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        建陽桔柚皮渣中膳食纖維提取工藝優(yōu)化及理化性質(zhì)分析

        2020-07-09 03:28:36林燕燕黃清秀
        武夷學院學報 2020年3期

        紀 穎,呂 峰,林燕燕,黃清秀

        (1.福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院,福建 南平 353000;2.福建農(nóng)林大學 食品科學學院,福建 福州 350002)

        膳食纖維主要是指不能被人體利用的多糖類及木植素,它雖然不能被人體消化道酶分解,但有著重要的生理功能[1-2],如能增加飽足感、促進腸胃蠕動、改善腸道菌群,同時預(yù)防動脈硬化、心腦血管疾病、糖尿病及癌癥[3-5],被稱為人類的“第七大營養(yǎng)素”。然而,目前我國居民每日膳食纖維攝入量僅為11.8 g左右,與營養(yǎng)學會推薦的每日攝入量25 g[6]相比,相差明顯,因此,有效地加強膳食纖維的攝入尤為重要。建陽桔柚是從日本引進的甜春桔柚嫁接后代中選擇優(yōu)良單株擴繁育成的新品種[7],兼具桔和柚的優(yōu)良性狀,被國家農(nóng)業(yè)部列入名特優(yōu)新農(nóng)產(chǎn)品目錄,是具有地方特色的名優(yōu)水果。建陽桔柚整果大約230 g,其中果皮占整果的33.5%左右,去汁后果渣占整果10.2%左右。目前,建陽桔柚果皮及榨汁后的果渣大部分被作為垃圾被丟棄,沒有被合理的利用,不僅造成資源浪費,還對環(huán)境產(chǎn)生了不好的影響。

        柑橘類水果的果渣是一類優(yōu)良的膳食纖維資源[8]。目前,膳食纖維的提取方法主要有酸法[9]、酶法[10]、發(fā)酵法[11]、膜分離法[12]。本試驗采用化學法提取建陽桔柚皮渣中的膳食纖維,并對其主要理化特性進行分析測定,以期為建陽桔柚皮渣膳食纖維產(chǎn)品的研發(fā)提供理論依據(jù),從而達到資源的回收利用,產(chǎn)生附加值,增加經(jīng)濟效益,為建陽桔柚產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        1.1.1 建陽桔柚皮渣

        選擇成熟的、大小均勻、色澤一致的建陽桔柚果實去皮、榨汁,將皮渣置于電烘箱中干燥后將其粉碎裝袋備用。

        1.1.2 試劑95%乙醇、植物油、鹽酸、氫氧化鈉,均為分析純。

        1.1.3 主要儀器

        電熱鼓風干燥箱,DHG-9240上海一恒科學儀器有限公司;多功能粉碎機,HC-800Y武義海納電器有限公司;電子天平,AR224CN奧豪斯儀器有限公司;酸度計,ST2100奧豪斯儀器有限公司;磁力攪拌器,GL-3250A海門市其林貝爾儀器制造有限公司;數(shù)字恒溫水浴鍋,HH-4上海力辰邦西儀器科技有限公司;離心機,TG16G鹽城市凱特實驗儀器有限公司;箱式高溫電阻爐,LX1811天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司;恒溫振蕩器,HZQ-X300C上海一恒科學儀器有限公司;渦旋混合器,Mixplus艾本森;電子顯微鏡,LCC60 HD Nikon尼康株式會社。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 建陽桔柚皮渣中膳食纖維提取

        稱取一定重量的建陽桔柚皮渣粉末,加少量蒸餾水后用磁力攪拌器混合均勻,用一定濃度的鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值后置于水浴鍋中反應(yīng)一段時間,離心分離后收集上清液,加入4倍體積95%乙醇,靜置1 h后再進行離心分離,將沉淀物烘干、粉碎即得膳食纖維的初制品。

        膳食纖維得率(%)=膳食纖維初制品的質(zhì)量(g)/原料質(zhì)量(g)×100%。

        1.2.2 單因素試驗

        選擇pH值(A)為0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、2.0、3.0,料液比1∶30,提取溫度80℃,提取時間60 min,分析不同pH值對建陽桔柚皮渣中膳食纖維提取率的影響。

        選擇料液比(B)為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60,提取液pH值為0.6,提取溫度80℃,提取時間60 min,分析不同料液比對建陽桔柚皮渣中膳食纖維提取率的影響。

        提取液pH值為0.6,料液比1∶30,分別以反應(yīng)溫度(C)為60、70、80、90、100℃,提取時間60 min,分析不同反應(yīng)溫度對建陽桔柚皮渣中膳食纖維提取率的影響。

        提取液pH值為0.6,料液比1∶30,反應(yīng)溫度90℃,分別以反應(yīng)時間(D)為40、60、80、100、120 min,分析不同提取時間對建陽桔柚皮渣中膳食纖維提取率的影響。

        1.2.3 優(yōu)化設(shè)計

        經(jīng)過單因素試驗后,以pH值、料液比、反應(yīng)溫度、提取時間進行L9(34)正交試驗,見表1。

        表1 L9(34)正交試驗因素與水平設(shè)計Tab.1 Factors and levels of the orthogonal experiment

        1.2.4 理化性質(zhì)試驗

        建陽桔柚皮渣膳食纖維中灰分的測定按照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》方法,膨脹能力測定參照毛慧君等[13]方法,持水能力、乳化能力、乳化穩(wěn)定性、吸附脂肪酸能力測定參照白菜渣可溶性膳食纖維酸法提取工藝優(yōu)化及理化性質(zhì)測定方法[9]。

        1.3 統(tǒng)計分析

        以上各試驗重復(fù)3次取其均值后用Excel 2003作圖,并采用SPSS進行方差分析與差異顯著性分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 pH值對建陽桔柚皮渣膳食纖維得率的影響

        pH值對建陽桔柚皮渣膳食纖維得率的影響如圖1所示,pH值較低時膳食纖維水解不完全,得率較低;pH值在0.6~1.0范圍能較好地促進膳食纖維水解;但隨著pH值逐漸升高,提取率不斷降低,可能是因為堿度增加,對氫鍵的破壞能力增強,膳食纖維得率反而下降。

        圖1 pH值對膳食纖維提取率的影響Fig.1 Effectsof extraction pH on yield of dietary fiber

        2.2 料液比對建陽桔柚皮渣膳食纖維得率的影響

        圖2顯示,當料液比較低時,因為溶劑量少,膳食纖維水解不足,得率偏低,隨著料液比的增大,提取率呈增加趨勢,當料液比為1∶30時,提取率達到最高;但料液比繼續(xù)增加,溶劑量過大,皮渣吸水膨脹,后續(xù)醇沉后轉(zhuǎn)化而成的膳食纖維的量也隨之下降。

        圖2 料液比對膳食纖維提取率的影響Fig.2 Effects of solid-liquid ratio on yield of dietary fiber

        2.3 反應(yīng)溫度比對建陽桔柚皮渣膳食纖維得率的影響

        由圖3可知,隨著反應(yīng)溫度的提高,建陽桔柚皮渣膳食纖維的得率先增加后再下降,60~90℃范圍內(nèi),因為適當?shù)母邷卦斐伤肿訜徇\用能力加快,有利于膳食纖維提??;但是當溫度高于90℃后,因為溫度過高膳食纖維容易變性,無法被乙醇沉淀下來,導(dǎo)致得率下降。

        圖3 反應(yīng)溫度對膳食纖維提取率的影響Fig.3 Effects of extraction temperature on yield of dietary fiber

        2.4 提取時間對建陽桔柚皮渣膳食纖維得率的影響

        由圖4可知,建陽桔柚皮渣膳食纖維提取率先增加后下降,60 min前隨著提取時間的增加會促進膳食纖維水解,但提取時間過長會造成膳食纖維中的果膠發(fā)生解酯、裂解[14],所以膳食纖維提取率反而逐漸下降。

        圖4 提取時間對膳食纖維提取率的影響Fig.4 Effects of extraction time on yield of dietary fiber

        2.5 正交試驗結(jié)果與分析

        從表2可以看出,影響建陽桔柚皮渣膳食纖維提取率的主次因素順序為:C>B>D>A,即反應(yīng)溫度>料液比>反應(yīng)時間>pH;最佳組合為:C2B2D2A1,即pH值為0.6、料液比為1∶35、反應(yīng)溫度為80℃、提取時間為50 min。

        表2 正交試驗結(jié)果與分析Tab.2 Orthogonal experiment results and analysis

        2.6 驗證試驗

        按正交試驗得出的工藝參數(shù)進行4次重復(fù)試驗,表3顯示,建陽桔柚皮渣膳食纖維平均得率達到22.5%,驗證了優(yōu)化工藝的穩(wěn)定性、有效性和合理性。

        表3 驗證試驗Tab.3 Validation experimen

        2.7 建陽桔柚皮渣膳食纖維的微觀結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)

        取少許建陽桔柚皮渣膳食纖維的粉末置于載玻片上,加一滴蒸餾水混合均勻后通過電子顯微鏡觀察其微觀結(jié)構(gòu)。放大40倍(圖5A)可以看出膳食纖維的顆粒表面粗糙,凹凸不平,放大100倍(圖5B、圖5C)可以發(fā)現(xiàn)膳食纖維的顆粒層次狀明顯,可見較多的紋路,有的部位還有較大的孔洞,這些紋路和孔洞關(guān)系到膳食纖維的水合作用,有利于水分子的進入和滯留。

        圖5 膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)Fig.5 Microstructure of dietary fiber

        2.8 建陽桔柚皮渣膳食纖維的理化性質(zhì)測定

        持水力和膨脹力是衡量膳食纖維品質(zhì)的重要參數(shù)[15-16],如表4所示,建陽桔柚皮渣膳食纖維的持水力達到18.16 g/g,膨脹力達到3.42 mL/g,說明提取出的膳食纖維吸附能力強,生理功效好。此外,表4顯示,建陽桔柚皮渣膳食纖維還具有一定的乳化能力,對脂肪酸的吸附能力達到2.19 g/g,說明其保健功能較強。

        表4 膳食纖維理化性質(zhì)Tab.4 Physicochemical property of dietary fiber

        3 結(jié)論

        建陽桔柚皮渣是一種較好的膳食纖維資源,本項目在單因素試驗的基礎(chǔ)上,通過正交試驗將化學法提取建陽桔柚皮渣膳食纖維工藝進行優(yōu)化,得出最佳工藝參數(shù)為:提取液pH值為0.6、料液比為1∶35、反應(yīng)溫度為80℃、提取時間為50 min,在此條件下,建陽桔柚皮渣膳食纖維提取率為22.5%,為建陽桔柚皮渣的綜合利用提供理論依據(jù)。

        建陽桔柚皮渣中提取出的膳食纖維具有較好的持水力、膨脹力以及乳化能力和吸附脂肪酸能力,這說明建陽桔柚皮渣膳食纖維可作為天然食品添加劑(乳化劑)或保健食品原料應(yīng)用到肉制品加工、乳制品加工、飲料加工等[17]行業(yè)中,具有較好的發(fā)展前景。

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