浅析植物中膳食纤维提取方法的专利技术

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　　摘  要：膳食纤维被称为“第7类营养素”，其在改善食品的保健价值、食用品质、加工特性中有着较高的应用价值。该文通过分析相关专利，以期为膳食纤维提取方法的专利布局提供参考。
　　关键词：膳食纤维;提取;专利技术
　　中图分类号 TS721 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2019）08-0101-02
　　研究表明，膳食纤维对人体血糖、血脂有着良好的调节作用，也可有效预防糖尿病、肥胖症等[1]。因此，关注膳食纤维的提取方法，具有重要的研究意义。植物中膳食纤维的提取方法，按照提取原理的不同，主要分为直接提取法和杂质除去法2种。直接提取法操作简便，但提取率低，应用范围窄，主要应用于可溶性膳食纤维的提取，现有的专利申请中多数涉及杂质除去法。由于生物体的复杂多样性，单一的方式无法满足不同植物的膳食纤维提取的要求，因此，越来越多的研究开始向多种方法结合提取方向发展。后续更是逐渐发展出采用一些物理、化学的前处理手段来促进后续除杂提纯的效率和效果。本文就膳食纤维提取方法的专利技术进行了梳理，以期为膳食纤维的提取方法的研究提供参考。
　　1 直接提取法
　　直接提取法主要分溶剂提取法和物理粉碎法2种。1987年US19870090919A最早公开使用直接粉碎法制备膳食纤维。在1990—2000年期间，国外陆续有公司和个人对物理粉碎法进行改进，主要的改进点在于通过不同的物理法（如超微粉碎、湿磨等）对植物进行破壁处理，释放其中的膳食纤维，从而提高膳食纤维的提取效率。国内从2004年开始对物理法提取膳食纤维有相关的专利申请，虽然起步较晚，但是其采用的手段相对先进，如国内的申请中结合了瞬时闪蒸（CN1620908A）、胶体磨研磨（CN101032304A）、超声波（CN101756119A）、亚临界水提取（CN103652945A）等技术，极大地提高了提取的效率。
　　关于溶剂提取法，最早由1993年韩国IL YANG医药公司（KR19940004856A）公开采用醇提法获取白参中的膳食纤维，接下来在1998—2000年陆续申请了采用醇提法获取不同植物中膳食纤维的方法。为了克服醇提法容易存在有机溶剂残留的缺陷，2001年日本的不二制油（JP3772833B2）公开采用水热法提取可可皮中的膳食纤维的方法。国内在2008年开始有采用水热法提取膳食纤维的申请出现，同样国内在基础的水热提取上增加了新的辅助技术，如微波加热等，以提高提取的效率。
　　2 杂质除去方法
　　杂质除去法主要是相对于直接提取法而言，其主要是将植物中除膳食纤维以外的组分通过一定的方法去除，最后获得所需的膳食纤维的方法。主要有酶法、化学法、物理法、微生物发酵法和复合法等。
　　2.1 酶法 酶法是用酶逐一除去原料中除膳食纤维外的其他组分，主要包括蛋白质、脂肪、还原糖、淀粉等，最后获得膳食纤维的方法。常用的酶包括淀粉酶、蛋白酶、半纤维素酶、阿拉伯聚糖酶等[2]。该方法最早是由美国SEC OF AGRIC（US4996063A）公开采用酶法酶解燕麦，从而获取其中的膳食纤维，酶解主要使用纤维素酶用于破坏植物中的细胞壁。此后，续逐渐出现针对植物中蛋白质、脂肪、淀粉等杂质采用不同酶进行酶解。针对不同的植物，还出现了采用多种酶进行复合酶解，从而提高了膳食纤维的纯度，部分还针对于植物中的其他组分进行酶解，如植酸、粗纤维等。
　　2.2 化学法 膳食纤维主要存在于植物细胞中，且常与植物细胞中蛋白质、淀粉或脂肪等杂质相结合，采用一定的分离法将膳食纤维与杂质进行有效的分离，可以大幅度地提高提取的效率和纯度。1990年日本最早出现了化学法除杂（JPH03232475A），主要是使用酸碱与杂质反应，从而实现除去杂质的目的。在1993—2013年期间，国内外陆续出现了许多采用酸碱法对不同植物进行膳食纤维提取的申请，改进点均在于针对不同提取原料选择不同的酸或碱以及处理的条件优化，从而提高提取效率。2013年北京林业大学提出采用电解水代替氢氧化钠来进行膳食纤维的提取，电解水在提取完成后提取液变为中性，不仅避免了环境污染，而且产量和纯度高，有较好的物化特性，符合现代工业的要求[3]。
　　2.3 物理法 1996年日本的FUKUI KEN公司（JPH1015 8306A）提出采用活性炭吸附提取洋葱中可溶性膳食纤维;2000年韩国的YONSEI大学将双螺旋挤压技术应用到膳食纖维杂质的去除中，提高了膳食纤维的提取效率;2004年黑龙江省北大荒麦业有限责任公司提出根据混合物中的蛋白质颗粒和纤维素、半纤维素、果胶混合颗粒比重的不同，在高速旋转过程中，利用离心力的大小，分离出纤维素含量丰富的膳食纤维的细粉。该方法采用纯物理的方式获取膳食纤维，避免了化学污染，提高了生产过程环保性和安全性[4]。2007年美国的NUTRIFINA PTY公司（US2011028427A1）提出采用超声法可以将糖与纤维有效分离，2010年河南省农科院（CN101933616A）提出采用固态气爆的方式提取膳食纤维，克服了传统方法对膳食纤维损失的严重的缺点。此外，在2010—2013年期间国内还陆续出现了结合不同物理手段提取膳食纤维的方法，如超声、微波、高压蒸煮、高剪切乳化等，均不同程度的提高了不同植物膳食纤维的提取的效率。
　　2.4 微生物发酵法 微生物发酵法生产的膳食纤维色泽、质地、气味和分散程度均优于化学法，比化学提取法得到的膳食纤维有更高的持水力和得率[2]。相对于上述提取技术而言，微生物发酵法出现的相对较晚，1999年日本的南條博道（JP2000245391A）最早提出了对白菜进行发酵从而获取膳食纤维的方法，2004年广西大学（CN1586305A）申请采用食用菌对甘蔗渣或玉米渣进行发酵以获取膳食纤维的方法。2005—2012年期间，国内出现了大量通过微生物发酵法生产膳食纤维的申请。国内的研究中开发了里氏木霉（东北农业大学CN101161 103A）、乳酸菌（河南科技大学CN101999673A）、灵芝菌（苏州百趣食品有限公司CN102630950A）、真菌姬松茸（浙江省医学科学院CN103393128A）等微生物对富含膳食纤维的原料进行发酵。 　　2.5 复合法 不同方法存在各自的优缺点，将不同的方法结合、扬长避短，可以有效提高膳食纤维的提取效率。1995年吕永奎（CN1130035A）提出采用中性洗涤剂（除去糖、蛋白质、脂肪、单宁、色素和蜡等成分）结合α-淀粉酶（除去淀粉）提取植物中的膳食纤维，这是首个提出将化学法与酶法结合的方法;2001年日本的DOKU公司（JP4067805B2）申请的专利中将微粉化、高温蒸煮（即物理法）与酶法结合提取膳食纤维。之后陆续出现了一系列的复合法的申请，其中结合了大量化学和物理的新技术，如机械活化、二氧化碳爆破、超声、微波等，并对操作参数进行了优化，以实现方法之间的协同效果。物理-化学法：采用乳酸、柠檬酸结合超高压均质处理（CN101313758A），挤压膨化结合碱处理（CN102084985 A），采用机械活化结合酶解制取膳食纤维（CN102018 183A）、超临界二氧化碳与碱液处理结合;物理-酶法：利用超声微波协同处理与酶法结合（CN102550995A、CN102061322A），利用超声波结合酶法脱除淀粉和蛋白质（CN101156684A），高压微射流超微粉碎与酶解结合（CN102524803A）;化学-酶法：稀碱浸提结合酶解（CN102524802A）。2006年日本的KAND公司（JP2008109 917A）则提出了更复杂的提取方法，他们在提取豆腐渣中的膳食纤维时，采用了热处理、蛋白酶处理、碱处理，即“物理+化学+酶法”三者结合提取膳食纤维。2011年湖南省农产品加工研究所（CN102511789A）则开发出了将水热提取、超声处理、木霉發酵和挤压膨化进行结合，首次将微生物发酵法与物理、化学方法进行结合，实现了提取效率和膳食纤维品质的提升。此后，在2011—2013年期间，国内的申请中出现了大量关于复合法提取的申请，可见该方法将成为膳食纤维提取方法发展的趋势。
　　3 结论
　　通过对国内外植物内膳食纤维提取方法的梳理，主要根据提取对象的不同特点，具体的提取的方法也有所不同。因此，今后在具体的研究过程中，可以根据不同方法、原料的特点、生产成本、提取效率等，选择适合的提取方法。
　　参考文献
　　[1]朱静，蒋金鑫.膳食纤维生理功能的研究进展[J].粮食流通技术，2016，9（18）：4-6.
　　[2]符琼，林亲录，鲁娜，等.膳食纤维提取的研究进展[J].中国食物与营养，2010，3：32-35.
　　[3]北京林业大学.一种提取膳食纤维的方法，申请号CN201210375438，公开号CN102871134 A[P].2013-01-16.
　　[4]黑龙江省北大荒麦业有限责任公司.食用膳食纤维分离方法，申请号CN200410013552，公开号CN1654123A[P].2005-08-17.
　　（责编：张宏民）
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