香蕉皮膳食纖維提取工藝優(yōu)化及其應(yīng)用研究

鄧藝杰 張奕愷

摘要：香蕉皮占香蕉質(zhì)量的30%左右，富含營養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)主要包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、多種維生素和無機鹽等。大量未處理或者處理不當(dāng)?shù)南憬镀乐刂萍s香蕉種植業(yè)的發(fā)展，造成資源浪費和環(huán)境污染。該研究基于此，通過單因素試驗和正交試驗對香蕉皮膳食纖維加工工藝進行研究和優(yōu)化。研究結(jié)果表明，香蕉皮膳食纖維提取的最佳工藝為酶用量0.5 mL/g、pH值7、酶解時間11 h和酶解溫度35 ℃，該條件下香蕉皮膳食纖維提取率最高，為10.24%。該加工工藝簡單，生產(chǎn)設(shè)備要求低，為香蕉皮膳食纖維的開發(fā)利用提供了理論基礎(chǔ)。此外，將香蕉皮膳食纖維添加至面包中可以對面包中的營養(yǎng)成分進行補充。

關(guān)鍵詞：香蕉皮；膳食纖維；正交試驗；加工工藝

中圖分類號：TS201.2????? 文獻標(biāo)志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2023）08-0131-04

Optimization of Extraction Process of Dietary Fiber from Banana Peel and Its Application

DENG Yi-jie， ZHANG Yi-kai

（Zhoukou Normal University， Zhoukou 466000， China）

Abstract： Banana peel accounts for about 30% of the weight of banana， and it is rich in nutrients. These nutrients mainly include cellulose， hemicellulose， lignin， protein， vitamins and inorganic salts. A large number of untreated or improperly treated banana peels can seriously restrict the development of banana planting industry， resulting in waste of resources and environmental pollution. Based on this， in this study， the processing technology of dietary fiber from banana peel is studied and optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal extraction process of dietary fiber from banana peel is the addition amount of enzyme of 0.5 mL/g， the pH value of 7， the enzymatic hydrolysis time of 11 h and the enzymatic hydrolysis temperature of 35 ℃. Under these conditions， the extraction rate of dietary fiber from banana peel is the highest of 10.24%. The processing technology is simple and the requirements for production equipment are low， which has provided a theoretical basis for the development and utilization of banana peel dietary fiber. In addition， the addition of banana peel dietary fiber into bread can supplement the nutrients in bread.

Key words： banana peel; dietary fiber; orthogonal test; processing technology

收稿日期：2023-02-20

基金項目：2021年度河南省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃年度項目（2021CYS065）

作者簡介：鄧藝杰（1987－），男，講師，碩士，研究方向：食品感官評價、食品包裝設(shè)計。

香蕉皮是香蕉加工企業(yè)的主要副產(chǎn)物之一，占香蕉質(zhì)量的30%左右[1-2]，但目前國內(nèi)對香蕉皮的應(yīng)用研究較少[3]，大量香蕉皮被丟棄，不僅造成香蕉資源的浪費[4]，而且會對環(huán)境造成污染，若將香蕉皮中的膳食纖維加以提取和利用[5]，不僅可以減少環(huán)境污染，而且能提高香蕉的附加值[6-7]。目前香蕉皮中膳食纖維的提取方式主要有酶法和化學(xué)法，國內(nèi)已經(jīng)有一些對香蕉皮中膳食纖維提取工藝的研究[8-9]。莊遠紅等[10]采用酸法和堿法對香蕉皮粉末進行了萃取，再用乙醇沉淀法提取了膳食纖維。黃愛妮等[11]對香蕉皮中膳食纖維提取工藝進行了研究，發(fā)現(xiàn)采用酶法和堿法均可以從香蕉皮中提取膳食纖維，且酶法比堿法提取膳食纖維更具有優(yōu)勢。

膳食纖維是人類的“第七大營養(yǎng)素”，具有降膽固醇、調(diào)節(jié)血糖等多種功效，被廣泛應(yīng)用于功能性食品的開發(fā)[12-13]。隨著消費者生活節(jié)奏的加快，面包成為最受歡迎的早餐之一[14]。所以，本研究通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化香蕉皮膳食纖維提取工藝，另外，研究一種新型的膳食纖維食品——香蕉皮膳食纖維面包，旨在提高香蕉副產(chǎn)物的經(jīng)濟效益，同時減少香蕉皮丟棄造成的環(huán)境污染。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

香蕉、食鹽、干酵母、無水檸檬酸、黃油、面粉、小米、綿白糖和牛奶。

1.2 試驗儀器

電子天平 福州華志科學(xué)儀器有限公司；干燥箱 上海予卓儀器有限公司；電烤箱 東莞市弘向自動化科技有限公司；粉碎機 廣州嘉銀機械有限公司；質(zhì)構(gòu)儀 濟南賽成電子科技有限公司；培養(yǎng)箱 廣東元耀儀器設(shè)備有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 單因素試驗

在酶用量0.5 mL/g、pH值6、酶解時間11 h和酶解溫度45 ℃的條件下，研究不同酶添加量（0.25，0.5，0.75，1.00，1.25 mL/g）、酶解時間（3，5，8，11，14 h）、pH（3，4，5，6，7，8，9，10）和酶解溫度（35，45，55，65，75 ℃）對香蕉皮膳食纖維提取率的影響。

1.3.2 正交試驗

根據(jù)單因素試驗，對香蕉皮膳食纖維提取率加工工藝進行研究和優(yōu)化，以酶添加量、pH值、酶解時間和酶解溫度為變量因子，香蕉皮膳食纖維提取率為指標(biāo)，進行四因素三水平的正交試驗。正交試驗因素及水平設(shè)計見表1。

1.3.3 香蕉皮膳食纖維提取工藝流程

香蕉皮清洗→切片→切絲→干燥→粉碎→過篩→酶解→調(diào)節(jié)pH→離心過濾→濾渣冷凍干燥→獲得膳食纖維。

1.3.4 香蕉皮膳食纖維操作要點

1.3.4.1 香蕉皮清洗、切片和切絲[15-16]

挑選干凈的香蕉皮，將香蕉皮清洗后切片和切絲，之后在60 ℃烘箱中干燥處理，利用粉碎機將其粉碎。

1.3.4.2 粉碎過篩

將粉碎后的香蕉皮粉過60目篩。

1.3.4.3 酶解和調(diào)節(jié)pH

調(diào)節(jié)酶解液的pH為7，將過篩后的香蕉皮粉進行酶解。

1.3.4.4 離心和干燥

酶解11 h后，將酶解香蕉皮膳食纖維離心過濾，再進行冷凍干燥，最后獲得香蕉皮膳食纖維。

2 結(jié)果和討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 酶添加量對香蕉皮膳食纖維提取率的影響

在酶解時間為11 h、pH為6和酶解溫度為45 ℃的條件下，研究酶添加量0.25，0.5，0.75，1，1.25 mL/g對香蕉皮膳食纖維提取率的影響。由圖1可知，隨著酶添加量的增加，香蕉皮膳食纖維提取率呈現(xiàn)先升高后降低再升高再降低的趨勢；當(dāng)酶添加量為0.5 mL/g時，香蕉皮膳食纖維提取率最高，為6%；當(dāng)酶添加量小于0.5 mL/g時，香蕉及膳食纖維提取率隨著酶添加量的增加而增加；當(dāng)酶添加量大于0.5 mL/g時，香蕉皮膳食纖維提取率隨著酶添加量的增加呈先降低再升高再降低的趨勢。綜合考慮，選擇酶添加量為0.25～0.75 mL/g進行后期的正交試驗。

2.1.2 pH值對香蕉皮膳食纖維提取率的影響

在酶添加量為0.5 mL/g、酶解時間為11 h和酶解溫度為45 ℃的條件下，研究不同pH值3，4，5，6，7，8，9，10對香蕉皮膳食纖維提取率的影響。由圖2可知，隨著pH值的增加，香蕉皮膳食纖維提取率呈先升高再降低再升高再降低的趨勢，為波浪形變化趨勢。當(dāng)pH值為6時，香蕉皮膳食纖維提取率最高，為8.2%；當(dāng)pH值小于6時，香蕉皮膳食纖維提取率呈現(xiàn)波浪形變化趨勢，且膳食纖維提取率較低；當(dāng)pH值大于6時，香蕉皮膳食纖維提取率隨著pH值的增加而逐漸降低。綜合考慮，選擇香蕉皮膳食纖維提取pH值為5～7進行正交試驗。

2.1.3 酶解時間對香蕉皮膳食纖維提取率的影響

在酶添加量為0.5 mL/g、酶解溫度為45 ℃和pH值為6的條件下，研究不同酶解時間3，5，8，11，14 h對香蕉皮膳食纖維提取率的影響。由圖3可知，隨著酶解時間的增加，香蕉皮膳食纖維提取率呈現(xiàn)先升高后降低再升高再降低的趨勢。當(dāng)酶解時間為11 h時，香蕉皮膳食纖維提取率最高，為5.3%；當(dāng)酶解時間小于11 h時，香蕉皮膳食纖維提取率呈現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢；當(dāng)酶解時間大于11 h時，香蕉皮膳食纖維提取率隨著酶解時間的增加而降低。綜合考慮，選擇香蕉皮膳食纖維提取率最佳酶解時間為8～14 h。

2.1.4 酶解溫度對香蕉皮膳食纖維提取率的影響

在酶添加量為0.5 mL/g、酶解時間為11 h和pH為6的條件下，研究不同酶解溫度35，45，55，65，75 ℃對香蕉皮膳食纖維提取率的影響。由圖4可知，隨著酶解溫度的升高，香蕉皮膳食纖維提取率隨著酶解溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)酶解溫度為45 ℃時，香蕉皮膳食纖維提取率最高，為6%；當(dāng)酶解溫度小于45 ℃時，香蕉皮膳食纖維提取率隨著酶解溫度的升高而升高；當(dāng)酶解溫度大于45 ℃時，香蕉皮膳食纖維提取率隨著酶解溫度的升高而降低。這是由于當(dāng)溫度較低時，相關(guān)酶活性較低[17]；當(dāng)溫度較高時，則會影響酶活性，從而導(dǎo)致香蕉皮膳食纖維提取率較低[18]。所以，選擇酶解溫度35～55 ℃進行正交試驗。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

根據(jù)單因素試驗，對香蕉皮膳食纖維提取率加工工藝進行研究和優(yōu)化，以酶用量、pH值、酶解時間和酶解溫度為變量因子，香蕉皮膳食纖維提取率為指標(biāo)，進行四因素三水平的正交試驗。

由表2可知，4個影響因素酶用量、pH值、酶解時間和酶解溫度的R值分別為2.73，1.12，2.49，3.01，影響香蕉皮膳食纖維提取工藝因素的主次順序為D>A>C>B，即酶解溫度>酶用量>酶解時間>pH值；pH值對香蕉皮膳食纖維提取率的影響最小，酶解溫度對香蕉皮膳食纖維提取率的影響最大。從9組不同的香蕉皮膳食纖維提取試驗中看出，組6香蕉皮膳食纖維提取率最高，為10.24%，此時香蕉皮膳食纖維提取工藝為酶用量0.5 mL/g、pH值7、酶解時間11 h和酶解溫度35 ℃，該條件下，香蕉皮膳食纖維提取率為10.24%。

由表3可知，pH值中的F值為1.68，水平差異不明顯，說明pH值的高低對香蕉皮膳食纖維提取率的影響不明顯，在pH為7的酶解條件下，不僅能夠減少投入，而且能為環(huán)境保護提供基礎(chǔ)。

2.3 香蕉皮膳食纖維面包成品質(zhì)量的指標(biāo)

面包是常用食品，但普通面包中的營養(yǎng)成分有限[19]，本研究將香蕉皮膳食纖維添加至面包中，再對面包中的各種營養(yǎng)成分進行分析和測定。香蕉皮膳食纖維面包中各項指標(biāo)見表4，面包的水分含量為33.07%，酸度為4.62 °T，膳食纖維含量為14.76%，硬度為4.76 N，彈性為20.67 mmol/L，此時香蕉皮膳食纖維面包富有彈性，外觀飽滿完整，且富有光澤。

3 小結(jié)

隨著社會的發(fā)展、人們生活水平的提高，高糖和高脂食品不斷被攝入，高血壓、糖尿病、冠心病和腸道癌癥等多種疾病直接威脅著我國消費者的健康[20]。膳食纖維是一種功能性食品，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種食品加工中，深受消費者喜愛。膳食纖維具有降低膽固醇，改善腸道功能，預(yù)防糖尿病、冠心病、動脈硬化、高血壓和高血脂等多種疾病的工效，適當(dāng)食用膳食纖維，能夠有效維持機體健康。

香蕉種植業(yè)技術(shù)快速發(fā)展，產(chǎn)量大幅度提升，但是相關(guān)的加工技術(shù)較落后。香蕉皮是香蕉加工后的主要廢棄物，若不能有效利用，既造成資源浪費，也對生態(tài)環(huán)境造成污染。本研究通過單因素試驗和正交試驗對香蕉皮膳食纖維加工工藝進行研究和優(yōu)化，研究結(jié)果表明，香蕉皮膳食纖維提取的最佳工藝為酶用量0.5 mL/g、pH值7、酶解時間11 h和酶解溫度35 ℃，該條件下香蕉膳食纖維提取率為10.24%。

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