声波提取设备中加入耐热α-淀粉酶，以淀粉质量计，耐热α-淀粉酶添加量为15μl/g，然后启动超声波在功率200w条件下保温处理20min。
(4)将步骤(3)中处理后的混合物，冷却至60℃，在超声波提取设备中加入复合纤维素酶，以粗纤维质量计，复合纤维素酶添加量为5μl/g，然后启动超声波在功率600w条件下处理15min。
(5)将步骤(4)中处理后的混合物，冷却至室温，利用袋式过滤器过滤，流速控制在400m3/h，获得滤液。
(6)滤液采用真空浓缩，浓缩比为10∶1，获得浓缩液。
(7)向浓缩液中加入60℃、90％(v/v)乙醇，室温静置2h；采用管式离心机进行固液分离，转速为20000r/min，沉淀物经干燥、粉碎、过筛后即获得可溶性膳食纤维。
上述以花青素型品种济黑1号为原料制备甘薯可溶性膳食纤维的方法中，步骤(3)和(4)的两步酶解的时间共计为35min，获得的可溶性膳食纤维在总膳食纤维中含量可达27.37％。
具体实施方式四、本实施方式以淀粉型品种商薯19为原料，具体描述本实施方式所述的甘薯可溶性膳食纤维的制备方法。
(1)以淀粉型品种商薯19为原料，经清洗、破碎、提取淀粉处理后得到商薯渣，将所述商薯渣采用湿法超微粉碎，获得商薯渣颗粒，所述商薯渣颗粒的平均粒径为2.8μm。
(2)按照料水质量比，商薯渣颗粒：水＝1∶60(以干基计算)，在超声波提取设备中加入纯净水、商薯渣颗粒，然后启动搅拌系统，使二者充分混合形成混合物，搅拌时间约为50min。
(3)将步骤(2)中获得的混合物利用蒸汽加热至90℃，在超声波提取设备中加入耐热α-淀粉酶，以淀粉质量计，耐热α-淀粉酶添加量为12μl/g，然后启动超声波在功率200w条件下保温处理18min。
(4)将步骤(3)中处理后的混合物，冷却至62℃，在超声波提取设备中加入复合纤维素酶，以粗纤维质量计，复合纤维素酶添加量为4μl/g，然后启动超声波在功率600w条件下处理13min。
(5)将步骤(4)中处理后的混合物，冷却至室温，利用袋式过滤器过滤，流速控制在300m3/h，获得滤液。
(6)滤液采用真空浓缩，浓缩比为9∶1，获得浓缩液。
(7)向浓缩液中加入60℃、90％(v/v)乙醇，室温静置3h；采用管式离心机进行固液分离，转速为20000r/min，沉淀物经干燥、粉碎、过筛后即获得可溶性膳食纤维。
上述以淀粉型品种商薯19为原料制备甘薯可溶性膳食纤维的方法中，步骤(3)和(4)的两步酶解的时间共计为31min，获得的可溶性膳食纤维在总膳食纤维中含量可达21.02％。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式一至四的进一步限定，本实施方式中，对沉淀物的干燥是指将沉淀物置于40-50℃的温度中18小时，采用这样的处理有利于保持膳食纤维的生理活性。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一至五的进一步限定，本实施方式中，步骤(4)、(5)所述冷却均为：启动超声波提取设备的冷却系统进行冷却处理。
具体实施方式七、本实施方式是对具体实施方式一至六的进一步限定，本实施方式中，沉淀物粉碎后过筛细目为60目。