菠蘿皮渣可溶性膳食纖維的提取及物化特性研究

杭瑜瑜，胡國歡，齊丹

菠蘿皮渣可溶性膳食纖維的提取及物化特性研究

杭瑜瑜，胡國歡，*齊丹

（海南熱帶海洋學(xué)院生命科學(xué)與生態(tài)學(xué)院，海南三亞572022）

以干菠蘿皮渣為原料，運用纖維素酶解法提取菠蘿皮渣中的可溶性膳食纖維，通過單因素試驗和正交試驗，確定最優(yōu)的提取工藝為纖維素酶添加量0.9%，料液比1∶35（g∶mL），酶解液pH值6.0，酶解時間75min。在此工藝條件下，菠蘿皮渣中可溶性膳食纖維的提取率可達10.03%，樣品的持水力、持油力和溶脹性分別為8.698 g/g，5.07 g/g，12.02mL/g，同時對膽固醇也具有一定的吸附能力。

菠蘿皮渣；可溶性膳食纖維；提??；特性

膳食纖維是指不易被人體消化吸收的、以多糖類為主大分子物質(zhì)的總稱，是由纖維素、果膠類物質(zhì)、半纖維素和糖蛋白等物質(zhì)組成的聚合體[1]。依據(jù)溶解性分為2個基本類型：可溶性纖維與不可溶性纖維。膳食纖維對人體有重要作用，可以促進腸胃蠕動、降低膽固醇水平、調(diào)節(jié)血糖和血脂、抗氧化等多種生物活性[2-3]。

目前，膳食纖維的主要原料來源為豆渣、蘋果渣、甘蔗渣、麥麩等[4-7]。我國的菠蘿種植范圍廣，年產(chǎn)量大，菠蘿加工行業(yè)產(chǎn)生大量的果皮渣，既污染環(huán)境又浪費資源[8]。菠蘿廢棄物中含有豐富的膳食纖維，可從中提取。目前，膳食纖維的提取方法主要是化學(xué)法，制備的產(chǎn)品品質(zhì)性能較差。采用性質(zhì)較溫和的酶法，提取菠蘿廢棄物中的可溶性膳食纖維，并對其物化特性進行研究，在增加膳食纖維來源渠道的同時，也提高了菠蘿皮渣的附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料與試劑

菠蘿皮渣：收集市場新鮮菠蘿皮渣，進行預(yù)處理后備用。

無水乙醇、纖維素酶（酶活10 000 U/g）、醋酸、醋酸鈉、酒石酸。

1.1.2 主要儀器和設(shè)備

RE311C-W型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、DH411C型干燥箱，雅馬拓科技貿(mào)易有限公司產(chǎn)品；MULTIFUG X1R型離心機，Thermo Fisher科技公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 菠蘿皮渣中可溶性膳食纖維的提取

清洗新鮮的菠蘿皮渣，在60℃的烘箱中干燥48 h，粉碎備用；稱取菠蘿皮渣粉末5.0 g，加入一定量的蒸餾水，攪拌均勻；加入一定pH值的HAc-NaAc緩沖液，在一定溫度下酶解一定時間；酶解完全后趁熱抽濾，對濾液進行濃縮；濃縮液加入4倍體積的無水乙醇在4℃下沉淀24 h，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心10 min；收集沉淀，用無水乙醇洗滌3次，干燥即可制得可溶性膳食纖維（SDF）。

1.2.2 酶解法提取菠蘿皮渣SDF的單因素試驗

分別研究纖維素酶添加量、料液比、酶解液pH值、酶解時間對SDF提取率的影響。

1.2.3 酶法提取菠蘿皮渣SDF的正交試驗

依據(jù)單因素試驗結(jié)果，按照正交試驗設(shè)計表設(shè)計四因素三水平試驗。

正交試驗因素水平見表1。

表1 正交試驗因素水平

1.2.4 菠蘿皮渣SDF物化特性測定

（1）持水力的測定[9]。準確稱取250mg樣品，置于離心管中，加去離子水10mL，于室溫下振搖24 h；以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心15 min，取出后棄上清液，用濾紙吸干離心管壁殘留水分，稱質(zhì)量。

（2）持油力的測定[10]。準確稱取250mg樣品，置于離心管中，加10mL花生油，于室溫下振搖24 h；以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心15 min，取出后棄去上層油并用濾紙吸干沉淀表面的油珠，稱質(zhì)量。

（3）溶脹性的測定[10]。準確稱取250 mg樣品，置于10mL量筒中，加入5.0mL蒸餾水，搖勻后放置24 h，讀取量筒中膳食纖維的體積，計算每1 g纖維的膨脹體積（mL/g）。

（4）膽固醇吸附作用測定。參考歐仕益等人[10]的方法測定，以膽固醇標準品為標準物制作標準曲線，Y=0.009X-0.019 4，R2=0.999 1。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果與分析

2.1.1 纖維素酶添加量對SDF提取率的影響

在料液比1∶20，酶解液pH值4.8，酶解時間60 min的條件下，研究纖維素酶添加量對SDF提取率的影響。

纖維素酶添加量對SDF提取率的影響見圖1。

由圖1可知，在纖維素酶添加量發(fā)生變化的情況下，SDF提取率會發(fā)生相應(yīng)的變化。隨著纖維素酶添加量的增大，SDF提取率不斷提高，直至纖維素酶添加量為0.7%時達到一個峰值，繼續(xù)增大纖維素酶添加量反而使SDF提取率下降。

圖1 纖維素酶添加量對SDF提取率的影響

2.1.2 料液比對SDF提取率的影響

在纖維素酶添加量0.7%，酶解時間60 min，酶解液pH值4.8的條件下，研究料液比對SDF提取率的影響。

料液比對SDF提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對SDF提取率的影響

由圖2可知，隨著料液比的增大，SDF提取率先升高，然后又呈現(xiàn)下降趨勢。當料液比為1∶30時，SDF提取率最高。主要原因是料液比太小，反應(yīng)不完全或反應(yīng)體系黏度較大、SDF擴散速度較慢，殘留增多，造成提取不完全而導(dǎo)致提取率降低[2]。

2.1.3 酶解液pH值對SDF提取率的影響

在料液比1∶20，纖維素酶添加量0.7%，酶解時間60min的條件下，研究酶解液pH值對SDF提取率的影響。

酶解液pH值對SDF提取率的影響見圖3。

圖3 酶解液pH值對SDF提取率的影響

由圖3可知，酶解液pH值過高和過低，SDF提取率都不高。SDF提取率受到酶解液pH值的影響，其原因是纖維素酶活性受到pH值的影響，適宜的pH值使酶活性達到最大，酶活性越大就越有效地作用于菠蘿皮渣的細胞壁，并使SDF溶出。

2.1.4 酶解時間對SDF提取率的影響

在料液比1∶20，酶解液pH值4.8，纖維素酶添加量0.7%條件下，研究酶解時間對SDF提取率的影響。

酶解時間對SDF提取率的影響見圖4。

圖4 酶解時間對SDF提取率的影響

由圖4可知，在酶解時間90min以內(nèi)，SDF提取率隨著酶解時間的延長而增大；當酶解時間90min時，SDF提取率為最大值；再延長酶解時間，SDF提取率有所下降?？赡苁且驗镾DF的主要成分會隨著酶解時間的增加而被氫離子水解，或者解酯裂解，從而提取率降低[11]。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

正交試驗結(jié)果見表2。

表2 正交試驗結(jié)果

由表2可知，酶解法提取菠蘿皮渣中SDF的4個因素中，酶解時間影響最大，其次是料液比，再次是纖維素酶添加量，最后是酶解液pH值。最佳的提取工藝為A3B3C3D1，但該組合沒有出現(xiàn)在正交試驗當中，而且與正交試驗中提取率最高的組合A3B3C2D1不一致，因此為了判斷組合A3B3C2D1與優(yōu)化組合A3B3C3D1之間的差異性，對優(yōu)化組合再進行驗證性試驗。試驗結(jié)果表明，在優(yōu)化工藝條件下，菠蘿皮渣中SDF提取率達到10.03%。因此，可以認為纖維素酶提取菠蘿皮渣中SDF的最佳提取工藝為A3B3C3D1，即纖維素酶添加量0.9%，料液比1∶35，酶解液pH值6.0，酶解時間75 min。

2.3 菠蘿皮渣SDF物化性質(zhì)測定結(jié)果

所制備的菠蘿皮渣SDF的持水力、持油力和溶脹性分別是8.698 g/g，5.07 g/g，12.02mL/g。所制備的菠蘿皮渣SDF在pH值2的條件下，對膽固醇的吸附量為7.3mg/g；在pH值7的條件下，對膽固醇的吸附量為9.2mg/g。經(jīng)中性條件（模擬小腸的pH值環(huán)境）和酸性條件（模擬胃的pH值環(huán)境）的對比，在中性條件下對膽固醇的吸附能力高于酸性條件。

3 結(jié)論

纖維素酶解法提取菠蘿皮渣中SDF的工藝條件為纖維素酶添加量0.9%，料液比為1∶35，酶解液pH值6.0，酶解時間75 min。在此工藝條件下，菠蘿皮渣中SDF提取率達到10.03%。所提取SDF的持水力、持油力和溶脹性分別是8.698 g/g，5.07 g/g，12.02mL/g，同時對膽固醇具有一定的吸附能力。利用菠蘿副產(chǎn)物來提取可溶性膳食纖維，可以降低能源的浪費、豐富膳食纖維的來源、提高菠蘿副產(chǎn)物的利用率、促進菠蘿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

[1]林德榮.可溶性膳食纖維提取、理化性質(zhì)及其生理功能的研究[D].南昌：南昌大學(xué)，2008.

[2]戴余軍，石會軍，李長春，等.菠蘿皮可溶性膳食纖維提取工藝的研究[J].熱帶作物學(xué)報，2013，34（9）：1 798-1 802.

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[4]潘進權(quán)，伍惠敏，陳雨鈿.毛霉發(fā)酵法制備豆渣可溶性膳食纖維的研究[J].食品科學(xué)，2012，33（15）：210-215.

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Extraction of Soluble Dietary Fiber from Pineapple Peels and its Properties

HANG Yuyu，HU Guohuan，*QIDan
（College of Life Science and Ecology，Hainan TropicalOcean University，Sanya，Hainan 572022，China）

Extraction of soluble dietary fiber（SDF）from dry powder of pineapple peel is studied by enzymatic method.The extraction conditions are optimized using single factor experimentand orthogonal array design.The optimal extraction conditions are：the amount of cellulose is 0.9%，solid-liquid ratio is 1∶35（g∶mL），pH is 6.0 and the time is 75 min.Under this condition，the yield of pineapple peels SDF is 10.03%.Water holding capacity（WHC），swelling capacity（SC）and oil holding capacity（OHC）is 8.698 g/g，5.07 g/g，12.02mL/g，respectively，and had cholesterol-adsorption capacity.

pineapple peels；SDF；extraction；properties

TS209

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.06.031

1671-9646（2017）06b-0009-03

2017-05-11

海南熱帶海洋學(xué)院校級青年科學(xué)基金（QYQN201513）；三亞市院地科技合作項目（2016YD24）。作者簡介：杭瑜瑜（1984—），女，碩士，實驗師，研究方向為天然產(chǎn)物的提取與研究。

*通訊作者：齊丹（1979—），女，碩士，實驗師，研究方向為天然產(chǎn)物的提取與研究。