红薯渣中不溶性膳食纤维提取工艺的优化

李泽珍，狄建兵，李治

(山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 太谷 030801)



红薯渣中不溶性膳食纤维提取工艺的优化

李泽珍，狄建兵，李治

(山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 太谷 030801)

摘要：[目的]优化红薯渣中不溶性膳食纤维的提取工艺，以提高红薯渣的综合利用。[方法]以红薯渣为原料，利用碱化学法制备不溶性膳食纤维，研究料液比、碱浓度、提取时间和提取温度对不溶性膳食纤维提取率的影响，由正交实验确定红薯渣中不溶性膳食纤维的最佳提取工艺。[结果]在料液比为1∶6，碱浓度为10.0 g·L-1，提取温度为75 ℃，提取时间为45 min的条件下，红薯渣中不溶性膳食纤维的提取率为70.25%，持水力为4.16 g·g-1，溶胀性为20.6 mL·g-1。[结论]碱化学法可有效提取红薯渣中的不溶性膳食纤维。

关键词：红薯渣；不溶性膳食纤维；提取；持水力；溶胀性

红薯又名白薯、地瓜、红芋等，含有丰富的营养物质[1]，每100 g红薯不仅含蛋白质1.8 g、糖29.5 g、脂肪0.2 g、磷20 mg、钙19 mg、铁0.5 mg，还含有大量的维生素、赖氨酸等[2]。红薯具有重要的食疗保健作用，能够刺激肠胃蠕动，减少结肠癌的发生，预防便秘，增强人体免疫力，调节人体内的酸碱平衡，消除氧自由基等[3]。目前红薯主要用于生产淀粉和淀粉类产品。淀粉生产过程中产生大量的红薯渣，主要用于饲料生产或者直接抛弃，忽略了可观的红薯膳食纤维[4]。膳食纤维分为不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维两类，不溶性膳食纤维包括纤维素、半纤维素和木质素等，非水溶性纤维可降低患肠癌的风险，同时能够吸收食物中的有毒物质，预防便秘并弱化消化道中细菌排出的毒素[5,6]，但对红薯渣不溶性膳食纤维的研究开发较少。因此，从红薯渣中提取不溶性膳食纤维制成产品，可实现资源的有效利用，减少环境污染。不溶性膳食纤维的提取方法有水提法、酶法、化学法、超声波辅助酶法、微波辅助酶法等，其中化学法具有工艺操作简单、提取率较高、生产成本低的优点[7,8]。

本试验以红薯渣为试材，利用碱化学法来对红薯渣中的不溶性膳食纤维进行提取，研究料液比、碱浓度、提取时间和提取温度4个试验因素对不溶性膳食纤维提取率的影响，获得提取工艺的最佳条件，为更加高效的提取不溶性膳食纤维提供依据，同时为红薯渣的加工生产综合利用提供有效途径。

1　材料与方法

1.1试验材料

1.1.1材料与试剂

红薯：市购。氢氧化钠、无水乙醇、盐酸和过氧化氢均为分析纯。

1.2试验仪器与设备

DHG-9243BS-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗机械制造有限公司；JY-15A型多功能粉碎机，永康市江业制造有限公司；BS-224-S型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；SHZ-D(Ⅲ)型循环水式真空泵，巩义市英峪予华仪器厂；TDL-40B型台式离心机，上海安亭科学仪器厂；HH-8型恒温水浴锅，金坛市新航仪器厂。

1.3试验方法

1.3.1红薯渣的制备

将新鲜红薯洗净，切块研碎，清洗5次，洗完后过滤，除去淀粉和多糖，再将滤渣干燥，制得红薯渣[9,10]。

1.3.2红薯渣不溶性膳食纤维的提取流程

红薯渣→粉碎→过筛→氢氧化钠溶液处理→过滤→过氧化氢溶液处理→过滤→盐酸溶液处理→滤渣→洗涤→脱水→干燥→粉碎→成品[11,12]。

1.3.3红薯渣不溶性膳食纤维的提取的单因素试验设计

选取不同的料液比(1∶2 、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10)、不同的碱液浓度(6.0、8.0、10.0、12.0、14.0 g·L-1)、不同提取温度(30、45、60、75、90 ℃)、不同提取时间(30、45、60、75、90 min)，以不溶性膳食纤维提取率为指标进行单因素试验。

红薯渣不溶性膳食纤维提取率计算:

提取率/%=滤渣干燥产品干物质质量/红薯渣干物质质量×100%

1.3.4红薯渣不溶性膳食纤维提取的正交试验设计

根据设定好的4因素3水平(表1)进行正交试验并进行直观分析。每组试验样品红薯渣粉末用量为4 g。

表1　正交试验因素水平

1.4红薯渣不溶性膳食纤维的功能性测定

不溶性膳食纤维的功能性采用持水力与溶胀性评价[10]。

1.4.1持水力的测定

称取1 g提得的不溶性膳食纤维粉末，放入烧杯中，加入100 mL蒸馏水，搅拌摇匀，室温下放置24 h。将吸水饱和的不溶性纤维进行过滤，把含水分的不溶性膳食纤维称重，计算持水力，即：

持水力(WHC)=[膳食纤维湿重/g—膳食纤维干重/g]/膳食纤维干重/g[13,14]

1.4.2溶胀性的测定

称取0.5 g提得的不溶性膳食纤维粉末置于量筒中，再加入100 mL水，摇匀，室温下静置24 h，读取量筒中不溶性膳食纤维膨胀后的体积数，最后将膨胀后的体积除去粉末样品质量，即：

溶胀性=(膨胀后的体积数/mL)/(样品的干重/g)[13,14]

2　结果与分析

2.1料液比对不溶性膳食纤维提取的影响

由图1可见，随着料液比的增加，红薯渣中不溶性膳食纤维的提取率先增加后下降，当料液比为1∶6时，提取率最高为68.76%，综合考虑，选择1∶6为最佳料液比。

图1　料液比对不溶性膳食纤维提取的影响Fig.1　Effect of solid-liquid ratio on the water insoluble dietary fiber yield

2.2碱浓度对不溶性膳食纤维提取的影响

由图2可见，随NaOH浓度的增加，红薯渣中不溶性膳食纤维提取量先增加后减小，可能因为NaOH的作用使不溶性膳食纤维的氢键破坏，溶解度增加，浓度较小时提供的介质环境不能完全提取不溶性膳食纤维，浓度较大时不溶性膳食纤维的组织可能被破坏，提取率下降。当NaOH浓度为8.0 g·L-1时，提取率最大，为60.25%。选择8.0 g·L-1为最佳提取碱液浓度。

图2　碱浓度对不溶性膳食纤维提取的影响Fig.2　Effect of alkali concentration on the water insoluble dietary fiber yield

2.3温度对不溶性膳食纤维提取的影响

由图3可见，提取温度小于45 ℃时，随提取温度的升高，红薯渣中不溶性膳食纤维提取率也升高；在温度为45 ℃时，不溶性膳食纤维提取率达到最大值为64.00%；当提取温度高于45 ℃时，红薯渣中不溶性膳食纤维提取率随着温度的升高而降低。这可能是因为温度增高时候，样品液体变得粘稠，在制取过程中造成浪费，降低了提取率。当温度继续升高时，不溶性膳食纤维组织的分子链断开，活化能降低，降低了膳食纤维里面胶体的胶凝能力，提取率下降。选择45 ℃为最佳提取温度。

图3　提取温度对不溶性膳食纤维提取的影响Fig.3　Effect of extraction temperature on the water insoluble dietary fiber yield

2.4时间对不溶性膳食纤维提取的影响

由图4可见，随着提取时间的增加，红薯渣中不溶性膳食纤维的提取率加大，在提取时间60 min后，随提取时间的延长，不溶性膳食纤维的提取率下降，可能原因是提取时间过长，不溶性膳食纤维中的一些物质溶解，造成提取率下降。因此选择60 min为最佳提取时间。

图4　提取时间对不溶性膳食纤维提取的影响 Fig.4　Effect of extraction time on the water insoluble dietary fiber yield

2.5正交试验优化不溶性膳食纤维提取的最佳条件

根据单因素试验对于红薯渣不溶性膳食纤维提取的影响，分别选择料液比(A)、碱浓度(B)、提取温度(C)、提取时间(D)4个因素的3个水平，采用L9(34)正交设计对红薯渣不溶性膳食纤维提取的条件进行优化，确定提取最佳工艺条件。正交试验结果见表2。

从表2可以看出，影响红薯渣不溶性膳食纤维提取量的各因素主次关系顺序为料液比(A)>碱浓度(B)>提取温度(D)>提取时间(C)，料液比影响最大，提取时间影响最小，最佳组合为A2B2C1D3，即料液比为1∶6，碱浓度为10.0 g·L-1，提取温度为45 ℃，提取时间为75 min。这与正交试验中的最高提取量组合A2B2C3D1水平不一致，进行验证实验。2次验证实验得到的不溶性膳食纤维提取率分别为63.75%和66.63%，低于正交试验中的最高提取量组合A2B2C3D1。因此采用A2B2C3D1组合。

表2　正交试验结果分析

由方差分析结果表3可见，在影响碱法提取红薯渣中不溶性膳食纤维的4个因素间的相互关系中，碱浓度和料液比的影响呈显著差异，而提取时间和提取温度对其影响差异不显著。

表3　方差分析表

2.6红薯渣不溶性膳食纤维的功能性测定

对不溶性膳食纤维物理特性的研究，可以判断红薯渣不溶性膳食纤维生理功能。红薯渣不溶性膳食纤维的持水力为4.16 g·g-1，溶胀性为20.6 mL·g-1，初步可以说明红薯渣不溶性膳食纤维在人体粪便体积的增长、潜在致癌物的稀释等方面会有较好的生理功效。

3　讨论与结论

通过单因素试验及正交试验及方差分析确定红薯渣中不溶性膳食纤维的提取影响因素顺序为：料液比>碱浓度>提取温度>提取时间，红薯渣中不溶性膳食纤维的最佳提取工艺组合是料液比为1∶6，碱浓度为10.0 g·L-1，提取温度为75 ℃，提取时间为45 min，在此条件下红薯渣中不溶性膳食纤维提取率是70.25%，持水力为4.16 g·g-1，溶胀性为20.6 mL·g-1。

不溶性膳食纤维提取的影响因素较多，在本试验中研究了料液比、碱浓度、提取温度、提取时间4个主要因素，对于其他影响因素如原料品质、红薯渣成分含量等有待进一步研究。

参考文献

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[3]伍军.红薯营养保健价值及综合利用[J].粮食与油脂,2004(1):18-19.

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(编辑：马荣博)

收稿日期：2016-03-09 修回日期：2016-05-11

作者简介：李泽珍(1980-)，女(汉)，山西原平人，讲师，硕士，研究方向：农产品贮藏加工

基金项目：山西省科技攻关计划项目(20150311020-1)

中图分类号：TS255.1

文献标识码：A

文章编号：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