專利名稱：食物纖維素及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及食物纖維素及其制備方法。更具體地，本發(fā)明涉及通過新穎的酶法以谷物皮殼為原料制備高纖維素含量的食物纖維素的方法及通過該方法得到的食物纖維素。本發(fā)明適用于對所有谷物，植物組織進行改良使之具有希望的生物功能和營養(yǎng)特征。
背景技術：
食物纖維素一般指食物中不能被人和動物的消化酶系所水解的、例如源自谷物植物組織如麥麩等的可溶性和不可溶性纖維素成分。食物中的植物，例如谷物皮殼組織的化學組成為纖維素，半纖維素，木質素，樹膠，果膠，以及β-葡聚糖等。不可溶性食物纖維素主要是指纖維素類物質。食物纖維素的主要生理功能包括高吸水性及體積膨脹所起到的對腸胃支撐功能，脂肪酸吸附能力，凝膠化和高密度效應在消化系統(tǒng)中所起的積極作用(Gordon，D.T.Functional Properties vsPhysiological Action of Total Dietary Fiber.Cereal Foods World34517-525，1989)。加工食物中的纖維素提供食物的質地結構以減緩下咽速度。而一旦人們花過多的時間咀嚼且吞咽緩慢，往往就會產生厭飽停食的愿望(Blundell，J.E.and Burlay，V.J.Satiation，Satiety andThe Action of Fiber on Food Intake.Intal.J.Obesity 11(Suppl.1)9，1987)。因此纖維素的食用已被應用于控制體重過量和對肥胖癥的治療(Heaton，K.W.Fibre，Satiety and Insulin，a New Approach toOvernutrition and Obesity.InDietary FibreCurrent Developmentsof Importance to Health.K.W.Heaton Ed.，Food and Nutrition Press，Westport，CT 1979)。作為一項明顯的特征，食物纖維素以其強吸水能力而被廣泛重視。研究已經證明，對于患大便干燥的病人，行之有效的方法是增加大便的水含量。而食物纖維素因其強吸水能力，會大大緩解便秘的病苦(Stephen，A.Constipation.InDietary Fibre，Fibre-depleted Foods and Disease.H.Trowell，D.Burkett and Heaton.Eds.，Academic Press，London.pp.133-144，1985)。另外，食物纖維素還能對人體排泄物中的有毒物質起到稀釋的作用而使其對人體的傷害程度降低(Eastwood M.A，Brydon，W.G，and Tadesse，K.Effect of Fiberon Colon Function.InMedical Aspects of Dietary Fiber.G.A.Spiller and R.M.Koy Eds，Plenum Medical Book Company，New York，p.1-26，1980)。這一點已經被證明可以緩解毒害性廢物在直腸內與其上皮細胞的互相作用，而防止病變性反應。更為有意義的一點是，直腸內細菌群產生的膽汁酸疑為致癌物質，而纖維素可以降低膽汁酸和其它有毒物的濃度。另外，脂肪酸的腸道吸收依賴一種叫做微胞或小球體的形成。而這種微胞是由脂肪酸和膽汁酸組成。研究已經證明這類微胞的消化是由胰腺分泌的一種脂肪酶所催化，但是其催化強度受到纖維素的影響(Imaizumi，K Tominaga，A，Maivatari，K and Sugano，M.Effectof Cellulose and Sugar Gum on The Secretion of Mesenteric LymphCyclomicrons in Meal-fed Rats.Nutr.Int.26263，1982)。因此食物纖維素的確可以增加膽汁酸的排泄而起到降低血液膽固醇濃度的作用。
美國專利4,915,960(L.Holmgren)公開了一種制備食用纖維素的工藝。該工藝包括在pH 5，50-60℃的條件下將麩皮混和一定時間，以降低植酸的濃度；當植酸的濃度降低到0.5％時，將混合物的pH調升到6左右并加進蛋白酶，繼續(xù)在50-60℃混和使之反應直到蛋白質含量下降到8％以下；之后，提高反應溫度到70-75℃并加入淀粉酶，保持反應直到淀粉幾乎完全降解。經熱滅活中止淀粉水解酶反應后，除去水分，用干燥法制備產品。
美國專利4,710,386(C.V.Fulger和E.K.Gum)公開了由全麥粉幾經糖化后得到谷物制品。該工藝經煉磨和分篩將全麥制品分為三種成分麥麩，內芽和生殖芽。后者經過烘烤研磨制成產品。而分離得到除內芽之外的麥麩及谷質材料用“對轉雙扣擠壓器”經高溫，高剪切力擠壓后形成中間產品。內芽部分經粗磨制成漿制劑，蒸煮并經過α-淀粉酶和糖化酶水解后成中間品。而最后一步是將上述三種中間體按特定比例調制成早餐麥片。
美國專利4,774,096(G.B.Nickel和G.D.Richardson)公開了由豆衣加工天然纖維素的工藝。該工藝包括將豆莢與豆之間的豆衣磨碎后制成勻漿，并攪拌使水溶性蛋白質和糖類與纖維素分離。經過濾得到的固形物即為天然纖維素。
美國專利4,834,989(A.D.Bolles等人)公開了一種方法，該方法可以加工一種每盎司含有高達八克的纖維素的脆谷片。該方法包括用淀粉降解酶類作用于谷物粉制品和纖維素的混合體。反應物加溫到五十多度并保持三分鐘以活化淀粉降解酶。然后加高溫蒸煮直至其水份含量到18％左右時開始烘烤，使之成為含水份在3％的干制品。
美國專利4,565,702(R.C.Morley和S.C.Sharma)公開了由可溶性纖維素涂裹的不可溶性纖維素產品。用玉米，小麥，大麥，燕麥等混合物經酶水解法除去蛋白質和脂肪成分，再由水溶性成分即果膠和海藻膠包裹。此方法制成的麥片產品具有低熱量和高纖維素的特點。
美國專利4,341,815(V.K.Chaudhary)公開了用釀造廠谷物下腳料生產的一種含有蛋白質成分的高纖維素含量的制品。其制備工藝是先將谷物下腳料磨成50-600目的粒子，再將其中120目大小的粒子篩選出來。其成品含18-22％的蛋白質和約65-75％的食物纖維素。
美國專利4,181,747(H.L.Kickle，W.J.Ball和R.Von Schaefelt)公開了用玉米和大豆制成的纖維素產品，其中將粗纖維和稀酸加熱水解和溶化副產物，然后用水洗獲得可食用纖維素制品。
另外在1990年由Oh和Gundleger兩人共同研制了將麥麩經耐熱α-淀粉酶(pH 6.0，90℃，30分鐘)，堿性蛋白酶(pH 7.5，60℃，30分鐘)和淀粉糖苷酶分別處理制作食用纖維素的工藝。經連續(xù)酶處理的反應物用4000G的離心機離心10分鐘，分離的不溶解部分再經過半纖維素酶在30℃處理40分鐘以增加可溶性成分。
但是，仍然需要提供能夠制備具有希望的生物功能特征的食物纖維素的簡單方法。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個目的是提供一種食物纖維素制品，其按照本文所述方法測定的膽汁酸的吸附能力為80毫克/克產品至200毫克/克產品，按照本文所述方法測定的吸水性為8克/克產品至14克/克產品，并且其食物纖維素含量大于80％重量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制備食物纖維素制品的方法，包括(i)提供谷殼類產品的水懸浮液；(ii)用半纖維素酶在pH 4-8，在30-70℃處理所述水懸浮液2-4小時，其中半纖維素酶用量為2-50個酶活性單位/克；(iii)用酸將經過酶處理的水懸浮液調節(jié)到pH 2-3.5，并靜止10分鐘以上；和(iv)用水將水懸浮液洗到pH 4-7然后干燥，得到食物纖維素制品。
本發(fā)明的又一個目的是提供本發(fā)明的食物纖維素制品作為食品添加劑的用途。


圖1是按照本發(fā)明方法由小麥麩制備的一種食物纖維素制品的膽汁酸吸附效果圖(以每克制品所吸附的量計算)發(fā)明詳述在一個方面，本發(fā)明提供了一種食物纖維素制品，其按照本文下面所述方法測定的膽汁酸的吸附能力為80毫克/克產品至200毫克/克產品，按照本文下面所述方法測定的吸水性為8克/克產品至14克/克產品，并且其食物纖維素含量大于80％重量。
本發(fā)明的食物纖維素制品可以通過本發(fā)明的方法制備，該方法包括如下步驟(i)提供谷殼類物質的水懸浮液；(ii)用半纖維素酶在pH 4-8，在30-70℃處理所述水懸浮液2-4小時，其中半纖維素酶用量為2-50個酶活性單位/克；(iii)用酸將經過酶處理的水懸浮液調節(jié)到pH 2-3.5，并靜止10分鐘以上；和(iv)用水將水懸浮液洗到pH 4-7然后干燥，得到食物纖維素制品。
用作本發(fā)明原料的谷殼類物質可以作為農業(yè)副產品得到，包括但不限于麥麩如大麥、小麥、燕麥、黑麥等的麥麩，玉米皮，豆莢，稻殼等。所述各種谷殼類物質可以分別或組合使用。
本發(fā)明方法的步驟(i)中，谷殼類物質在水懸浮液中的濃度不是特別重要，但是一般可以為5-40％重量，優(yōu)選為20-30％重量。
本發(fā)明可以使用各種纖維素酶和半纖維素酶對谷殼類物質的水懸浮液進行處理。半纖維素酶的活性通常以木聚糖酶活性計。本發(fā)明方法中半纖維素酶用量為2-50個木聚糖酶活性單位/克原料。在反應過程中可以攪拌反應混合物。各種含有半纖維素酶的復合酶也在本發(fā)明范圍內。
半纖維素酶可以從以下供應商購買Genencor，Inc.，South SanFrancisco，CA；Amano International Enzyme Co.，Inc.，Troy，Virginia；Miles Lab.，Inc.，Elkhart，Indiana，；Novo-Nordisk BioinduicstrialsInc.，Wilton，CT。
半纖維素酶處理條件包括溫度為30-70℃，優(yōu)選40-50℃，pH為4-8，優(yōu)選5-6，酶水解反應時間為1-6小時，優(yōu)選2-4個小時。
在酶水解處理后，將反應混合物用酸調節(jié)到pH 2-3.5，并靜止10分鐘以上。
在本發(fā)明方法中使用的所述酸可以是無機酸，例如硫酸、磷酸、鹽酸等，或者有機酸，例如乙酸、乳酸、檸檬酸等。
然后，可以通過常規(guī)的后處理步驟得到需要的食物纖維素制品。例如，使用水將所述pH 2-3.5的反應混合物洗滌到pH 4-7，然后干燥。
在本發(fā)明的方法中，可以使用其它酶制劑，如纖維素酶、淀粉酶、葡聚糖酶、果膠酶、脂肪酶、蛋白酶等處理谷殼類物質的水懸浮液。該處理可以在半纖維素酶處理之前、期間或之后進行。本領域技術人員可以理解，酶水解的條件取決于所采用的酶制劑的物理化學性質，可以是適合所采用的酶制劑的任何溫度和pH值。
在第三方面，本發(fā)明提供了本發(fā)明的食物纖維素制品作為食品添加劑的用途。
與原料相比，本發(fā)明的食物纖維素制品顯著改善了生物功能特征，例如吸水量最高可增到原來的四倍，而膽汁酸的吸附量最高增到原來的七倍以上。因此，本發(fā)明的食物纖維素制品可有利地用于各種食品中。
測定方法1.木聚糖酶活性測定方法如下用白樺木木質素為底物，1毫升反應液含1％重量的底物。使用醋酸緩沖液(50mM，pH 5.5)和適當稀釋的酶溶液。經50℃保溫30分鐘后，用Nelson-omobyi法測定反應釋放的還原糖(Nelson-1944；Somogyi，1945)。標準曲線由木轆做參照。一個活性單位定義為在測定條件下，每一分鐘水解1％木質素并釋放出1uM還原糖所需要的酶液的量。
2.膽汁酸的吸附能力用以下方法測定將2克的產品與5毫升的濃度為10毫摩爾的膽汁酸鈉鹽混合后，在室溫攪拌反應60分鐘。在2000G條件下離心15分鐘。用比色法(Irwin，1944)測定溶液中殘留的膽汁酸的濃度，每個樣品至少重復兩次，報告平均值。雖然體內外的膽汁酸吸收機制有所不同，但是該測定方法作為對食物纖維素制品與參照物對膽汁酸的相對吸附能力的比較是可以的。
3.吸水率由以下方法測定參照AACC1983年公布的方法進行。在預先稱重的離心管中加入被測試的食物纖維素制品0.2克。在每個加過樣品的離心管中加進不同量的蒸餾水(應給出梯度，即各試管水量差)，在室溫保持5分鐘后，用2000G重力下離心10分鐘。檢查有水的離心管，將有水最少的離心管上層的水吸去。該管的重量與加水之前的重量差即為樣品的吸水率。每個樣品至少重復兩次，報告平均值。用以下公式計算每克樣品的吸水率每克樣品的吸水率＝重量差(克)/該離心管所加入的樣品重量(克)具體實施方案給出以下實施例以進一步舉例說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實施例。
實施例1
將顆粒度40-60目的麥麩懸浮于自來水中，以獲得25％重量的水懸浮液。用硫酸將其調到酸度為pH 5.6。在輕微攪拌的情況下加入表A中所示量的酶制劑Cytolase 123(Genencor)。繼續(xù)保持攪拌并控制水解溫度為45℃。整個反應過程為2.5小時。之后用硫酸將反應水懸浮液的酸度調低至pH 2.5，以中止酶反應并激活膽汁酸吸附活性。然后在30分鐘的靜止期后用過濾法除去水溶性物質。接下來用自來水洗滌以除去殘留的酸液，直至pH 4-7。將水洗后的制品干燥后即可獲得成分為80％以上的食物纖維素產品。
該產品具有在本發(fā)明所采用的標準測試條件下吸水率和膽汁酸吸附力分別為每克產品9.7-11克和96-100毫克。而后者是受測試反應液中的濃度所控制。當測試反應液中膽汁酸濃度升高至300毫克時每克產品的吸附力可達到200毫克以上。而未經過加工的原料麥麩的膽汁酸吸附力為每克30毫克。(圖1)表A加酶量對產品所具有的生物活性特征的影響對比

實施例2將顆粒度40-60目的麥麩懸浮于自來水中，以獲得25％重量的水懸浮液。用乳酸將其調到酸度為pH 5.6。在輕微攪拌的情況下加入表B中所示的酶制劑，加入量為10個活性單位/克原料。繼續(xù)保持攪拌并控制水解溫度45℃。整個反應過程為2.5個小時。之后用乳酸將反應水懸浮液的酸度調低至pH 2.5以中止酶反應并激活膽汁酸吸附活性。然后在30分鐘的靜止期后用過濾法除去水溶性物質。接下來用自來水洗滌以除去殘留的酸液，直至pH 4-7。將水洗后的制品干燥后即可獲得成分為80％以上的食物纖維素產品。
表B經不同酶加工后的產品所具有的生物活性特征對比

實施例3將顆粒度40-60目的麥麩懸浮于自來水中，以獲得25％重量的水懸浮液。用表C中所列的不同種的酸將其調到酸度為pH 5.6。在輕微攪拌的情況下加入酶制劑Pulpzymes(Novo-Nordisk)，加入量為10個活性單位/克原料。繼續(xù)保持攪拌并控制水解溫度45℃。整個反應過程為2.5個小時。之后用表C中所示的酸將反應水懸浮液的酸度調低至表中所示pH值，以中止酶反應并激活膽汁酸吸附活性。然后在30分鐘的靜止期后用過濾法除去水溶性物質。接下來用自來水洗滌以除去殘留的酸液，直至pH 4-7。將水洗后的制品干燥后即可獲得成分為80％以上的食物纖維素產品。
表C用不同酸中止酶反應并激活膽汁酸吸附能力

實施例4將顆粒度40-60目的表D中所示原料懸浮于自來水中，以獲得25％重量的水懸浮液。用乳酸將其調到酸度為pH 5.6。在輕微攪拌的情況下加入酶制劑Cytolase，加入量為10個活性單位/克原料。繼續(xù)保持攪拌并控制水解溫度45℃。整個反應過程為2.5個小時。之后用乳酸將反應水懸浮液的酸度調低至pH 2.5以中止酶反應并激活膽汁酸吸附活性。然后在30分鐘的靜止期后用過濾法除去水溶性物質。接下來用自來水洗滌以除去殘留的酸液，直至pH 4-7。將水洗后的制品干燥后即可獲得成分為80％以上的食物纖維素產品。
表D不同原料經酶法加工后的產品所具有的生物活性特征對比

實施例5將顆粒度為40-50目的麥麩懸浮于自來水中，獲得濃度為25％重量的懸浮液。先按每克原料加0.25個酶活性單位的用量，用α-淀粉酶(Takatherm L340 mile Lab Inc.制品)在60℃條件下處理2個小時。反應液用水洗滌后，用Cytolase 132在50℃處理2小時。用硫酸調至pH2.0以停止酶反應。靜止30分鐘，再用自來水洗滌，使pH回到4.0。得到的產品有吸水率每克13.7克和膽汁酸吸附力每克138毫克。
表E在實施例5條件下加工后的產品所具備生物活性特征對比

實施例6將麥麩用復合酶液如α-淀粉酶，果膠酶，蛋白酶脂肪酶等分別與木聚糖酶一起進行水解或是按時間順序先后進行水解，其產品的生物活性功能如下吸水率8-10克/克；膽汁酸吸附值100毫克/克。
本發(fā)明具有很多優(yōu)點。本發(fā)明的食物纖維素制品具有80％以上的食物纖維素含量，并具有希望的生物功能特征，例如與原材料相比，該制品的吸水量最高可增到原來的四倍，而膽汁酸的吸附量最高增到原來的七倍以上。本發(fā)明所用的酶制劑均系安全食用酶制品。同時，本發(fā)明方法非常簡單。
權利要求
1.一種食物纖維素制品，其膽汁酸的吸附能力為80毫克/克產品至200毫克/克產品，吸水性為8克/克產品至14克/克產品，并且其食物纖維素含量大于80％重量。
2.權利要求1所述的食物纖維素制品，其通過包括如下步驟的方法制備(i)提供谷殼類產品的水懸浮液；(ii)用半纖維素酶在pH 4-8，在30-70℃處理所述水懸浮液2-4小時，其中半纖維素酶用量為2-50個酶活性單位/克；(iii)用酸將經過酶處理的水懸浮液調節(jié)到pH 2-3.5，并靜止10-20分鐘；和(iv)用水將水懸浮液洗到pH 4-7然后干燥，得到食物纖維素制品。
3.制備權利要求1所述的食物纖維素制品的方法，其包括如下步驟(i)提供谷殼類產品的水懸浮液；(ii)用半纖維素酶在pH 4-8，在30-70℃處理所述水懸浮液2-4小時，其中半纖維素酶用量為2-50個酶活性單位/克；(iii)用酸將經過酶處理的水懸浮液調節(jié)到pH 2-3.5，并靜止10-20分鐘；和(iv)用水將水懸浮液洗到pH 4-7然后干燥，得到食物纖維素制品。
4.權利要求3所述的方法，其中所述的谷殼類產品選自麥麩，玉米皮，豆莢和稻殼中的一種或多種。
5.權利要求3所述的方法，其中所述的谷殼類產品選自大麥麥麩、小麥麥麩、燕麥麥麩、黑麥麥麩中的一種或多種。
6.權利要求3所述的方法，其中所述半纖維素酶是木聚糖酶。
7.權利要求3所述的方法，其中步驟(ii)中半纖維素酶水解條件包括溫度為40-50℃，pH 5-6，酶水解反應時間為2-4個小時。
8.權利要求3所述的方法，其中在半纖維素酶處理之前、期間或之后，使用其它酶制劑處理所述谷殼類物質的水懸浮液。
9.權利要求8所述的方法，其中所述其它酶制劑選自纖維素酶、淀粉酶、葡聚糖酶、果膠酶、脂肪酶、蛋白酶中的一種或多種。
10.權利要求3所述的方法，其中所述酸選自硫酸、磷酸、鹽酸，乙酸、乳酸、檸檬酸中的一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明提供一種食物纖維素制品，其膽汁酸的吸附能力為80毫克/克產品至200毫克/克產品，吸水性為8克/克產品至14克/克產品，并且其食物纖維素含量大于80％重量。還提供一種制備食物纖維素制品的方法，該方法包括(i)提供谷殼類產品的水懸浮液；(ii)用半纖維素酶在pH 4－8，在30－70℃處理所述水懸浮液2－4小時，其中半纖維素酶用量為2－50個酶活性單位/克；(iii)用酸將經過酶處理的水懸浮液調節(jié)到pH2－3.5，并靜止10分鐘以上；和(iv)用水將水懸浮液洗到pH 4－7然后干燥，得到食物纖維素制品。
文檔編號A23L1/308GK1871942SQ200510075409
公開日2006年12月6日 申請日期2005年5月31日 優(yōu)先權日2005年5月31日
發(fā)明者王永祥 申請人:煙臺市高新區(qū)海越麥芽有限公司