馬鈴薯皮渣中膳食纖維提取條件的優(yōu)化研究

魏玉梅，董軼，劉磊，王列娟，劉華（.西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，甘肅蘭州730030；.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730030；3.西北民族大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院，甘肅蘭州730030）

馬鈴薯皮渣中膳食纖維提取條件的優(yōu)化研究

魏玉梅1，董軼2，劉磊2，王列娟2，劉華3，*
（1.西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，甘肅蘭州730030；2.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州730030；3.西北民族大學(xué)數(shù)學(xué)與計算機(jī)學(xué)院，甘肅蘭州730030）

摘要：采用酶堿法提取馬鈴薯皮渣中的膳食纖維，并分別設(shè)計正交試驗(yàn)對馬鈴薯皮渣脫色及淀粉水解條件進(jìn)行了優(yōu)化研究，結(jié)果表明：脫色的最佳工藝條件是用95%乙醇浸提，料液比為1∶4（g/mL），溫度為50℃，pH為5，浸提時間為150min；水解淀粉的最佳工藝是溫度為65℃，時間為120min，料液比為1∶9（g/mL），pH為6.5，酶濃度為0.8%。膳食纖維提取率可達(dá)57.00%。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯皮渣；膳食纖維；脫色；淀粉水解

纖維素是當(dāng)今世界上最豐富的可再生高聚物。膳食纖維是一類對人體健康有益的纖維素[1]。纖維在保持消化系統(tǒng)健康上扮演著重要的角色，同時攝取足夠的纖維也可以預(yù)防心血管疾病、癌癥、糖尿病以及其它疾病。

近年來，我國馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量均居世界首位[2]，總產(chǎn)量占到世界馬鈴薯總產(chǎn)量的20%左右。由于缺乏現(xiàn)代科學(xué)的儲藏設(shè)備和方法，每年損失量約為25%～30%，其余的70%～75%也基本用于鮮食或者加工成粉絲、粉條及淀粉[3]，同時產(chǎn)生近百萬t的馬鈴薯皮渣。馬鈴薯皮渣不易儲存和運(yùn)輸，腐敗變質(zhì)后產(chǎn)生惡臭，造成環(huán)境污染；馬鈴薯渣通常作為飼料或當(dāng)成廢渣作掩埋處理[4]，而馬鈴薯渣中的膳食纖維含量極高，約占干基的50%左右，因此馬鈴薯渣是一種安全廉價的膳食纖維資源[5]。Annd S.Meyer等[6]研究了用纖維素酶提取膳食纖維的最佳工藝，本試驗(yàn)采用酶堿法提取馬鈴薯皮渣中的膳食纖維，并通過設(shè)計正交試驗(yàn)對提取條件進(jìn)行了優(yōu)化。

1　材料與方法

1.1材料

優(yōu)質(zhì)馬鈴薯：采自甘肅定西市香泉鎮(zhèn)優(yōu)質(zhì)馬鈴薯產(chǎn)地，低溫冷藏備用。

氫氧化鈉、二氯化鈣、硫酸、95%乙醇、碘液等試劑均為分析純；α-淀粉酶為中溫型（酶活力≥4 000U/g）。1.3儀器

DHG-9240型鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科技有限公司；臺式離心機(jī)、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州國華電器有限公司；T6型紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司；AL104型電子天平、DELTA320型pH計：瑞士梅特勒-托利多分析儀器有限公司；LLJA10W2型攪拌機(jī)：廣東小熊電器有限公司。

1.4方法

1.4.1馬鈴薯皮渣的制備

馬鈴薯洗凈、削皮，再將皮渣洗凈，放入攪拌機(jī)加水濕磨，取多層紗布下用蒸餾水沖洗過濾，除去皮渣表面的淀粉和多糖[7]，將得到的皮渣在60℃下，烘干24 h，再將烘干后的皮渣用攪拌機(jī)干磨粉碎，得到馬鈴薯皮渣粉，放置備用。

1.4.2馬鈴薯皮渣的脫色

用95%乙醇對馬鈴薯皮渣進(jìn)行浸提脫色[8]，采用正交設(shè)計L9（34）正交表研究溫度、pH、時間、料液比對脫色效果的影響，溫度分別選用45、50、55℃；pH分別選用5、6、7；時間分別選用90、120、150min；料液比分別選用1∶4、1∶5、1∶6（g/mL）。用分光光度計測定浸提液的吸光度，以求得每組不同工藝條件下的馬鈴薯皮渣脫色率[（1-脫色前吸光度/脫色后吸光度）×100%]。

1.4.3馬鈴薯皮渣中淀粉的酶解

老一輩創(chuàng)業(yè)者當(dāng)初在創(chuàng)業(yè)時，也是受到各種壓力的阻撓，但堅定的信念讓他們得以克服各種困難，最終實(shí)現(xiàn)了成功。如今，新生代正以自己的方式接受著各種挑戰(zhàn)，試圖用自己的力量，來幫助企業(yè)更好的向前發(fā)展，這種熱情與信心是難能可貴的，老一輩不應(yīng)該輕易地就將他們否定，應(yīng)該合理地加以引導(dǎo)，從知識和關(guān)系予以傳承，教導(dǎo)他們?nèi)谌胫袊榫?，同時給予新生代更多的理解與包容，放手讓他們自己去嘗試與歷練，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

采用正交設(shè)計L16（45）正交表研究溫度、時間、料液比、pH、酶濃度對馬鈴薯皮渣淀粉水解效果影響，溫度分別選用55、60、65、70℃；時間分別選用60、80、100、120min；料液比分別選用1∶7、1∶8、1∶9、1∶10（g/m L）；pH分別選用5.5、6.0、6.5、7.0；酶濃度分別選用0.7%、0.8%、0.9%、1%。用碘顯色法測定水解后馬鈴薯皮渣中淀粉的殘余量，不同濃度的淀粉遇碘后顯色不同，通過測定溶液的吸光度來計算溶液中淀粉的含量。

1.4.4馬鈴薯皮渣中蛋白質(zhì)的堿解

用1∶5（g/mL）的料液比進(jìn)行蛋白質(zhì)堿解，選用NaOH濃度5%，設(shè)溫度60℃，時間120min，再過濾、漂洗、離心。

2　結(jié)果與分析

2.1馬鈴薯皮渣脫色試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過對影響馬鈴薯皮渣脫色條件的初步分析與研究，找出4個主要影響因素，即料液比、溫度、pH、時間，正交試驗(yàn)因素水平表見表1；通過正交試驗(yàn)得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，見表2。

表1　L9（34）正交試驗(yàn)因素水平表Table1　Factorsand levelsof L9（34）orthogonal test

2.2馬鈴薯皮渣中淀粉酶解的條件優(yōu)化

通過對馬鈴薯皮渣中淀粉酶解條件的分析與研究，找出5個主要影響因素，即溫度、時間、料液比、pH、酶濃度，見表3；通過試驗(yàn)得到數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，見表4。

表3　L16（45）正交試驗(yàn)因素水平表Table 3　Factorsand levelsof L16（45）or thogonal test

表4　L16（45）正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table4　Design and result of L16（45）or thogonal test

續(xù)表4　L16（45）正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Continue table4　Design and resultof L16（45）orthogonal test

2.3試驗(yàn)結(jié)果分析

通過表2、表4正交試驗(yàn)的結(jié)果可以得出，脫色的最佳工藝條件組合為A1B2C1D3，即用95%乙醇浸提，料液比為1∶4（g/mL），溫度為50℃，pH為5，浸提時間為150min；影響脫色效果的因素主次為D>B>A>C，即時間>溫度>料液比>pH；淀粉水解的最佳工藝組合為A′3B′4C′3D′3E′2，即溫度為65℃，時間為120min，料液比為1∶9（g/mL），pH為6.5，酶濃度為0.8%；影響淀粉水解效果的因素主次為E′>B′>A′>C′>D′，即酶濃度>時間>溫度>料液比>pH。

2.4最佳工藝驗(yàn)證分析

為了確定最佳工藝的準(zhǔn)確性，以正交試驗(yàn)最佳的工藝參數(shù)組合做驗(yàn)證試驗(yàn)，即脫色的最佳工藝條件是用95%乙醇浸提，料液比為1∶4（g/mL），溫度為50℃，pH為5，浸提時間為150min；水解淀粉的最佳工藝是溫度為65℃，時間為120 min，料液比為1∶9（g/m L），pH為6.5，酶濃度為0.8%。結(jié)果是脫色率87.6%，淀粉含量0.65%，均為試驗(yàn)中最高值，最佳工藝組合得到驗(yàn)證，此工藝條件下膳食纖維提取率可達(dá)57.00%。結(jié)果如表5。3結(jié)論與討論

表5　最佳工藝參數(shù)提取馬鈴薯皮渣中膳食纖維的結(jié)果Table 5　Optimum technologicalparametersof extracting dietary fiber from potato pomace results

以馬鈴薯皮渣為原料，使用酶—堿法去除馬鈴薯渣中的淀粉、糖類及蛋白質(zhì)，提取出膳食纖維，但馬鈴薯去皮切分后易發(fā)生褐變，使其外觀品質(zhì)和營養(yǎng)價值大為降低[9]，此外，提取過程若漂洗不夠，產(chǎn)品會有異味[10]；烘干時間若掌握不好，顏色會加深，且有焦味，因此，試驗(yàn)中采用玻璃器皿，并減少切片馬鈴薯外露時間或采取一定防褐變措施，嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件，會得到高品質(zhì)馬鈴薯膳食纖維。但酶堿法提取馬鈴薯膳食纖維的工藝還需進(jìn)一步純化和改性，此方面研究將進(jìn)一步進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[8]張贊彬,繆存鉛,陳小琴.酶解法提取甘薯渣中水溶性膳食纖維的研究技術(shù)[J].食品加工,2008(1):124-127

[9]洪雁顧,正彪.不同提取工藝對馬鈴薯渣果膠性質(zhì)的影響[J].食品科學(xué),2009(24):202-205

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.008

基金項目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金項目（31920140095）；國家自然科學(xué)基金（31260098）；西北民族大學(xué)2015年開放項目；國家民委中青年英才計劃（[2014]121號）；2013年西北民族大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊項目

作者簡介：魏玉梅（1980—），女（回），實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向：食品開發(fā)與安全檢測。

*通信作者：劉華（1977—），男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：數(shù)值計算。

收稿日期：2014-04-24

Study on Extraction Technology of Dietary Fiber from Potato Residue

WEIYu-mei1，DONGYi2，LIU Lei2，WANG Lie-juan2，LIUHua3，*
（1.Centerof Experiment，NorthwestUniversity for Nationality，Lanzhou 730030，Gansu，China；2.College of Science and Engineering，NorthwestUniversity for Nationality，Lanzhou 730030，Gansu，China；3.College of Mathematicsand Computer Science，NorthwestUniversity for Nationality，Lanzhou 730030，Gansu，China）

Abstract：Dietary fiberwasextracted from potato residue by enzymic and alkaline hydrolysis.The principe of orthogonal testwas adopted to optimization study on potato decolorization and starch hydrolysis.The results showed that optimal conditions of potato decolorization were using 95%ethanol ertraction，ratio ofmaterial to liquidwas1∶4（g/mL），temperaturewas50℃，pH was5，extraction timewas150min.Theoptimalconditionsof starch hydrolysiswere that temperaturewas65℃，timewas120min，ratio ofmaterial to liquidwas1∶9（g/mL），pH was6.5，enzyme concentrationwas0.8%.The recovery ratio ofdietary fiberwasup to57.00%.

Keywords：potato residue；dietary fiber；decolorization；starch hydrolysis