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香菇中膳食纤维提取工艺优化与设计.doc

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香菇 膳食 纤维 提取 工艺 优化 设计
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`本科生毕业论文(设计)中文题目 香菇中膳食纤维提取工艺的优化和设计 英文题目 Optimization and Design of the Extraction Technique of Dietary Fiber in Mushrooms 学生姓名郑琳 班级 450904 学号 45090412 学 院 生物与农业工程 专 业 食品科学与工程 指导教师 宋艳翎 职称 讲师 摘 要香菇中富含膳食纤维,种植广泛,是一种很好的天然食用纤维源。从香菇加工的剩余物中提取膳食纤维,可以提高香菇的附加值和利用率。因此优化香菇膳食纤维的提取技术,对于完善香菇的深加工和开发新的膳食纤维资源具有重要意义。本实验采用酶-碱结合法提取香菇中的水不溶性膳食纤维,进行料液比、α-淀粉酶的加酶量、酶解温度、酶解 pH 值、酶解时间、碱解温度、碱解 pH值、碱解时间共八组单因素试验。由单因素试验结果,选取料液比、α-淀粉酶的加酶量、酶解温度、酶解时间、碱解温度、碱解 pH 值、碱解时间七个因素,进行 L8(2 7)正交试验。对正交试验结果进行极差分析,得出影响香菇水不溶性膳食纤维提取效果的各因素主次关系为:酶解温度>α-淀粉酶加酶量>碱解 pH 值>碱解温度>碱解时间>酶解时间=料液比,确定提取香菇水不溶性膳食纤维的最佳工艺条件为:料液比为 1:25、α- 淀粉酶加酶量为 1.2%、酶解温度为 55℃、酶解 pH 值为6.0、酶解时间为 50min、碱解温度为 65℃、碱解 pH 值为 12.0、碱解时间为90min。在此工艺条件下做验证实验,香菇水不溶性膳食纤维得率为 61.86%。膳食纤维具有很多保健功能,在食品中的用途也十分广泛。膳食纤维在菌藻类食物中含量丰富,是很好的膳食纤维来源。利用废渣生产食用膳食纤维,既提高了废渣的使用价值,也防止其腐败而污染环境。因此膳食纤维的相关研究在我国具有较好的市场价值和社会意义。关键词 膳食纤维 香菇 正交试验AbstractMushrooms are rich in dietary fiber, widely cultivated, is a good natural source of dietary fiber. Processing residues from mushroom extract dietary fiber, can increase the added value of mushrooms and utilization. Therefore, optimization of dietary fiber extraction technology mushrooms, mushroom deep processing for improving and developing new dietary fiber resources is important.In this study, enzyme-alkaline extraction combined with mushrooms in a water-insoluble dietary fiber for solid-liquid ratio, α-amylase enzyme dosage, reaction temperature, reaction pH, reaction time, temperature alkaline hydrolysis, alkaline hydrolysis pH, alkaline hydrolysis time of eight groups of single-factor test. By a single factor test results, select the solid-liquid ratio, α-amylase enzyme dosage, reaction temperature, reaction time, temperature alkaline hydrolysis, alkaline hydrolysis pH, alkaline hydrolysis time seven factors for L8 (27) is post test.Poor test results of the orthogonal analysis, the impact of water-insoluble dietary fiber mushroom extract effect relationship between the primary and secondary factors: hydrolysis temperature> α-amylase enzyme dosage> alkaline hydrolysis the pH> alkaline hydrolysis temperature> Alkali Xie time> hydrolysis time = liquid ratio, determined mushroom extract water insoluble dietary fiber optimum conditions: solid-liquid ratio 1:25, α-amylase enzyme dosage was 1.2%, reaction temperature is 55℃ , enzymatic pH 6.0, hydrolysis time 50min, alkaline hydrolysis temperature was 65℃, pH value of 12.0 alkaline hydrolysis, alkaline hydrolysis time was 90min. In this condition, do the verification experiment, mushrooms insoluble dietary fiber was 61.86%.Dietary fiber has many health functions, in food use is also very extensive. Dietary fiber content of foods rich in algae, is a good source of dietary fiber. Use of waste production and consumption of dietary fiber, both to improve the use value of the waste, but also to prevent its corruption and pollution of the environment. Therefore, dietary fiber related research in China has a good market value and social significance.Key words: dietary fiber mushroom Orthogonal experiment1第 1 章 绪论1.1课题研究内容本实验采用酶-碱结合法提取香菇中的水不溶性膳食纤维,通过做相应的单因素试验和正交优化试验,得出最优的提取香菇膳食纤维的工艺条件。1、进行料液比、加酶量、酶解温度、酶解时间、碱液浓度、提取时间和碱处理温度等多组单因素试验,确定各试验因素的最佳值。2、选取主要的单因素试验因素进行合适的正交试验。3、对正交试验的数据结果进行分析,得出膳食纤维提取工艺条件的最优组合。4、对最优工艺条件进行验证试验,并测定产品纯度,以及其持水力和溶胀性。1.2课题研究目的及意义膳食纤维具有突出的保健功能,可以调节人体机能,对肠道疾病和慢性病有防止功效,对人体健康有积极作用。在我国,近年来由于膳食不平衡或营养过剩,肥胖症、冠心病、糖尿病和结肠癌等疾病的发病率日益增高,而膳食纤维可以降低这些疾病的发病率,因而成为研究热点。香菇中富含膳食纤维,尤其是香菇柄中,膳食纤维约占干物质含量的 70%左右。香菇种植范围广泛,是一种很好的高级天然食用纤维源 [1]。此外,香菇 无论在国内的销 售还是出口加工中,考虑到食用品质,一般只需要子 实 体,而去除部分或全部的柄或根部,这样加工中会留下大量的香菇柄或根部,造成原料的浪费,而从剩 余物 中提取膳食纤维,可以提高香菇的附 加值和利 用率。 因此优化香菇膳食纤维的提取技术,对于完善香菇的深加工和开发新的膳食纤维资源具有重要意义。1.3香菇主要活性成分1.3.1 香菇多糖香菇多糖是一种非特异免疫 刺激剂,可直接激活人体的 T-淋巴细胞,具有抗病毒、抗肿瘤、调节免疫和刺激干扰素形成等功能 [2],而引起人们的广泛2关注。目前,国内外的相关研究均表明香菇多糖对于恢复 T 细胞活性有很强的辅助性,并且可以作为 T 细胞免疫增强剂。香菇多糖对多种癌症有抑制作用,有益于术后身体的恢复。此外,香菇多糖的毒副作用远小于其它抗癌药物。由于其功效和安全性,香菇多糖作为免疫增强剂有显著优势,成为研究热点。1.3.2 香菇嘌呤香菇嘌呤又名香菇素,可促进胆固醇代谢而降低其在血清中的含量 [3]。香菇嘌呤对冠心病、动脉粥样硬化、高血压等心血管疾病具有一定的预防和治疗作用。1.3.3 氨基酸香菇富含氨基酸,其中必需氨基酸含量达 2.143%,占氨基酸总量38.568%[4] 。香菇中 必 需 氨基酸的种类很多,包括苯 丙 氨酸、赖 氨酸、缬 氨酸、异 亮氨酸、亮 氨酸、蛋 氨酸、苏 氨 酸。 1.3.4 维生素 、微量元素香菇中含多种维生素,特别是 B 族维生素、维生素 D 原和烟 酸的含量比其它食品要高,对高血压和心脑血管病具有良好的预防和治疗功能。香菇中含有一般蔬菜所缺乏的麦 角 甾 醇, 是维生素 D 的前体,其在阳光或紫外线的照射下可以转化为维生素 D2,有助于人体对钙的吸收,可以预防佝 偻病。此外,香菇中还含有多种酶和一定量的具有抗氧化活性的黄 酮类物质和 萜类物质,对人体的健康有很大益处。1.3.5 核酸 香菇中的核酸是一种活性物质可以帮助调节人体代谢,对于细胞生长有抑制作用,并且促进细胞分化。由于其功效,核酸在肿瘤、心血管病以及牛皮癣等疾病的治疗中有很大功用。香菇孢子提取物中的双链核糖核酸能促进干扰素的分泌,可提高人体免疫力,有助于抗爱滋病和抗衰老 [5]。1.4膳食纤维研究现状1.4.1 膳食纤维的组成膳食纤维由纤维素、半纤维素、木质素、果胶及果胶类物质组成。1.4.1.1 纤维素3纤维素是由数千个葡萄糖单体通过 β-1,4 糖苷键连接形成的直链葡聚糖,构成了植物细胞中细胞壁的主要部分。纤维素水溶性较差,不易被生物分解消化,具备一定的机械强度,此外微纤维之间的氢键也不易被酸水解。β-1,4 糖苷键不能被人体内的淀粉酶水解,所以人体消化道的酶无法消化分解纤维素。1.4.1.2 半纤维素是指经碱 溶液溶解去除后的水溶性的细胞 壁 多糖和果 胶 多糖。它们由葡 萄糖单体经 β-1,4 糖 苷键相连接,但与纤维素不同的是,它们的长度更小,通常是支链的,并含有不同糖基组成的杂多糖,包括木 聚糖和半 乳糖、甘 露糖,阿拉伯糖和其他糖类。半纤维素是一种聚合物,其分 支有很大差异,主链上一般是五碳糖或六 碳糖,支链上则有麦 芽糖、木糖 残基、阿拉伯 糖和葡萄 糖醛 酸等。相较于纤维素,人体消化道内的细菌可以分解半纤维素。半纤维 素可以结合离子,具有一定的可溶性,其中的某些成份可形成粘稠的水溶液,可降低人体内胆固醇含量。 1.4.1.3 木质素木质素是由松伯醇、芥子醇和对羧基肉桂醇三种物质组成的大分子化合物 [6]。木质素不是多糖物质,是苯丙烷聚合物,具有复杂的三维结构。木质素是经由复杂的脱氢聚合过程而形成的,其结构中分子间的键合较强。木质素没有活性。1.4.1.4 果胶果胶的水溶性很好,尤其易于在热溶液中溶解。果胶在热的酸性溶液中会变成胶态,此时易与离子结合。果胶具有降糖属性,是由于其胶凝行为,这些水溶性多糖可降低胃排空速率,进而影响小肠运转时间。1.4.2 膳食纤维的理化特性1.4.2.1 发酵性:膳食纤维尽管不能被人体小肠中的内源酶所降解,但大肠中的微生物可对膳食纤维进行不同程度的分解发酵作用,从而改变肠道系统中的微生物系统结构。膳食纤维可被厌氧菌与酵母菌分解,细菌底物接触的程度以及多糖自身的化学结构都会影响发酵情况。对于相同来源的膳食纤维,其颗粒大小以及所处状态也会影响发酵情况。1.4.2.2 溶胀性和持水性膳食纤维的化学结构包含多个亲水基团,可以使其具有较高的保水性。膳食纤维具有较高的持水力和溶胀性,可以吸收大量水分,但不同原料以及不同提取方法制得的膳食纤维,其溶胀性和持水力也会表现出一定的差异。果胶和树胶等结构中含有极性基团的多糖具有较好的持水性,可以在小肠内形成粘液,延缓营养物质的扩散速度,同时会增快肠道的蠕动速度,加快排便,减少人体消化系统的压力。41.4.2.3 离子交换作用膳食纤维的化学结构中包含一些呈弱酸性阴离子的侧链基团(羟基、羧基和氨基等) ,可与肠道内的阳离子尤其是有机阳离子进行可逆交换 [7]。这样一方面可能影响电解质与宏量微量元素的吸收,一方面也可降低重金属的毒性,促使肠道内的有害物质能够及时排出体外。 1.4.3 膳食纤维的生理功能1.4.3.1 预防肥胖膳食纤维不能完全被人体消化、吸收,其持水力很好,可以增加肠蠕动的速度和数量。膳食纤维有良好的溶胀性,易使人产生饱腹感。此外,膳食纤维可以在一定程度上抑制对脂肪的吸收,从而达到预防肥胖症的目的。1.4.3.2 降低血糖、预防糖尿病膳食纤维可以在胃肠中形成胶基层,减缓食物的消化吸收,进而降低胃的排空率。膳食纤维可以升高血清胰岛素水平,有助于维持餐后血糖的平稳,避免血糖水平的剧烈波动。膳食纤维能影响糖类物质在消化道内的吸收,延缓肠道内葡萄糖浓度的升高。饮食中大量摄入膳食纤维,还能够改善末梢组织对胰岛素的感受性,降低人体对胰岛素的需求,降低葡萄糖的吸收率,进而使糖尿病患者的血糖水平维持在正常范围。膳食纤维可以改善血液中胰岛素的调节作用,提高人体耐糖的程度。因此,膳食纤维无论是在预防还是在治疗糖尿病方面都具有特殊的功效。1.4.3.3 预防结肠癌膳食纤维对肠道菌群的数量和种类具有一定的调节作用,由于膳食纤维具有吸附性、持水力、离子交换作用以及凝胶的形成等物理化学性质而影响了肠道对它的消化吸收。肠道内的细菌降解膳食纤维时可产生少量的泛酸,可调节肠道内的消化和吸收。膳食纤维对结肠还有以下作用:增加粪便的重量;增加排便的次数;减少粪便通过的时间;稀释结肠内容物;促进肠道细菌的生长;改变能量代谢;吸收有机物和无机物;减少胆汁酸的脱羟作用。1.4.3.4 排毒作用含有大量羟基和羧基的膳食纤维,能够有效抑制人体内肠道对饮食中镉、汞、铅等重金属和亚硝胺、苯并芘等有毒物质的吸收。膳食纤维可使重金属离子含量下降到相对较低的程度,进而减少重金属离子在体内蓄积,具有一定的解毒作用。膳食纤维对重金属离子的束缚主要依靠化学吸附,即膳食纤维中的羧基,如糖醛酸及结合于膳食纤维上的酚酸、氨基酸与金属离子形成复合物 [8]。1.4.3.5 预防乳腺癌有研究表明,那些在饮食中大量摄入膳食纤维的妇女乳腺癌的发病率低于不食用膳食纤维的妇女,这可能是由于膳食纤维会降低血液中诱导乳腺癌的雌5性激素的比率。1.4.4 膳食纤维的提取工艺研究膳食纤维是一种复杂的混合物,特别是可作为食品添加剂使用,具有独特的功能特性,对食品有改性作用。从不同原料提取的膳食纤维,显示的物理和化学性质差异较大,因而其表现出的生理活性也有所差别,提取条件有很大不同。因此,膳食纤维的提取条件成为限制使用天然膳食纤维的重要因素。进一步研究膳食纤维的提取条件,可以开拓非常广泛的植物的食物来源,并进一步发展对人体具有积极作用的膳食纤维产品。目前,中国的膳食纤维大多停留在陆生植物。随着国民认识的加深,对人体健康有益的高纤维食品越来越流行,以米糠,麦麸,黑麦,燕麦和大豆膳食纤维废料为原料进行膳食纤维提取的产品,越来越多地应用于现代食品加工。根据膳食纤维含量的原料,不同的设备要求不同,有些设备的操作过程是相对复杂的,成本高的膳食纤维的提取,不适合于大量的开采和生产,不同来源和不同特性要求的膳食纤维产品,其处理方法和加工条件有很大差异。膳食纤维的提取方法主要有以下五种:化学法、酶法、酶―化学法、膜分离法及发酵法。 1、 化学法通过使用化学试剂来提取膳食纤维,主要包括碱法、酸法、酸碱结合法和絮凝法。目前碱法已广泛应用于生产中。优点是制备膳食纤维简捷、快速,不足的是产品色泽较差,不易漂白,并且高酸高碱、高温条件会较大的减弱其生理活性。2、酶法通过添加多种酶来除去非膳食纤维成分制得产品。酶法反应条件温和,制取设备相对简单,适合淀粉蛋白含量高的原料,但其工艺复杂,反应时间长,纯度较低。由于生产成本过高,未应用于实际生产。3、酶-化学法同时使用化学试剂和各种酶制剂对样品进行处理,去除膳食纤维中的杂质,再经有机溶剂和蒸馏水的漂洗处理,得到纯度较高的膳食纤维。该法吸收了酶法和化学法的优点,产品纯度相对酶法较高,但得率略低。4、膜分离法通过改变膜的分子截留量可制取不同分子量的膳食纤维,避免有机物残留,但该法对设备要求较高,且只限于分类可溶性膳食纤维,目前还未应用于实际生产。5、发酵法利用微生物发酵来消耗原料中的非膳食纤维成分,得到较纯净的膳食纤维。该法制得的产品品质及生理活性均好于化学法,且有较高的得率,目前还处在研发阶段,应用范围有待进一步开发。
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