子任務三　膳食纖維的提取工藝

膳食纖維的提取方法與原料的成分及性質密切相關，目前國內外提取膳食纖維的方法主要有熱水提取法、化學提取法、酶法等。比較而言，熱水提取法工藝簡單，但是提取率不高;化學提取法是采用化學試劑分離膳食纖維，主要有酸法、堿法和絮凝劑等，化學法的特點是制備成本較低，但在環(huán)保上存在弊端;酶法是用各種酶如α－淀粉酶、蛋白酶和糖化酶等去降解原料中的其他成分，這種方法高效、無污染，但是可控性較差。目前國內多采用化學法和化學－酶法相結合的方法。

一、原料的預處理

由于生產膳食纖維的原料多來源于食品生產過程中的下腳料和廢棄物，大部分原料含有大量的水分、灰分、脂肪、淀粉和蛋白質等雜質。因此，分離制備工藝中要有一個預處理的過程。預處理的工藝有多種，如干燥法、懸浮法、氣流分級法、研磨法和熱蒸煮法等。干燥法可以減少水分，降低生產工藝中的能耗。懸浮法可以減少植酸、淀粉含量。氣流分級法可分離出灰分除去雜質。研磨法可以增加原料的比表面積，有利于化學反應，除去蛋白質、淀粉和脂肪等。加熱蒸煮法可以使原料軟化，有利于酶和化學試劑的作用，促進提取的效果。這些方法可以改變原料中各成分的相對含量，增加膳食纖維的相對含量。

二、化學分離法制備膳食纖維

化學分離方法是指將粗產品或原料干燥、磨碎后采用化學試劑提取而制備各種膳食纖維的方法，主要有直接水提法、酸法、堿法和絮凝劑法等。

(一)堿浸法提取不溶性膳食纖維

1.原理

經過堿處理，可除去原料中的可溶性蛋白質，降解不溶性蛋白質;使原料中的少量脂肪在堿性條件下發(fā)生皂化水解;在原料中加入酸，水解其中的淀粉，然后漂洗至中性，最后，烘干、粉碎得到膳食纖維。

2.工藝流程

原料→干燥→粉碎、過篩→乙酸乙酯浸泡→水洗→酸液水解→過濾→濾水洗至中性→堿浸→固液分離→水洗至中性→干燥→磨碎、過篩→成品

3.工藝要點

(1)原料的預處理。用乙酸乙酯在室溫下浸泡原料3h后，用蒸餾水清洗殘留的有機溶劑，抽濾，烘干得脫脂原料。

(2)酸液水解。按料液比1∶9加入稀硫酸溶液，調節(jié)pH為1.5～2.0，放到恒溫水浴鍋水解2h后，趁熱過濾，并用熱水洗滌過濾2～3次，直到濾渣呈中性。

(3)堿浸工藝。按一定料液比加入一定濃度的氫氧化鈉溶液，室溫下浸提1～3h后過濾，洗滌濾渣，直至濾渣呈中性。

(4)干燥。將產品放到恒溫干燥箱，將溫度調至50℃～60℃烘制5h，最后將干燥的產品磨碎，即為水不溶性膳食纖維成品。

(二)乙醇沉淀法提取可溶性膳食纖維

1.原理

將不溶性膳食纖維制備過程中產生的濾液或發(fā)酵液收集，加入乙醇可使可溶性膳食纖維沉淀，通過離心，棄去上清液，即得到可溶性膳食纖維。

2.工藝流程(以燕麥麩中水溶性膳食纖維提取工藝為例)

3.工藝要點

(1)粉碎。燕麥原料不同部位、麩皮的加工方式不同，水溶性膳食纖維含量都會有差別，故在提取前先將干燥燕麥麩皮置于粉碎機中粉碎，過篩后待用。

(2)脫脂。用乙醚對燕麥麩進行回流脫脂，用脫脂后的燕麥麩作為提取原料。

(3)水解去淀粉及水浴提取。將脫脂后的燕麥麩以液料比9mL/g，在65℃下進行水浴攪拌提取30min，同時加入適量耐熱α－淀粉酶。除去淀粉后，調pH值為9.0，繼續(xù)提取一定時間，離心分離，殘渣二次提取。

(4)去蛋白。采用等電點沉淀法。取上清液，用體積分數為5%的HCl調等電點至pH為4.5，靜置4h，離心分離蛋白沉淀。

(5)醇析。調上清液pH值為7.0，濃縮至5～10mL。邊攪拌邊加入4倍體積的無水乙醇，靜置沉淀9h，離心分離沉淀。

(6)干燥和粉碎。對上述沉淀物進行真空干燥、粉碎即得成品。

用化學法提取膳食纖維最為簡捷快速，這也是目前最常用的方法。但是采用酸堿法制得的纖維產品，色澤較差，不易漂白，并且在高酸高堿、高溫條件下，對提取容器、管道、物料泵的腐蝕相當嚴重。

三、酶法制備膳食纖維

(一)原理

酶法是用多種酶逐一除去原料中除膳食纖維外的其他組分，主要是蛋白質、脂肪、還原糖、淀粉等物質，最后獲得膳食纖維的方法。采用化學提取法制備的膳食纖維還都含有一定量的蛋白質和淀粉，要制得極純凈的膳食纖維，酶提取法有更好的效果。所用的酶包括淀粉酶、蛋白酶、半纖維素酶、阿拉伯聚糖酶等。

(二)工藝流程(以麥麩中膳食纖維提取工藝為例)

小麥麩皮過40目篩→洗滌煮沸→α－淀粉酶水解→熱水洗滌2次→NaOH調pH值→蛋白酶水解→離心沉淀→熱水洗滌2次→80℃～90℃烘干→H₂O₂脫色→HCl調至中性后洗滌→65℃干燥9h→粉碎過篩→膳食纖維

(三)工藝操作要點說明

(1)洗滌煮沸。按固液比1∶20加水煮沸15min，以去除雜質和淀粉。

(2)淀粉酶酶解。酶解溫度65℃。

(3)蛋白酶酶解。pH值為7.0，溫度為40℃。

(4) H₂O₂脫色。稱取一定量膳食纖維，按固液比1∶20添加5% H₂O₂，調pH值為10，55℃脫色2h，棄去上清液，加水洗滌，用HCl中和，用水漂洗、抽濾3次，65℃干燥9h。在整個氧化漂白過程中，添加0.75%三聚磷酸鈉和0.75%磷酸氫二鈉作為螯合劑排除金屬離子干擾;漂白過程重復2～3次。

四、膜分離法制備可溶性膳食纖維

(一)原理

膜分離法是利用高科技的膜分離技術，將分子量大小不同的膳食纖維分離提取，是制備可溶性膳食纖維的最有前途的方法。該法能通過改變膜的分子截留量來制備不同的分子量的膳食纖維，避免了化學分離法的有機殘留。使用此法的缺點是不能制備不溶性膳食纖維，而且此法對設備要求較高。

(二)工藝流程

濾液或發(fā)酵液→調pH→離心沉淀→上清液→超濾→成品

(三)工藝操作要點說明

(1)調pH值。用鹽酸將pH調至4.5。

(2)離心沉淀。4 000r/min，離心20min，棄去沉渣蛋白。

(3)超濾。取上清液進行超濾，采用聚砜酰胺膜為超濾膜，截流相對分子質量10 000或更小，操作壓力0.25MPa，操作溫度50℃～60℃。

五、酶－化學結合法制備膳食纖維

(一)原理

在使用化學試劑處理的同時，用各種酶，如α－淀粉酶、蛋白酶、糖化酶和纖維素酶等去降解膳食纖維中含有的雜質，如脂肪或者蛋白質等。再用有機溶劑處理，用清水漂洗過濾、干燥后便獲得純度較高的膳食纖維。

(二)工藝流程(以薯渣中膳食纖維提取工藝為例)

薯渣→干燥→粉碎→泡洗→過濾→離心→淀粉酶水解→過濾→漂洗→堿水解→過濾→漂洗→離心→烘干→粉碎→擠壓膨化→超微粉碎→產品

(三)工藝操作要點說明

(1)粉碎。將干薯渣用物料粉碎機(自帶金屬篩網)粉碎。

(2)淀粉酶酶解。將薯渣粉在室溫下用水泡洗，接著按1∶8的料液比調成漿狀，加入少量二氯化鈣，最后加入淀粉酶，加熱保溫液化水解，再泡洗去除糊精等水解物。

(3)蛋白酶酶解。用1∶5的料液比進行蛋白質堿水解。

(4)干燥。進行過濾和漂洗，然后擰干濾渣，再在60℃條件下烘至含水量15%以下，粉碎后即為膳食纖維粗品。

六、發(fā)酵法制備膳食纖維

(一)原理

發(fā)酵法提取是采用如保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌對原料進行發(fā)酵，然后水洗至中性，干燥即可得到膳食纖維。發(fā)酵法生產的膳食纖維色澤、質地、氣味和分散程度均優(yōu)于化學法，此方法得到的膳食纖維有較高的持水力和得率。目前該法在果皮原料制取膳食纖維時使用。

(二)工藝流程(以乳酸菌發(fā)酵柑橘皮中膳食纖維為例)

柑桔皮渣原粉→加水混勻→調料(加入脫脂奶粉及白砂糖等)→裝瓶→滅菌→冷卻→接種→培養(yǎng)→78%乙醇沉淀→烘干→粉碎→過篩→產品

(三)工藝操作要點說明

(1)調料。將水與原粉按一定比例混合均勻后，往漿液中加入一定量的脫脂奶粉和白砂糖，攪拌溶解，然后將漿液裝入瓶中，用90℃的水浴加熱15min。

(2)接種。物料冷卻至室溫后，將保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌按1∶1的比例接種到漿液中，接種量為3%～5%。

(3)培養(yǎng)。于40℃條件下培養(yǎng)20h左右。

(4)脫水和漂洗。將發(fā)酵好的原料漿脫水，發(fā)酵渣用流動水漂洗至中性。

(5)醇析。用78%乙醇沉淀。

(6)干燥。發(fā)酵渣于70℃下烘干。

(7)粉碎和過篩。干燥后的纖維用粉碎機粉碎，過60目篩，即得到膳食纖維產品。