專(zhuān)利名稱(chēng)：一種發(fā)酵麥麩聯(lián)產(chǎn)低聚糖和膳食纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物法在制備麥麩低聚糖及膳食纖維中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
谷物皮層由于具有重要的營(yíng)養(yǎng)學(xué)特性，越來(lái)越引起人們研究的興趣，其中主要研究對(duì)象之一就是小麥麩皮。麩皮中富含膳食纖維(35-50% )、蛋白質(zhì)(12-18% )、脂肪 (3-5% )、總碳水化合物(45-65% )、灰分(4-6% )、維生素(0. 265% )以及天然抗氧化劑阿魏酸(0. 4-0. 7% )等成分，開(kāi)發(fā)和利用潛力巨大。目前，主要的研究都是利用小麥麩皮加工麥麩膳食纖維、麥麩蛋白質(zhì)和戊聚糖等單個(gè)產(chǎn)品，如通過(guò)酶解去除淀粉、酸解去除蛋白生產(chǎn)不溶性膳食纖維產(chǎn)品，或通過(guò)酶解、堿溶、醇沉等エ藝生產(chǎn)戊聚糖,也有通過(guò)酶解生產(chǎn)蛋白質(zhì)等產(chǎn)品,エ藝技術(shù)往往均為以單ー產(chǎn)品為目的，既增加了生產(chǎn)環(huán)節(jié)，提高了生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高，且易造成化學(xué)物質(zhì)的殘留和環(huán)境污染。因此，對(duì)小麥麩皮進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)和利用，采用“ー線(xiàn)多品”的麥麩高效生物深加工 エ藝路線(xiàn)，利用微生物發(fā)酵法同時(shí)制取麥麩膳食纖維及功能性低聚糖，突破以往單ー產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為目標(biāo)的研發(fā)思路，資源綜合利用率高，生產(chǎn)成本低，無(wú)化學(xué)物質(zhì)殘留和環(huán)境污染，可形成“生態(tài)、低碳、高效循環(huán)”的農(nóng)業(yè)技術(shù)新模式?？墒构任锛庸じ碑a(chǎn)品的綜合利用得到進(jìn)一步發(fā)展，而且還可增加產(chǎn)品的附加值，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。膳食纖維是繼碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和水之后的第七大營(yíng)養(yǎng)素?？深A(yù)防肥胖、冠心病、糖尿病和結(jié)腸癌等疾病的發(fā)生。麥麩中含有大量可利用的具有生理活性的膳食纖維，其中的纖維素和半纖維素，是優(yōu)質(zhì)的膳食纖維來(lái)源。但麥麩中還含較多的淀粉、蛋白質(zhì)、油脂和植酸等，作為活性膳食纖維和功能食品添加劑仍不理想，若采用合理的制取エ藝，除去麥麩中非纖維成分和不良?xì)馕叮蛇M(jìn)ー步純化膳食纖維并提高其含量。功能性低聚糖是糖類(lèi)化合物的ー種，具有甜、粘等特性，可增殖腸道有益菌、預(yù)防癌癥、預(yù)防肥胖、防止便秘等，已作為蔗糖替代品食用。廣泛存在于禾本科植物中的阿魏酰低聚糖(Feruloyl oligosaccharides, FOs)是功能性低聚糖的ー種，由不同位置上的糖輕基與阿魏酸(Ferulic acid, FA)羧基酯化形成。FOs具有阿魏?；c親水性的低聚糖基團(tuán)，因而兼具水溶性和耐熱性，較好地解決了目前天然抗氧化劑遇到的不溶于水(如胡蘿卜素、酚醛化合物和維生素E等)與不適于熱加工的熱敏性(如維生素C等)兩大應(yīng)用難
題，是ー種具有較高的研究?jī)r(jià)值與應(yīng)用價(jià)值的天然抗氧化劑。FOs抗氧化活性強(qiáng)于阿魏酸與維生素C，對(duì)小鼠紅細(xì)胞溶血現(xiàn)象具有較強(qiáng)的抑制作用；F0s對(duì)人體具有特殊的生理活性， 可顯著抑制白血病人淋巴細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)白血病T細(xì)胞壞疽，可抑制人體內(nèi)的蛋白非酶糖基化反應(yīng)，預(yù)防糖尿病的發(fā)生等，近年來(lái)被廣泛用于保健食品中。FOs在食品エ業(yè)中具有巨大的應(yīng)用潛力，但是FOs的高效制備問(wèn)題已成為其被廣泛應(yīng)用的瓶頸。目前膳食纖維和低聚糖的制備多采用化學(xué)法和生物酶法?；瘜W(xué)法是利用酸堿等化學(xué)試劑水解去除原料中的淀粉、蛋白質(zhì)，該方法操作簡(jiǎn)便，但反應(yīng)劇烈，產(chǎn)物易被分解；且存在產(chǎn)品安全和廢棄物污染問(wèn)題。生物酶法是利用淀粉酶、蛋白酶等將原料中的淀粉和蛋白質(zhì)水解，再經(jīng)水洗后去除。該方法反應(yīng)溫和、操作簡(jiǎn)便，但水解產(chǎn)物的去除造成資源的浪費(fèi)， 且形成大量廢水。因而，以往的制備方法中存在著資源浪費(fèi)和環(huán)境污染等問(wèn)題。尋找ー種可利用淀粉、蛋白等營(yíng)養(yǎng)成分，井高效轉(zhuǎn)化生成安全的膳食纖維和低聚糖方法是新的研究方向。生物發(fā)酵法是利用微生物轉(zhuǎn)化獲得目的產(chǎn)物的方法，目前多用于商品酶和多糖等功效成分的制備中。出芽短梗霉(Aureobacidium pullulans 或 Pullularia pullulans) 是ー類(lèi)與酵母密切相關(guān)的真菌，研究表明其生長(zhǎng)過(guò)程中可產(chǎn)生高活性的內(nèi)切木聚糖酶 (xylanase 或 1-4-^ -D-xylanxylanohydrolase, EC3. 2. I. 8)、淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶和半纖維素酶等，且具有較好的熱穩(wěn)定性。其中淀粉酶和蛋白酶水解原料中的淀粉、蛋白質(zhì)為其生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)檎婢嗵呛途w纖維，増加膳食纖維來(lái)源；半纖維素酶可水解原料的細(xì)胞壁多糖，生成低聚糖。國(guó)外對(duì)出芽短梗霉的研究較早，已有短梗霉多糖產(chǎn)品聞世，且允許作為食品添加劑增稠劑使用，可見(jiàn)采用出芽短梗霉發(fā)酵麥麩聯(lián)產(chǎn)膳食纖維和低聚糖具有食用安全性，具有廣闊的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的我國(guó)常年小麥產(chǎn)量高達(dá)I. 15億噸左右，面粉加工過(guò)程中產(chǎn)生的麥麩在3000 3500萬(wàn)噸(居世界前列)，是我國(guó)大宗農(nóng)副產(chǎn)品資源之一，開(kāi)發(fā)和利用潛力巨大。目前，主要的研究都是利用小麥麩皮加工麥麩膳食纖維、麥麩蛋白質(zhì)和戊聚糖等單個(gè)產(chǎn)品，資源利用率低，環(huán)境污染嚴(yán)重，形成的產(chǎn)品綜合效益不高。本發(fā)明采用經(jīng)誘變獲得的出芽短梗霉高產(chǎn)木聚糖酶單ー菌株或出芽短梗霉與茶薪菇的混合菌種進(jìn)行發(fā)酵法制備麥麩膳食纖維和低聚糖，可為膳食纖維和低聚糖保健食品開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐，推動(dòng)功能性低聚糖的產(chǎn)業(yè)化及科學(xué)化發(fā)展。本發(fā)明的技術(shù)方案以麥麩為原料，采用食安性真菌出芽短梗霉或出芽短梗霉與茶薪菇的混合菌種發(fā)酵法制備膳食纖維和低聚糖，菌株可直接利用麥麩中的淀粉、蛋白質(zhì)生長(zhǎng)代謝，既消除了淀粉、蛋白質(zhì)的存在對(duì)麥麩膳食纖維應(yīng)用的不良影響，又提供了微生物生長(zhǎng)代謝所需的營(yíng)養(yǎng)，可直接將產(chǎn)木聚糖酶的微生物應(yīng)用于低聚糖及膳食纖維制備中，使微生物發(fā)酵產(chǎn)酶過(guò)程與酶解麥麩獲得低聚糖及膳食纖維的過(guò)程合ニ為一，則可省去酶制劑生產(chǎn)中的分離純化過(guò)程，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)率。本發(fā)明的有益效果本項(xiàng)目采用“ー線(xiàn)多品”的麥麩高效生物深加工エ藝路線(xiàn)，利用微生物發(fā)酵法同時(shí)制取麥麩功能性低聚糖及膳食纖維，突破了以往單ー產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為目標(biāo)的研發(fā)思路，資源綜合利用率高，生產(chǎn)成本低，無(wú)化學(xué)物質(zhì)殘留和環(huán)境污染，形成了“生態(tài)、 低碳、高效循環(huán)”的加工技術(shù)新模式。可使谷物加工副產(chǎn)品的綜合利用得到進(jìn)ー步發(fā)展，而且還可增加產(chǎn)品的附加值，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步說(shuō)明，但實(shí)施例不限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例I出芽短梗霉生成阿魏酰低聚糖的發(fā)酵ェ藝優(yōu)化
I.菌種培養(yǎng)基的制備菌種活化培養(yǎng)基(g/L):馬鈴薯200蔗糖20蛋白胨5瓊脂粉20pH自然蒸餾水 10OOmT ,0. 103MPa 滅菌 20min ；種子培養(yǎng)基(g/L):蔗糖50Na2HP04 5.0 酵母膏 3.0 MgS04 7H20 0.2 (NH4)2SO4
0.6NaC10. I pH6. 0 蒸餾水 IOOOmL 0. 103MPa 滅菌 20min ；發(fā)酵培養(yǎng)基(g/L):麥麩液20KH2P04 I MgSO4 7H20 I Vbi 0.1 0. 103MPa 滅菌 20mino2.菌種培養(yǎng)母種培養(yǎng)在溫度為28°C，搖床轉(zhuǎn)速180r/min，搖瓶裝液量為50mL/250mL三角瓶， 接種I塊直徑約為4mm的母種菌塊，培養(yǎng)3d ；培養(yǎng)條件確定用發(fā)酵條件在前期單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表I設(shè)定。測(cè)定發(fā)酵液中阿魏酰低聚糖(FOs)產(chǎn)量。表I發(fā)酵條件確定研究中因素水平表Table I Levels of culture condition for fermentation of AureoDasidium pullulans
權(quán)利要求
1.微生物發(fā)酵麥麩同時(shí)制備低聚糖和膳食纖維的應(yīng)用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微生物發(fā)酵麥麩，其特征是本發(fā)明所述的發(fā)酵方式，是指液態(tài)發(fā)酵、固態(tài)發(fā)酵、固定化細(xì)胞發(fā)酵。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微生物發(fā)酵麥麩，其特征是本發(fā)明所述的微生物，是指出芽短梗霉單一菌種或出芽短梗霉與茶薪菇的混合菌種，出芽短梗霉是經(jīng)過(guò)誘變育種選育出的高產(chǎn)木聚糖酶不產(chǎn)黑色素的特征菌株。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的麥麩，其特征是麥麩經(jīng)烘干或自然曬干后，粉碎過(guò)20-60目篩子篩分后供微生物發(fā)酵；或粉碎后經(jīng)20-40目篩子篩分后經(jīng)擠壓膨化后供微生物發(fā)酵； 或粉碎過(guò)20-60目篩子篩分后經(jīng)高溫蒸煮后被微生物發(fā)酵。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微生物發(fā)酵麥麩同時(shí)制備低聚糖和膳食纖維的應(yīng)用，其特征是微生物發(fā)酵麥麩產(chǎn)生木聚糖酶，以此粗酶液酶解預(yù)處理過(guò)的麥麩制備低聚糖及膳食纖維；或以分離純化后的酶制劑降解預(yù)處理過(guò)的麥麩細(xì)胞壁制備低聚糖及膳食纖維；或以出芽短梗霉發(fā)酵麥麩將產(chǎn)酶與制備低聚糖及膳食纖維合ニ為ー進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及微生物發(fā)酵法同時(shí)制備麥麩低聚糖和膳食纖維的應(yīng)用。本發(fā)明對(duì)小麥麩皮進(jìn)行綜合開(kāi)發(fā)和利用，采用“一線(xiàn)多品”的麥麩高效生物深加工工藝路線(xiàn)，利用微生物發(fā)酵法同時(shí)制取麥麩膳食纖維及功能性低聚糖。本發(fā)明所述的微生物指出芽短梗霉單一菌種或出芽短梗霉與茶薪菇的混合菌種，發(fā)酵麥麩時(shí)，可將麥麩中淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)作為微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)成分，使其在消耗這些物質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)生木聚糖酶，進(jìn)而水解麥麩半纖維素生成低聚糖，同時(shí)制得膳食纖維。突破了以往單一產(chǎn)品開(kāi)發(fā)為目標(biāo)的研發(fā)思路，資源綜合利用率高，生產(chǎn)成本低，無(wú)化學(xué)物質(zhì)殘留和環(huán)境污染，可形成“生態(tài)、低碳、高效循環(huán)”的加工技術(shù)新模式，可增加麥麩產(chǎn)品的附加值。
文檔編號(hào)C12P19/14GK102605022SQ20121010757
公開(kāi)日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月13日
發(fā)明者余曉紅, 劉珊珊, 申玉香, 邵榮, 顧振新 申請(qǐng)人:鹽城工學(xué)院