柑橘囊衣膳食纖維的改性研究

葛 青，毛建衛(wèi)，奕志英

（1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，杭州310023；2.浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310023）

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和營養(yǎng)學(xué)研究表明，膳食纖維與其他六大營養(yǎng)素一樣是人類飲食不可缺少的營養(yǎng)成分之一，稱為人類“第七大營養(yǎng)素”［1］。許多研究表明，膳食纖維具有順腸通便、調(diào)節(jié)控制血糖濃度、降低血脂等多種重要的生理功能。膳食纖維按其水溶性可分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF），SDF具有降低人的血清膽固醇及防止膽結(jié)石、糖尿病、高血壓及心臟病等作用；而IDF則對防止肥胖癥、便秘、腸癌等具有良好的作用［2］。

柑橘為蕓香科（rutaceae）柑桔屬（citrus）植物，有良好的營養(yǎng)和保健作用。中國柑橘資源豐富，產(chǎn)量達(dá)1 300多萬噸。柑橘囊衣含有豐富的膳食纖維，卻未得到應(yīng)有的開發(fā)和利用，被當(dāng)作廢棄物處理。婁海偉等利用雙螺桿擠壓機(jī)，使物料在擠壓機(jī)筒內(nèi)受到強(qiáng)烈剪切作用后，纖維類大分子部分轉(zhuǎn)化為非消化性的可溶性多糖［3］。采用此法，本研究以柑橘囊衣為原料，以持水力和膨脹力為評價(jià)指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)確定擠壓改性加工的最佳工藝參數(shù)，并對產(chǎn)品膳食纖維含量及主要功能性質(zhì)進(jìn)行了分析。其結(jié)果對綜合利用柑橘資源，充分發(fā)揮其經(jīng)濟(jì)價(jià)值具有重要的實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

柑橘，購于市場；耐高溫α-淀粉酶，無錫酶制劑廠；蛋白酶，美國Sigma公司。其他試劑均為分析純。

1.2 主要設(shè)備

SYSLG-Ⅱ系列雙螺桿擠壓膨化機(jī)，濟(jì)南賽百諾科技開發(fā)有限公司；粉碎機(jī)，上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司；KSW-5-12A型馬弗爐，天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電爐有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；高速冷凍離心機(jī)，日本Hitachi（日立）公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膳食纖維測定

參照AOAC991.43。

1.3.2 持水力的測定

準(zhǔn)確稱取1g樣品置于100mL燒杯中，加蒸餾水50mL，在常溫下浸泡24h，在5 000r／min的轉(zhuǎn)速下離心10min，除去上層清液，稱量，膳食纖維增加的質(zhì)量即膳食纖維的持水力［4］。

持水力＝（樣品被水飽和后濕質(zhì)量-樣品干質(zhì)量）／樣品干質(zhì)量

1.3.3 膨脹力的測定

取10g樣品置于量筒中，讀取此時(shí)的體積，然后加入適量水，搖勻，常溫下放置24h后再次讀取體積［5］。

膨脹力＝（溶脹后纖維體積-干品體積）／樣品干質(zhì)量

1.3.4 囊衣膳食纖維雙螺桿擠壓加工試驗(yàn)方案

1.3.4.1 單因素試驗(yàn)

柑橘囊衣粉碎后過40目篩。采用雙螺桿擠壓膨化機(jī)對柑橘囊衣膳食纖維進(jìn)行擠壓膨化研究，試驗(yàn)選擇了130、150、170、190℃4種水平研究擠壓溫度，測試其對柑橘囊衣膳食纖維的影響；試驗(yàn)設(shè)置10%、15%、20%、25%4種水平研究水分含量，測試其對柑橘囊衣膳食纖維的影響；設(shè)置4.0、4.5、5.0、5.5MPa 4種水平研究壓力，測試其對柑橘囊衣膳食纖維的影響。

以上試驗(yàn)以持水力和膨脹力為考核指標(biāo)，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

1.3.4.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取物料含水量、擠壓溫度和擠壓壓力試驗(yàn)因素，以持水力和膨脹力為評價(jià)指標(biāo)，按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（表1），設(shè)計(jì)柑橘囊衣膳食纖維擠壓加工的正交試驗(yàn)方案［6-7］，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

表1 因素水平表Table 1 Table of factor level

2 結(jié)果與分析

2.1 柑橘囊衣膳食纖維擠壓改性工藝條件的單因素試驗(yàn)

2.1.1 擠壓溫度的影響

準(zhǔn)確稱取4份柑橘囊衣膳食纖維，分別置于調(diào)粉機(jī)中攪拌，使物料含水量為15%，在設(shè)定的溫度下進(jìn)行擠壓膨化。擠壓溫度對柑橘囊衣膳食纖維的持水力、膨脹力的影響如圖1所示。

從圖1可知，在130～170℃范圍內(nèi)，隨著溫度的增加，持水力和膨脹力呈上升趨勢。但是溫度高到190℃的時(shí)候，持水力和膨脹力有所下降，而且原料有點(diǎn)焦味，不容易膨化出來。因此試驗(yàn)選擇170℃的膨化溫度。

2.1.2 含水量的影響

圖1 擠壓溫度對持水力、膨脹力的影響Fig.1 Effect of extrusion temperature on water holding capacity and swelling capacity

準(zhǔn)確稱取4份柑橘囊衣膳食纖維，分別置于調(diào)粉機(jī)中攪拌，使物料含水量分別為10%、15%、20%、25%，研究含水量對柑橘囊衣膳食纖維的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可知，物料含水量在10%～15%時(shí)，持水力和膨脹力達(dá)到最大值。含水量低，物料輸送速度快；含水量高，則物料輸送困難，不便擠壓。因此，含水量應(yīng)控制在10%～15%之間。

2.1.3 壓力的影響

準(zhǔn)確稱取4份柑橘囊衣膳食纖維，分別置于調(diào)粉機(jī)中攪拌，使調(diào)粉后的物料含水量為10%，固定擠壓機(jī)的出口溫度為150℃，在設(shè)定壓力4.0、4.5、5.0、5.50MPa下進(jìn)行擠壓活化，研究壓力對柑橘囊衣膳食纖維的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖2 物料含水量對持水力、膨脹力的影響Fig.2 Effect of water content on water holding capacity and swelling capacity

從圖3可知：壓力在4～4.5Mpa區(qū)間內(nèi)，持水力和膨脹力呈緩慢上升趨勢；超過5.0Mpa后，持水力和膨脹力開始緩慢下降。因此，適宜的壓力為4.5～5.0MPa。

2.2 正交試驗(yàn)

通過正交試驗(yàn)確定影響膳食纖維改性的最佳工藝條件，結(jié)果如表2所示。

圖3 擠壓壓力對持水力、膨脹力的影響Fig.3 Effect of pressure on water holding capacity and swelling capacity

由表2可知：以不溶性膳食纖維持水力為評定指標(biāo)的結(jié)果與分析，各因素對IDF持水力的影響次序是A＞B＞C，即影響IDF持水力的主要因素為擠壓溫度，其次是物料含水量，再次是擠壓壓力；獲得最大IDF持水力的方案是A2B1C2。由表2可知：以IDF膨脹力為評定指標(biāo)的結(jié)果與分析，各因素對IDF膨脹力的影響次序是B＞A＞C；獲得最大IDF膨脹力的方案也是A2B1C2。雖然各個(gè)因素對持水力和膨脹力的影響是不一樣的，但是優(yōu)化方案是一致的，即最佳擠壓工藝參數(shù)為：擠壓溫度170℃、物料含水量10%、壓力4.5MPa。

表2 L9（34）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析Table 2 Range analysis and results of L9（34）orthogonal experiment

在最佳工藝參數(shù)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，測得持水力為1.99g／g，膨脹力為4.88mL／g，而正交試驗(yàn)中（表2）最高的IDF持水力為1.93g／g，膨脹力為4.85mL／g?？梢?，用最佳擠壓工藝參數(shù)對柑橘囊衣膳食纖維進(jìn)行擠壓改性，獲得了優(yōu)于正交試驗(yàn)的結(jié)果。

3 結(jié) 語

柑橘囊衣膳食纖維經(jīng)擠壓活化處理后，持水力、膨脹力等都得到了明顯改善。最佳擠壓活化工藝條件為：擠壓溫度170℃，物料含水量10%，壓力4.5MPa，擠壓活化后樣品的持水力由1.18g／g增加到了1.99g／g；膨脹力從1.99mL／g增加到4.88mL／g。

［1］ 王洪新.食品新資源［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2002.

［2］ 杜崇旭，牛銘山，劉雪嬌.膳食纖維改性與應(yīng)用的研究進(jìn)展［J］.大連民族學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，7（5）：18-21.

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