CN105795355B - 一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法，具体地，本发明提供了一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法，包括步骤：(i)提供一黑豆皮；(ii)在碱性条件下，将所述黑豆皮与碱性溶液混合，得到第一混合液，其中所述碱性过氧化氢溶液的浓度为8‑30％；和(iii)干燥步骤(ii)得到的所述第一混合液，从而获得可溶性膳食纤维含量提高的改性黑豆皮。本发明的方法获得的可溶性膳食纤维平均高达16.15％。

Description

一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体地，涉及一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法。

背景技术

黑豆为豆科植物大豆的黑色种子，黑豆皮一般是食品工业废料，之前对于黑豆皮的研究多关注在黑豆皮色素，如花青素，红色素，一些糖苷的提取与性质研究，对于其提取物可以增进机体铁元素吸收也有报道。但是，目前对于黑豆皮中的膳食纤维相关方向却鲜有研究报道。

膳食纤维是一种几乎不产生热量的碳水化合物，其本质是碳水化合物中不能被人体消化酶所分解多糖类物质，具有某些生理功能，如降血脂、调节血糖、预防结肠癌、调节机体免疫等。根据其水溶性可将膳食纤维分为可溶性膳食纤维(SDF)和不可溶性膳食纤维(IDF)；许多研究表明，可溶性膳食纤维不仅具有较好的物化性质，而且在许多方面具有比不可溶性膳食纤维更强的生理功能。因此，目前对于膳食纤维的改性研究多集中于提高可溶性膳食纤维的含量或提取率，常采用的方法有酶法改性、化学改性、物理改性。

目前常用的膳食纤维改性方法中，酶法较为温和，但成本较高、效率较低；化学改性可能造成残留；物理改性则需要大型仪器设备，例如超高压设备、***挤压设备等。由于黑豆皮中所含膳食纤维绝大多数是不可溶性膳食纤维，因此，本领域迫切需要开发一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法。

本发明的第一方面提供了一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法，包括步骤：

(i)提供一黑豆皮；

(ii)在碱性条件下，将所述黑豆皮与碱性溶液混合，得到含有所述黑豆皮和所述碱性溶液的第一混合液，其中所述碱性溶液的质量浓度为8-30％；和

(iii)干燥步骤(ii)得到的所述第一混合液，从而获得可溶性膳食纤维含量提高的改性黑豆皮。

在另一优选例中，所述黑豆皮为经研磨的黑豆皮。

在另一优选例中，所述黑豆皮为过40目筛后的黑豆皮。

在另一优选例中，步骤(ii)中，所述碱性条件的pH为8-13，较佳地，9-12，更佳地，10-12。

在另一优选例中，步骤(ii)中，所述碱性溶液选自下组：过氧化氢溶液、氢氧化钠溶液、或其组合。

在另一优选例中，所述碱性溶液包括过氧化氢溶液。

在另一优选例中，步骤(ii)中，所述黑豆皮和碱性溶液的料液比为1:10-1:20，较佳地，1:11-1:19，更佳地，1:12-1:18。

在另一优选例中，所述碱性溶液的质量浓度为10-20％，较佳地，12-18％，更佳地，14-16％，最佳地，15％。

在另一优选例中，所述步骤(ii)还包括在室温下搅拌的步骤。

在另一优选例中，所述搅拌时间为0.1-5h，较佳地，0.3-3h，更佳地，0.5-1h。

在另一优选例中，所述步骤(iii)还包括将所述第一混合液的pH调为中性(pH为6-8)和抽滤的步骤。

在另一优选例中，所述步骤(iii)中用酸将所述第一混合液的pH调为中性。

在另一优选例中，所述酸选自下组：盐酸、硫酸、醋酸、或其组合。

在另一优选例中，所述抽滤后得到的滤渣用2-20倍(较佳地，5-15倍，更佳地，10倍)于所述黑豆皮质量的纯水洗涤。

在另一优选例中，所述方法还包括步骤(iv)：对步骤(iii)获得的可溶性膳食纤维含量提高的改性黑豆皮进行可溶性膳食纤维含量的检测。

应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

图1显示了用本发明碱性过氧化氢改性法改性的黑豆皮所提取的可溶性膳食纤维(SDF)与黑豆皮原样(即未经改性)提取的SDF在品质方面的比较图，其中，A为黑豆皮原样提取的SDF；B为黑豆皮改性后提取的SDF。

具体实施方式

本发明人通过长期而深入的研究，意外地发现了一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法，所述方法在pH为8-13的条件下，将黑豆皮和质量浓度为8-30％的碱性溶液(如过氧化氢溶液)混合，抽滤干燥后得到的改性黑豆皮中的可溶性膳食纤维含量平均高达16.15％，甚至更高可达到17.34％。在此基础上，发明人完成了本发明。

可溶性膳食纤维(SDF)

如本文所用，所述“可溶性膳食纤维”指不能被人体消化道分泌的消化酶所消化，但可溶于温水或热水，且其水溶液又能被相当于四倍乙醇再沉淀的那部分膳食纤维。可溶性膳食纤维较不溶性膳食纤维在生理功能方面更能发挥其代谢作用，它在促进肠道内益生菌的生长、预防冠心病、动脉硬化、高血脂、糖尿病、肥胖病等相关疾病方面具有显著功效。

料液比

如本文所用，所述“料液比”指黑豆皮质量(g):一定pH值一定浓度下的H₂O₂的溶液体积(mL)。在本发明中，所述料液比为1:10-1：20，较佳地，1:11-1：19，更佳地，1:12-1：18时，所得到的改性黑豆皮中的可溶性膳食纤维含量较高。在一优选实施方式中，当料液比为1:18时，所得到的改性黑豆皮中的可溶性膳食纤维含量最高，可达17.34％。

本发明的主要优点包括：

(1)本发明首次以碱性过氧化氢方法对黑豆皮膳食纤维进行改性。

(2)通过本发明的方法，将黑豆皮中可溶性膳食纤维测定提取率由原始的(即黑豆皮不经任何处理，直接对黑豆皮原样提取测定可溶性膳食纤维的含量)7.85％大幅度提升至16.15％(甚至可达17.34％)。

(3)本发明的方法为一种操作简单、成本较低、无需利用大型仪器且无残留的化学改性法，它通过破坏黑豆皮细胞壁多糖的交联结构，在促进细胞壁中可溶性膳食纤维溶出的同时促使纤维素、不可溶半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，转变为可溶性膳食纤维，从而提高黑豆皮中可溶性膳食纤维(SDF)的含量，即本发明开发出一种新型来源的可溶性膳食纤维，又提高食品工业废料的利用度，变废为宝，减少工业废物的产出。

(4)本发明所用的过氧化氢是一种清洁高效的氧化剂，可以分解为氧气和水，无其他化学改性所造成的残留问题。此外，碱性过氧化氢具有漂白作用，可以改善黑豆皮及黑豆皮可溶性膳食纤维的颜色状态，从而提高其感官品质。

此外，本发明操作方法较为简单，不涉及大型仪器设备，成本较低。

黑豆皮可溶性膳食纤维(SDF)的提取方法

(1)样品酶解：

①准确称取(1.000±0.005)g样品，置于高脚烧杯中。

②在烧杯中加入40mL MES－TRIS缓冲液，在磁力搅拌器上搅拌直到样品完全分散(防止团块形成，使受试物与酶能充分接触)。

③用热稳定的淀粉酶进行酶解处理：加100μL热稳定的淀粉酶溶液，低速搅拌。用铝箔片将烧杯盖住，在95～100℃水浴中反应30min(起始的水浴温度应达到95℃)。

④冷却：所有烧杯从水浴中移出，晾至60℃。打开铝箔盖，用刮勺将烧杯边缘的网状物以及烧杯底部的胶状物刮离，以使样品能够完全的酶解。用10mL蒸馏水冲洗烧杯壁和刮勺。

⑤用蛋白酶进行酶解处理：在每个烧杯中各加入10μL蛋白酶溶液。用铝箔盖住，在60℃持续摇动反应30min(开始时的水浴温度应达60℃)，使之充分反应。

⑥pH测定：30min后，打开铝箔盖，搅拌中加入5mL 0.561mol/L HCl至烧杯中。60℃时用溶液或1mol/L HCl溶液调最终pH为4.0～4.7(当溶液为60℃时检测和调整pH，因为在较低温度时pH会偏高)。

⑦用淀粉葡糖苷酶溶液酶解处理：搅拌同时加100μL淀粉葡糖苷酶溶液。用铝箔盖住，在60℃持续振摇反应30min，温度应恒定在60℃。

(2)提取测定

在布氏漏斗上铺3层滤纸，用水湿润抽气使滤纸完全吸附于布氏漏斗表面。过滤酶解液并冲洗烧杯，用10mL70℃水洗残渣2次，然后再过滤，将全部滤液转移到600mL高脚烧杯中，加约滤出液4倍量已预热至60℃的95％乙醇。室温下沉淀1h。沉淀后离心，合并沉淀，冻干。冻干物即为SDF。

实施例1本发明的碱性过氧化氢改性方法

(一)实验方法：

1.对黑豆皮进行挑拣，去除杂草、黑豆；

2.研磨黑豆皮，过40目筛；

3.配制H₂O₂质量浓度为10％-20％的pH9-11的碱性过氧化氢溶液，按1:12-1:18料液比与上述黑豆皮混合，室温下于磁力搅拌器上反应0.5-1.5h；

4.反应结束后盐酸调pH至中性(pH6-8)；

5.抽滤，滤渣用10倍于黑豆皮粉末质量的纯水洗两次；

6.上述滤渣置于55℃烘箱烘干，备用。

7.参考国标GB/T 5009.88-2008方法，对改性后的黑豆皮进行可溶性膳食纤维(SDF)含量的测定。

(二)改性条件优化

选择四个变量进行优化，即H₂O₂浓度，pH，反应时间，料液比，因素水平见表1。

表1 因素水平表

采用L₉(3⁴)正交表进行正交试验，其结果分析见表2。

表2 H₂O₂处理黑豆皮对其SDF提取的正交试验结果与分析

由表1和表2可以看出，pH为最主要的影响因素，其次为H₂O₂浓度，料液比影响程度最小，当选择下述条件：pH为10,20％H₂O₂,0.5h反应时间，1:18料液比时，SDF平均提取率最高，达到17.34％。

实施例3与其他改性方法的对比结果

(一)HCl-乙醇改性法

称取样品各5g，分别用50mL不同浓度的HCl-乙醇浸泡3天。用NaOH溶液(10M)将溶液调至中性。过滤，滤渣用50mL的95％乙醇冲洗两次。洗涤后的滤渣置于60℃烘箱中烘干，备用。采用实施例1的提取方法提取改性后的SDF，不同浓度的HCl-乙醇溶液处理后SDF提取率如表3所示。

结果显示，在极高HCl-乙醇浓度下，SDF提取率有部分提高，但仅达到约10％，且实验中发现，在23.04％的高HCl-乙醇浓度下，黑豆皮已被过度降解，条件太过剧烈，不适宜用作黑豆皮膳食纤维改性的方法。

表3 不同浓度的HCl-乙醇溶液处理对黑豆皮中可溶性膳食纤维提取率的影响

(二)酶法改性

称取4g黑豆皮粉末，加入40mL pH为4.5的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，加入一定量复合植物水解酶(Viscozyme L)，于50℃水浴振荡反应2h。加热至95℃，灭活5min。抽滤，滤渣用40mL 95％乙醇洗涤2次。将洗涤后的滤渣转移至60℃烘箱中烘干，备用。

称取4g黑豆皮粉末，加入40mL pH为5.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液，加入一定量纤维素酶(Celluclast)1.5L，于50℃水浴振荡反应2h。加热至95℃，灭活5min。抽滤，滤渣用40mL 95％乙醇洗涤2次。将洗涤后的滤渣转移至60℃烘箱中烘干，备用。

SDF的提取方法同实施例1。

表4 Viscozyme L添加量对黑豆皮中可溶性膳食纤维提取率的影响

表5 Celluclast 1.5L添加量对黑豆皮中可溶性膳食纤维提取率的影响

结果如表4、表5所示。结果显示，两种酶Viscozyme L和Celluclast 1.5L对黑豆皮的酶解效果均不理想，酶解处理后可溶性膳食纤维的提高幅度不明显，并且酶法成本较高，因此酶法改性并不适用于大规模的工业生产。

实施例4本发明的碱性过氧化氢改性方法对可溶性膳食纤维(SDF)品质的影响

采用本发明的碱性过氧化氢改性法改性后的黑豆皮所提取的可溶性膳食纤维(SDF)在颜色上有着显著的改善，由原来的棕褐色(即黑豆皮原样提取的SDF的颜色)变为浅白色，如图1所示。

结果表明，用本发明的碱性过氧化氢改性方法得到的可溶性膳食纤维(SDF)具有更好的品质，更利于在食品工业中应用。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (11)

1.一种提高黑豆皮中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，包括步骤：

(i)提供黑豆皮；

(ii)在碱性条件下，将所述黑豆皮与碱性溶液混合，得到含有所述黑豆皮和所述碱性溶液的第一混合液，其中所述碱性溶液的质量浓度为12-18％；和

(iii)干燥步骤(ii)得到的所述第一混合液，从而获得可溶性膳食纤维含量提高的改性黑豆皮；

并且，所述步骤(ii)还包括在室温下搅拌的步骤；所述搅拌时间为0.5-1h；

并且，所述碱性溶液为碱性过氧化氢溶液；

所述碱性条件的pH为10-12；

所述黑豆皮和碱性溶液的料液比为1:10-1:20。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(ii)中，所述黑豆皮和碱性溶液的料液比为1:11-1:19。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(ii)中，所述黑豆皮和碱性溶液的料液比为1:12-1:18。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液的质量浓度为14-16％。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(iii)还包括将所述第一混合液的pH调为中性和抽滤的步骤。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(iii)中用酸将所述第一混合液的pH调为中性。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述酸选自下组：盐酸、硫酸、醋酸或其组合。

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述抽滤后得到的滤渣用2-20倍于所述黑豆皮质量的纯水洗涤。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述抽滤后得到的滤渣用5-15倍于所述黑豆皮质量的纯水洗涤。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述抽滤后得到的滤渣用10倍于所述黑豆皮质量的纯水洗涤。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(iv)：对步骤(iii)获得的可溶性膳食纤维含量提高的改性黑豆皮进行可溶性膳食纤维含量的检测。

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