以果渣為原料制備有機(jī)酸及微晶纖維素的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本
【發(fā)明內(nèi)容】
屬于生化物品的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及利用從水果加工后排出的果渣中 提取保健和醫(yī)療活性成分的方法，特別是一種以果渣為原料制備有機(jī)酸及微晶纖維素的方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國果業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)量和種植面積均位居世界第一，陜西是我國以蘋果為主要品種 的水果種植第一大省，2004年的蘋果年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到555萬噸，占全國蘋果總產(chǎn)量的22%， 根據(jù)有關(guān)報(bào)道，預(yù)計(jì)到2015年，全省各種水果的產(chǎn)量將達(dá)到1600萬噸，占世界總產(chǎn)量的十 分之一，水果業(yè)已成為陜西省主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。但目前陜西省乃至國內(nèi)水果的銷售渠道仍多 依靠推銷鮮果和生產(chǎn)蘋果汁等有限的幾種方式，這類方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今果品經(jīng)濟(jì) 發(fā)展和生產(chǎn)的需要。為了解決水果的銷路問題，國內(nèi)水果產(chǎn)區(qū)各級政府官員和本領(lǐng)域諸多 技術(shù)人員均花費(fèi)了巨大的力量，希望擴(kuò)大市場，打開一條通往國際市場的通道，但迄今為止 水果的銷路問題仍然是困擾國內(nèi)各產(chǎn)區(qū)果業(yè)發(fā)展的主要問題，為此本領(lǐng)域也亟待研發(fā)出更 多的果品深加工產(chǎn)品，以擴(kuò)展果品銷售渠道。
[0003] 另一方面，隨著水果種植面積和產(chǎn)量的大幅度上升，目前我國水果產(chǎn)品（如果汁 等）加工中每年排出水果渣160多萬噸，但僅有少量果渣被用于深加工和直接作飼料，絕大 部分則用于堆肥或被遺棄，造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。據(jù)研宄發(fā)現(xiàn)，果渣內(nèi)含有較 高的L-有機(jī)酸成分和大量的優(yōu)質(zhì)食用纖維素，其中L-蘋果酸屬三羧酸循環(huán)中的重要成員 之一，是當(dāng)今國內(nèi)外市場急需的有機(jī)酸產(chǎn)品，它不僅可以開發(fā)成酸化劑、防腐劑，而且可以 作為藥物和低熱量食品的理想添加劑和化學(xué)合成原料，用于生產(chǎn)表面活性劑、消臭劑、洗滌 劑、染色劑等。根據(jù)經(jīng)濟(jì)信息報(bào)道，國際市場上對L-蘋果酸需求量快速增加，近二年來，一 直保持年均10%左右高速度增加，美國是世界上L-蘋果酸的主要生產(chǎn)國，年產(chǎn)量超過8000 噸，但現(xiàn)在每年仍要從日本進(jìn)口來滿足國內(nèi)需求，西歐市場也十分緊俏，我國目前有機(jī)酸行 業(yè)生產(chǎn)L-蘋果酸的水平，僅僅依靠利用富馬酸、反丁烯二酸或順丁烯二酸合成L-蘋果酸， 或利用糖類通過直接發(fā)酵法、二次發(fā)酵法及糖類酶法等生產(chǎn)蘋果酸，工藝成本高、技術(shù)落 后，這種現(xiàn)狀使我國L-蘋果酸產(chǎn)品長期以來一直依賴進(jìn)口。食用纖維素和微晶纖維素（簡 稱MCC)是具有廣泛用途的新型食品和藥品原料。從人體保健和營養(yǎng)學(xué)角度而言，適量補(bǔ)充 纖維素不僅可以促進(jìn)腸道的蠕動(dòng)、刺激腸壁吸收水分、保持腸道潤滑、消除便秘和預(yù)防各類 腸道疾病，同時(shí)，纖維素可以吸附人體內(nèi)過量脂肪，縮短營養(yǎng)素在體內(nèi)的滯留時(shí)間，阻斷人 體對它們的過量吸收，防止人體由于吸收了大量的卡路里卻排便不暢而產(chǎn)生肥胖，還可以 清除體內(nèi)毒素，消除青春痘及斑點(diǎn)，使皮膚變得光滑細(xì)膩，使身材變得窈窕纖細(xì)。研宄發(fā)現(xiàn)， 以往果渣之所以沒有得到有效地開發(fā)利用，主要是由于果皮中有毒物質(zhì)含量過高，處理起 來費(fèi)困難、成本高，沒有較好的去除蘋果皮毒物的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于利用水果加工行業(yè)的果渣為原料，提供一種采用現(xiàn)代生物技術(shù) 和生物提取技術(shù)制備有機(jī)果酸和食用微晶纖維素產(chǎn)品的方法，解決果渣有效利用問題，進(jìn) 而達(dá)到有效利用多種農(nóng)副產(chǎn)品資源，保護(hù)環(huán)境等目的。
[0005] 本發(fā)明所述的制備方法包括從果渣中制備有機(jī)酸的方法以及利用提取過有機(jī)果 酸后的渣柏制備微晶纖維素的方法，其特征在于將果渣依次經(jīng)過去毒處理、微生物菌種培 養(yǎng)、發(fā)酵和提取的工藝步驟后制得有機(jī)果酸產(chǎn)品，以及再將提取過有機(jī)酸后的渣柏依次通 過提取、洗滌除雜、漂白、干燥的工藝步驟后制得微晶纖維素產(chǎn)品。
[0006] 本發(fā)明的具體工藝步驟包括：
[0007] 一、有機(jī)酸的制備
[0008] 1、去毒處理--將一定量的果渣放入反應(yīng)不銹鋼容器內(nèi)，加入6~8倍量的純 凈水，保持溫度到26°C時(shí)，在容器內(nèi)分別加入占渣水量0.02%的維生素 C、l%的檸檬素和 0. 1 %的NaCl，浸泡24小時(shí)后，渣液通過離心機(jī)離心，去除水分，得經(jīng)去毒處理后的蘋果渣；
[0009] 2、菌種培養(yǎng)一將保存在麥芽汁瓊脂斜面上的曲霉163孢子用無菌水沖洗，接到三 角瓶中；瓶中裝有液體培養(yǎng)基，在22~28°C靜置培養(yǎng)2~4天，待長出大量孢子后接到裝 有種子培養(yǎng)基的種子罐中，裝液量占罐體容積量的70% ;三角瓶和種子罐內(nèi)裝有下述種子 培養(yǎng)基，單位為克/升：
[0010] 經(jīng)去毒處理后的果渣 50 葡萄糖 10 麩皮 10 FeS〇4 0.5 K2HPO4 0.2 NaCl 0.01 MgS〇4 0.1 CaC〇3 60
[0011] 在對罐內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行100°C滅菌20~30分鐘后，冷至40°C以下，加入單獨(dú)滅菌的 CaCO3，接種曲霉163孢子后在25~34°C通氣攪拌培養(yǎng)，通氣量0. 15~0. 3vvm，罐壓維持 lOOkPa，按每50升罐加20毫升的量加入泡敵抑制泡沫生成，培養(yǎng)18~20小時(shí)后接入生產(chǎn) 罐；
[0012] 3、發(fā)酵--將經(jīng)上述第2步驟后的接種物在生產(chǎn)罐內(nèi)進(jìn)行發(fā)酵培養(yǎng)，生產(chǎn)罐裝有下 述發(fā)酵培養(yǎng)基，單位為克/升：
[0013] 經(jīng)去毒處理后的果渣 60 葡萄糖 15 麩皮 10 FeS〇4 0.5 K2HPO4 0.2 NaCl 0.01 MgS〇4 0, I CaC〇3 60
[0014] 發(fā)酵培養(yǎng)基除CaCO3以外，直接在生產(chǎn)罐內(nèi)配制，在緩慢攪拌下直接通蒸汽升溫至 100°C，維持20分鐘滅菌，冷至40°C時(shí)，加入經(jīng)120°C干熱2小時(shí)的單獨(dú)滅菌的CaCO 3;當(dāng)溫 度降到35°C時(shí)，接種10%種子培養(yǎng)液，通氣攪拌進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)控制溫度28°C~35°C， 通氣量0. 4vvm，攪拌轉(zhuǎn)速90r/min，發(fā)酵24小時(shí)后，加入罐內(nèi)物料量0. 2%的解脂假絲酵母 ATTCC8662細(xì)胞混合酶液，繼續(xù)發(fā)酵過程約需30~40小時(shí)，待殘?zhí)墙档?克/升以下，得成 熟的濃漿狀發(fā)酵醪；
[0015] 4、提取有機(jī)果酸一一將經(jīng)上述第3步驟后得到的發(fā)酵醪放入酸解糟中，用無砷硫 酸在攪拌下緩緩進(jìn)行酸解至PH2. 0~4. 0, 一般為pH2. 5,酸解2個(gè)小時(shí)后，采用鹼中和、過 濾，再重復(fù)1次，然后，選擇D301為提純有機(jī)酸的樹脂，對生產(chǎn)中混合料液的有機(jī)酸溶液進(jìn) 行分咼，分咼條件為pH為3. 4,流速為1. 5~2. 5毫升/分，米用該方法獲得有機(jī)酸。
[0016] 二、微晶纖維素的制備
[0017] 1、提取一一選用勻漿機(jī)將提取過有機(jī)果酸后的渣柏用液進(jìn)行勻漿，將其中的果渣 均勻的粉碎，離心，干躁，獲得尺寸約在10 μ m左右的顆粒狀粉末微晶纖維素產(chǎn)品；
[0018] 2、洗絳除雜 用清水對顆粒狀粉末廣品進(jìn)行2~3次洗絳除雜；
[0019] 3、漂白一一用濃度為1~15%的漂白劑在常溫條件下對洗滌除雜后的產(chǎn)品進(jìn)行 漂白處理，漂白劑用量為產(chǎn)品重量的0.5~2倍，時(shí)間為1~3小時(shí)，至微晶纖維素白度多60 時(shí)止；用清水洗滌1~3次至PH5~7,每次用水量為產(chǎn)品重量的5~15倍；用淀粉-碘化 鉀指示劑檢驗(yàn)不變色為止；
[0020] 4、干燥一一將漂白后的微晶纖維素離心脫水后放入烘干裝置內(nèi)干燥，溫度控制在 20~150°0，至含水<5%時(shí)止；
[0021] 5、粉碎包裝--將烘干料用粉碎機(jī)粉碎，用40~900目的篩網(wǎng)過篩，按常規(guī)法檢 驗(yàn)包裝后，得成品微晶纖維素。
[0022] 本發(fā)明采用傳統(tǒng)微生物發(fā)酵和現(xiàn)代微生物提取技術(shù)相結(jié)合的方法，直接利用水果 行業(yè)的果渣或次產(chǎn)品為原料，發(fā)酵生產(chǎn)微生物菌粉，然后，從微生物菌粉中提取有機(jī)果酸和 副產(chǎn)品微晶纖維素，不僅保障產(chǎn)品的安全性能，而且生產(chǎn)工藝成熟、易行，成本低，具有生產(chǎn) 技術(shù)的創(chuàng)新性和應(yīng)用推廣價(jià)值。該項(xiàng)技術(shù)的主要特點(diǎn)是載體廉價(jià)、無毒、原料來源廣泛、制 備簡便，其固定化回收率高達(dá)90%以上，工作穩(wěn)定性好，生產(chǎn)過程無三廢，產(chǎn)品質(zhì)量好。該項(xiàng) 目的副產(chǎn)品微晶纖維素是天然纖維素在酸性介質(zhì)中水解使分子量降低到一定的范圍成為 尺寸約IOym左右的顆粒狀粉末產(chǎn)品，在醫(yī)藥工業(yè)上用作藥物賦型劑，有比利用淀粉或淀 粉衍生物更好的優(yōu)越性；同時(shí)微晶纖維素也是人體所必需的七種營養(yǎng)素之一，它能促進(jìn)腸 胃的蠕動(dòng)，幫助我們消化食物，清掃人體內(nèi)部有害的物質(zhì)，預(yù)防心血管疾病，在國內(nèi)外市場 亦屬新型和緊俏物質(zhì)。此外，本發(fā)明項(xiàng)目在生產(chǎn)有機(jī)果酸的過程中，就已經(jīng)解決了纖維素的 酸解問題，使項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)濟(jì)效益更加明顯。
[0023] 本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施不僅為水果產(chǎn)品拓寬銷路，而且為果品深加工產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn) 品利用開辟了一條新途徑，為有機(jī)酸行業(yè)的發(fā)展提供了廉價(jià)的新資源，解決了長期以來我 國依靠合成生產(chǎn)有機(jī)酸產(chǎn)品存在的成本高和主要依靠進(jìn)口等問題，也解決了目前果業(yè)循環(huán) 發(fā)展中存在的浪費(fèi)資源和污染環(huán)境的問題，增加了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收入，達(dá)到了發(fā)展果業(yè)的目 的。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 本發(fā)明所述的制備方法包括以水果渣為原料，采用直接發(fā)酵生產(chǎn)工藝和酶法生產(chǎn) 工藝結(jié)合起來進(jìn)行有機(jī)酸生產(chǎn)，然后再利用生產(chǎn)有機(jī)酸的渣柏生產(chǎn)微晶纖維素的方法，其 具體工藝程序如下：
[0025] 一、果渣去毒處理
[0026] 將水果渣蘋果放入反應(yīng)不銹鋼容器內(nèi)，加入10倍量的純凈水，保持溫度到26°C 時(shí)，在容器內(nèi)分別加入占渣水量0. 02%的維生素 C、1 %的檸檬素和0. 1 %的NaCl，