本发明属于农副产品深加工，涉及一种以玉米麸皮为原料提取阿拉伯木聚糖的方法及其应用。
背景技术：
1、面包在贮藏过程中会出现老化的现象，具体表现为质量降低、表皮失去光泽、芳香消失、水分减少、瓤中淀粉凝沉、硬化掉渣、可溶性淀粉减少等。面包老化主要是由于面包中主要成分如淀粉、蛋白质、脂类等在焙烤和贮存过程中所发生的化学和物理变化及它们之间的相互作用。此外，还受水分、温度、加工工艺、面包添加剂等多种因素相互影响。淀粉的老化不仅大大缩短了淀粉类食品的货架期，还在很大程度上阻碍了主食类产品的工业化进程。针对面包货架期短的问题，市面上开发出多种面包改良剂。但面包改良剂的部分组成成分属于健康违禁用品，过量使用会产生负面影响，因此面包改良剂的使用存在一定的安全隐患。
2、阿拉伯木聚糖作为一种安全的成分，添加到面团中，可抑制面包淀粉的重结晶现象，延长产品的货架期。目前常用的提取阿拉伯木聚糖的原材料主要有小麦、大麦等谷类物质，其提取方法主要有：水热提取、酶法提取和碱法提取。玉米深加工能够优化产业结构，延长产业链，增加产品附加值，也是解决三农问题的一个重要措施。中国在2021年成为全球第二大玉米生产国，玉米年产量达2.72亿吨。mysteel农产品玉米团队经过对2023年种植意向的初步调研，预期2023年全国玉米种植面积61391万亩，较2022年增加1129万亩，预计今年我国玉米产量27871万吨，玉米的种植面积如此之达和产量如此之高，必定会带来丰富的附属资源。玉米皮是玉米淀粉加工主要副产品之一，由半纤维素、纤维素、淀粉、蛋白质和木质素等成分组成。玉米纤维是有玉米种皮及附着在内部的少量淀粉所组成的，而玉米纤维中的阿拉伯木聚糖通常可达到干重30-50%（w/w）。作为一种农业生物质来源的原料，玉米皮可以直接从玉米淀粉的工厂里得到，从湿磨设备中产出后，不需要进行清洗等任何额外加工过程，是更加方便易得且来源广泛的阿拉伯木聚糖原材料。但是目前在针对玉米皮提取阿拉伯木聚糖的研究较少，提取率低下。
技术实现思路
1、本发明针对传统阿拉伯木聚糖提取中存在的问题提出一种新型的以玉米麸皮为原料提取阿拉伯木聚糖的方法及其应用。
2、为了达到上述目的，本发明是采用下述的技术方案实现的：
3、以玉米麸皮为原料，经蒸汽爆破处理、碱法提取、木聚糖酶和纤维素酶复合提取、乙醇沉淀、干燥、超微粉碎得到阿拉伯木聚糖产品，具体包括以下几个步骤。
4、（1）除蛋白：玉米麸皮经粉碎后，过60目筛，在30-70℃下按1：5-25的料液比用纯水将玉米麸皮浸泡1-5h。调节料液ph到7.0，反应温度为40-60℃，加入0.1-0.5%中性蛋白酶，反应0.5-2h。
5、（2）除淀粉：加入0.1-0.5%耐高温α-淀粉酶，反应温度75-95℃，反应0.5-2h，沸水浴灭酶10min，然后进行抽滤、清洗，将滤渣在70℃下干燥，得到去淀粉去蛋白的玉米麸皮。
6、（3）蒸汽爆破处理：将去淀粉去蛋白玉米麸皮加入到蒸汽爆破缸中，通入高温饱和蒸汽，使缸内压力升至设定压力，维压结束后打开气动阀门，瞬间泄压的同时完成对物料的爆破，收集腔内喷出的物料即为蒸汽爆破后的样品，其中压力为1.0-3.0mpa，维压时间为5-30s。
7、（4）木聚糖酶、纤维素酶复合提取：按1：10-50的料液比，将经蒸汽爆破处理的玉米麸皮与ph=4的醋酸-醋酸钠缓冲液混合，于30-60℃水浴预热10min，按800-1000 u/g玉米麸皮的添加量加入木聚糖酶和半纤维素酶，在30-60℃的水浴中酶解5-8h，其中木聚糖酶与半纤维素酶的酶活比为5-10：1，酶解完成后于沸水浴中灭酶10 min，冷却至室温后于3000rpm离心5 min，上清随后进行乙醇沉淀，沉淀用于阿拉伯木聚糖的碱提。
8、（5）碱提：称取一定量酶法提取所留的沉淀物，按1：20-50的料液比加入0.1-0.5mol/l的naoh溶液，在60-90℃下以100-200rpm的转速水解1-5h，水解完成后进行抽滤，取一定体积滤液，按1：1-3的比例加入 2-5mol/l的hcl溶液，在80-110℃下水解1-5h，水解完成后迅速冷却，过0.45μm水膜得到阿拉伯木聚糖水解液。
9、（6）乙醇沉淀：加入无水乙醇至体系乙醇浓度为10-30％(v/v)，5000rpm下离心20min去上清液，继续添加无水乙醇至体系乙醇浓度为60-80％(v/v)，5000rpm下离心20min得阿拉伯木聚糖沉淀。
10、（7）超微粉碎：取适量经过醇沉、干燥处理后的阿拉伯木聚糖样品，置于球磨机中，固定球磨机部分参数为：激振力为18000-24000n，磨介质充填率为30-60% ，球料比为1-5：1。
11、（8）制作面包：将提取的阿拉伯木聚糖按照小麦粉质量的5%添加至面团配方中，再经称样、和面、发酵揉压、成型、醒发、烘烤、冷却制得面包。通过105℃恒重干燥法测定面包的水分含量，面包的持水性通过在其在室温存放过程中水分含量变化来反映，测定其在不同时段（0、24、48、72h）的水分含量。添加5%阿拉伯木聚糖的面包室温贮存24h、48h、72h后的水分含量分别比不添加阿拉伯木聚糖的高0.60-0.90%、0.30-0.50%、0.40-0.70%，添加5%阿拉伯木聚糖的面包室温贮存24h、48h、72h后的水失水率分别比不添加阿拉伯木聚糖的低1-3%、0.5-2%、1-3%。
12、本发明将蒸汽爆破技术运用于玉米麸皮处理过程中，原料被过热液体润胀，孔隙中充满蒸汽，当瞬间解除高压时（毫秒级，0.00875秒以内），原料空隙中的过热液体迅速气化，体积急剧膨胀而使细胞“爆破”，细胞壁破裂形成多孔，小分子物质从细胞内释放。高温高压同时作用加剧了纤维素内部氢键及有序结构的破坏，使稳定结构的羟基游离出来，具有从分子水平上打破大分子晶格的效果。同时高温高压在反应的过程中加剧了纤维素结构的变化，破坏了纤维素内部的氢键的同时也生成了新的羟基，加速了半纤维素和木质素的去除，从而促进了高糖的降解。本发明将nacl浸润与蒸汽爆破相协同能够显著增强预处理对玉米皮的解构作用，提高蒸汽爆破对木聚糖的降解作用。本发明无机盐中的金属离子在水溶液中以路易酸的形式形成复杂的阳离子［m(h2o)n］z+加速糖苷键的断裂。此外，金属水合离子与水反应能够产生h3o+离子，具有路易酸的特性，使半纤维素水解为单糖。
13、蒸汽爆破工艺的相关参数蒸汽压力、维压时间对处理效果均有明显影响，在压力为1.0-3.0mpa，维压时间为5-30s参数下，经过氧化钠溶液和盐酸溶液（反应得到nacl溶液）浸润后，所得到的阿拉伯木聚糖水解液收率最好。此外，醋酸-醋酸钠缓冲液ph对酶解效果影响较大，酶解时所用的纤维素酶和木质素酶适宜ph=4。
14、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
15、1.本发明以玉米麸皮为原料，并采用无机盐预浸结合瞬时弹射式蒸汽爆破技术对玉米麸皮进行改性处理，能更好地破坏玉米麸皮的表面结构，显著提高玉米膳食纤维的溶出水平和水解效率，实现了玉米淀粉加工过程副产物的高值化利用。饲料用高蛋白玉米麸皮1吨1000元左右，而阿拉伯木聚糖1kg就高达1000元，实现了经济效益和社会效益的巨大提升。
16、2.本发明采用木聚糖酶、纤维素酶复合提取和naoh碱提相结合的方式进行阿拉伯木聚糖的提取，促使玉米麸皮中共价结合的阿拉伯木聚糖转变为游离状态，提高阿拉伯木聚糖的溶出率，实现真正意义上的物尽其用。而且通过酶法和碱法复合提取的阿拉伯木聚糖得率明显高于单一方法处理的。
17、3.本发明采用超微粉碎处理提取出的物料，得到阿拉伯木聚糖超微粉体，通过将物料微细化，制备出粉体均匀性好、营养成分损失小的产品，由于粉体的表面积和孔隙率增加，有助于保持产品中原有的活性成分，赋予产品高吸附性、高溶解性、高流动性的特点。
18、4.本发明生产的阿拉伯木聚糖可延长面包的货架期，添加1-5%阿拉伯木聚糖制作的面包在室温下贮存0、24h、48h、72h的水分含量均高于不添加阿拉伯木聚糖的，其在24h、48h、72h的失水率均低于不添加阿拉伯木聚糖的，说明阿拉伯木聚糖可有效缓解面包老化，延长面包的货架期。
19、5.副产物的再利用：提取过程中产生的玉米麸皮残渣虽然经过了去蛋白去淀粉处理，但其仍然含有部分不可溶性膳食纤维和和丰富的有机物质，畜禽对其吸收效果较好，能代替部分麸皮使用，降低饲料成本。