生物技术在绿豆资料综合利用的研究

1、生物技术在绿豆资料综合利用的研究摘 要：本文以酶技术开发绿豆仁中的淀粉、蛋白质等营养物质，在绿豆发芽萌动过程进行处理，提高绿豆的加工精度，使它变成营养价值高、功能成分好的功能性食品，提高产品的附加值，扩大产品的应用领域；并以食品加工过程中产生的副产品豆壳为原料，利用高效生物酶处理技术对绿豆壳进行处理，提高其保健功能性成分黄酮化合物及膳食纤维的利用率，以对绿豆资料进行综合利用，开发出更多更适合于人们食用的一系列产品。另一方面是对绿豆壳的废物利用，其技术关键在于采用生物酶的高效降解特性来提高黄酮的生物利用率，并生产出一系列的绿豆黄酮类保健食品。对豆壳纤维则用相应的酶法处理，改善其微观结构，制成具理

2、想口感的可溶性膳食纤维，生产出一系列富含膳食纤维又具特别口感的产品。关键词：生物技术；绿豆；黄酮、膳食纤维绿豆是菜豆族（phaseoleae）豇豆属（vigna）植物的一个栽培种，在我国种植已有悠久历史，是我国食用豆类中的一个重要的品种。自古以来绿豆就被作为清热解暑之佳品，据本草纲目介绍：绿豆煮食，可消暑下气，清热解暑，调和五脏，安精神，补元气，宜常食。因此绿豆向来为药食兼具的谷物。绿豆仁主要的成分为淀粉和蛋白质，主要的生物保健功能性成分以及第七大营养素（膳食纤维）存在于豆壳内，综合开发利用绿豆仅可以生产高附加价值的保健产品，且具有变废为宝的作用。1、绿豆产品的现状及发展方向传统绿豆食品产业处

3、于一种粗加工的状态，不但产品附加值低，面且资源得不到充分利用。把现代生物技术、酶法处理技术等应用于传统绿豆食品加工业中，如生产低聚糖、淀粉膜、多肽、氨基酸、黄酮、膳食纤维等，提高它的加工精度使它变成营养价值高、功能成分强的保健产品。随着我国经济水平的不断提高，人们不再满足于温饱问题，对具营养、保健功能的食品需求与日俱增，传统产品的蛋白吸收率慢、风味差、粉质不够幼滑，因此需要改善肠道的低聚糖、膳食纤维；而且商品转化率低，来源渠道少，含有对心血管系统具有保健作用及有效降低血脂的黄酮类产品更是不多。绿豆作为我国的传统谷物产品，尽管不是主要农作物，但是在生产一些传统产品中每年需要大量加工。这些产品加工

4、过程中，往往把豆壳作为废物丢弃掉。时至今日，加工健康天然的食品代表了食品工业发展不可逆转的潮流。采用现代酶技术克服了使用化学方法容易产生有害副产物，为食品加工工艺提供更健康、更环保、更安全有效的解决方案。酶技术在功能食品行业中的应用为豆类功能食品、动植物蛋白来源的调味品、乳制品、婴儿食品等行业打开发新局面，以此技术对绿豆进行深加工将为此类产品开辟广阔的发展空间。传统绿豆产品的加工大多局限于饮料、各种饼类的应用中，为拓宽绿豆的应用领域，随着高科技在食品包装领域的不断开发，各种可降解及食用的包装材料相继问世，尽可能利用天然资源包装是对食品安全及对环境无害的保证。选择利用绿豆淀粉开发淀粉复合性薄膜等

5、新型包装材料是当前国内外食品包装的新趋势，也是绿豆产品开发的又一出路。2、绿豆开发应用的方式和意义由于绿豆仁主要的成分为淀粉和蛋白质，绿豆淀粉是可再生的有机质资源，它既是人类和动物的食物，亦是良好的工业原料。在近年来开发的生物可降解塑料中，淀粉将成为塑料制品的一种颇具吸引力的替代原料的可能性也在被证实。新泽西州的全国淀粉及化学公司的科研人员正利用玉蜀黍为原料研制新型包装膜。本课题尝试以切支酶重组直链与支链分子的比例，改进、修饰绿豆淀粉的成膜性能，再进一步加工成可食性包装材料。另一方面采用蛋白酶对绿豆蛋白进行分解制得的多种肽分子混合物和氨基酸，它除了使产品的粒度微细化外，还保持了产品的有效成分及

6、营养物质不受损坏，不引入污染物质，尽可能保持和改善产品的生化特性和风味，它简化了相关产品生产的生产工艺，降低了生产成本。如豆粉的生产，传统的工艺是先将大豆浸泡，然后破碎、去皮、细磨、脱水、干燥，加工过程中因水份大造成粘度大，韧性强，抗热性差，且最终产品口感差。而采用该技术可直接对其进行酶解处理，营养成分可直接释放。13绿豆除蛋白应用外，该作物的主要生物保健功能性成分却存在于豆壳内。4现在医学通过中草药化学成分系统溶剂分析法鉴定，表明绿豆的药用成分主要来自豆壳，其中含有黄酮、鞣质、皂甙、生物碱、强心苷以及蒽醌类等生物活性化学成分。在绿豆壳所含有的活性成分，黄酮类物质是近年来研究较多并且受到广泛关

7、注的一种天然植物提取物。黄酮类物质亦称为维生素p，常与维生素c伴存，在自然界广泛分布，属于植物次级代谢产物，是一组存在于谷物质、蔬菜、水果和花中的天然产物，其基本结构为两个苯环通过中央三碳环连接而成的一系列衍生物。国内外多年来的研究表明，黄酮类物质具有多种保健功能，其中最主要的有：1、抗氧化及抗自由基作用。自由基是引起癌症，衰老，心血管等退变性疾病的主要原因，通过摄入一定量的黄酮可以达到防衰、抗癌、抗心血管病的目的；2、黄酮除了通过抗自由基来抗自由基来抗癌、防癌以外，还具有直接抑制癌细胞生长以及抗致癌因子的作用，从而从多方面达到抗癌防癌的作用；3、黄酮类物质具有特殊的结构使得对心血管系统具有保

8、健作用，包括扩张血管，改善心血管平滑肌的收缩功能等，因而对防止心血管病、偏头痛、动脉粥状硬化具有改善效果。除了上述几点主要的保健作用外，黄酮类物质还在降血糖、调节免疫系统、保肝护肝等方面具有一定作用。在采用生物酶技术应用于黄酮的提取及纯化后，使得黄酮的提取质量和效率大大提高，生物黄酮成分进一步引起了国内外的研究高潮。57绿豆壳除了含有上述生物活性成分外，还含有约占豆壳重量的50%-60%的膳食纤维，包括纤维素，半纤维素，木质素等，这些膳食纤维也是一种国内外认可的保健成分。早在1991年，who专家组在日内瓦就已将膳食纤维推荐入人群膳食营养目标，并将其列入继蛋白质、脂肪、糖类、维生素、矿物质和水

9、之后的第七大营养素，现已证明膳食纤维在预防和治疗肥胖病，防癌抗癌方面效果显著。近几年的广泛研究进一步表明，膳食纤维对肠道保健具有特殊功效，补充适量的膳食纤维可降低血清胆固醇含量，吸附胆汁酸和脂质、重金属，增加肠道容量及粪便量，缩短粪便通过肠道时间，阻碍有害物吸收，成为天然排泄剂。8尽管绿豆壳中具有以上保健功能成分，但是目前关于它的开发利用尚未很好的展开。绿豆作为我国的传统谷物产品，尽管不是主要作物，但是在生产一些传统产品中每年需要大量加工。这些产品加工过程中，往往把豆壳作为废物丢弃掉。仅以咀香园杏仁饼生产为例，每年有100多吨的豆壳产生并丢弃，整个杏仁饼行业的产生量更是巨大；除了杏仁饼生产外，

10、我国每年绿豆沙的生产也需要数十万吨的绿豆，产生上万吨的豆壳，这些豆壳基本上都被作为饲料或肥料而浪费了。而随着我国经济水平不断提高，中老年中的包括肥胖症、糖尿病、高血脂等在内的所谓“富贵病”不断增加，对黄酮类及膳食纤维类的保健品需求量不断增加。研究开发绿豆壳中保健功能性成分的功效、提取及在食品中的应用不仅具有回收资源、废物再用的必要性，对改善人群健康，提高生活品质也具有重要的意义。黄酮类物质具有多种生物活性，配合维生素c的临床上应用已久，近年来随着研究方法和技术的不断提高，发现了许多新的种类和生理作用，特别是抗自由基及抗癌防癌的作用，使黄酮类物质的研究进入了一个新的阶段，掀起了生物类黄酮的研究、

11、开发和利用的高潮。由于黄酮类物质既是食品原料中的成分，又在医学上具有多种抗病功能，因而在这两个领域内对含有黄酮物质的各种植物开展了广泛的研究，目前在国内公开发表的学术刊物上关于黄酮物质的研究达到数千篇，国外更是得到各大研究机构以及保健品公司的热切关注和广泛研究，据统计目前已经发现的黄酮类物质达到5000余种。目前关于黄酮提取及分离纯化已经形成了包括生物酶处理、系统溶剂提取、大孔吸咐树脂分离纯化、生物改善活性等在内的一套理论和实践经验，这些对于本题具有非常好的借鉴意义，特别是在生物酶技术被不断研究开发的过程中，使得黄酮的提取分离纯化活化水平不断提高。目前国内研究比较成熟的几种黄酮来源植物有银杏仁

12、叶、山楂叶、柑橘、蜂胶、金银花、沙棘、荞麦、茶叶等。关于黄酮物质的产品开发目前已经种类繁多，涉及到功能食品的许多方面，如抗衰老、防癌、提高免疫力、降脂、降压食品等，产品外观覆盖到液体、固体和半流体等多种形式，如银杏叶袋泡茶、苦芥速食粉、山楂叶冲剂、蜂胶胶囊、生物类黄酮口香糖、生物类黄酮牙膏、沙棘汁的产品，其中以蜂胶、银杏、山楂、沙棘、荞麦、柑桔皮、茶叶等生物类黄酮加工品为最多，占黄酮功能食品的80%以上，但由于黄酮物人体不能合成，而且在体内代谢很快，因此目前消费者的摄取水平远未达到有益的摄取量，因此市场需求远未达到要求。目前关于绿豆中黄酮的研究主要偏重于基础性研究，目前对绿豆壳中黄酮物的结构已

13、进行了初步的研究，另外已有数篇文章对绿豆壳中黄酮物的提取进行了研究。研究表明绿豆壳中黄酮物含量为1.0-1.3%（含量最高的为银杏叶，2.5-3.8%），十分可观。而针对绿豆壳黄酮的产品尚未见报道。并且将生物技术应用提取纯化黄酮的相关报道也未曾发现。关于膳食纤维，由于人们已经认识到膳食纤维的重要性，因此国内外食品界对开发膳食纤维投入了很大的热情。为了制取谷物中的食用纤维，欧、美、日等发达国家和地区从80年代就兴起了膳食纤维的加工工业，投入了大量的人力物力进行研究，随着市场需求的发展，工业化水平的不断提升，并于膳食纤维的加工方法也已经形成较成熟的理论和实践方法，包括碱液浸泡脱除异味，过氧化氢脱色

14、工艺，淀粉酶水解活化处理，螺旋挤压膨化处理以及超微粉碎技术等等。目前仅日本市场统计就有20多家制造各种膳食纤维的公司，包括大豆、麦麸、苹果皮、甜菜、胡萝卜等下脚料制取的膳食纤维，并将其用于膨化食品、饲料、点心、汉堡包、面条、饼干、面包、乳制品、肉制品等食品中；而美国市场上的膳食纤维制品在1998年就已达到80余种，并以37-47%的年递增率增加。国内关于膳食纤维的研究起步也比较早，学术界已有数百篇相关的文献对膳食纤维的原料来源、分离处理、功能活化以及食品中的应用进行了广泛的讨论，取得了许多有益的成果。在试验研究的基础上，许多企业已开始投入资金研制膳食纤维和高纤维食品，并有部分产品上市，取得了一

15、定的经济社会效益。目前我国生产膳食纤维的主要原材料有小麦麸皮、大豆豆渣、米糠、玉米芯、玉米皮、蔗渣等。对于绿豆壳中膳食纤维的研究，已经有不少研究者从事研究，取得了一定的成果，初步确定了绿豆皮膳食纤维的关键点在于利用生物酶制剂对绿豆壳进行功能活化，并采用酶技术改善口感和提高功能性，但成熟的工艺路线以及工业化生产尚需要进一步研究探索。3、开发内容和技术方法酶是一种天然的生物蛋白活性物质，它作为食品加工的辅助剂在终产品中没有酶的活性形式，食品级的酶可催化特殊的反应，比其它化学方法更能控制不需要的副产品的产生。选择合适的酶制剂和利用它的高活性及特异性精制、浓缩绿豆有效成份制成集营养、保健于一体的系列食

16、品基料并可制成具广阔前景的可降解生物膜。利用酶技术对绿豆系列产品的开发基本工艺流程可以确定为：绿豆的预处理热浸泡控制萌芽杀青烘干及冷却脱壳豆壳的分离豆胚不饱和脂肪酸、多种维生素豆仁豆粉粉的分离由于蛋白质与淀粉的组成、结构及理化特性存在着较大的差异，利用可控复合外切酶技术，将它们作预处理、分离。之后用双酶法对豆粉蛋白进行降解成各种功能性肽或氨基酸产品，以这些肽或氨基酸为基料开发出系列具有一定的疗效或保健作用的、能迅速给机体提供能量的功能食品。对豆仁分离出蛋白后，将豆淀粉按比例加水、加热糊化、冷却至酶作用温度，调ph值，平衡后加入一定浓度的切支酶液，待反应并灭酶后进行涂层烘干成膜，得到可食性（生物

17、降解）包装膜。29对豆壳中黄酮的提取工艺过程是本课题的另一个关键问题，由于它与蛋白质、淀粉等成分结合在一起，故首先采用生物酶降解技术去除与它所连接的键，提高黄酮的提取率，之后根据它的溶解特性，采用相应的溶剂确定最优提取条件。在对豆壳提取黄酮后，所剩豆壳进行膳食纤维的加工。首先利用各类微生物酶对脱色后的纤维进行处理，降解其中对纤维有包埋作用的成分，然后采用具有生物活化作用的酶制剂对纤维素内部组成成分进行优化与组合，使其功能活化，增加膳食纤维的功能。技术指标：绿豆黄酮的利用率达到一个较高的水平。膳食纤维：膳食纤维（包括纤维素、半纤维素、木质素）的得率达到80%以上，产品料度为100目以上，产品持水率300%,颜色灰白。酶解后游离状态的氨基酸10倍以上。4、效益与预期效果分析社会效益：目前我国人群中包括肥胖症、糖尿病、高血脂等在内的所谓"富贵病"不断增加，特别是经济水