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(shí)驗(yàn)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；提取；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(qiáng)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(xiǎn)，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(shí)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(diǎn)[7,8]。

本試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)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(yàn)設(shè)計(jì)

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(yàn)。

紅薯渣不溶性膳食纖維提取率計(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)

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

表1　正交試驗(yàn)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(jià)[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(jì)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?yàn)镹aOH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?yàn)闇囟仍龈邥r候，樣品液體變得粘稠，在制取過程中造成浪費(fèi)，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(yàn)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(yàn)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(jì)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(yàn)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?yàn)榱弦罕?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(yàn)中的最高提取量組合A2B2C3D1水平不一致，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。2次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)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(yàn)中的最高提取量組合A2B2C3D1。因此采用A2B2C3D1組合。

表2　正交試驗(yàn)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(yàn)及正交試驗(yàn)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?yàn)椋毫弦罕?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(yàn)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(xiàng)目：山西省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)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