CN111588043A - 一种基于罗汉果废弃物的膳食纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种一种基于罗汉果废弃物的膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)打浆：(2)发酵；(3)固液分离；(4)超滤和膜分离；(5)浓缩；(6)醇析；(7)干燥；(8)烘烤粉碎过筛。本发明通过在发酵步骤中加入发酵剂和发酵助剂，并且控制罗汉果渣和上柱流出液的用量配比，其中上柱流出液即作为水溶性膳食纤维的来源，又能作为发酵的营养，有效将不溶性罗汉果膳食纤维部分转化为经济价值更高的水溶性膳食纤维，是一种将罗汉果废渣和废液进行综合利用的方法。所得产品的含量及收率高。

Description

一种基于罗汉果废弃物的膳食纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及膳食纤维的工业化制备方法，具体涉及一种基于罗汉果废弃物的膳食纤维及其工业化制备方法。

背景技术

罗汉果特产于广西的一种葫芦科藤本植物，具有清热解毒，止咳化痰的功效，可用于治高血压等症。罗汉果含甜味物质罗汉果甜苷(主要组分是甜苷V)，是三萜类葡萄糖糖苷，具有食用安全、甜度高、热量小等特征，甜度为蔗糖的260倍，热量仅为蔗糖的1/50。罗汉果在提取重要高倍甜味物质甜苷V后，其他副产物大多都是丢弃作肥料或者作污水处理了，造成极大的资源浪费和环保成本。

膳食纤维是一种既不能被胃肠道消化吸收又不产生能量的多糖，是营养学中七大营养素之一。其具有抗腹泻、预防肠癌、治理便秘、解毒、控制体重、降低血糖等各种生理功能。所以，膳食纤维越发受到人们的重视。所以基于罗汉果废弃物的资源化再利用，从其中提取罗汉果膳食纤维，对于提升罗汉果产业链附加值、实现价值最大化及保护生态环境都具有重要意义。

CN110028541A公开了一种罗汉果综合利用的提取方法，是以罗汉果为原料，通过酶解、水提、醇提之后剩余滤渣干燥即成罗汉果膳食纤维，该工艺达到了罗汉果渣的资源化再利用，但是其只得到了不溶性膳食纤维，其大量更具价值的可溶性膳食纤维未被分离和收集。

CN108851093公开了一种从罗汉果废液中分离水溶性膳食纤维和胶原蛋白的方法，是以罗汉果生产废液为原料，通过调节pH、蛋白酶解、超滤、葡聚糖凝胶层析、浓缩干燥即得水溶性纤维。该工艺之针对罗汉果废液进行处理，而罗汉果渣则未作处理，且使用的葡聚糖凝胶层析，其处理量极小，难以规模化，且极易发生堵塞情况。罗汉果废液经过PH调节后，其盐含量会比较高，对后续蛋白酶酶解反应非常不利，同时蛋白酶将废液中的酶解成小肽，其分子量从几百到几十万不等，从分子量大小而言，这些经过降解的小肽难以与膳食纤维形成明显的区别，而且后续的超滤及葡聚糖凝胶都是根据分子筛原理进行分离的，所以以这种物理分子筛的工艺分离膳食纤维和蛋白小肽的工艺理论上基本不可能实现。

CN107033209A公开了一种同时提取无农残罗汉果甜苷和水溶性膳食纤维的方法，是以罗汉果鲜果为原料，通过榨汁、煮沸、层析、超滤、纳滤、浓缩得到水溶性膳食纤维。该工艺用在除农残主要用到氧化铝和活性炭层析柱，氧化铝和活性炭主要通过物理吸附的方式纯化分离，农残有多达400多种，简单通过两个层析柱使其农残达到零含量，不现实。另外该工艺中的水溶性膳食纤维是通过超滤的截留液获得的，其是一种物理分子筛的原理，其中含量的大量的蛋白质，直接导致获得的膳食纤维含量较低，其应用范围局限性较大，商品价值也较低，且该工艺罗汉果渣未经进一步处理，资源浪费。

CN1397539A公开了一种从罗汉果残渣中提取多种有效成分的方法，是以罗汉果种子油提取渣经过分别经过碱和酸处理后得到的滤渣，经过干燥即为膳食纤维，或者通过醋酸铵浸泡后，蛋白酶酶解、淀粉酶水解后得到的滤渣，即为膳食纤维。该工艺都经过了酸或碱处理，对膳食纤维的结构破坏极大，同时该工艺制得是不溶性膳食纤维，其应用范围局限性较大，商品价值也较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，将罗汉果废渣和废液进行综合利用，提供一种从罗汉果废弃物可同时分离不溶性膳食纤维好水溶性膳食纤维的方法，且所得产品的含量及收率高，整个生产工艺都在条件温和的条件下进行，工艺过程可操作性强，成本低，不使用有毒有害化工溶剂，安全、绿色、环保，且生产成本低，可实现罗汉果废弃物的高效综合利用，适宜于工业化生产罗汉果废弃物的膳食纤维。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种基于罗汉果废弃物的膳食纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)打浆：将罗汉果渣进行打浆；

(2)发酵：将打浆后的罗汉果渣与上柱流出液的浓缩液合并，进行发酵；

(3)固液分离：将发酵液离心，得不溶物和上清液；

(4)超滤和膜分离：将步骤(3)的上清液超滤，其透过液过纳滤膜，取纳滤膜截留液；

(5)浓缩：将纳滤膜截留液浓缩，得浓缩液；

(6)醇析：向浓缩液中加入水溶性罗汉果膳食纤维的不良溶剂，取不溶物；

(7)干燥：将步骤(3)的不溶物和步骤(6)的不溶物分别进行干燥；

(8)烘烤粉碎过筛：将步骤(7)得到的干燥物分别烘烤、粉碎、过筛，分别得到不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维。

优选地，步骤(1)中，所述的罗汉果渣是罗汉果以水或醇水溶液为浸提溶媒提取之后的不溶物。所述的罗汉果为新鲜罗汉果或经过干燥处理的罗汉果，新鲜罗汉果为优选。

优选地，步骤(1)中，所述的打浆是将罗汉果渣进行粉碎处理，粒径控制在10目～80目。经过机械大奖破碎的罗汉果渣，其粒度会更小，便于后续快速发酵，提高发酵效率。

优选地，步骤(2)中，所述的上柱流出液为罗汉果浸提液经过大孔树脂层析后的流出液，需要经过浓缩至5～10brix得到浓缩液后和打浆后的罗汉果渣混合。

优选地，步骤(2)中，所述的发酵是在加入发酵剂和发酵助剂存在下进行，发酵剂是以实现可以分解纤维素、半纤维素及果胶等不溶物物质为目的微生物，包括但不限于木霉菌、曲霉菌、青霉菌、根霉菌及芽孢杆菌中的一种或多种组合。优选为木霉菌和曲霉菌按照质量比1-2:1-2的复配。

所述发酵助剂为葡萄糖，蔗糖，果糖，蛋白胨、嘌呤中的至少一种，优选为，蔗糖，蛋白胨和嘌呤的复配。更优选为蔗糖，蛋白胨和嘌呤按照质量比2-4：4-6：1-2的复配。

进一步地，罗汉果渣，发酵剂，发酵助剂的质量比为100：10-15：15-20。

罗汉果渣其绝大部分都是难溶性膳食纤维，单独难以发酵，而上柱流出液则是经过树脂吸附甜苷V后的废液，除了甜苷V被分离出来，其他譬如糖、氨基酸、维生素及水溶性膳食纤维等各种营养物质都保留在上柱流出液中，其本身是非常好的培养基。同时向发酵液中添加发酵助剂可快速启动发酵，使发酵微生物快速形成种群优势，避免发生发霉变质。在发酵过程中，微生物以上柱流出液为营养物质的同时，还可以分解不溶性性罗汉果渣，促使罗汉果渣中的不让物质降解成可溶性物质。譬如长链的不溶物纤维素降解成断链的可溶性纤维素等，从而提高了水溶性膳食纤维的得率。

发明人预料不到地发现，在上述发酵助剂和发酵剂的复配作用下，发挥了协同配合的作用，使得罗汉果果渣和上柱流出液发酵效率高，促使不溶性罗汉果膳食纤维转化为经济价值更高的水溶性罗汉果膳食纤维。本发明巧妙地利用了罗汉果的主要废弃物，即罗汉果果渣和上柱流出液，并且上柱流出液即充当了水溶性罗汉果膳食纤维的来源，还充当了发酵菌的营养源，不需要添加其他物质，就能以极高的收率分别获得了纯度很高的不溶性罗汉果膳食纤维和水溶性的膳食纤维，特别是经济价值高的水溶性膳食纤维。本发明提供的方法是罗汉果资源的综合利用，既消除了以往罗汉果废料需要处理造成的资源浪费，又能变废为宝，为罗汉果提供了极具发展潜力和经济价值一种研发思路。

在本发明的一个实施方案中，罗汉果渣与上柱流出液浓缩液的重量比为1：5-50，优选为1：10-27。

发明人发现，将罗汉果渣和上柱流出液的用量调配在上述范围内，能够最为合理的充分利用罗汉果资源，以最高效率，最高经济价值获取高质量的罗汉果膳食纤维。上柱流出液用量过少，不足以提供发酵所需的营养源，导致发酵效率不高，最终产品水溶性罗汉果膳食纤维收率低；上柱流出液用量过多，造成营养源的浪费。

优选地，步骤(2)中，发酵条件为温度30～60℃、时间6～24h，并持续搅拌。

步骤(3)中，所述的离心是以实现固液分离为目的，没有特别的限定，包括但不限于三足式布袋离心、蝶式离心、卧螺离心或管式离心中的一种或多种组合，卧螺离心与蝶式离心组合为最佳。

优选地，步骤(4)中，所述的超滤为截留分子量为20～80万Da，纳滤为截留分子量为3000～10000Da。超滤可以进一步除去不溶性物质，而纳滤则可以除去以盐、色素、氨基酸为主的小分子物质。

优选地，步骤(5)中，所述的浓缩是以减少水分含量为目的，包括但不限于膜浓缩、真空浓缩、刮板式浓缩或多效蒸发浓缩中的一种或多种组合。浓缩的终点为浓缩至40-50brix。

步骤(6)中，所述的加入不良溶剂促使水溶性膳食纤维的溶解度降低而被析出。所述水溶性膳食纤维的不良溶剂包括醇，酮，醚以及它们的组合。所述醇的种类没有特别限定，比如乙醇，丙醇，异丙醇，丁醇等。所述酮选自丙酮。所述醚选自乙醚。所述不良溶剂优选为食用乙醇。

步骤(6)中，所述的不溶物是经过蝶式离心、卧螺离心或管式离心中的一种离心而制得。

步骤(7)中，所述的干燥是以除去水分为目的，没有特别的限定包括但不限于鼓风干燥、真空干燥、微波干燥及冷冻干燥中的一种或多种组合，微波干燥为最优。

步骤(8)中，所述的烘烤的温度为120～200℃，时间为3～8h，并保持搅拌状态。所述的粉碎过筛为达到过100～200目筛网为目的。对制得膳食纤维进行高温烘烤，可以直接提高其特有焦香香气和罗汉果果香，在添加到食品中后，可提高食品的风味。

本发明方法的原理是：

罗汉果水提液中含有大的营养物质可供微生物发酵，而罗汉果渣营养物质匮乏难以发酵却含有大量的不溶性膳食纤维，本发明巧妙地结合两者，将罗汉果水提液和罗汉果渣共同进行发酵处理，促使罗汉渣不溶物膳食纤维的降解，提高水溶性膳食纤维的得率，然后结果固液分离，将不溶膳食纤维和可溶性膳食纤维分离，再经过超滤和纳滤，除去大粒径物质和小分子物质，以分离水溶性膳食纤维。然后通过醇沉膳食纤维，将固液分离的不溶物物质和醇沉不溶物进行干燥并进行高温提香、粉碎、过筛分别得到不溶物膳食纤维和可溶性膳食纤维。

本发明方法的有益效果如下：

(1)本发明可同时实现罗汉果渣和罗汉果上柱流出液的资源化再利用，实现附加值高值化。

(2)本发明方法所得不溶性膳食纤维含量≥80％，水溶性膳食纤维含量≥90％，膳食纤维总收率≥80％。

(3)本发明方法所得不溶性膳食纤维的转化率高(即由不溶性膳食纤维转为水溶性膳食纤维的量占不溶性膳食纤维的百分比)，极大提高了提高了罗汉果废弃物的经济价值，极具市场竞争力。

(4)本发明得到的不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维除了富含罗汉果果香味，还具有特有的焦香味。

(5)本发明方法提供了一种全新从罗汉果废弃物可同时分离不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维的方法，且所得产品的含量及收率高，整个生产工艺都在条件温和的条件下进行，工艺过程可操作性强，成本低，不使用有毒有害化工溶剂，安全、绿色、环保，且生产成本低，可实现罗汉果废弃物的高效综合利用，适宜于工业化生产罗汉果废弃物的膳食纤维。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例所使用的罗汉果渣及上柱流出液都来源于湖南华诚生物资源股份有限公司，其中，罗汉果渣中不溶性膳食纤维含量为35.7wt％；上柱流出液折换为固形物后，水溶性膳食纤维含量为28.3wt％；本发明实施例所使用的原料或化学试剂，如无特殊说明，均通过常规商业途径获得。

本发明实施例中，依据《GB/T 5009.88-2008食品中膳食纤维的测定》的方法对不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维进行测定。

实施例1

(1)打浆：取以水为溶媒浸提后的新鲜罗汉果渣183kg，打浆至10目；

(2)发酵：将上柱流出液浓缩至10brix后，取2000kg浓缩液(折换成固形物为200kg)与罗汉果渣混合，而后加入10kg发酵助剂(蔗糖：蛋白胨：嘌呤＝3:6:1)和发酵剂20kg木霉菌，在温度为40℃条件下发酵12h，期间保持搅拌状态。

(3)固液分离：将发酵好的发酵液分别经过卧螺离心和蝶式离心，分别收集不溶物和可溶物。

(4)超滤：将可溶物过40万Da超滤膜取透过液，然后其透过液过5000Da纳滤膜，收集截留液。

(5)浓缩：将收集的截留液利用三效蒸发浓缩器进行浓缩至45brix。

(6)醇析：向浓缩液中注入4倍体积的95％的乙醇，并静置6h后，蝶式离心取不溶物。

(7)干燥：将步骤(3)和步骤(6)的不溶物进行微波干燥。

(8)烘烤粉碎过筛：将步骤(7)得到的干燥物分别在温度150℃烘烤6h后，粉碎过100目筛，即分别得到不溶性膳食纤维29.4kg和可溶性膳食纤维82.8kg。

经测定，本实施例所得不溶性膳食纤维含量为83.2％，可溶性膳食纤维含量为92.4％，膳食纤维总收率82.8％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例2

(1)打浆：取以水为溶媒浸提后的新鲜罗汉果渣183kg，打浆至60目；

(2)发酵：将上柱流出液浓缩至8brix后，取5000kg浓缩液(折换成固形物为400kg)与罗汉果渣混合，而后加入15kg发酵助剂(蔗糖：蛋白胨：嘌呤＝2:4:2)和发酵剂15kg曲霉菌，在温度为30℃条件下发酵24h，期间保持搅拌状态。

(3)固液分离：将发酵好的发酵液经过三足式离心机离心，分别收集不溶物和可溶物。

(4)超滤：将可溶物过60万Da超滤膜取透过液，然后其透过液过1万Da纳滤膜，收集截留液。

(5)浓缩：将收集的截留液利用刮板式蒸发浓缩器进行浓缩至40brix。

(6)醇析：向浓缩液中注入3倍体积的95％的乙醇，并静置8h后，管式离心取不溶物。

(7)干燥：将步骤(3)和步骤(6)的不溶物进行微波干燥。

(8)烘烤粉碎过筛：将步骤(7)得到的干燥物分别在温度200℃烘烤3h后，粉碎过160目筛，即分别得到不溶性膳食纤维24.9kg和可溶性膳食纤维143.2kg。

经测定，本实施例所得不溶性膳食纤维含量为86.5％，可溶性膳食纤维含量为95.5％，膳食纤维总收率88.6％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例3

(1)打浆：取以水为溶媒浸提后的新鲜罗汉果渣183kg，打浆至80目；

(2)发酵：将上柱流出液浓缩至10brix后，取3500kg浓缩液(折换成固形物为350kg)与罗汉果渣混合，而后加入13kg发酵助剂(蔗糖：蛋白胨：嘌呤＝3:5:1.5)和发酵剂10kg木霉菌，10kg曲霉菌，在温度为60℃条件下发酵8h，期间保持搅拌状态。

(3)固液分离：将发酵好的发酵液经过卧螺离心，分别收集不溶物和可溶物。

(4)超滤：将可溶物过20万Da超滤膜取透过液，然后其透过液过3000Da纳滤膜，收集截留液。

(5)浓缩：将收集的截留液利用五效蒸发浓缩器进行浓缩至50brix。

(6)醇析：向浓缩液中注入5倍体积的95％的乙醇，并静置4h后，蝶式离心取不溶物。

(7)干燥：将步骤(3)和步骤(6)的不溶物进行微波干燥。

(8)烘烤粉碎过筛：将步骤(7)得到的干燥物分别在温度120℃烘烤8h后，粉碎过120目筛，即分别得到不溶性膳食纤维23.1kg和可溶性膳食纤维138.5kg。

经测定，本实施例所得不溶性膳食纤维含量为85.9％，可溶性膳食纤维含量为92.1％，膳食纤维总收率89.4％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例4

其他条件和步骤和实施例3相同，区别仅在于步骤(2)中，发酵助剂中，蔗糖：蛋白胨：嘌呤＝2:2:1。

经测定，最终得到得到不溶性膳食纤维26.3kg和可溶性膳食纤维132.2kg。所得不溶性膳食纤维含量为86.4％，可溶性膳食纤维含量为90.3％，膳食纤维总收率86.1％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例5

其他条件和步骤和实施例3相同，区别仅在于步骤(2)中，发酵助剂为11kg的蔗糖和蛋白胨按照质量比3:5的复配。

经测定，最终得到得到不溶性膳食纤维26.6kg和可溶性膳食纤维124.9kg。所得不溶性膳食纤维含量为85.7％，可溶性膳食纤维含量为91.7％，膳食纤维总收率83.6％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例6

其他条件和步骤和实施例3相同，区别仅在于步骤(2)中，发酵助剂为11kg的蛋白胨和嘌呤按照5:1.5的复配。

经测定，最终得到得到不溶性膳食纤维25.8kg和可溶性膳食纤维126.5kg。所得不溶性膳食纤维含量为86.4％，可溶性膳食纤维含量为91.2％，膳食纤维总收率83.8％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例7

其他条件和步骤和实施例3相同，区别仅在于步骤(2)中，发酵助剂为11kg的蔗糖和嘌呤按照2:1的复配。

经测定，最终得到得到不溶性膳食纤维29.4kg和可溶性膳食纤维117.6kg。所得不溶性膳食纤维含量为87.1％，可溶性膳食纤维含量为93.0％，膳食纤维总收率82.1％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

实施例8

其他条件和步骤和实施例3相同，区别仅在于步骤(2)中，取1000kg糖度为10brix的浓缩液(折换成固形物为100kg)与罗汉果渣混合。

经测定，最终得到得到不溶性膳食纤维31.8kg和可溶性膳食纤维55.8kg。所得不溶性膳食纤维含量为88.2％，可溶性膳食纤维含量为91.7％，膳食纤维总收率84.6％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味和特有的焦香味。

对比例1

其他条件和步骤和实施例3相同，区别仅在于步骤(2)中，不加入发酵助剂。

经测定，最终得到得到不溶性膳食纤维54.7kg和可溶性膳食纤维92.9kg。所得不溶性膳食纤维含量为85.4％，可溶性膳食纤维含量为90.3％，膳食纤维总收率79.5％。制得的膳食纤维富含罗汉果果香味，但没有特有的焦香味。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于罗汉果废弃物的膳食纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)打浆：将罗汉果渣进行打浆；

(2)发酵：将打浆后的罗汉果渣与上柱流出液的浓缩液合并，进行发酵；

(3)固液分离：将发酵液离心，得不溶物和上清液；

(4)超滤和膜分离：将步骤(3)的上清液超滤，其透过液过纳滤膜，取纳滤膜截留液；

(5)浓缩：将纳滤膜截留液浓缩，得浓缩液；

(6)醇析：向浓缩液中加入水溶性罗汉果膳食纤维的不良溶剂，取不溶物；

(7)干燥：将步骤(3)的不溶物和步骤(6)的不溶物分别进行干燥；

(8)烘烤粉碎过筛：将步骤(7)得到的干燥物分别烘烤、粉碎、过筛，分别得到不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的打浆是将罗汉果渣进行粉碎处理，粒径控制在10目～80目。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的上柱流出液为罗汉果浸提液经过大孔树脂层析后的流出液，经过浓缩至5～10brix，得到浓缩液后和打浆后的罗汉果渣混合。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的发酵是在加入发酵剂和发酵助剂存在下进行。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述发酵剂木霉菌、曲霉菌、青霉菌、根霉菌及芽孢杆菌中的一种或多种组合；优选为木霉菌和曲霉菌按照质量比1-2:1-2的复配。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述发酵助剂为葡萄糖，蔗糖，果糖，蛋白胨、嘌呤中的至少一种，优选为蔗糖，蛋白胨和嘌呤的复配。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述发酵助剂为蔗糖，蛋白胨和嘌呤按照质量比2-4：4-6：1-2的复配。

8.如权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，罗汉果渣，发酵剂，发酵助剂的质量比为100：10-15：15-20。

9.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，罗汉果渣与上柱流出液浓缩液的重量比为1：5-50，优选为1：10-27。

10.优选地，步骤(2)中，发酵条件为温度30～60℃、时间6～24h，并持续搅拌。