提高豆渣膳食纤维活性改性研究
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※专题论述
食品科学
2008, Vol. 29, No. 08 671
使用。没有经活化处理的膳食纤维,充其量只属于无 能量填充剂[ 5 ] 。因此在膳食纤维提取制备工艺日益成熟 后膳食纤维的改性研究成为新的研究热点。
膳食纤维改性活化的方法有很多种,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)[6] ,也 有综合应用以上手段同时处理,以获得较高含量和品质 的水溶性膳食纤维。目前产业化的膳食纤维制备一般采 用化学方法,强烈的溶剂处理导致几乎 100% 水溶性纤 维、50%~60% 半纤维素和 10%~30% 纤维素被溶解损 失掉,可事实上膳食纤维中起重要生理功能的却是可溶 性纤维和半纤维素[ 7 ] ,因此该法使所得纤维的主要生理 活性物质损失很大[ 8 ] ,而且引入大量离子造成残留、在 食品中应用困难等不利因素[ 9 ] 。生物方法则因其条件温 和,能最大限度地回收有效成分,并且无污染。酶法 制得的膳食纤维纯度较高;发酵法是利用微生物发酵, 减少蛋白质、淀粉等成分,可以有效保护半纤维素和 可溶性纤维素,从而改善膳食纤维的物化特性[10];物理 法包括超微粉碎、积压膨化、超高压均质处理等。
豆渣是优良的膳食纤维源,除含有丰富的膳食纤维 以外,还含有较多的蛋白质、钙、磷、铁、维生素 等营养成分,而且它的膳食纤维和蛋白质含量均高于其 它谷类作物,由豆渣经加工处理得到的食用大豆纤维 粉,是众多天然膳食纤维源中价廉质高的一种,同时 也是很好的多功能蛋白——膳食纤维添加剂。但豆渣膳 食纤维的水溶性成分很低(2%~3%),大大低于美国学者 Richard E和Donald J提出的可溶性纤维(SDF)占总膳食纤 维含量的 10% 以上才是较适宜的膳食纤维构成。为了提 高豆渣膳食纤维的 SDF 含量,新增或强化原来没有或即 使有但很微弱的功能特性(如持水力、膨胀力等) ,主要
上世纪 70 年代以来,研究发现,大量摄入膳食 纤维(DF)含量高的食品与低的西方文明病发病率有关[1]的 水平。近年来的研究表明,膳食纤维能调节血压[ 2 ] 、增 加组织对胰岛素敏感性[ 3 ] 等,甚至于严重威胁生命的结 肠癌都与 DF 的摄入量不足有关[4]。
目前,我国以大豆为主的食品较多,2 0 0 0 年我国 共处理大豆 1312.2 万吨,豆腐是我国传统食品,每年 产生豆渣数量十分可观。
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Engineering Research Center of Biomass Conversion, Ministry of Edoucation, Nanchang 330047, China)
Abstract: The article was involved in several efficient processing methods of high quality dietary fiber with high concentration of soluble dietary fiber from soybean dregs, including enzyme treatment, microbial fermentation, ultra-high pressure heterogeneous processing and their cooperation in the last two decades. A big concern was paid on the mechanism of the processing methods. K e y w o r d s:soybean dregs;dietary fiber;modification 中图分类号:TS201.7 文献标识码:A 文章编号:1002-6630(2008)08-0670-04
Research Progress on Improving Activity of Dietary Fiber from Soybean Dregs
HAN Dong-ping,LIU Yu-huan,LI Rui-zhen,ZHOU Hou-de, QIAO Fei,JIAO Shuai,RUAN Rong-sheng*
膳食纤维制取后要进行功能活化处理。这是制备高 活性多功能膳食纤维的关键步骤,也是最难、最能体 现技术水平的一步。活化处理要用到现代食品工程的高 新技术,它包括两方面的内容,一方面是对膳食纤维 内部组成成分的优化与重组,另一方面是对膳食纤维某 些基团的包埋,以避免这些基团与矿物质元素相结合, 影响人体内矿物质代谢的平衡。只有经过活化处理的膳 食纤维,才算得是生理活性物质,可在功能性食品中
王景会等[11]采用酸解、碱解和酶解三种方法对膳食 纤维进行改性研究得出酶法为一种理想方法。相对于 酸、碱,酶对糖苷键的催化作用更强,在很温和的条 件下即发生明显反应。姜竹茂等[12]曾报道用纤维素酶制 备豆渣膳食纤维,其采用纤维素酶在添加量 3%(体积分 数)Βιβλιοθήκη Baidu、4 9 ℃、p H 4 . 9 的条件下处理豆渣,其可溶性膳食 纤维由原来的 11.17% 提高到 16.59%。增加了约 5.25%, 取得了很好的效果。马毓霞等[13] 用 l 5 % 的纤维蛋白酶 Novo 44055 处理 6h,SDF 得率为 10.8%、持水力为 7.75%、 膨胀力为 4 . 2 2 % 。这表明,酶对糖苷键的催化作用较 强,在很温和的条件下即发生明显反应。周德红等[ 1 4 ] 以复合纤维素酶从豆渣中提取可溶性膳食纤维,在复合 纤维素酶的添加量(与底物比值)为 1.2% 时,最佳水解条 件为 p H 值为 4 . 5 ,水解时间 1 2 h ,水解温度为 4 0 ℃, 豆渣与水的比例为 1g:12ml,在此条件下水解,可溶性 膳食纤维产率为 39.03% 。黄晓青等[15],采用高温淀粉
酶和纤维素酶对豆渣进行降解,酶解在温度 3 5 ℃,酶 浓度 0.7% ,时间 6h 的条件下,水溶性膳食纤维的水溶 性糖为 76.4%、蛋白质为 3.57%,动物实验证明,所制 得的纤维素具有一定的生理活性。李凤[ 1 6 ] 利用蛋白酶、 脂肪酶水解豆渣制备大豆膳食纤维,提取的膳食纤维的 纯度为 72.23%、持水力 5.23g/g、溶胀率 6.34ml/g。采 用双酶法制备大豆膳食纤维生产条件温和,不使用有毒 副作用的有机溶剂,制得的成品纯度较高,性能优良。
采用物理、酶解和微生物发酵的方法进行改性。
1 膳食纤维的改性研究概述
已有研究表明:膳食纤维中不溶性成分主要作用于 肠道并产生机械蠕动效果,而可溶性成分则更多地发挥 代谢功能,如可影响碳水化合物和脂类地代谢。因此, 膳食纤维中可溶性成分的组成比例是影响膳食纤维生理 功能的一个重要因素,只有两者达到适当的配比才能使 其发挥最大的生理学活性。有些天然纤维源中的可溶性 膳食纤维含量偏低,若能提高天然膳食纤维中的水溶性 成分含量,即可提高它的生理功能。
膳食纤维的来源、加工方法的不同及其色泽等问题 不断影响其感官性能和加工性能,同时也影响其功能性 和生理活性。郑建仙[ 1 7 ] 认为用酸碱法制取膳食纤维时, 反复的水浸泡冲洗和频繁的热处理会明显减少纤维终产 品的持水力和膨胀性,这样会恶化其工艺特性。而采 用微生物发酵制取膳食纤维是一种比较新颖的途径。发 酵法是:选用适当的菌种,原料采用发酵的技术提取 D F ,然后水洗至中性,干燥得到 D F 。如用保加利亚 乳杆菌和嗜热链球菌处理果皮原料生产 D F 。
超高压均质原理[19-20]是:在均质处理的过程中,利 用超高压均质过程中的高速撞击、高速剪切、激波振 荡、空穴爆炸、膨化等一系列作用,使较大分子量的 不可溶性膳食纤维如纤维素、半纤维素、木质素等大
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食品科学
※专题论述
分子的糖苷键断裂,部分不可溶性膳食纤维(IDF)转化为 非消化性的可溶性膳食纤维。大豆膳食纤维通过高压柱 塞泵时,在均质机头缝隙处产生强烈剪切作用使之微粒 化,然后料液高速流过缝隙时,突然释压造成相当的 高频振动,在瞬间引起空穴爆炸作用,使纤维粒子超 微粒化,比表面积增大到原来的几十倍。剪切作用和 空穴爆炸作用使得植物胶、纤维素、半纤维素、木质 素等的大分子的糖昔键断裂,部分不可溶性膳食纤维转 化为非消化性的可溶性膳食纤维,提高了 DF 中 S D F 的 比例,即 S D F / I D F 值增大。
2 几种改性处理制备高活性大豆膳食纤维
2.1 酶法 酶法具有快速、高效、无污染的特点,对于改进
工艺具有积极意义,从传统食用资源看,大豆制品的 弃渣中纤维含量不但高,而且是全大豆食品摄入时的天然 组分之一,其可食性和安全性上为人们认可。豆渣膳 食纤维酶解改性主要是增加 SDF 的百分率,改变膳食 纤维的质量和生物活性。因为纤维素酶可分解不溶性膳 食纤维中的纤维素成分,生成小分子量的单糖或寡糖, 从而增加了可溶性膳食纤维的产率。
收稿日期:2008-04-20 基金项目:长江学者创新团队发展计划项目(IRT0540) 作者简介:韩东平( 1 9 8 5 - ) ,女,硕士研究生,研究方向为食品科学。E - m a i l :h d o n g p i n g 0 6 @ 1 2 6 . c o m * 通讯作者:阮榕生(1963-),男,教授,主要从事生物物质能源研究。E-mail:liuyuhuan@ncu.edu.cn
涂宗财等[19]利用自制混合乳酸菌发酵制豆渣膳食纤 维,在接种量 4 . 5 % 、4 4 ℃、恒温培养 4 d 条件下,可 溶性膳食纤维含量提高到 20% 左右,为浅黄色的粉末产 品。该产品具有特殊香味、无豆渣原有的豆腥味和苦 涩味、持水力高、吸水性强等特点,且加工过程中不 易失去水分,SDF 占 DF 的比例高达 13.13%,生理活性 明显增强,是一种优质的膳食纤维。其生产过程简单, 成本低廉,且易实现工业化生产,为生产高活性膳食 纤维寻找到了一条新途径。 2.3 超高压均质
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食品科学
※专题论述
提高豆渣膳食纤维活性改性研究
韩东平,刘玉环,李瑞贞,周厚德,钱 菲,焦 帅,阮榕生 *
(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室,生物质转化教育部工程研究中心,江西 南昌 330047)
摘 要:本文综述了对豆渣膳食纤维进行改性制备高活性膳食纤维的研究,重点介绍了酶处理、微生物发酵法、 超高压均质处理以及多技术联用等方法,并阐述了提高豆渣膳食纤维可溶性的机理。 关键词:豆渣;膳食纤维;改性
酶在工业生产上有很多的优点:( 1 ) 酶的催化率高、 专一性强和不发生副反应,因此,在生产上应用时产 率高、质量好,便于产品提纯和简化工艺步骤;( 2 ) 酶 作用条件温和,一般不需要高温、高压条件,因此对 设备要求简单,并可节约煤和电等能源;(3)酶及其反应 物大多无毒,适于在工业生产上应用。 2.2 微生物发酵法
涂宗财等[ 2 2 ] 用均质机、纳米超高压均质机、M i c r o fluidics 微射流均质机对豆渣进行不同压力的均质处理。 实验结果表明,均质对提高可溶性膳食纤维的含量的效 果是显著的。
发酵法对大豆纤维进行改性处理的原理:在较长的 发酵期间,不断的产生代谢产物,代谢产物中含有大 量的有机酸,造成大豆纤维在较长的时间处于酸性条 件。由于酸是质子的良好供体,使纤维素的糖昔键断 裂,产生新的还原性末端,部分不可溶性膳食纤维转 化成非消化性可溶性多糖,可溶性膳食纤维的含量就会 不断地增加。可溶性膳食纤维的含量也随发酵时间的延 长不断地上升。