农业废弃物中可溶性膳食纤维提取工艺的研究

于晓伟 萨如拉 郑然 周迎芳 董彦飞

摘 要：本文以农业废弃物皮桔子为原料，利用碱性过氧化氢酶解法提取了可溶性膳食纤维.详细研究了过氧化氢浓度、pH值、反应时间以及料液比对桔子皮中可溶性膳食纤维（SDF）提取率的影响.结果表明：以桔子皮为原料氧化氢浓度为20%、pH为10、料液比为1：50（m/V）、反应时间1.5h，提取率由5.45%提升到为10.01%.

关键词：农业废弃物;可溶性膳食纤维;酶解法

中图分类号：TS209.2  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）10-0020-02

農业固体有机废弃物作为一种比较主要的生物资源，是有机肥料、饲料、农药、建筑材料等非常重要的原材料.农业固体有机废弃物包括植物性废弃物和动物性废弃物，其中植物性废弃物包括作物秸秆、果壳、土豆渣等，而有资料表明我国每年产生的有机废弃物资源至少11亿吨以上[1]，既对环境造成了非常严重的污染，又会使资源极度的浪费，因此如何将农业植物固体有机废弃物的利用最大化受到了人们的密切关注.由于农业植物固体有机废弃物中含有丰富的营养成分和其他功能组分，使其成为潜在的各种功能食品、功能饮料的重要原材料[2].人们可以在其中提取膳食纤维、蛋白质、矿物质元素等.

目前，随着人们生活水平的不断提高，人们对肉类食物的摄入量逐渐增加，但是膳食纤维的摄入量在不断地减少.由此导致人体营养逐渐失衡，从而引发了像高血压、糖尿病的现代病的发病率的提高[3].人类饮食结构的差别，就是膳食纤维摄入量的不同，这引起了国内外许多专家对膳食纤维研究的兴趣.人们把膳食纤维是列为除了传统意义上的六大营养素（蛋白质、维生素、矿物质、脂肪、碳水化合物、水）以外的第七大营养素[4]，这足以说明了膳食纤维在食品领域中的重要的应用的价值.根据膳食纤维的水溶性，人们将其分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维[5]，而且可溶性膳食纤维因为具有其较好的溶解性，因此可以作为增稠剂或乳化剂等应用于饮料、乳制品等食品中[6].

有研究表明，人们除了从正常的食物中获取膳食纤维外，还应从其他方面补充膳食纤维.于是人们开始从植物资源，尤其是农副产品和果蔬加工后的下脚料中寻找并开发膳食纤维[7].目前较为常用的膳食纤维改性方法大致包括以下几种，包括物理法、化学法和酶处理法[8].但每种方法都存在一定的劣势，比如物理法改性法需要特殊大型设备，化学法改性效果普遍较差而且产物中会存留一部分化学试剂，而酶处理法的价格较高，所以简单高效的改性方法仍不断的需要探索.

所以本课题将以桔子皮为原料，采用过氧化氢酶解法提取可溶性膳食纤维.

1 实验部分

1.1 材料、试剂与仪器

材料：实验所用桔子均采购自超市，实验前对桔子皮进行晒干、研磨、过100目筛子备用.

试剂：耐高温淀粉酶、碱性蛋白酶、淀粉葡糖苷酶、MES、Tris、过氧化氢、氢氧化钠、盐酸、乙酸、去离子水.

仪器：磁力加热搅拌器S21-2，高速离心机DD-5M、电热恒温水浴锅HHS、数显水浴恒温振荡器SHZ-B、电热鼓风干燥箱CS101-AB、分析天平、酸度计.

1.2 原材料的碱性处理

称取5g处理过的原材料，以1：30（m/V）的料液比，加入用氢氧化钠调节pH至10的一定浓度的过氧化氢溶液，在磁力搅拌器上反应1h，反应结束后用盐酸溶液调节至中性，抽滤，滤渣用去离子水多次洗涤，于60℃的烘箱中干燥.用于可溶性膳食纤维（SDF）的提取.

1.3 可溶性膳食纤维（SDF）的提取

（1）将1g处理过的桔子皮添加到100ml、pH8.2的MES-Tris缓冲液中，在磁力搅拌器中搅拌1.5h，使样品完全分散.

（2）酶解：参照GB/T 5009.00-2088的方法.加100μl热稳定α-淀粉酶溶液，用锡箔纸盖住烧杯，于95℃的电热恒温水浴锅中反应35min.冷却后加入100μl（50mg/ml）蛋白酶溶液，盖上锡箔纸，在60℃下的振荡器中继续反应30min，随后用3mol/L乙酸溶液调节pH为4.5.最后加入100μl淀粉葡糖苷酶溶液，继续在60℃下的振荡器中继续反应30min.

（3）抽滤，保留滤液，并用40ml的70℃去离子水洗涤滤饼两次，合并滤液，加入4倍体积的60℃的95%乙醇溶液，室温下沉底1h，既得可溶性膳食纤维.

（4）SDF提取率=SDF的质量/样品质量×100%

（5）取1g未处理过的桔子皮原料，重复上面的可溶性膳食纤维的提取步骤.

2 结果与讨论

2.1 可溶性膳食纤维（SDF）提取率的影响因素的分析

在提取的实验过程中，不同的实验条件使得可溶性膳食纤维（SDF）的提取率不尽相同.通过提取实验的条件的对比试验，影响因素主要包括过氧化氢浓度、料液比、反应时间和pH值.

2.1.1 过氧化氢浓度对可溶性膳食纤维（SDF）提取率的影响

图1为当溶液的pH为10，料液比为1：30（m/V），反应时间为1h，过氧化氢浓度分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%时SDF提取率的趋势图.可以看到随着过氧化氢浓度的增加，SDF的提取率首先呈现上升的趋势，当过氧化氢浓度达到20%时，SDF的提取率达到最大值8.91%.但当过氧化氢的浓度继续增大时，SDF的提取率逐渐下降.说明当过氧化氢浓度足够大时，导致了反应的过于激烈，进而影响反应效果.

2.1.2 料液比对可溶性膳食纤维（SDF）提取率的影响

图2为当溶液的pH为10，过氧化氢浓度为20%，反应时间为1h，料液比分别为1：20（m/V）、1：30、1：40、1：50、1：60、1：70时SDF提取率的趋势图.可以看到随着料液比的比例变化，SDF的提取率首先呈现上升的趋势，当料液比为1：50（m/V）时，SDF的提取率达到最大值7.63%.随后伴随着料液比的继续增大，提取率不断下降，说明适宜的料液比有利于溶液与原材料的充分接触以及有效的反应，过多会导致提取剂的浪费，过少同样会使原料不能够与提取液充分的接触，从而影响提取效率.

2.1.3 反应时间对可溶性膳食纤维（SDF）提取率的影响

图3为当溶液的pH为10，过氧化氢浓度为20%，料液比为1：/50（m/V）时，反应时间分别为0.5h、1h、1.5h、2h时SDF提取率的趋势图.可以看到随着反应时间的变化，SDF的提取率呈现一定的变化趋势，当反应时间定为1.5h时，SDF的提取率达到最大值9.42%.

2.1.4 反应pH对可溶性膳食纤维（SDF）提取率的影响

图4为当溶液的过氧化氢浓度为20%，料液比为1：40（m/V），反应时间为1.5h时，反应溶液的pH值分别为8、9、10、11、12时SDF提取率的趋势图.可以看到随着pH的变化，SDF的提取率呈现一定的变化趋势，当反应的pH为10时，SDF的提取率達到最大值10.01%.

2.2 以未经处理过的桔子皮为原料的可溶性膳食纤维的提取率为5.45%.

3 结论

本文确定了碱性过氧化氢法提取农业废弃物桔子皮中的可溶性膳食纤维的最佳反应条件为过氧化氢浓度为20%、料液比为1：50（m/V）、反应时间为1.5h、反应的pH值为10.最终的膳食纤维提取率可达到10.01%，相比与未经过碱性处理的桔子皮产率有了很大的提高.该方法提取条件简单，试剂成本低，所得的产品经济价值高，对于其他的可利用的农业废弃物中膳食纤维的提取具有一定的借鉴意义和较为广泛的应用前景.

参考文献：

〔1〕张百良.生物质成型燃料技术与工程化[M].北京：科学出版社，2012.

〔2〕孟军、张伟明等.农林废弃物碳化还田技术的发展与前景[J].沈阳农业大学学报，2011，42（4）：378-392.

〔3〕王艳丽，刘凌，孙慧，等.膳食纤维的微观结构及功能特性研究[J].中国食品添加剂，2014（2）：98-103.

〔4〕王玲丽，郭艳茹.响应面分析法优化超声提取黑豆皮色素的工艺研究[J].运城学院学报，2014（2）82-85.

〔5〕刘博，曾琳娜，林亲录，等.可溶性膳食纤维生理功能研究进展[J].粮食与油脂，2013（9）：42-45.

〔6〕Ding H H，Cui S W，Goff H D，et al，Soluble polysaccharides from flaxseed kernel as a new source of dietary fibers：Extraction and physicochemical characterization [J]. Food Research Internation，2014，56（56）：166-173.

〔7〕卢宏科，等.膳食纤维的功能与应用[J].广东农业科学，2007，108（4）67-69.

〔8〕冯子倩，等.应用碱性过氧化氢法提取黑豆皮可溶性膳食纤维及其胆酸结合能力的研究[J].上海交通大学学报，2017，35（2）89-94.