专利名称：一种南瓜膳食纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种南瓜膳食纤维的制备方法。 背景技术：
南瓜，学名Cucurbita moschata Duch，别名番瓜、饭菜瓜等，是葫芦科、南瓜属中叶片具有白斑、果柄五棱形的一年生蔓性草本植物。依性状种类不同其栽培种属常分为三大类中国南瓜(C. moschata Duch)，印度南瓜(C. maxima Duch)和美洲南瓜(C. ρ印ο L.)。目前南瓜在世界各地都有种植，其栽培面积以亚洲最多，其次为欧洲和南美洲(Harry S. 1989)。我国自明初引入，从南到北均有栽种，尤以华北、东北、西北、华中、西南、台湾等地区分布最广。南瓜根系发达，再生能力强，有较强抗旱能力，栽培粗犷，生长迅速，病虫害少，对土壤要求不严，非常适宜在山区种植。同时南瓜又是一种营养丰富、食药兼备的蔬菜。南瓜的营养成分全面而独特，我国古代就有对南瓜食疗保健作用的记载。中医史书《滇南本草》 中记载“南瓜性温、味甘无毒，入脾、胃二经，能润肺益气、化痰排脓、驱虫解毒，治咳嗽、哮喘、肺痈、便秘等症”，并认为南瓜能“横行经络、利小便”。在《本草纲目》中，李明珍将南瓜与灵芝放在一起，说它有“补中、补肝气、益心气、益肺气、益精气”的作用。凡久病气虚、脾胃虚弱、症见气短倦怠、食少腹胀、水肿尿少者宜用。近年来的研究结果亦表明，南瓜的营养成分全面而独特，以中国南瓜为例，其营养成分为水分90.对％、蛋白质0. 65%、脂肪0. 13%, 碳水化合物8. 23% (其中粗纤维2. 15% )、灰分0. 73%，同时还含有丰富的胡萝卜素、VB、 V。、Ve、精氨酸、天门冬氨酸、腺嘌呤、果胶、甘露醇、叶红素、叶黄素及钙、钾、锌、铬等矿物质。 南瓜中总碳水化合物占子实体干重的82%以上，其中果胶含量占南瓜干物质的7%-17%， 是一种优质的膳食纤维来源。膳食纤维是指在人体小肠中不能消化吸收而在大肠中完全或部分发酵的植物性可食用部分或类似碳水化合物的总称；膳食纤维包括多糖，寡糖，木质素及相关植物成分； 膳食纤维对通便，(或)降血脂，(或)降血糖具有有益的生理功能。膳食纤维可分为水不溶性膳食纤维(IDF)和水溶性膳食纤维(SDF)两部分。自然界存在的膳食纤维99%为IDF， SDF和IDF在饮食中的作用不同(下表1)。IDF主要作用于肠道产生机械蠕动作用，而SDF 则更多的发挥代谢功能，如影响碳水化合物和脂类代谢。膳食纤维的组成比例对其功能作用有很大影响，美国Leitz等学者建议，膳食纤维组成中SDF含量达到10%以上才是高品质膳食纤维，否则只能被称作填充料型膳食纤维。膳食纤维的生理活性和功能性质归根结底是由膳食纤维的结构决定的，用不同方法对膳食纤维进行改性，改变其网状结构，能够使其具有更好的生理作用。表1 IDF和SDF的生理功能
生理功能可溶性膳食纤维不溶性膳食纤维咀嚼时间缩短延长胃内滞留时间延长略有延长对肠内PH值的变化降低无与胆汁酸的结合不结合5 口 Π可发酵性较高极弱肠内黏性物质增加略有增加大便量关系不大增加血清胆固醇下降不变食后胆固醇抑制上升不变大肠癌不明显有预防作用膳食纤维的化学结构中含有许多亲水基团，具有良好的持水性，使其具有吸水功能与预防肠道疾病作用，减少了有害成分在肠道内的滞留时间。膳食纤维可以鳌合有机化合物(胆如汁酸、胆固醇、变异原等有机分子)，使其具有吸附有机物功能与预防心血管疾病作用。膳食纤维结构中包含一些糖醛酸的羟基和羟基侧链基团，可与阳离子进行可逆交换，这一物化特性，使其具有离子交换功能和降血压作用。大量实验证实，膳食纤维可与Ca， Zn,Cu,Pb等阳离子进行交换。但此类交换为可逆性的，并优先交换1 等有害离子，所吸附在膳食纤维上的有害离子可随粪便排出，从而产生解毒作用。膳食纤维具有改善肠内菌群功能及加速有毒物质的排泄和解毒作用。膳食纤维中非淀粉多糖组成的膳食纤维经过食道到达小肠后，由于它不被人体消化酶分解吸收而直接进入大肠，在大肠繁殖有100 200种总量约在100X IO6个细菌。其中相当一部分是有益菌，这些细菌能以部分膳食纤维为营养进行代谢，不仅为菌群提供了繁殖所需的能量，并产生大量的短链脂肪酸，发挥着重要的生理作用。另外，不能被菌群发酵的膳食纤维也会吸水、膨胀、增重后，随同可发酵纤维的剩余物以粪便的形式排出体外，使粪便湿润、松软、量多、表面光滑在大肠内停留时间缩短。美国FDA推荐的总膳食纤维的摄入量为成人20_35g/d，加拿大推荐每人膳食纤维的摄入量为22-24g/d。中国营养学会2000年提出，成年人膳食纤维适宜摄入30. 2g/d。在欧美市场，富含水溶性膳食纤维的食品非常受欢迎，2002年膳食纤维类食品在欧美销售超过 350亿美元，日本同欧美一样，也十分盛行膳食纤维食品，膳食纤维类食品的年销售近100 亿美元。在我国，据2002年居民健康调查显示，成年人膳食纤维的日摄入量仅为18.7g，远远低于中国营养学会建议的30. 2g，在2004年的调查又显示，我国成人超重率已达22. 8% (约2亿人)，血脂异常患病率达18. 6 % (约1. 6亿人)，超重和血脂异常人群都在急剧上升，而膳食纤维摄入的不足是引起现代疾病的重要原因之一。西方发达国家早在70年代就着手对膳食纤维的研究与开发，美、英、德、法已形成一定产业规模，并在食品市场占有一席之地。美国成立了膳食纤维协会(USDA)。在年销售 60亿美元方便谷物食品中，约20%是富含膳食纤维功能食品。美国的科学家们用现代高技术手段，以全美最上乘的棕金车前谷为原料研制成功了“金谷纤维王”。其含有高达80%的纤维，是人们已知含高纤维的燕麦的5至8倍。这一高纤维食品在美国问世后很快风靡欧美等发达地区。据悉，在欧美，食用纤维素的年销售已达100亿美元。我国是世界上种植南瓜的主要国家，并不断推出亩产高达1.5-2万公斤的优良品种。但目前南瓜种植南瓜大部分为了取得南瓜籽，仅有不到30%的南瓜果肉用于食品加工和食用，近70%的果肉因无法外运销售与加工只好任其腐烂，造成食品资源的极大浪费，非常可惜。因此，利用我国丰富的南瓜资源，将鲜南瓜以及南瓜籽生产过程中产生的果肉中含有大量膳食纤维进行改性处理，对进一步发掘南瓜膳食纤维的营养价值与药用价值具有实际意义。目前，膳食纤维改性的方法有很多种，常用的膳食纤维改性处理有生物技术方法 (酶法、发酵法)、化学处理(主要有酸法、碱法)和物理法(机械降解处理法)。各种改性方法针对不同来源膳食纤维各有特点，本发明采用双高压(高压蒸煮结合高压均质)结合真空微波法同时处理不溶性膳食纤维，并与采用滤超技术得到的水溶性膳食纤维合并，以获得较高含量和高品质的南瓜膳食纤维，实现南瓜采后加工的新利用。
发明内容
本发明目的是提供一种以南瓜为原料，利用超滤、高压蒸煮结合高压均质以及真空微波处理工艺，对南瓜膳食纤维进行物理改性，以增加其可溶性膳食纤维含量，并进一步改善其水合能力、吸附性等理化特性的方法。本发明采用的技术方案是一种南瓜膳食纤维的制备方法，所述方法为(1)取去皮干燥南瓜果肉经机械粉碎，过100目筛，得南瓜粉；( 将南瓜粉与水按照质量比1 20 60混合，在40°C下浸提 90 180min，将浸提液离心，得一次浸提上清液和一次浸提后的滤渣，一次浸提后的滤渣在同样条件下再浸提1次，得二次浸提上清液和二次浸提后的滤渣，合并两次上清液，将上清液用IOkD的超滤膜进行膜过滤，收集未滤过膜的浓缩液(是指超滤时没有通过超滤膜的大分子物质)，备用；(3)将步骤(2)获得的二次浸提后的滤渣在115 135°C，15 25个大气压条件下高压蒸煮10 40min，获得高压蒸煮后的滤渣，然后将高压蒸煮后的滤渣进一步在压力6 12MPa条件下，室温(20士2°C )下高压均质处理5 15次，每次处理3 5min，得到均质处理后的均质物，将均质物与步骤( 收集的未滤过膜的浓缩液进行混合， 将混合物干燥，得到所述南瓜膳食纤维粉。进一步，优选步骤( 所述南瓜粉与水按照质量比1 40 50混合。所述步骤⑵所述浸提时间优选为150min。优选，步骤( 所述二次浸提后的滤渣在120 125°C，20个大气压条件下高压蒸煮 20 30min。进一步，步骤C3)将高压蒸煮后的滤渣在压力8 lOMI^a条件下，室温下高压均质处理6 8次，每次处理3 5min，获得均质处理后的均质物。步骤C3)所述微波真空处理是指在微波频率M50MHZ，微波功率lkW，真空度为 35 45mmHg下，干燥5 10分钟，获得所述南瓜膳食纤维粉。进一步，所述南瓜膳食纤维的制备方法推荐按以下步骤进行(1)取去皮干燥南瓜果肉经机械粉碎，过100目筛，得南瓜粉；( 将南瓜粉与水按照质量比1 50混合，在 40°C下浸提150min，将浸提液离心，得一次浸提上清液和一次浸提后的滤渣，一次浸提后的滤渣在同样条件下再浸提1次，得二次浸提上清液和二次浸提后的滤渣，合并两次上清液， 将上清液用IOkD的聚醚砜膜进行膜过滤，收集未滤过膜的浓缩液；C3)将步骤( 获得的二次浸提后的滤渣在125°C，20个大气压条件下高压蒸煮20min，获得高压蒸煮后的滤渣， 然后将高压蒸煮后的滤渣进一步在压力SMPa条件下，室温下高压均质处理10次，每次处理 -in，得到均质处理后的均质物，将均质物与步骤( 收集的未滤过膜的浓缩液进行混合， 将混合物在微波频率M50MHz，微波功率lkW，真空度为35 45mmHg条件下进行微波真空干燥处理5 lOmin，得到所述南瓜膳食纤维粉。本发明方法中取去皮干燥南瓜果肉经机械粉碎，过60 100目筛均可，优选过100 目筛获得的南瓜粉。本发明所述的用IOkD的聚醚砜膜进行膜过滤，优选采用切向流过滤技术，即液体流动方向与过滤方向呈垂直方向的过滤形式，相对于常规的垂直流过滤有着能保持稳定的过滤速度、能连续循环进行过滤和在膜表面不形成凝胶层的特点。本发明以南瓜为原料，利用超滤、高压蒸煮结合高压均质以及真空微波处理工艺， 对南瓜膳食纤维进行物理改性。发明的技术要点在于超滤处理可最大可能获得南瓜水溶性膳食纤维(SDF)，高压蒸煮结合高压均质以及真空微波处理工艺对南瓜水不溶性膳食纤维 (IDF)进行处理，增加SDF含量，并可以使南瓜IDF活性基团充分暴露，有效提高其水合能力及吸附性等特性。与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在(1)所制产品为高膳食纤维，低脂肪，低热量(去除小分子糖类)，其中总膳食纤维含量可高达80%以上，SDF含量达15%以上，持水力、膨胀力、吸附亚硝酸钠等性能优异；(2)针对南瓜IDF特点，首先通过高压蒸煮技术使南瓜IDF组织疏松，持水力、膨胀力及溶解性等理化性质有一定改变，进而通过高压均质技术瞬间产生的空穴作用、湍流作用、碰撞作用以及剪切作用使南瓜IDF颗粒的粒度发生变化，从而使其理化性质发生根本变化，部分IDF转化为SDF，SDF/IDF值增大，改善了南瓜IDF的功能特性；本发明采用高压蒸煮结合高压均质的改性技术，并对改性物料再通过真空微波处理，进一步提高SDF含量， 整个工艺过程完全是单纯的物理方法来改变南瓜IDF的分子组成比例及其理化结构进而影响其功能特性，获得的南瓜膳食纤维营养、安全、无污染；(3)采用超滤处理获得南瓜SDF，采用高压蒸煮结合高压均质以及真空微波处理工艺对南瓜IDF进行物理改生，使最终产品无异味、感官性状好；SDF含量高，SDF/IDF值可增加5. 12倍；通过物理改性南瓜膳食纤维的持水力达到8. 86g/g，膨胀力10. 91mL/g、亚硝酸钠结合力172. 34μ g/g，比传统的直接采用热水处理得到的膳食纤维分别提高了 3. 11
6倍、2. 20倍、1. 07倍，该工艺条件温和，绿色环保，符合保健食品的生产要求。
图1亚硝酸根离子标准曲线及线性方程
具体实施例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材料与试剂南瓜(由浙江省富来森绿色产业集团公司提供)。使用前，去皮、去瓤，切丝后自然晾干，机械粉碎，筛选目数为100目的样品，备用。总膳食纤维测定试剂盒(TDF 100A-1KT，购自Sigma-Aldrich)，亚硝酸钠、石油醚、氢氧化钠、碳酸钠、硫酸、盐酸、酚酞、柠檬酸等均为分析纯。2实验仪器粉碎机、AL04型电子天平、DELTA-320型pH计、HH-2型水浴锅、ZHENGFCHEN双层恒温摇床、DHG-9M0A型鼓风干燥箱、DL-5M离心机(配更换转头)、85_Z磁力搅拌器、T6新世纪分光光度仪、马福炉、消解炉、膳食纤维测定系统(包括CSF6、MULTISTIRRER6及⑶E酶消化组件，购自意大利VELP SCIENTIFICACo.)。3实验方法3. 1南瓜膳食纤维制备路线(1)取新鲜南瓜去皮、去瓤，切丝后自然晾干，机械粉碎，过100目筛，获得南瓜粉； (2)取步骤(1)南瓜粉40g，加2000mL水混合，在40°C下浸提150min，在3000r/min下离心30min，得一次浸提上清液720mL和一次浸提后的滤渣，一次浸提后的滤渣在同样条件下再提取1次，得二次浸提上清液690mL和二次浸提后的滤渣，合并两次上清液，将上清液用 IOkD的聚醚砜膜进行膜过滤，收集未滤过膜的浓缩液(主要是没有过膜的大分子物质)， 得到170mL浓缩液，备用；(3)步骤(2)获得的二次浸提后的滤渣在125°C，20个大气压条件下高压蒸煮20min，获得高压蒸煮后的滤渣，然后将高压蒸煮后的滤渣放入高压均质机 (NS1001L，意大利)中，在压力8MPa条件下，室温(20°C )下高压均质处理10次，每次处理 -in，得到均质处理后的均质物，将均质物与步骤( 收集的未滤过膜的浓缩液进行混合， 将混合物进行微波真空处理，即在微波频率M50MHz，微波功率lkW，真空度为45mmHg，干燥 8min，制得南瓜膳食纤维28. 36g，南瓜膳食纤维的主要成分见下表2所示。3. 2成分分析水分参照GB/T5009. 3-2010 ；膳食纤维含量参照 AOAC Official Method 985. 29/991. 42，其中 SDF(% ) = TDF(% )-IDF(% )。3. 3性能分析膨胀力取1. OOOg(M0)样品(上述制备的南瓜膳食纤维)放入IOml量筒中，测干粉体积K。再取M1(约0. Ig)样品于量筒中，加水至IOml处，用玻璃棒将其搅勻，使其充分与水接触，37°C静置自然沉降)，读其膨胀后的体积V1，膨胀力为=(MtlV1-M1Vtl)/MtlM1单位ml/g，结果见表5所示。持水力取1. OOOg(M1)样品置于IOOml烧杯中，加蒸馏水50ml，37°C下静置2h，网孔0. 75mm尼龙网过滤至无水滴下，将残渣移至天平上称得样品湿重M2,持水力为(M2-M1) / M1，单位g/g，结果见表5所示。结合亚硝酸根离子(NO2-)能力取0. 50g样品于IOOml烧杯中，加入25ml 100 μ mol/L NaNO2 溶液，调 pH 值至 2. 0，置于 200r/min 的摇床中，37°C振摇 2h，4000r/min 离心20min，取上清液anl，按GB/T5009. 33-2010测定溶液中N02_含量，标准曲线见图1。根据反应前后NO2-的浓度差(国标的方法，本领域公知)计算吸附量，同时在同样条件下以不添加样品做空白实验(样品用去离子水补充)，结果见表3所示。比较例1取上述实施例1方法制备的40g南瓜粉(过100目筛)，加2000g水混合，在40°C 下浸提150min，在3000r/min下离心30min，获得一次浸提后的滤渣，将一次浸提后的滤渣在同样条件下再提取1次，3000r/min下离心30min，获得二次浸提后的滤渣，将二次浸提后的滤渣在125°C，20个大气压条件下高压蒸煮20min，获得高压蒸煮后的滤渣，然后将高压蒸煮后的滤渣放入高压均质机中，在压力SMI^a条件下，室温(20°C )下高压均质处理10 次，每次处理-in，得到均质处理后的均质物，将均质物进行微波真空处理，即在微波频率 M50MHz，微波功率lkW，真空度为45mmHg，干燥5min，制得南瓜膳食纤维21. 17g，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，南瓜膳食纤维的主要成分见下表2所示， 南瓜膳食纤维的性能指标见下表3所示。表2不同处理工艺南瓜膳食纤维的主要成分(占干重)
权利要求
1.一种南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述方法为(1)取去皮干燥南瓜果肉经机械粉碎，过100目筛，得南瓜粉；( 将南瓜粉与水按照质量比1 20 60混合，在 40°C下浸提90 180min，将浸提液离心，得一次浸提上清液和一次浸提后的滤渣，滤渣在同样条件下再浸提1次，得二次浸提上清液和二次浸提后的滤渣，合并两次上清液，将上清液用IOkD的超滤膜进行膜过滤，收集未滤过膜的浓缩液；C3)将步骤( 获得的二次浸提后的滤渣在115 135°C，15 25个大气压条件下高压蒸煮10 40min，获得高压蒸煮后的滤渣，然后将高压蒸煮后的滤渣在压力6 12MPa条件下，室温下高压均质处理5 15 次，每次处理3 5min，得到均质处理后的均质物，将均质物与步骤( 收集的未滤过膜的浓缩液进行混合，将混合物干燥，得到所述南瓜膳食纤维粉。
2.如权利要求1所述南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述步骤( 所述南瓜粉与水按照质量比1 40 50混合。
3.如权利要求1所述南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述步骤( 所述浸提时间为 150mino
4.如权利要求1所述南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述步骤C3)所述二次浸提后的滤渣在120 125°C，20个大气压条件下高压蒸煮20 30min。
5.如权利要求1所述南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述步骤C3)将高压蒸煮后的滤渣在压力8 IOMPa条件下，室温下，高压均质处理6 8次，每次处理3 5min，获得均质处理后的均质物。
6.如权利要求1所述南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述步骤C3)所述干燥为微波真空干燥，所述微波频率M50MHz，微波功率lkW，真空度为35 45mmHg，干燥5 10 分钟，获得所述南瓜膳食纤维粉。
7.如权利要求1所述南瓜膳食纤维的制备方法，其特征在于所述方法按以下步骤进行(1)取去皮干燥南瓜果肉经机械粉碎，过100目筛，得南瓜粉；( 将南瓜粗粉与水按照质量比1 50混合，在40°C下浸提150min，将浸提液离心，得一次浸提上清液和一次浸提后的滤渣，一次浸提后的滤渣在同样条件下再浸提1次，得二次浸提上清液和二次浸提后的滤渣，合并两次上清液，将上清液用IOkD的聚醚砜膜进行膜过滤，收集未滤过膜的浓缩液；(3)将步骤( 获得的二次浸提后的滤渣在125°C，20个大气压条件下高压蒸煮20min， 获得高压蒸煮后的滤渣，然后将高压蒸煮后的滤渣在压力8MPa条件下，室温下，高压均质处理10次，每次处理％iin，得到均质处理后的均质物，将均质物与步骤( 收集的未滤过膜的浓缩液进行混合，将混合物在微波频率M50MHz，微波功率lkW，真空度为35 45mmHg条件下进行微波真空干燥处理5 lOmin，得到所述南瓜膳食纤维粉。
全文摘要
本发明公开了一种南瓜膳食纤维的制备方法将南瓜粉与水按照质量比1∶20～60混合，在40℃下浸提90～180min，将上清液用10kD的超滤膜进行膜过滤，收集未滤过膜的浓缩液；将滤渣在115～135℃，15～25个大气压条件下高压蒸煮10～40min，获得高压蒸煮后的滤渣，然后将高压蒸煮后的滤渣进一步在压力6～12MPa条件下，室温下高压均质处理5～15次，每次处理3～5min，得到均质处理后的均质物，将均质物与浓缩液进行混合，将混合物干燥，得到所述南瓜膳食纤维粉；本发明所制产品总膳食纤维含量可高达80％以上，SDF含量达15％以上，持水力、膨胀力、吸附亚硝酸钠等性能优异。
文档编号A23L1/212GK102524698SQ201210016899
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月19日 优先权日2012年1月19日
发明者张拥军, 朱丽云, 郑龙华, 金晖 申请人:中国计量学院