紅皮馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維的提取工藝研究

張世仙，趙光練，張 海，覃 彪

（遵義師范學院a.化學化工學院；b.黔北特色資源應用研究實驗室，貴州遵義563006)

紅皮馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維的提取工藝研究

張世仙，趙光練，張 海，覃 彪

（遵義師范學院a.化學化工學院；b.黔北特色資源應用研究實驗室，貴州遵義563006)

采用堿法提取紅皮馬鈴薯皮中的水溶性膳食纖維。通過單因素實驗和正交實驗，探討了堿濃度、提取時間、提取溫度、液固比對紅皮馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維提取率的影響。結果表明堿法提取紅皮馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維的的最佳工藝條件是：堿濃度0.9%、提取溫度80℃、提取時間60min、液固比19:1，水溶性膳食纖維平均得率為57.8%，持水力為3.84g/g，膨脹率為2.12mL/g，產(chǎn)品顏色為淡黃色。

紅皮馬鈴薯皮；堿法；水溶性膳食纖維（SDF）；提取工藝

膳食纖維[1,2]（簡稱DF）是指“不能被人的消化道酶消化吸收的植物成分”。具有潤腸通便、降脂降壓、排膽固醇、美容減肥、預防結石、抗癌解毒等功效[2]，被稱為對人體有重要生理功能的第七營養(yǎng)素[3]。膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF），其中SDF比IDF具有更強的持水力、膨脹率，潤腸通便等功效更勝一籌。

據(jù)資料記載，我國居民對膳食纖維的平均攝入量為每人每天13.3g，不及世界衛(wèi)生組織建議的每人每天總膳食纖維攝入量27～40g的一半[4]，因此膳食纖維市場需求量巨大。

2015年7月在北京召開了“第十七屆中國馬鈴薯大會”、“2015北京世界馬鈴薯大會”、“第六屆中國國際薯業(yè)博覽會和馬鈴薯主食產(chǎn)品及產(chǎn)業(yè)開發(fā)國際研討會”[5,6]，2016年7月在河北省張家口市舉辦了主題為“馬鈴薯產(chǎn)業(yè)與中國式主食”的第十八屆中國馬鈴薯大會，這些會議充分表明了我國力推馬鈴薯主糧化的戰(zhàn)略，隨后各種馬鈴薯主糧食品相繼問世[7-10]，廢棄的馬鈴薯皮也可用于提取馬鈴薯水溶性膳食纖維[11-15]。貴州屬于干旱地區(qū)，適宜馬鈴薯種植，是中國最大的馬鈴薯產(chǎn)地之一，貴州遵義出產(chǎn)紅皮馬鈴薯，因此本實驗以遵義出產(chǎn)的紅皮馬鈴薯皮為原料，探討堿法[16-20]提取紅皮馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維的最佳提取工藝，以期為進一步制作紅皮馬鈴薯膳食纖維復合食品提供實驗依據(jù)。

1 材料與儀器

1.1 材料

紅皮馬鈴薯皮（取自貴州遵義出產(chǎn)的紅皮馬鈴薯），NaOH（分析純）：成都市科龍化工試劑廠；95%乙醇（分析純）：成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器

電子臺秤：常州市衡正電子儀器有限公司；TB-214型電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋：上海浦東物理光學儀器廠；SHA-B型水浴恒溫振蕩器：金壇市科析儀器有限公司；0412-1型離心機：上海手術器械廠；RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵：上海亞榮生化儀器廠；艾柯實驗室專用超純水機：成都康寧實驗專用純水設備廠；CS101-AB型電熱鼓風干燥箱：重慶實驗設備廠。

2 實驗方法

2.1 提取工藝

新鮮紅皮馬鈴薯皮→洗凈→烘干→粉碎（過80目篩）→水浴振蕩控溫堿解→過濾→濃縮→4倍體積95%乙醇沉淀→靜置→過濾→離心→稱量（SDF濕重）→干燥→稱重（SDF干重）。

2.2 提取方法

首先進行單因素試驗，然后在單因素試驗的基礎上設計正交試驗，優(yōu)化出堿法提取紅皮馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維的最佳工藝條件。

2.3 物性檢測

按照2.2中確定的最佳工藝條件提取SDF，取SDF濕樣置于刻度離心管中，讀取濕樣在離心管中的體積v1，以2000r/min離心10min，去除上清液稱量濕樣m1，于105℃烘干至恒重稱量m2并讀取在離心管中占有的體積v2，按下面公式計算持水力、膨脹率：

持水力（g/g）=(m1-m2)/m2，膨脹率（mL/g）=(v1-v2)/m2

3 結果與討論

3.1 單因素試驗

3.1.1 堿濃度的影響

分別準確稱取一定量的紅皮馬鈴薯皮粉末于小燒杯中，以液固比15:1加入不同濃度的堿溶液，室溫浸泡30min，于80℃水浴振蕩60min，結果見圖1。

圖1 NaOH溶液濃度對SDF得率的影響

從圖1可知，SDF得率先隨NaOH溶液濃度增加而增加，當質(zhì)量濃度高于0.6%后得率略有下降、趨于平穩(wěn)，但堿濃度超過0.9%后SDF得率減少。SDF得率變化的原因是堿濃度增加，促進了馬鈴薯皮中蛋白質(zhì)和脂肪發(fā)生水解，破壞了纖維素和半纖維素之間的氫鍵而增溶[16]，從而提高SDF的得率，但是當堿濃度高于0.9%后SDF中部分組分發(fā)生降解，例如果膠在堿性條件下其糖醛酸上酯易被降解，這可能是導致 SDF得率逐漸降低的原因[17]。因此NaOH提取溶液最適提取濃度是0.9%。

3.1.2 溫度的影響

分別準確稱取一定量的紅皮馬鈴薯皮粉于小燒杯中，以液固比15:1分別加入0.9%的堿溶液，室溫浸泡30min，分別于設定的溫度下水浴振蕩60min，結果見圖2。

圖2 提取溫度對SDF得率的影響

從圖2可見，溫度對SDF得率的影響較大，溫度低（＜50℃）SDF得率較低，小于10%，而當溫度升高＞50℃），SDF得率顯著提高。這可能是因為溫度升高，促進了馬鈴薯皮中不溶性膳食纖維與半纖維素之間的較強氫鍵作用，因此溫度升高溶出的半纖維素含量提高，從而提高了SDF含量。因此提取適宜溫度為90℃。

3.1.3 提取時間的影響

分別準確稱取一定量的紅皮馬鈴薯皮粉于小燒杯中，以液固比15:1加入質(zhì)量濃度為0.9%的堿溶液，室溫浸泡30min，分別于90℃下水浴振蕩不同的時間，結果見圖3。

圖3 提取時間對SDF得率的影響

由圖3可見，SDF的得率隨提取時間的增加緩慢增加，超過50min后SDF得率反而有所降低。這可能是由于反應開始時物料濃度大，SDF得率隨反應時間的延長而增加，但是隨著反應時間的延長，堿對SDF中部分組分（例如果膠）的降解作用增強，反而使得 SDF得率降低。因此提取最適宜時間為50min。

3.1.4 液固比的影響

分別準確稱取一定量的紅皮馬鈴薯皮粉于小燒杯中，按照不同液固比分別加入質(zhì)量濃度為0.9%的堿溶液，室溫浸泡 30min，于 90℃水浴振蕩提取50min，結果見圖4。

圖4 液固比對SDF得率的影響

從圖4可見，SDF的得率隨液固比的增加而增加，當液固比為17:1時，SDF得率最高，隨后得率降低。可能是隨著液固比的增加，物料濃度較低，有利于物料與堿的作用，但液固比繼續(xù)增加，溶劑水量增大，導致產(chǎn)物SDF溶脹，結構被破壞，不利于SDF的生成，導致得率降低，因此實驗最適宜的液固比為17:1。

3.2 正交試驗

依據(jù)3.1的試驗結果，設計L9(34)正交試驗表，以SDF得率為指標進行試驗，結果見表1。

表1 正交試驗

由表1可見，堿法提取馬鈴薯皮中SDF的最佳工藝組合是：A2B1C3D3，即堿濃度0.9%、溫度80℃、時間60min、液固比19:1，影響紅皮馬鈴薯皮SDF得率的主次順序是：液固比＞提取時間＞堿濃度＞提取溫度。

表2 方差分析

由表2可見，當 =0.05時F臨界值為19.000，以影響SDF得率（馬鈴薯皮渣水溶性膳食纖維）最小的因素B為誤差項，得到的F比值數(shù)據(jù)表明三個因素A、C、D在＜0.05條件下對馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維得率有顯著影響。

3.3 驗證實驗

分別準確稱取紅皮馬鈴薯皮粉，按3.2中確定的最佳提取工藝條件進行SDF提取平行試驗，測定SDF得率、持水力、膨脹率，結果見表3。

表3 驗證試驗(n=3)

由表3可知，馬鈴薯皮SDF得率為57.8%、持水力為3.84 g/g、膨脹率2.12mL/g，產(chǎn)品為蓬松的淡黃色固體。

4 結論

采用堿法提取馬鈴薯皮中水溶性膳食纖維的最適宜條件為：堿濃度0.9%、提取溫度80℃、提取時間60min、液固比為19:1。馬鈴薯皮渣水溶性膳食纖維為淡黃色固體，平均得率為57.8%，持水力為3.84g/ g，膨脹率為2.12 mL/g，工藝流程簡單易行。

[1]周堅,肖安紅.功能性膳食纖維食品[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.

[2]趙二勞,王璐.膳食纖維的保健功能及其制備研究進展[J].食品與機械,2011,(3):165-168.

[3]何麗華.中老年人的第七營養(yǎng)素——膳食纖維[J].北方藥學, 2011,8(3):100-101.

[4]封巖.中美馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展比較分析與啟示[J].世界農(nóng)業(yè), 2012,(8):66-69.

[5]于天麒.馬鈴薯榮登“學術殿堂”[J].養(yǎng)生大世界,2015,(9):57.

[6]唐瑾.關于推進馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略實施的建議[J].世紀行, 2015,(3):11-12.

[7]李錦華.馬鈴薯加工業(yè)現(xiàn)狀透析[J].農(nóng)村工作通訊,2015,(16): 30-32.

[8]張宇鳳,于冬梅,郭齊雅,等.馬鈴薯與人類健康關系的研究進展[J].中國食物與營養(yǎng),2016,22(5):9-13.

[9]曾凡逵,許丹,劉剛.馬鈴薯營養(yǎng)綜述[J].中國馬鈴薯,2015,11 (4):233-243.

[10]孫君茂,郭燕枝,苗水清.馬鈴薯饅頭對中國居民主食營養(yǎng)結構改善分析[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報,2015,17(6):64-69.

[11]魏玉梅,董鐵,劉磊,等.馬鈴薯皮渣中膳食纖維提取條件的優(yōu)化研究[J].食品研究與開發(fā),2015,36(22):33-35.

[12]李芳蓉,韓黎明,王英,等.馬鈴薯渣綜合利用研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國馬鈴薯,2015,7(3):175-181.

[13]梅新,陳學玲,關健,等.馬鈴薯渣膳食纖維物化特性的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學,2014,53(19):4667-4669.

[14]張根生,葛英亮,聶志強,等.馬鈴薯渣不溶性膳食纖維超微粉碎改性工藝優(yōu)化[J].食品與機械,2015,31(6):186-189.

[15]叢凡華,徐煥梅,張先,等.馬鈴薯渣不同溶解性膳食纖維提取工藝條件的研究[J].延邊大學農(nóng)學學報,2012,34(3):226-229.

[16]劉達玉,黃丹,李群蘭.酶堿法提取薯渣膳食纖維及其改性研究[J].食品研究與開發(fā),2005,26(5):63-66.

[17]廖紅梅,鐘葵,趙俊杰,等.馬鈴薯膳食纖維堿法處理工藝優(yōu)化[J].食品工業(yè)科技,2013,34(11):179-181.

[18]張世仙,敖克厚,金茜,等.低碳食療植物藤茶水溶性膳食纖維提取工藝研究[J].中國釀造,2013,32(10):106-108.

[19]李慧蕓,王思遠,何儒伊,等.番木瓜渣中不溶性膳食纖維提取工藝研究[J].應用化工,2014,43(11):11-20.

[20]張世仙,張素英,曾啟華,等.堿法提取茅臺酒糟中水溶性膳食纖維的工藝研究[J].中國釀造,2011,(10):126-128.

（責任編輯：朱 彬）

On the Extraction Technology of Water-soluble Dietary Fiber from Red-Skin-Potato Peel

ZHANG Shi-xian,ZHAO Guang-lian,ZHANG Hai,QIN Biao
(a.Chemical Engineering Department;b.Laboratory of Utilization Research on Characteristic Resources in Qianbei,Zunyi Normal College,Zunyi 563006,China)

The extraction of water-soluble dietary fiber(SDF)from Red-Skin-potato peel was achieved by using alkaline method.The effects of alkali concentration,time,temperature and liquid-solid ratio on the extraction rate of SDF from Red-Skin-potato peel were discussed by single factor experiment and orthogonal experiment.Results indicated that the optimum technological conditions for the alkaline extraction of SDF from Red-Skin-potato peel were alkaline dosage 0.9%,extraction temperature 80℃,extraction time 60 min, and liquid-solid ratio of 19:1.The extraction rate of SDF was up to 57.8%,the water-holding power was 3.84g/g,the rate of expansion was 2.12mL/g,and the color of product was faint yellow.

Red-Skin-potato peel;alkaline method;water-soluble dietary fiber;extraction

TS234

A

1009-3583（2017）-0114-04

2016-09-15

貴州省科技廳基金資助項目（黔科合LH字[2016]7010號，黔科合J字LKZS[2012]28號）

張世仙，女，貴州遵義人，遵義師范學院化學化工學院教授，主要從事食品化學研究工作。