南瓜中膳食纖維提取工藝的研究

張佰榮，姚 婷，孫茂成

(1.吉林化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，吉林吉林132022;2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧沈陽110161;3.吉林醫(yī)藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，吉林吉林132013)

膳食纖維是指在人體內(nèi)難以被酶解消化的多糖類碳水化合物和木質(zhì)素總稱，被稱為“第七營養(yǎng)素”［1］.按照溶解性膳食纖維分為水溶性膳食纖維(SDF)和水不溶性膳食纖維(IDF)［2］，它能有效預(yù)防和控制糖尿病，冠心病、高血壓、便秘等疾病的發(fā)生［3］，目前，人們也十分重視這種功能性食品添加劑，但大多數(shù)膳食纖維都是從谷物和海藻中提取，不僅產(chǎn)量低，而且成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)［4］.

南瓜屬葫蘆科南瓜屬，我國的南瓜產(chǎn)量十分豐富，價(jià)格便宜.近幾年出現(xiàn)籽用南瓜，取南瓜籽，而廢棄果肉作為飼料或直接扔掉的情況，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染.南瓜是膳食纖維優(yōu)良來源［5］，其中水溶性膳食纖維占 72.7%，水溶性膳食纖維占28.3%［6］.本研究以南瓜為原料，研究堿法提取膳食纖維的工藝，以期將籽用南瓜的果肉開發(fā)利用，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，為南瓜的深加工利用提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

南瓜:將新鮮成熟的南瓜去皮，去瓤，切成薄片，放置在托盤上，60℃烘干，將干燥的南瓜片進(jìn)行粉碎，過80目篩，貯藏.氫氧化鈉、無水乙醇、丙酮、鹽酸，均為分析純.

1.2 試驗(yàn)儀器

202-2A型電熱恒溫干燥箱:上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠;電熱恒溫水浴鍋:北京長安科學(xué)儀器廠;FW80型高速萬能粉碎機(jī):天津市泰斯特儀器有限公司;722可見分光光度計(jì):北京益利有限公司;G1-2M型離心機(jī):上海市離心機(jī)械研究所;pHS-3C型精密pH計(jì):上海雷磁儀器廠;電子天平:北京益利有限公司.

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膳食纖維提取方法

稱取5 g南瓜粉于100 mL的錐形瓶中，按照不同的料液比，氫氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不同溫度的水浴、堿解一定時(shí)間，離心分離，濾渣分別用20 mL無水乙醇、丙酮各洗滌一次，干燥，即為水不溶性膳食纖維.調(diào)整濾液的pH值，該值為南瓜蛋白等電點(diǎn)，使南瓜蛋白沉淀，離心分離，去除沉淀，調(diào)整濾液的pH為一定值，濃縮，加入4倍體積的95%乙醇沉淀1 h，然后抽濾，濾渣分別用20 mL無水乙醇、丙酮各洗滌一次，干燥，即為水溶性膳食纖維［7-8］.

1.3.2 膳食纖維提取率測定

提取率=殘?jiān)芍?樣品質(zhì)量×100%.

1.3.3 蛋白質(zhì)含量的測定［9］

用凱氏定氮儀測定濾液中蛋白質(zhì)的含量.

1.3.4 持水力的測定

稱取粉碎的水不溶性膳食纖維1 g于50 mL燒杯中，加入20 mL蒸餾水中1 h，瀝干后將其稱重，計(jì)算持水力.持水力(gg)=(樣品濕重—樣品干重)樣品干重×100%.

1.3.5 膨脹力的測定

稱取水不溶性膳食纖維0.1 g于10 mL量筒中，用移液管吸取5 mL蒸餾水加入其中，振蕩均勻在室溫下放置24 h，測定量筒中膳食纖維的體積數(shù)，計(jì)算膨脹力.膨脹力(mlg)=(膨脹后纖維體積—干品體積)樣品干重.

2 結(jié)果與分析

2.1 水不溶性膳食纖維提取的單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對提取率的影響

在水解時(shí)間為60 min，水解溫度為40℃，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，料液比為110，115，1 20，1 25，1 30時(shí)對南瓜IDF提取率的影響，結(jié)果見圖1.

圖1 料液比對南瓜IDF提取率的影響

由圖1可知，隨著料液比的增大，IDF提取率先升高后下降，在1 20時(shí)達(dá)到最大，超過1 20時(shí)提取率下降，原因是南瓜中的半纖維素充分溶解，而有些纖維素不被水解，使提取率下降.因此，最佳的料液比為1 20.

2.1.2 水解時(shí)間對提取率的影響

在料液比為1 20，水解溫度為40℃，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2%，水解時(shí)間為 30、60、90、120、150 min時(shí)對南瓜IDF提取率的影響，結(jié)果見圖2.

由圖2可知，隨著時(shí)間的增加，提取率提高，當(dāng)水解時(shí)間為120 min時(shí)，提取率最大，超過該值，提取率下降.原因是水解時(shí)間過長，造成半纖維素和纖維素發(fā)生輕度水解，導(dǎo)致IDF提取率下降，最佳的水解時(shí)間為120 min.

圖2 水解時(shí)間對南瓜IDF提取率的影響

2.1.3 水解溫度對提取率的影響

在料液比為1 20，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，水解時(shí)間為60 min，水解溫度為 30、40、50、60、70 ℃時(shí)對南瓜IDF提取率的影響，結(jié)果見圖3.

圖3 水解溫度對南瓜IDF提取率的影響

由圖3可知，當(dāng)溫度為40℃時(shí)，提取率最高，當(dāng)超過該值時(shí)，提取率下降，因?yàn)闇囟壬撸糠炙蝗苄陨攀忱w維溶解于溶液中，使提取率降低，40℃為最佳的水解溫度.

2.1.4 NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對提取率的影響

在料液比為1 20，水解溫度為40℃，水解時(shí)間為60 min，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%，2%，3%，4%，5%時(shí)對南瓜 IDF提取率的影響，結(jié)果見圖4.

圖4 NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對南瓜IDF提取率的影響

由圖4可知，當(dāng)NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高時(shí)，南瓜IDF提取率升高，超過3%時(shí)，提取率下降，原因是當(dāng)堿液濃度過大時(shí)，半纖維素和纖維素發(fā)生輕度水解而使提取率下降，最佳的NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%.

2.2 水不溶性膳食纖維提取的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇對提取率有顯著影響的四個(gè)因素:料液比、水解時(shí)間、水解溫度、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以南瓜IDF提取率為指標(biāo)，做4因素3水平的正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)表及結(jié)果分別見表1和表2.

表1 正交試驗(yàn)表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由結(jié)果可知，在影響提取率的各因素中，影響程度的大小順序?yàn)?C＞B＞A＞D，最佳工藝參數(shù)組合為:A2B1C3D1，即料液比為120，水解時(shí)間為90 min，水解溫度為50℃，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%.

采用最佳工藝參數(shù)組合進(jìn)行試驗(yàn)，得出南瓜水不溶性膳食纖維的提取率為64.2%.

2.3 水溶性膳食纖維的提取試驗(yàn)

2.3.1 pH值對蛋白質(zhì)提取率的影響

將離心分離水不溶性膳食纖維后得到的濾液pH 值分別調(diào)整為 1、2、3、4、5，測定濾液中蛋白質(zhì)含量，以蛋白質(zhì)的提取率為指標(biāo)，確定最佳的pH值，結(jié)果見圖5.

由圖5可知，當(dāng)pH值為4時(shí)，蛋白質(zhì)提取率最高，說明濾液中蛋白質(zhì)去除量最大，這是因?yàn)槟瞎系鞍椎牡入婞c(diǎn)在pH值為4左右.

圖5 pH值對蛋白質(zhì)提取率的影響

2.3.2 pH值對水溶性膳食纖維提取率的影響

將離心分離蛋白后的濾液pH值分別調(diào)整為6、7、8、9、10，以水溶性膳食纖維的提取率為指標(biāo)，確定最佳的pH值，結(jié)果見圖6.

圖6 pH值對水溶性膳食纖維提取率的影響

由圖6可知，當(dāng)pH值為7時(shí)，水溶性膳食纖維提取率最大，提取率為18.4%.

3 結(jié) 論

堿法提取南瓜中膳食纖維，使蛋白質(zhì)降解為可溶性小分子肽和游離氨基酸，也可使脂肪通過皂化反應(yīng)，水解為甘油和脂肪酸類，從而更易漂洗除去，有利于提高膳食纖維純度，南瓜中水不溶性膳食纖維的提取最佳條件是:料液比為120，水解時(shí)間為90 min，水解溫度為50℃，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%，提取率為64.2%.水溶性膳食纖維提取的最佳條件是:將提取水不溶性膳食纖維后的濾液pH值調(diào)整為4去除蛋白質(zhì)，再將濾液pH值調(diào)整為7，提取率為18.4%.水不溶性膳食纖維持水力為364%，膨脹力為5.2 mlg.該工藝產(chǎn)生的含堿廢水經(jīng)過中和作用排放到廢水池中，沉淀得到的南瓜蛋白可添加到飼料中利用，濾液可經(jīng)過蒸餾分離得到乙醇溶液和丙酮溶液，該工藝簡單，提取率較高，純度高，是一種可轉(zhuǎn)化為工業(yè)化生產(chǎn)較理想方法.

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