紅薯渣中不溶性膳食纖維提取工藝的優(yōu)化

李澤珍，狄建兵，李治

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷 030801)

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紅薯渣中不溶性膳食纖維提取工藝的優(yōu)化

李澤珍，狄建兵，李治

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太谷 030801)

摘要：[目的]優(yōu)化紅薯渣中不溶性膳食纖維的提取工藝，以提高紅薯渣的綜合利用。[方法]以紅薯渣為原料，利用堿化學(xué)法制備不溶性膳食纖維，研究料液比、堿濃度、提取時間和提取溫度對不溶性膳食纖維提取率的影響，由正交實驗確定紅薯渣中不溶性膳食纖維的最佳提取工藝。[結(jié)果]在料液比為1∶6，堿濃度為10.0 g·L-1，提取溫度為75 ℃，提取時間為45 min的條件下，紅薯渣中不溶性膳食纖維的提取率為70.25%，持水力為4.16 g·g-1，溶脹性為20.6 mL·g-1。[結(jié)論]堿化學(xué)法可有效提取紅薯渣中的不溶性膳食纖維。

關(guān)鍵詞：紅薯渣；不溶性膳食纖維；提??；持水力；溶脹性

紅薯又名白薯、地瓜、紅芋等，含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)[1]，每100 g紅薯不僅含蛋白質(zhì)1.8 g、糖29.5 g、脂肪0.2 g、磷20 mg、鈣19 mg、鐵0.5 mg，還含有大量的維生素、賴氨酸等[2]。紅薯具有重要的食療保健作用，能夠刺激腸胃蠕動，減少結(jié)腸癌的發(fā)生，預(yù)防便秘，增強人體免疫力，調(diào)節(jié)人體內(nèi)的酸堿平衡，消除氧自由基等[3]。目前紅薯主要用于生產(chǎn)淀粉和淀粉類產(chǎn)品。淀粉生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的紅薯渣，主要用于飼料生產(chǎn)或者直接拋棄，忽略了可觀的紅薯膳食纖維[4]。膳食纖維分為不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維兩類，不溶性膳食纖維包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，非水溶性纖維可降低患腸癌的風(fēng)險，同時能夠吸收食物中的有毒物質(zhì)，預(yù)防便秘并弱化消化道中細(xì)菌排出的毒素[5,6]，但對紅薯渣不溶性膳食纖維的研究開發(fā)較少。因此，從紅薯渣中提取不溶性膳食纖維制成產(chǎn)品，可實現(xiàn)資源的有效利用，減少環(huán)境污染。不溶性膳食纖維的提取方法有水提法、酶法、化學(xué)法、超聲波輔助酶法、微波輔助酶法等，其中化學(xué)法具有工藝操作簡單、提取率較高、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點[7,8]。

本試驗以紅薯渣為試材，利用堿化學(xué)法來對紅薯渣中的不溶性膳食纖維進(jìn)行提取，研究料液比、堿濃度、提取時間和提取溫度4個試驗因素對不溶性膳食纖維提取率的影響，獲得提取工藝的最佳條件，為更加高效的提取不溶性膳食纖維提供依據(jù)，同時為紅薯渣的加工生產(chǎn)綜合利用提供有效途徑。

1　材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1材料與試劑

紅薯：市購。氫氧化鈉、無水乙醇、鹽酸和過氧化氫均為分析純。

1.2試驗儀器與設(shè)備

DHG-9243BS-Ⅲ電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海新苗醫(yī)療機(jī)械制造有限公司；JY-15A型多功能粉碎機(jī)，永康市江業(yè)制造有限公司；BS-224-S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式真空泵，鞏義市英峪予華儀器廠；TDL-40B型臺式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-8型恒溫水浴鍋，金壇市新航儀器廠。

1.3試驗方法

1.3.1紅薯渣的制備

將新鮮紅薯洗凈，切塊研碎，清洗5次，洗完后過濾，除去淀粉和多糖，再將濾渣干燥，制得紅薯渣[9,10]。

1.3.2紅薯渣不溶性膳食纖維的提取流程

紅薯渣→粉碎→過篩→氫氧化鈉溶液處理→過濾→過氧化氫溶液處理→過濾→鹽酸溶液處理→濾渣→洗滌→脫水→干燥→粉碎→成品[11,12]。

1.3.3紅薯渣不溶性膳食纖維的提取的單因素試驗設(shè)計

選取不同的料液比(1∶2 、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10)、不同的堿液濃度(6.0、8.0、10.0、12.0、14.0 g·L-1)、不同提取溫度(30、45、60、75、90 ℃)、不同提取時間(30、45、60、75、90 min)，以不溶性膳食纖維提取率為指標(biāo)進(jìn)行單因素試驗。

紅薯渣不溶性膳食纖維提取率計算:

提取率/%=濾渣干燥產(chǎn)品干物質(zhì)質(zhì)量/紅薯渣干物質(zhì)質(zhì)量×100%

1.3.4紅薯渣不溶性膳食纖維提取的正交試驗設(shè)計

根據(jù)設(shè)定好的4因素3水平(表1)進(jìn)行正交試驗并進(jìn)行直觀分析。每組試驗樣品紅薯渣粉末用量為4 g。

表1　正交試驗因素水平

1.4紅薯渣不溶性膳食纖維的功能性測定

不溶性膳食纖維的功能性采用持水力與溶脹性評價[10]。

1.4.1持水力的測定

稱取1 g提得的不溶性膳食纖維粉末，放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水，攪拌搖勻，室溫下放置24 h。將吸水飽和的不溶性纖維進(jìn)行過濾，把含水分的不溶性膳食纖維稱重，計算持水力，即：

持水力(WHC)=[膳食纖維濕重/g—膳食纖維干重/g]/膳食纖維干重/g[13,14]

1.4.2溶脹性的測定

稱取0.5 g提得的不溶性膳食纖維粉末置于量筒中，再加入100 mL水，搖勻，室溫下靜置24 h，讀取量筒中不溶性膳食纖維膨脹后的體積數(shù)，最后將膨脹后的體積除去粉末樣品質(zhì)量，即：

溶脹性=(膨脹后的體積數(shù)/mL)/(樣品的干重/g)[13,14]

2　結(jié)果與分析

2.1料液比對不溶性膳食纖維提取的影響

由圖1可見，隨著料液比的增加，紅薯渣中不溶性膳食纖維的提取率先增加后下降，當(dāng)料液比為1∶6時，提取率最高為68.76%，綜合考慮，選擇1∶6為最佳料液比。

圖1　料液比對不溶性膳食纖維提取的影響Fig.1　Effect of solid-liquid ratio on the water insoluble dietary fiber yield

2.2堿濃度對不溶性膳食纖維提取的影響

由圖2可見，隨NaOH濃度的增加，紅薯渣中不溶性膳食纖維提取量先增加后減小，可能因為NaOH的作用使不溶性膳食纖維的氫鍵破壞，溶解度增加，濃度較小時提供的介質(zhì)環(huán)境不能完全提取不溶性膳食纖維，濃度較大時不溶性膳食纖維的組織可能被破壞，提取率下降。當(dāng)NaOH濃度為8.0 g·L-1時，提取率最大，為60.25%。選擇8.0 g·L-1為最佳提取堿液濃度。

圖2　堿濃度對不溶性膳食纖維提取的影響Fig.2　Effect of alkali concentration on the water insoluble dietary fiber yield

2.3溫度對不溶性膳食纖維提取的影響

由圖3可見，提取溫度小于45 ℃時，隨提取溫度的升高，紅薯渣中不溶性膳食纖維提取率也升高；在溫度為45 ℃時，不溶性膳食纖維提取率達(dá)到最大值為64.00%；當(dāng)提取溫度高于45 ℃時，紅薯渣中不溶性膳食纖維提取率隨著溫度的升高而降低。這可能是因為溫度增高時候，樣品液體變得粘稠，在制取過程中造成浪費，降低了提取率。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，不溶性膳食纖維組織的分子鏈斷開，活化能降低，降低了膳食纖維里面膠體的膠凝能力，提取率下降。選擇45 ℃為最佳提取溫度。

圖3　提取溫度對不溶性膳食纖維提取的影響Fig.3　Effect of extraction temperature on the water insoluble dietary fiber yield

2.4時間對不溶性膳食纖維提取的影響

由圖4可見，隨著提取時間的增加，紅薯渣中不溶性膳食纖維的提取率加大，在提取時間60 min后，隨提取時間的延長，不溶性膳食纖維的提取率下降，可能原因是提取時間過長，不溶性膳食纖維中的一些物質(zhì)溶解，造成提取率下降。因此選擇60 min為最佳提取時間。

圖4　提取時間對不溶性膳食纖維提取的影響 Fig.4　Effect of extraction time on the water insoluble dietary fiber yield

2.5正交試驗優(yōu)化不溶性膳食纖維提取的最佳條件

根據(jù)單因素試驗對于紅薯渣不溶性膳食纖維提取的影響，分別選擇料液比(A)、堿濃度(B)、提取溫度(C)、提取時間(D)4個因素的3個水平，采用L9(34)正交設(shè)計對紅薯渣不溶性膳食纖維提取的條件進(jìn)行優(yōu)化，確定提取最佳工藝條件。正交試驗結(jié)果見表2。

從表2可以看出，影響紅薯渣不溶性膳食纖維提取量的各因素主次關(guān)系順序為料液比(A)>堿濃度(B)>提取溫度(D)>提取時間(C)，料液比影響最大，提取時間影響最小，最佳組合為A2B2C1D3，即料液比為1∶6，堿濃度為10.0 g·L-1，提取溫度為45 ℃，提取時間為75 min。這與正交試驗中的最高提取量組合A2B2C3D1水平不一致，進(jìn)行驗證實驗。2次驗證實驗得到的不溶性膳食纖維提取率分別為63.75%和66.63%，低于正交試驗中的最高提取量組合A2B2C3D1。因此采用A2B2C3D1組合。

表2　正交試驗結(jié)果分析

由方差分析結(jié)果表3可見，在影響堿法提取紅薯渣中不溶性膳食纖維的4個因素間的相互關(guān)系中，堿濃度和料液比的影響呈顯著差異，而提取時間和提取溫度對其影響差異不顯著。

表3　方差分析表

2.6紅薯渣不溶性膳食纖維的功能性測定

對不溶性膳食纖維物理特性的研究，可以判斷紅薯渣不溶性膳食纖維生理功能。紅薯渣不溶性膳食纖維的持水力為4.16 g·g-1，溶脹性為20.6 mL·g-1，初步可以說明紅薯渣不溶性膳食纖維在人體糞便體積的增長、潛在致癌物的稀釋等方面會有較好的生理功效。

3　討論與結(jié)論

通過單因素試驗及正交試驗及方差分析確定紅薯渣中不溶性膳食纖維的提取影響因素順序為：料液比>堿濃度>提取溫度>提取時間，紅薯渣中不溶性膳食纖維的最佳提取工藝組合是料液比為1∶6，堿濃度為10.0 g·L-1，提取溫度為75 ℃，提取時間為45 min，在此條件下紅薯渣中不溶性膳食纖維提取率是70.25%，持水力為4.16 g·g-1，溶脹性為20.6 mL·g-1。

不溶性膳食纖維提取的影響因素較多，在本試驗中研究了料液比、堿濃度、提取溫度、提取時間4個主要因素，對于其他影響因素如原料品質(zhì)、紅薯渣成分含量等有待進(jìn)一步研究。

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(編輯：馬榮博)

收稿日期：2016-03-09 修回日期：2016-05-11

作者簡介：李澤珍(1980-)，女(漢)，山西原平人，講師，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工

基金項目：山西省科技攻關(guān)計劃項目(20150311020-1)

中圖分類號：TS255.1

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-8151(2016)09-0673-05

Research on extraction and property of the water insoluble dietary fiber from sweet potato

Li Zezhen, Di Jianbing, Li Zhi

(CollegeofFoodScienceandEngineering,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

Abstract:[Objective]In order to propel comprehensive utilization of sweet potato residue, the extraction process of the water insoluble dietary fiber from sweet potato residue was studied. [Methods]The alkali solution was used to extract the water insoluble dietary fiber from sweet potato residue. With the solid-liquid ratio，alkali concentration，extraction time and extraction temperature for single-factor experiments,the best extraction condition of the water insoluble dietary fibre was determined by orthogonal experiment。[Results]The results showed the best extraction condition of the water insoluble dietary fibre was the ratio of material to water 1∶6，alkali concentration 10.0 g·L-1，the extraction temperature 75 ℃，the extraction time 45 min.The extraction ratio of the water insoluble dietary fiber was 70.25%.The water holding was 4.16 g·g-1， and the expansibility was 20.6 mL·g-1. [Conculusion]Alkali extraction of the water insoluble dietary fiber from sweet potato residue was effective.

Key words:Sweet potato residue; The water insoluble dietary fiber; Extraction;Water holding; Expansibility