一种具有减肥降脂功能的佛手膳食纤维及其制备方法和应用

1.本发明属于食品加工技术领域，更具体地，涉及一种具有减肥降脂功能的佛手膳食纤维及其制备方法和应用。


背景技术：

2.佛手又名佛手柑，佛手香橼，属芸香科柑橘属植物，是我国传统的药食同源的中药之一。佛手含有挥发油类、黄酮类、香豆素类、多糖和膳食纤维等多种活性成分，具有疏肝理气，破积消癥；燥湿止咳和消食解酒的功效，还具有抗氧化、抗肿瘤和降糖降脂等多种药理活性，在开发保健食品方面有着广阔的应用前景。
3.佛手种类繁多，来源复杂，根据产地的不同主要分为广佛手、川佛手、金佛手和建佛手。目前广佛手农产品种植面积达2000hm2左右，年产量约达3万吨，虽其种植面积在逐年增大，但目前存在采收期相对集中，上市周期短等问题，且佛手的加工技术和产业链的发展都不够完善，主要以销售鲜果和盆景为主、凉果蜜饯等粗加工产品为辅，精深加工水平低，缺乏核心竞争力和可持续发展能力。
4.佛手中膳食纤维含量丰富，是用于研究膳食纤维的良好原料之一，且目前鲜见对佛手膳食纤维的相关研究报道。传统制备膳食纤维的方法有：粗分离法、化学法、酶法、发酵法以及膜分离法等。但粗分离法极易造成原料的较大损失；化学法制备的产品色泽和持水力欠佳，易产生大量的废液和废气等环境污染问题以及相关设备和管道的腐蚀问题；发酵法存在发酵时间和环境难以控制的问题；膜分离法投入成本较高，设备的后期维护所需投入力度大，目前技术发展还不够成熟。公开号为cn107319575a的专利提供了一种佛手渣膳食纤维的生产方法，利用佛手渣为原料，通过颗粒细化处理、均质、高压喷雾干燥等工艺制备膳食纤维，但该方法工艺复杂，仅提供了佛手不溶性膳食纤维的制备方法，制备过程中还加入了丙酮等有毒溶剂，且所得膳食纤维的得率和生物活性尚不明确。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种具有减肥降脂功能的佛手膳食纤维及其制备方法和应用，本发明采用复合酶法提取佛手膳食纤维，该方法可操作性强，作用条件温和，环境污染小，产品的质量和纯度也较高，制备产品具有良好的持水力、膨胀力和对胆固醇吸附能力，表现出良好的减肥降脂作用。
6.本发明的首要目的是提供一种具有减肥降脂功能的佛手膳食纤维的制备方法。
7.本发明的另一目的是提供上述方法制备得到的佛手膳食纤维。
8.本发明的再一目的是提供所述佛手膳食纤维在制备减肥降脂产品中的应用。
9.本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：
10.本发明提供了一种具有减肥降脂功能的佛手膳食纤维的制备方法，包括如下步骤：
11.s1.将佛手干燥、粉碎、过筛，备用；
12.s2.取步骤s1处理后的佛手粉末加水混匀，加热糊化；
13.s3.对步骤s2糊化后的溶液降温，加入α
‑
淀粉酶和糖化酶酶解；
14.s4.对步骤s3的酶解产物加热灭酶，加入碱性蛋白酶酶解，酶解完成后加热灭酶，冷却至室温后离心，分离上清液和沉淀，备用；
15.s5.将步骤s4所得沉淀洗涤至中性，烘干至恒重，即得佛手不溶性膳食纤维；将步骤s4所得上清液浓缩、醇沉，过滤取沉淀，烘干至恒重，即得佛手可溶性膳食纤维。
16.由于酶解工艺的特殊性，仅仅根据酶解的温度、时间、ph和加酶量这些关键因素的单因素实验并不能得到最优的实验结果，提取效果也不稳定。本发明通过大量实验总结，经过针对性的研究，分析得出在第一步酶解中酶解温度、酶解时间、加酶量三个因素的影响最为主要，在第二步酶解中酶解温度、ph、加酶量三个因素的影响最为主要。因此，本发明采用复合酶法提取佛手膳食纤维，以总膳食纤维得率为指标，在单因素实验的基础上，采用响应面法优化提取工艺，并对最优工艺制备的佛手膳食纤维的基本成分和理化性质，体内减肥降脂活性进行评价，获得了最优的酶解工艺条件。
17.优选地，步骤s1所述干燥的温度为55～65℃，过筛目数为35～60目。
18.最优选地，步骤s1所述干燥的温度为55℃，过筛目数为60目。
19.优选地，所述干燥或烘干为采用热风干燥。
20.优选地，步骤s2所述加水为加水至佛手粉末与水的质量比为1：10～20。
21.最优选地，步骤s2所述加水为加水至佛手粉末与水的质量比为1：20。
22.优选地，步骤s2所述加热糊化的温度为80～85℃，糊化时间为40～55min。
23.最优选地，步骤s2所述加热糊化的温度为80℃，糊化时间为40min。
24.优选地，步骤s3所述加入α
‑
淀粉酶和糖化酶酶解的条件为：ph值调至5～7，α
‑
淀粉酶和糖化酶的添加量为270～450u/g，α
‑
淀粉酶和糖化酶的添加量比为1：1，55～65℃酶解60～120min。
25.最优选地，步骤s3所述加入α
‑
淀粉酶和糖化酶酶解的条件为：ph值调至5.5，α
‑
淀粉酶和糖化酶的添加量为396u/g，α
‑
淀粉酶和糖化酶的添加量比为1：1，60℃酶解120min。
26.优选地，步骤s4所述加热灭酶为加热至沸腾，保持5～10min。
27.最优选地，步骤s4所述加热灭酶为加热至沸腾，保持5min。
28.优选地，步骤s4所述加入碱性蛋白酶酶解的条件为：ph值调至8～9，50～70℃酶解55～65min，加酶量为1500～2500u/g。
29.最优选地，步骤s4所述加入碱性蛋白酶酶解的条件为：ph值调至8.5，60℃酶解60min，加酶量为2000u/g。
30.优选地，步骤s5所述上清液浓缩为浓缩至原体积的1/4；所述醇沉为采用95％乙醇进行醇沉。
31.优选地，步骤s5所述烘干的温度为55～65℃。
32.本发明还请求保护上述方法制备得到的佛手膳食纤维。
33.对上述方法制备得到的佛手膳食纤维的基本理化性质和体内减肥降脂活性进行评价。结果表明本发明制备得到的佛手膳食纤维具有良好的持水力、膨胀力和对胆固醇吸附能力，在高脂肥胖模型大鼠实验中，也表现了良好的减肥降脂作用。
34.因此，上述佛手膳食纤维在制备减肥降脂产品中的应用也属于本发明的保护范
围。
35.优选地，所述减肥降脂产品可以是食品或保健品。
36.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
37.本发明采用复合酶法提取佛手膳食纤维的方案，该提取方法可操作性强，作用条件温和，环境污染小，采用本发明的方法得到的佛手膳食纤维中总膳食纤维得率可达88.21％，纯度达84.49％，制备得到的佛手膳食纤维产品具有良好的持水力、膨胀力和对胆固醇吸附能力，在高脂肥胖模型大鼠实验中，表现了良好的减肥降脂作用，可用于制备减肥降脂产品。本发明佛手膳食纤维的提取方法对于开发佛手新型加工技术和产品，提升佛手精深加工水平具有重要意义。
附图说明
38.图1为佛手膳食纤维在不同ph条件下对胆固醇吸附能力的比较。
39.图2为佛手膳食纤维在不同反应时间下对葡萄糖吸附能力的比较。
40.图3为佛手膳食纤维对高脂膳食大鼠的体重的影响。
41.图4为佛手膳食纤维对高脂膳食大鼠的摄食量的影响。
42.图5为佛手膳食纤维对高脂膳食大鼠的血脂水平的影响(注：高脂组与正常组相比较，#表示差异显著(p＜0.05)，##表示差异极显著(p＜0.01)；膳食纤维样品组与高脂组相比较，*表示差异显著(p＜0.05)，**表示差异极显著(p＜0.01))。
具体实施方式
43.下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，本发明实施例采用的原料试剂为常规购买的原料试剂。
44.实施例1佛手膳食纤维采用复合酶解工艺制备的方法
45.s1.将佛手片放入热风干燥箱55℃烘干至恒重，将烘干后的佛手片粉碎过60目筛，装入自封袋置于干燥皿备用；
46.s2.将s1所得佛手粉末经复合酶解得到佛手膳食纤维；
47.其中，步骤s2所述复合酶解的工艺条件为：
48.s21.预处理：将佛手粉末与水以1：20的质量比混合均匀，80℃糊化40min；
49.s22.第一步酶解：经s21糊化后的溶液降温至60℃，ph调至5.5，以396u/g的加酶量加入1：1的α
‑
淀粉酶和糖化酶酶解120min，降解部分淀粉；
50.s23.第二步酶解：经s22酶解完成后，加热至沸灭酶5min，待溶液降温至60℃，调节溶液ph值为8.5，加入2000u/g的碱性蛋白酶酶解60min，降解部分蛋白；酶解完成后，加热至沸灭酶5min，待冷却至室温后4000r/min离心10min，分离上清液和沉淀，备用；
51.s24.洗涤、浓缩和干燥：将s23中所得沉淀用蒸馏水洗涤至中性，55℃热风烘干至恒重，即得佛手不溶性膳食纤维；将上清液浓缩至原体积的1/4，再加入4倍体积的95％乙醇，醇沉过夜，过滤取沉淀，55℃烘干至恒重，即得佛手可溶性膳食纤维。
52.实施例2佛手膳食纤维α
‑
淀粉酶和糖化酶复合酶解工艺的研究
53.1、基于实施例1的制备方法，对步骤s22中的α
‑
淀粉酶和糖化酶复合酶解工艺进行
优化。在单因素实验的基础上，确定酶解ph为5.5，选择a酶解时间、b酶解温度、c加酶量3个对佛手总膳食纤维得率的影响最为显著的因素为自变量，每个因素取3个水平，以
‑
1、0、+1为编码，以总膳食纤维的得率为响应值(y)，根据box
‑
behnken中心组合设计原理，采用design
‑
expert8.0.6软件设计三因素三水平的响应面分析试验。各因素的编码值与真实值见表1。
54.表1
[0055][0056]
2、α
‑
淀粉酶和糖化酶复合酶解提取佛手膳食纤维的响应面试验及结果见表2所示。
[0057]
表2
[0058]
[0059][0060]
3、试验结果采用design
‑
expert软件对表2中17个试验点的响应值进行多元回归拟合得到佛手总膳食纤维得率与酶解时间(a)、酶解温度(b)和加酶量(c)各因素的二次多项回归方程模型y：
[0061]
y＝88.92+0.29a
‑
0.21b+0.34c
‑
0.055ab+0.37ac+0.30bc
‑
0.68a2‑
1.07b2‑
1.38c2[0062]
4、回归模型的方差分析表3所示。
[0063]
表3
[0064][0065]
由表3可知，在此模型中a2、b2和c2是极显著性因子项(p<0.01)，a是显著性因子项(p＜0.05)，而其余项无显著性差异(p＞0.05)。佛手膳食纤维得率整体模型的f为19.27，“prob>f”的p<0.01，表明该模型因子具有极显著性意义。模型的失拟项f为0.48，“prob>f”的p>0.05，无显著性差异，说明这种试验方法是可靠的，能够对试验结果进行很好的推测。
佛手膳食纤维得率模型的相关系数r2为0.9611，说明该模型拟合程度良好，试验误差小；校正拟合度r
2 adj为0.9111，说明91.11％响应值的变化可以用该模型来解释。变异系数c.v＝0.38％说明模型有着较好的信噪比，试验稳定性比较高，模型方程能够较好地反映真实的试验值。因此，可以用该回归方程模型来解释设计方案。
[0066]
5、通过design
‑
expert软件求解方程，系统预测得出佛手膳食纤维得率的最佳工艺条件为酶解时间120min，酶解温度59.55℃，加酶量398.52u/g，模型预测的得率为88.63％。
[0067]
6、为了检验响应面优化试验所得到结果的可靠性，对工艺优化条件进行验证，考虑到实际操作因素，将上述优化条件修正为：酶解时间120min，温度60℃，加酶量396u/g。在此条件下佛手膳食纤维得率为88.41％，与预测理论值无显著性差异(p＞0.05)。因此，采用响应面试验对佛手膳食纤维α
‑
淀粉酶和糖化酶复合酶解条件的优化是可行的，得到的提取条件具有实际应用价值。
[0068]
实施例3佛手膳食纤维碱性蛋白酶酶解工艺的研究
[0069]
1、基于实施例1的制备方法，对步骤s23中的碱性蛋白酶酶解工艺进行优化。在单因素实验的基础上，确定酶解温度为60℃，选取碱性蛋白酶酶解时间(a)、酶解ph(b)、加酶量(c)三个对佛手总膳食纤维得率影响最为显著的因素，根据box
‑
behnken中心组合设计原理，以佛手膳食纤维得率(％)，为响应值，进行响应面优化试验，各因素的编码值与真实值见表4。
[0070]
表4
[0071][0072]
2、蛋白酶解提取佛手膳食纤维响应面试验及结果见表5所示。
[0073]
表5
[0074][0075]
3、进行多元回归拟合得到佛手总膳食纤维得率与酶解时间(a)、酶解ph(b)和酶用量(c)各因素的二次多项回归方程模型y：
[0076]
y＝88.45+0.24a+0.11b+0.11c
‑
0.16ab
‑
0.23ac+0.02bc
‑
1.00a2‑
0.30b2‑
0.95c2[0077]
4、回归模型的方差分析表6所示。
[0078]
表6
[0079]
[0080][0081]
对模型进行显著性检验，由回归模型的方差分析表6可以看出，各因素对佛手总膳食纤维得率的影响大小依次为：酶解时间＞加酶量＞酶解ph。在此模型中a2和c2是极显著性因子项(p<0.01)，而其余项无显著性差异(p>0.05)。整体模型的f为10.56，“prob>f”的p<0.01，因此，模型因子具有极显著性意义。该模型的失拟项f为6.54，“prob>f”的p>0.05，无显著性差异，说明该试验方法是可靠的，能够很好的推测试验结果。相关系数r2＝0.9314，说明该模型拟合程度良好，试验误差小；校正拟合度r
2 adj为0.8433，说明模型可以解释84.33％响应值的变化。变异系数c.v＝0.37％说明模型有着较好的信噪比，试验稳定性比较高，模型方程能够较好地反映真实的试验值。因此，可以用该回归方程模型来解释设计方案。
[0082]
5、通过design
‑
expert软件求解方程，系统预测得出碱性蛋白酶酶解佛手膳食纤维得率的最佳工艺条件为：酶解时间60.53min，ph＝8.57，加酶量2020u/g，模型预测的得率为88.47％。
[0083]
6、考虑到实际操作因素，将上述优化条件修正为：酶解时间60min，ph＝8.5，加酶量2000u/g。经过试验验证得出，在此条件下佛手膳食纤维得率为88.21％，与模型预测值仅相差0.25％。因此，响应面法对佛手膳食纤维碱性蛋白酶酶解条件的优化是可行的，得到的提取条件具有实际应用价值。
[0084]
实施例4佛手膳食纤维基本成分和减肥降脂作用研究
[0085]
1、对实施例1提取前后的佛手粉末和佛手膳食纤维的基本成分及对比，如表7所示。
[0086]
表7
[0087][0088]
注：同一行比较，不同字母表示有显著性差异(p<0.05)，相同字母表示差异性不显著(p＞0.05)。
[0089]
在最佳酶解条件下，与原料相对比，佛手总膳食纤维中的蛋白质占比降低了51.34％，淀粉占比降低了39.68％，膳食纤维纯度显著提高(p＜0.05)，膳食纤维的纯度最高达到了84.49％。
[0090]
2、佛手膳食纤维的基本理化性质、对胆固醇的吸附能力和葡萄糖的吸附能力，如表8和图1、图2所示。
[0091]
表8
[0092][0093]
注：同一行比较，不同字母表示有显著性差异(p<0.05)，相同字母表示差异性不显著(p＞0.05)。
[0094]
图1和图2的结果表明，在中性条件下和酸性条件下，佛手膳食纤维都表现出一定的对胆固醇吸附能力，且对胆固醇的吸附能力在体外模拟小肠环境下(ph＝7)＞在胃液环境下(ph＝2)。而在24h体外葡萄糖透析扩散实验中，随着反应时间的延长，佛手膳食纤维对葡萄糖的吸附量逐渐增大，佛手不溶性膳食纤维的最高吸附量约为138.13mg/g，佛手可溶性膳食纤维的最高吸附量约为106.79mg/g，佛手总膳食纤维的最高吸附量约为129.89mg/g，随着透析反应的继续进行，透析液中的葡萄糖浓度逐渐上升，而佛手膳食纤维已达到吸附饱和，故吸附率有所下降。良好的葡萄糖吸附能力和胆固醇吸附能力说明佛手膳食纤维在减少人体对葡萄糖吸收、调节血糖和血脂水平方面具有一定的潜力。
[0095]
3、佛手膳食纤维对高脂膳食大鼠的减肥降脂作用如图3
‑
5所示
[0096]
图3表明，实验初期，各组大鼠的体重无显著性差异(p＞0.05)，随着饲喂时间的增加，饲喂高脂饲料的高脂组大鼠体重增长速率显著高于饲喂普通饲料的正常组大鼠。在佛手膳食纤维的干预下，同样饲喂高脂饲料的样品组大鼠的体重增长有所减缓。为期6周的预防性实验结束时，高脂组大鼠体重高于正常组大鼠20％，有极显著差异(p＜0.01)，说明高脂膳食能造成大鼠的肥胖状态；样品组大鼠的体重极显著低于高脂组大鼠(p＜0.01)，高于
正常组大鼠但无显著性差异(p＞0.05)。
[0097]
图4表明，实验过程中，正常组大鼠每日摄食量显著高于高脂组和样品组，这是由于高脂饲料所含热量较高。而样品组对高脂饲料的摄食量虽低于高脂组，但无显著性差异(p＞0.05)，说明佛手膳食纤维能够在不影响食欲的情况下起到较好的预防肥胖效果。
[0098]
图5表明，实验结束时，相比正常组大鼠，高脂组大鼠血清中的tg、tc显著增加(p＜0.05)，ldl
‑
c极显著增加(p＜0.01)，而血清hdl
‑
c水平极显著减少(p＜0.01)，高脂大鼠的血脂水平异常，形成高血脂症。而与高脂组相比，不溶性膳食纤维和总膳食纤维均能极显著降低血清tg水平(p＜0.01)，总膳食纤维能显著降低血清tc水平(p＜0.05)，三种膳食纤维均能显著降低血清ldl
‑
c水平(p＜0.05)，但仅有总膳食纤维能显著降低血清tc水平，其他两种纤维对血清tc水平影响较小(p＞0.05)。表明佛手膳食纤维具有一定的降血脂作用。
[0099]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。