本发明属于食品科学，特别涉及一种发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液及制备方法与应用。
背景技术：
1、中国是主要的柑橘原产地，其产量和种植面积均居世界首位。柑橘含有丰富的营养成分，因此常被加工成果汁、罐头、果酒等多种柑橘类产品。然而，柑橘加工过程中会产生多种副产物，其中以柑橘皮渣产量为最。因缺乏合理有效的处理方式，大量柑橘皮渣被随意丢置，引发严重的资源浪费和环境污染问题。柑橘皮渣富含黄酮、多糖、生物碱等多种活性成分，具有抑菌、消炎、抗肿瘤等药理功效。其中，不溶性膳食纤维是柑橘皮渣的主要成分，研究发现其具有促进胃肠道蠕动，降低血糖，调节脂质代谢，预防心脑血管疾病等多种功效，具有深加工开发前景。
2、pickering乳液是一种由两亲性固体颗粒作为乳化剂制备得到的特殊乳液，其生物相容性好，稳定性高，同时还具有潜在的环境刺激响应性，可实现目标成分靶向递送，在食品、化妆品、药品等领域极具应用潜力。其中广泛应用的固体乳化剂主要有无机颗粒，如二氧化钛、二氧化硅、氧化石墨烯等，但存在成本较高，以及食品安全风险等不足，因此，开发天然生物聚合物来源的食品级固体乳化剂(多糖、蛋白质等)逐渐成为热点。不溶性膳食纤维是由纤维素、半纤维素和木质素组成的多糖，可通过增强界面吸附和颗粒之间的相互作用来提高乳液的稳定性，防止液滴碰撞和聚结，因此，利用柑橘皮渣等果渣不溶性膳食纤维资源开发食品级固体乳化剂极具可行性。
3、与其他种类的不溶性膳食纤维相比，柑橘皮不溶性膳食纤维总纤维素含量较高，具有更强的持油保水能力和吸附性能，但柑橘皮不溶性膳食纤维结构坚固平整，亲水性高，直接作为乳化剂制备的乳液稳定性较差，负载率较低，因此需对其进行适当的处理以改变其理化性质，提高乳化能力。现已开发出球磨、超声处理、酸碱处理、蒸煮、酶解等多种不溶性膳食纤维改性方法，然而这些方法或设备要求高、能耗大、成本高，或易造成环境污染，导致应用受限。微生物发酵是一种条件温和、绿色安全的现代生物改性方法，通过微生物分泌的水解酶可有效破坏不溶性膳食纤维的纤维质结构，使其内部变得松散，表面更加多孔，不仅提高了不溶性膳食纤维的吸附性能以及乳化能力，同时还改善了其胆固醇、葡萄糖以及胆酸盐吸附能力，营养价值显著增强。但尚未报道关于柑橘皮渣不溶性膳食纤维发酵改性策略，需进一步开发。
4、此外，研究发现单一类型固体乳化剂制备的乳液环境耐受力较差，利用不同固体颗粒之间的相互作用(如静电吸附、范德华力、共价结合等)形成复合型固体乳化剂有望成为解决这一问题的有效途径。蛋白质氨基和还原糖羰基之间可发生美拉德反应，将蛋白质和多糖共价结合，形成稳定的复合物，但柑橘皮渣不溶性膳食纤维表面还原糖含量极少，蛋白质和不溶性膳食纤维结合效率较差，如何提高柑橘皮渣不溶性膳食纤维表面还原糖含量成为解决该问题的关键。
5、综上所述，利用柑橘皮渣不溶性膳食纤维开发乳液尚存在多种问题需要探究。因此，急需开发一种改善乳液性能和营养价值的新型柑橘皮渣不溶性膳食纤维乳液制备方法，实现柑橘皮渣高值化转化，促进其在食品、化妆品、药品等领域的推广和应用。
技术实现思路
1、本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法。
2、本发明的另一目的在于提供通过上述制备方法得到的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液。
3、本发明的再一目的在于提供上述发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的应用。
4、本发明的目的通过下述技术方案实现：一种发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，包括如下步骤：
5、(1)将柑橘皮渣浸泡清洗，烘干，灭菌，得到固态发酵培养基；
6、(2)向步骤(1)得到的固态发酵培养基中加入复合益生菌菌液，进行固态发酵，随后干燥，得到发酵柑橘皮渣；
7、(3)将步骤(2)得到的发酵柑橘皮渣加入复合酶溶液，调节ph后得到酶解体系，酶解，接着酶解液离心，收集并干燥沉淀，得到发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维；
8、(4)将步骤(3)得到的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维与蛋白质溶液混合，调节ph，加热，得到发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维-蛋白复合物；
9、(5)将步骤(4)得到的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维-蛋白复合物与油相混合，超声乳化，得到初级乳液；再将初级乳液与壳聚糖溶液混合，剪切乳化，得到发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液。
10、步骤(1)中所述的柑橘皮渣是将新鲜柑橘果皮或任意年份柑橘干皮用水或有机溶剂提取功能成分后分离得到的皮渣。
11、所述的有机溶剂优选为乙醇。
12、步骤(1)中所述的清洗的方式为采用室温～60℃的自来水或纯净水浸没，空气鼓泡浴10～20min，然后继续在空气鼓泡浴下冲洗1～10min；优选为采用室温～40℃的自来水或纯净水浸没，空气鼓泡浴15min，然后继续在空气鼓泡浴下冲洗5～15min。
13、步骤(1)中所述的烘干的条件为于40～60℃干燥至恒重。
14、步骤(1)中所述的灭菌的条件优选为于115～121℃灭菌15～20min。
15、步骤(2)中所述的复合益生菌菌液由红曲霉种子液、植物乳杆菌种子液、解淀粉芽孢杆菌种子液和枯草芽孢杆菌种子液复合得到；优选由红曲霉种子液、植物乳杆菌种子液、解淀粉芽孢杆菌种子液和枯草芽孢杆菌种子液按体积比为1～4：1～2：1～3：1～3混合组成；更优选按体积比为1～3：1～2：1～2：～3复合得到；最优选按体积比为2：1：1：2复合得到。
16、所述的红曲霉种子液的浓度优选为3×107～3×1010cfu/ml；更优选为3×109cfu/ml。
17、所述的红曲霉优选为红色红曲霉(monascus ruber)wq15，保藏编号为cgmccno.10910，于2015年7月2日保藏于位于北京市朝阳区北辰西路1号院3号的中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心。该菌种已在中国发明专利“cn201510449543.6-一种高产胞外黄色素的红曲霉菌株及其选育方法与应用”中公开。
18、所述的植物乳杆菌种子液的浓度优选为1×107～1×1010/ml；更优选为1×109cfu/ml。
19、所述的植物乳杆菌优选为植物乳杆菌(lactobacillus plantarum)cgmcc1.3919。
20、所述的解淀粉芽孢杆菌种子液的浓度优选为1×107～1×1010/ml；更优选为1×109cfu/ml。
21、所述的解淀粉芽孢杆菌优选为解淀粉芽孢杆菌(bacillus amyloliquefaciens)cgmcc 1.398。
22、所述的枯草芽孢杆菌种子液的浓度优选为2×107～2×1010/ml；更优选为2×109cfu/ml。
23、所述的枯草芽孢杆菌优选为枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)cgmcc 1.837。
24、所述的红曲霉种子液通过如下步骤制备得到：将红曲霉孢子接入液态种子培养基a中，在26～30℃、120～200rpm条件下培养20～24h，得到红曲霉种子液；优选通过如下步骤制备得到：将红曲霉孢子接入液态种子培养基a中，在28℃、150rpm条件下培养24h，得到红曲霉种子液。
25、液态种子培养基a的组成如下：酵母提取物3g/l，葡萄糖20g/l，蛋白胨10g/l，氯化钾0.5g/l，硫酸亚铁0.01g/l和磷酸二氢钾4g/l，溶剂为水。
26、所述的植物乳杆菌种子液通过如下步骤制备得到：将植物乳杆菌接入已灭菌的液态种子培养基b中，在33～37℃、120～200rpm条件下培养18～24h，得到植物乳杆菌种子液；优选通过如下步骤制备得到：将植物乳杆菌接入已灭菌的液态种子培养基b中，在35℃、150rpm条件下培养24h，得到植物乳杆菌种子液。
27、液态种子培养基b为mrs肉汤培养基。
28、所述的解淀粉芽孢杆菌种子液通过如下步骤制备得到：将解淀粉芽孢杆菌接入已灭菌的液态种子培养基c中，在28～32℃、150～200rpm条件下培养18～24h，得到解淀粉芽孢杆菌；优选通过如下步骤制备得到：将解淀粉芽孢杆菌接入已灭菌的液态种子培养基c中，在30℃、180rpm条件下培养20h，得到解淀粉芽孢杆菌。
29、液态种子培养基c为lb培养基。
30、所述的枯草芽孢杆菌种子液通过如下步骤制备得到：将枯草芽孢杆菌接入已灭菌的液态种子培养基c中，在28～2℃、150～200rpm条件下培养18～24h，得到枯草芽孢杆菌种子液；优选通过如下步骤制备得到：将枯草芽孢杆菌接入已灭菌的液态种子培养基c中，在30℃、180rpm条件下培养20h，得到枯草芽孢杆菌种子液。
31、所述的种子液的浓度可通过接种量的调整、培养时间的调整，或者最终得到的种子液中的培养基的加入和去除进行调整。
32、步骤(2)中所述的复合益生菌菌液的接种量的体积(ml)是固态发酵培养基质量(g)的40％～60％；更优选为50％。
33、步骤(2)中所述的固态发酵的条件优选为25～35℃、60～80％的湿度条件下发酵5～10天；更优选为：30℃、70％的湿度条件下发酵8天。
34、步骤(2)中所述的干燥的方式为40～60℃烘干、60℃以下真空或抽湿干燥、冷冻干燥中的至少一种。
35、步骤(2)中所述的干燥的程度为干燥直至恒重。
36、步骤(3)中所述的复合酶为由α-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶和中性蛋白酶组成；优选由α-淀粉酶、淀粉葡萄糖苷酶和中性蛋白酶按质量比1～5：1～2：1～4组成；更优选按质量比1～2：1～2：1～2复合得到；最优选按质量比1：1：2复合得到。
37、所述的α-淀粉酶是酶活为4×104u/g的α-淀粉酶。
38、所述的淀粉葡萄糖苷酶是酶活为1×105u/g的淀粉葡萄糖苷酶。
39、所述的中性蛋白酶是酶活为1×105u/g的中性蛋白酶。
40、步骤(3)中所述的复合酶溶液的浓度优选为0.01％～0.05％(w/v)；更优选为0.03％(w/v)。
41、步骤(3)中所述的复合酶的添加质量优选按其为柑橘皮渣质量0.1％～0.5％(w/w)计算；更优选按其为柑橘皮渣质量0.2％～0.3％(w/w)计算。
42、步骤(3)中所述的ph优选为6.0～7.0。
43、步骤(3)中所述ph的调节试剂优选为碳酸氢钠和柠檬酸中的至少一种。
44、步骤(3)中所述的酶解的条件优选为：于40～60℃酶解90～150min；更优选如下：于50～55℃酶解100～120min。
45、步骤(3)中所述的离心的条件优选如下：于6000～8000rpm离心5～10min；更优选如下：于6000～8000rpm离心5min。
46、步骤(3)中所述的干燥的方式为40～60℃烘干、60℃以下真空或抽湿干燥、冷冻干燥中的至少一种。
47、步骤(4)中所述的蛋白质优选为大豆分离蛋白、豌豆分离蛋白、乳清分离蛋白和牛血清分离蛋白中的至少一种；更优选为乳清分离蛋白。
48、步骤(4)中所述的蛋白质溶液的浓度优选为1％～5％(w/v)；更优选为2％～3％(w/v)。
49、步骤(4)中所述的蛋白质溶液的用量优选按发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维：蛋白质＝质量比1～2：2～5配比计算；更优选按发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维：蛋白质＝质量比1：2配比计算。
50、步骤(4)中所述的混合的条件优选为于300～500rpm搅拌1～3h；更优选为于400rpm搅拌2h。
51、步骤(4)中所述的ph优选为8.0～9.0。
52、步骤(4)中所述的调节ph的试剂优选为碳酸氢钠和柠檬酸中的至少一种。
53、步骤(4)中所述的加热的条件优选为温度80～95℃，时间为2～4h；更优选为温度90℃，时间为3h。
54、步骤(5)中所述的油相由食用油、精油、黄酮类成分复合得到；优选为食用油、精油、黄酮类成分按质量比0～2：0～2：0～0.002复合得到，其中，最多只有一个成分为0；更优选按质量比1：1～2：0～0.002复合得到；最优选按质量比1：1：0.002复合得到。
55、所述的食用油为植物油或者动物油中的至少一种；优选为大豆油、花生油、菜籽油、猪油、牛油和鱼油中的至少一种；更优选为大豆油。
56、所述的精油为柑橘类果皮精油；优选为陈皮精油。
57、所述的黄酮类成分为柑橘类果皮黄酮类成分中的至少一种；优选为橙皮苷、川陈皮素和桔皮素中的至少一种。
58、步骤(5)中所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维-蛋白复合物和所述的油相优选按体积比1：0.1～0.4配比；更优选按体积比1：0.3～0.4配比。
59、步骤(5)中所述的超声乳化的条件优选为超声功率50～120w，超声时间为10～30min，超声温度为4℃～室温；更优选为超声功率100w，超声时间为15min，超声温度为4℃。
60、步骤(5)中所述的壳聚糖溶液的浓度优选为0.1％～0.3％(w/v)；更优选为0.2％(w/v)。
61、步骤(5)中所述的壳聚糖溶液的溶剂优选为浓度是2％～5％(v/v)的乙酸溶液；更优选为浓度是2％(v/v)的乙酸溶液。
62、步骤(5)中所述的初级乳液和所述的壳聚糖溶液优选按体积比1～5：1～2配比；更优选按体积比1～3：1配比。
63、步骤(5)中所述的剪切的条件优选为转速10000～15000rpm，乳化时间30～90s；更优选为转速12000rpm，乳化时间45s。
64、本发明的室温指的是10～35℃；优选为20～30℃；更优选为24～26℃。
65、一种发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液，通过上述制备方法得到。
66、上述发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液在食品、化妆品和药品中的应用。
67、与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
68、(1)本发明首次科学的利用红曲霉、植物乳杆菌、解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌混菌发酵改性柑橘皮渣不溶性膳食纤维，并将其制备成功能乳液，实现了柑橘皮渣的高值化转化，解决了柑橘皮渣资源浪费、环境污染严重的问题，丰富了柑橘皮渣深加工技术手段。
69、(2)发酵改性后的柑橘皮渣不溶性膳食纤维与蛋白质通过美拉德反应形成的复合物的稳定性、环境耐受力、乳化能力显著增强，以此制备的乳液液滴小、不凝集、储存周期长、营养成分负载率高，同时具有优异的生物利用度以及抗氧化活性。
70、(3)相较于现有的不溶性膳食纤维乳液制备方法，本发明提出的方法工艺简单，不使用有机试剂，绿色高效。本发明中使用的微生物均为可食用益生菌菌剂，无食品安全风险。
71、(4)本发明中微生物菌种的选择根据柑橘皮渣成分及目的需求科学组合。柑橘皮渣因含有较高浓度的有机酸而整体呈酸性环境，会抑制微生物生长，降低发酵效果。本发明通过优化菌种组合，有效地对柑橘皮渣不溶性膳食纤维进行改性，使其易与蛋白质表面游离的氨基基团发生美拉德反应，形成稳定的不溶性膳食纤维-蛋白共价复合物。将其用作乳化剂时，表面更多的蛋白质以及稳定的结构使发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维-蛋白共价复合物能够包合更多的油相，提高了其活性成分包埋效率，增强了乳液的储存稳定性以及热稳定性。进一步的，在初级乳液外层包裹壳聚糖形成双层乳液，增强了乳液对酸性环境的耐受能力，使其通过胃部环境时不会破乳，进而成功的将营养成分递送至肠道环境，提高了营养成分的生物利用度。此外，发酵改性导致不溶性膳食纤维表面暴露出更多的羟基基团，增强了乳液的抗氧化活性。总的来说，通过本发明提出的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法可有效解决乳液稳定性差、易聚集、包封率低、营养成分生物利用度差等问题。
1.一种发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液的制备方法，其特征在于：
9.一种发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液，其特征在于：通过权利要求1～8任一项所述的制备方法得到。
10.权利要求9所述的发酵柑橘皮渣不溶性膳食纤维功能乳液在食品、化妆品和药品中的应用。
