苦笋膳食纤维的制备方法、苦笋膳食纤维的应用

技术领域

本发明涉及农产品加工技术领域，具体涉及一种苦笋膳食纤维的制备方法、苦笋膳食纤维的应用。

背景技术

苦竹属竹种因为笋味苦，蔑性较差，其利用价值长期以来没有引起人们的重视，资源破坏十分严重。随着绿色食品热的兴起，人们开始重新认识苦竹的利用价值，虽然苦竹笋味苦，但食用后具有清热解毒、去火利便的功效，并可以减肥、降血压。苦笋可食用部分为笋尖部分，笋头和笋壳部分由于木质纤维化程度较高，失去了食用价值，在苦笋鲜食和加工过程中被剔除并丢弃的笋壳和不宜食用的笋头下脚料占50％以上，大量苦笋废弃物的丢弃，不但形成生物资源浪费，更因腐烂霉变造成严重环境污染。

因此，如何有效利用苦笋笋头和笋壳等废弃物是苦笋产地种植农户和加工企业急需解决的问题。为了更好的保护和科学合理的开发苦竹资源，对苦笋废弃物的开发利用非常必要、刻不容缓。苦笋废弃物资源综合利用开发是一个投资较少，见效快、集经济、社会、生态于一体的长效项目，项目的开发在为国家增税、农民增收、促进资源增殖，促进竹林生产良性循环发展等方面意义重大。

目前，科研文献中记载的对毛竹笋废弃物资源的综合开发研究较多，对苦笋的废弃物综合利用研究的基本没有。贾燕芳对毛竹笋壳膳食纤维添加剂的制备进行了研究,结果表明采用纤维素酶酶解工艺，得到毛竹笋壳膳食纤维食品添加剂的持水性和溶胀性较好，总膳食纤维含量较高，毛竹笋壳膳食纤维可作为功能食品添加剂。梁磊，黄清铧，张柳莲等对食药用菌固态发酵竹笋壳生产功能性饲料进行了研究，结果表明利用笋壳栽培食药用菌后的菌糠加工成饲料添加剂可充分利用食药用菌多糖提高动物机体免疫作用。周兆祥等认为竹笋壳经微生物发酵利用后，能提高其营养价值及适口性，具有较高的动物饲料开发价值。陈云平等认为笋壳纤维素和半纤维素含量丰富，略高于水稻秆和小麦秆，与玉米秆、椰子壳相当，可开发为液体燃料。

膳食纤维可分为可溶性膳食纤维(so1uble dietary fibre，SDF)与不可溶性膳食纤维 (insoluble dietary fibre，IDF)。天然膳食纤维90％以上都是IDF，尤以谷类及豆类的外皮和植物的茎叶部含量较高。IDF主要作用于肠道，使其产生机械蠕动，发挥增加粪便体积，缩短排便时间的作用。而SDF可溶于温热水，豆类、水果和海藻等植物中含量较高。SDF通过增加黏性、降低血糖和胆固醇等途径更多地作用于代谢过程。研究表明菊糖、低聚寡糖、抗性麦芽糊精等SDF在小鼠及人体内均显现出显著的生物学作用。例如谷糠与制酒副产品，尽管总膳食纤维比例很高，但SDF含量相对较低。因此，有必要对这些副产品进行改造，提高原料中SDF含量，改善水合性能及生理活性。

膳食纤维具有降糖、降脂、改善肠道环境、吸附有害物质等生理功能，人们越来越重视在日常饮食中摄入膳食纤维，富含膳食纤维的功能性食品也越来越受到消费者的青睐，此类功能性食品的研究前景广阔。苦笋废弃物富含纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、粗脂肪和矿物元素等成分，具有开发为动物饲料、液体燃料、纺织纤维、功能性食品、净化材料和食用菌栽培原料，提取天然色素、活性物质和活性酶及制备工业原料的潜在性能。苦笋笋头的膳食纤维以IDF为主，对其进行改性处理进而提高SDF比例，可更为有效地发挥其生理功能。

随着生活质量的提高，人们摄入的高糖高脂食物越来越多，造成了糖尿病、肥胖症等代谢性疾病的发生。膳食纤维，尤其是可溶性膳食纤维，具有降血糖、降血脂、润肠通便、吸附有害物质等生物学功效，有助于解决上述问题，目前市场上有一些相关产品，例如膳食纤维酸奶、膳食纤维咀嚼片等。饼干是大众常见消费食品，饼干也在向多元化、功能化方向发展，在饼干中加入膳食纤维，开发具有一定保健和营养功能的高膳食纤维饼干，具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：苦笋笋头或笋壳作为废弃物丢弃，造成资源浪费、环境污染，本发明提供了解决上述问题的苦笋膳食纤维的制备方法、苦笋膳食纤维应用以及苦笋膳食纤维饼干，本发明采用纤维素酶和木聚糖酶分步对苦笋膳食纤维进行改性，大大提高可溶性膳食纤维含量，并将改性后的膳食纤维加入到饼干制作中，优化苦笋饼干配方，制成新型苦笋饼干，利于提高饼干的保健功能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种苦笋膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1.将苦笋笋头或笋壳膳食纤维加入水中制成固液混合料，调节pH值为5.0-6.0，加入纤维素酶进行一次酶解；酶解后经灭活、冷却处理；作为优选，调节pH值为5.2-5.8，最为优选，调节pH值为5.5。

S2.将步骤S1冷却后的固液混合料调节pH值为4.5-5.5，加入木聚糖酶进行二次酶解；酶解后经灭活、提取获得改性膳食纤维。作为优选，调节pH值为4.7-5.2，进一步优选，调节pH值为5.0。

本发明通过提取膳食纤维的工艺路径实现对废弃苦笋笋头及笋壳进行回收利用，避免苦笋废弃物抛弃堆积，造成资源浪费、环境污染等问题。在对苦笋笋头及笋壳提取膳食纤维进行回收利用的过程中，本发明不仅在于除杂提取苦笋笋头及笋壳中的膳食纤维，更进一步还在于优化了从苦笋笋头和笋壳中提取的膳食纤维的组成，提高了苦笋笋头和笋壳提取的膳食纤维的品质。为了有效提取苦笋笋头和笋壳中的膳食纤维、并获得高品质膳食纤维，本发明设计采用不同的酶进行分步酶解。苦笋笋头以及笋壳中的膳食纤维以IDF(即不可溶性膳食纤维)为主，本发明分步采用纤维素酶、木聚糖酶对苦笋膳食纤维进行改性，大大提高总膳食纤维中SDF(可溶性膳食纤维)的含量，亲水性的SDF含量增加使得苦笋膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力都显著提高，可更为有效地发挥其生理功能。本发明对苦笋笋头或笋壳的处理方法基本相同，可单独对苦笋笋头或笋壳进行处理，也可将苦笋笋头和笋壳混合进行同时处理。

纤维素酶可以使膳食纤维中的IDF中的连接键发生断裂，进而将一部分不可溶的纤维素、半纤维素或果胶类化合物转变为SDF。纤维素酶为偏酸性酶，当溶液pH值为纤维素酶的适宜酸度时，纤维素酶具有最强的活性，IDF与纤维素酶快速地发生酶促反应，因此，可溶性膳食纤维得率高；当酶解pH值偏大或偏小都会抑制纤维素酶解反应进程，使得可溶性膳食纤维得率降低。

木聚糖酶为偏酸性酶，主要作用于半纤维素，当溶液pH值为木聚糖酶的适宜酸度时，纤维素酶具有最强的活性，IDF与纤维素酶快速地发生酶促反应，因此，可溶性膳食纤维得率高；当酶解pH值偏大或偏小都会抑制纤维素酶解反应进程，使得可溶性膳食纤维得率降低。

进一步优选，步骤S1中，固液混合料中，料液质量比为1:12-1:20；进一步优选，固液混合料中，料液比为1:15。

进一步优选，步骤S1中，纤维素酶的加入量为苦笋笋头或笋壳膳食纤维量的0.1％-0.5％，进一步优选，纤维素酶的加入量为苦笋笋头或笋壳膳食纤维量的0.2％-0.4％，最优选纤维素酶的加入量为苦笋笋头或笋壳膳食纤维量的0.3％，此处均指质量百分含量。

当纤维素酶添加量不高时，由于样品中存在着大量酶反应底物(不溶性膳食纤维)，纤维素酶含量相对较少，底物与酶接触几率随酶添加量的增加而增大，酶促反应效率显著提升，一定时间内可溶性膳食纤维得率显著升高；当酶添加量超过后，大部分底物已经高效地与纤维素酶发生酶促反应，因而继续增大纤维素酶的添加量，可溶性膳食纤维得率变化不显著。当纤维素酶用量较大时，一部分可溶性的物质会被继续降解成为不能被乙醇沉淀的小分子糖，还会致使可溶性膳食纤维得率略微下降。

进一步优选，步骤S2中，木聚糖酶的加入量为苦笋笋头或笋壳膳食纤维量的0.06％-0.2％。进一步优选，木聚糖酶的加入量为苦笋笋头或笋壳膳食纤维量的0.08％-0.15％，最优选木聚糖酶的加入量为苦笋笋头或笋壳膳食纤维量的0.1％，此处均指质量百分含量。

当木聚糖酶添加量不高时，由于样品中存在着大量酶反应底物(不溶性膳食纤维)，木聚糖酶酶含量相对较少，底物与酶接触几率随酶添加量的增加而增大，酶促反应效率显著提升，一定时间内可溶性膳食纤维得率显著升高；当酶添加量超过后，大部分底物已经高效地与木聚糖酶发生酶促反应，因而继续增酶的添加量，可溶性膳食纤维得率变化不显著。当酶用量较大时，一部分可溶性的物质会被继续降解成为不能被乙醇沉淀的小分子糖，还会致使可溶性膳食纤维得率略微下降。

进一步优选，步骤S1和步骤S2酶解完成后均采用95℃-100℃高温灭活处理。

进一步优选，步骤S1和步骤S2均采用40℃-60℃进行酶解。

进一步优选，步骤S2中，灭活后包括以下提取步骤：向灭活后的固液混合料中加入乙醇，静置后抽滤、洗涤滤渣，最后烘干粉碎滤渣得改性膳食纤维。

进一步优选，所述苦笋笋头或笋壳膳食纤维是将苦笋笋头或笋壳经脱脂、萃取处理获得，具体地，所述苦笋笋头或笋壳膳食纤维经以下方法制备获得：

步骤1：将苦笋笋头或笋壳经清洗、烘干、粉碎、乙酸乙酯脱脂、抽滤、洗涤、烘干处理，获得脱脂苦笋纤维干粉；

步骤2：将脱脂苦笋纤维干粉置于水中萃取，后经过滤、洗涤、烘干获得苦笋笋头或笋壳膳食纤维。

进一步优选，步骤2中，脱脂苦笋纤维干粉用蒸馏水在70℃-90℃的恒温水浴锅中萃取，再经过滤后用乙醇洗涤数次，最后经烘干获得苦笋笋头或笋壳膳食纤维；

其中，萃取步骤中，脱脂苦笋纤维干粉质量与水的体积配比为1:25-33。

一种苦笋膳食纤维的应用，所述苦笋膳食纤维是采用上述的苦笋膳食纤维的制备方法提取的改性膳食纤维，用于制备食品；所述食品包括但不限于馒头、面包、饼干或代餐粉。

一种苦笋膳食纤维饼干，包括以下原料：膳食纤维、面粉、黄油、鸡蛋液、玉米淀粉；所述膳食纤维是采用上述的苦笋膳食纤维的制备方法提取的改性膳食纤维。

对于上述各原料组成，进一步优化组分配比，如优选：低筋面粉100g、黄油20g-30g、鸡蛋液20g-35g、玉米淀粉20g-40g；进一步优选为，改性膳食纤维20g、低筋面粉100g、黄油25g、鸡蛋液30g、玉米淀粉30g。对于制备方法：将上述原料加水打蛋机搅拌顺滑、搅拌均匀将原料揉至均匀，有弹性，擀面棍把面团擀到厚度0.3cm-0.5cm，饼干模具压制成形、放在吸油纸上面、设置烤箱温度上面180℃、下面140℃，烘烤15min，可以得到颜色清爽、香味协调、奶香甜美、口感富含苦笋清香，高品质膳食纤维丰富的苦笋饼干。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、为了有效提取苦笋笋头和笋壳中的膳食纤维、并获得高品质膳食纤维，本发明设计采用不同的酶进行分步酶解。苦笋笋头以及笋壳中的膳食纤维以IDF(即不可溶性膳食纤维) 为主，本发明分步采用纤维素酶、木聚糖酶对苦笋膳食纤维进行改性，大大提高总膳食纤维中SDF(可溶性膳食纤维)的含量，得苦笋膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力都显著提高，可更为有效地发挥其生理功能。

2、将苦笋下脚料(即笋头和/或笋壳)制作成饼干不仅可以增加饼干传统产品风味，提高传统饼干的保健功能，解决鲜食苦笋和苦笋加工下脚料的严重浪费和环境污染，还可以充分利用资源，挖掘苦笋自然资源，提高苦笋产品附加值，提高苦笋资源深加工技术水平，也符合食品加工朝“天然、营养、多功能”的发展趋势。同时企业开发苦笋副产物，不仅可为企业制造新的利润增长点，对苦笋加工业健康可持续发展具有重要意义。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种苦笋膳食纤维的制备方法，具体步骤如下所示：

步骤1：制备苦笋笋头膳食纤维

(1)先切分挑选新鲜苦笋笋头，经过清洗切块后，在60℃的烘箱中烘干24h。烘干后的笋头经粉碎机粉碎，过80目筛，得到的粉末置于干燥器中贮存备用。

(2)笋头粉末用4倍体积的乙酸乙酯脱脂1h，取出至布氏漏斗进行抽滤，用蒸馏水洗涤纤维直至除去脂肪和其它杂质。将纤维放入60℃的烘箱中烘干24h，得到脱脂苦笋纤维干粉。

(3)脱脂苦笋纤维干粉用蒸馏水(干粉粉末：溶剂水＝1:30，w/v)在80℃的恒温水浴锅中萃取2h后，过滤后用78％的乙醇洗涤数次，将这些过滤物放入60℃的烘箱中烘干直至恒重，所得干燥粉末即为苦笋笋头膳食纤维。

步骤2：分步酶解制备改性膳食纤维

(1)取步骤1制备的苦笋笋头膳食纤维粉末加入蒸馏水中获得固液混合料，固液混合料中，料液比为1:15；调节pH为5.5，加入苦笋笋头膳食纤维粉末质量的0.3％的纤维素酶进行一次酶解，在50℃下震荡水浴酶解1h后100℃高温灭酶。然后将灭活后的固液混合料冷却至20℃备用；

(2)将冷却后的固液混合料调节pH为5.0，继续加入苦笋笋头膳食纤维粉末质量的0.1％木聚糖酶在50℃下进行二次酶解，震荡水浴酶解1h后高温灭活。

(3)二次酶解灭活后的固液混合料中加入4倍体积的95％乙醇，静置12h，静置后抽滤，洗涤滤渣，烘干粉碎滤渣则得改性膳食纤维。

苦笋笋头中的膳食纤维以IDF为主，对其经上述改性处理进而提高SDF比例，改性后的膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力都显著提高，可更为有效地发挥其生理功能。该方法还可以运用于提取苦笋、苦笋笋壳原料中的膳食纤维，可以达到同样的效果。

实施例2

本实施例提供了一种膳食纤维饼干，将实施例1改性后的苦笋笋头膳食纤维(即实施例1 获得的改性膳食纤维)添加到饼干中，采用感官评分作为评价指标，通过单因素试验和响应面优化苦笋笋头膳食纤维、黄油、鸡蛋液、玉米粉、低筋面粉的添加量，确定口感适中，营养丰富的苦笋笋头膳食纤维饼干配方为：

改性膳食纤维20g、低筋面粉100g、黄油25g、鸡蛋液30g、玉米淀粉30g；将上述原料混合揉至成形后在180℃温度条件下烘烤15min，可以得到颜色清爽、香味协调、奶香甜美、口感富含苦笋清香、高品质膳食纤维丰富的苦笋饼干。提取的膳食纤维还可以添加到制作馒头、面包、代餐粉等食品中，通过调整添加比例，可得到富含苦笋高品质膳食纤维的食品，增加食品的保健功能。

对比例1

本实施例提供了一种复合酶法改性苦笋笋头膳食纤维的方法，具体步骤如下所示：

步骤1：制备苦笋笋头膳食纤维

(1)先切分挑选新鲜苦笋笋头，经过清洗切块后，在60℃的烘箱中烘干24h。烘干后的笋头经粉碎机粉碎，过80目筛，得到的粉末置于干燥器中贮存备用。

(2)笋头粉末用4倍体积的乙酸乙酯脱脂1h，取出至布氏漏斗进行抽滤，用蒸馏水洗涤纤维直至除去脂肪和其它杂质。将纤维放入60℃的烘箱中烘干24h，得到脱脂苦笋纤维干粉。

(3)脱脂苦笋纤维干粉用蒸馏水(干粉粉末：溶剂水＝1:30，w/v)在80℃的恒温水浴锅中萃取2h后，过滤后用78％的乙醇洗涤数次，将这些过滤物放入60℃的烘箱中烘干直至恒重，所得干燥粉末即为苦笋笋头膳食纤维。

步骤2：复合酶解制备改性膳食纤维

取步骤1制备的苦笋笋头膳食纤维粉末加入蒸馏水中获得固液混合料，固液混合料中，料液比为1:15；调节pH为5.0，同时加入苦笋笋头膳食纤维粉末质量的0.3％的纤维素酶和0.1％木聚糖酶，在50℃下震荡水浴酶解2h后100℃高温灭，灭活后的固液混合料中加入4 倍体积的95％乙醇，静置12h，静置后抽滤，洗涤滤渣，烘干粉碎滤渣则得改性膳食纤维。

对比例2

本实施例提供了另一种分步法法改性苦笋笋头膳食纤维的方法，具体步骤如下所示：

步骤1：制备苦笋笋头膳食纤维

(1)先切分挑选新鲜苦笋笋头，经过清洗切块后，在60℃的烘箱中烘干24h。烘干后的笋头经粉碎机粉碎，过80目筛，得到的粉末置于干燥器中贮存备用。

(2)笋头粉末用4倍体积的乙酸乙酯脱脂1h，取出至布氏漏斗进行抽滤，用蒸馏水洗涤纤维直至除去脂肪和其它杂质。将纤维放入60℃的烘箱中烘干24h，得到脱脂苦笋纤维干粉。

(3)脱脂苦笋纤维干粉用蒸馏水(干粉粉末：溶剂水＝1:30，w/v)在80℃的恒温水浴锅中萃取2h后，过滤后用78％的乙醇洗涤数次，将这些过滤物放入60℃的烘箱中烘干直至恒重，所得干燥粉末即为苦笋笋头膳食纤维。

步骤2：复合酶解制备改性膳食纤维

取步骤1制备的苦笋笋头膳食纤维粉末加入蒸馏水中获得固液混合料，固液混合料中，料液比为1:15；调节pH为5.0，加入苦笋笋头膳食纤维粉末质量的0.1％木聚糖酶在50℃下进行一次酶解，震荡水浴酶解1h后高温灭活。冷却至20℃调节pH为5.5，加入苦笋笋头膳食纤维粉末质量的0.3％的纤维素酶进行二次酶解，在50℃下震荡水浴酶解1h后100℃高温灭酶。二次酶解灭活后的固液混合料中加入4倍体积的95％乙醇，静置12h，静置后抽滤，洗涤滤渣，烘干粉碎滤渣则得改性后的膳食纤维。

由于纤维素酶及木聚糖酶的主要作用对象分别为纤维素和半纤维素，所以当分步酶解先加纤维素酶后加木聚糖酶时，纤维素酶可分解不溶性纤维素为半纤维素，为木聚糖酶酶解提供更多底物；先加木聚糖酶后加纤维素酶时，木聚糖酶作用的底物半纤维素含量大大减低，使得SDF的得率更低。

性能测试

1、膳食纤维中的SDF含量比对

(1)测试方法：采用GB5009.88-2014测定其膳食纤维中的SDF含量。

(2)测试结果：

表1各种苦笋笋头膳食纤维中可溶性膳食纤维(SDF)的含量比对

本发明改性后膳食纤维中的SDF含量由0.97％提高到6.05％，大大提高TDF中得SDF含量，比复合酶法改性的效率提高约26％。

2、膳食纤维的综合性能测试

(1)测试方法：

持水力：称取待测样品1.0g(m0)，加入30mL蒸馏水，震荡混合20h，6000r/min离心10min，除去上清液，并用吸水纸吸干离心管壁上残留的水分，记录湿试样的质量m1。持水力(g/g)＝m1/m0。

持油力：称取待测样品1.0g(m0)，加入30mL食用油并摇匀，于室温下震荡20min，6000r/min离心10min，除去上清液，并用吸油纸吸干离心管壁上残留的油分，记录湿试样的质量m1。持油力(g/g)＝m1/m0。

膨胀力：称取待测样品0.5g(m0)于10mL量筒中，读取初始体积(V1)，加入5ml蒸馏水后震荡均匀，在室温下静置18h后记录量筒内试样最终体积(V2)。膨胀力 (mL/g＝(V2-V1)/m0。

(2)测试结果：

表2各种苦笋笋头膳食纤维的性能比较

经测定，本发明改性后的膳食纤维的持水力由3.91g·g

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。