農(nóng)業(yè)廢棄物中可溶性膳食纖維提取工藝的研究

于曉偉 薩如拉 鄭然 周迎芳 董彥飛

摘 要：本文以農(nóng)業(yè)廢棄物皮桔子為原料，利用堿性過(guò)氧化氫酶解法提取了可溶性膳食纖維.詳細(xì)研究了過(guò)氧化氫濃度、pH值、反應(yīng)時(shí)間以及料液比對(duì)桔子皮中可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響.結(jié)果表明：以桔子皮為原料氧化氫濃度為20%、pH為10、料液比為1：50（m/V）、反應(yīng)時(shí)間1.5h，提取率由5.45%提升到為10.01%.

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)廢棄物;可溶性膳食纖維;酶解法

中圖分類號(hào)：TS209.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）10-0020-02

農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物作為一種比較主要的生物資源，是有機(jī)肥料、飼料、農(nóng)藥、建筑材料等非常重要的原材料.農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢棄物包括植物性廢棄物和動(dòng)物性廢棄物，其中植物性廢棄物包括作物秸稈、果殼、土豆渣等，而有資料表明我國(guó)每年產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物資源至少11億噸以上[1]，既對(duì)環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的污染，又會(huì)使資源極度的浪費(fèi)，因此如何將農(nóng)業(yè)植物固體有機(jī)廢棄物的利用最大化受到了人們的密切關(guān)注.由于農(nóng)業(yè)植物固體有機(jī)廢棄物中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和其他功能組分，使其成為潛在的各種功能食品、功能飲料的重要原材料[2].人們可以在其中提取膳食纖維、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)元素等.

目前，隨著人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)肉類食物的攝入量逐漸增加，但是膳食纖維的攝入量在不斷地減少.由此導(dǎo)致人體營(yíng)養(yǎng)逐漸失衡，從而引發(fā)了像高血壓、糖尿病的現(xiàn)代病的發(fā)病率的提高[3].人類飲食結(jié)構(gòu)的差別，就是膳食纖維攝入量的不同，這引起了國(guó)內(nèi)外許多專家對(duì)膳食纖維研究的興趣.人們把膳食纖維是列為除了傳統(tǒng)意義上的六大營(yíng)養(yǎng)素（蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、脂肪、碳水化合物、水）以外的第七大營(yíng)養(yǎng)素[4]，這足以說(shuō)明了膳食纖維在食品領(lǐng)域中的重要的應(yīng)用的價(jià)值.根據(jù)膳食纖維的水溶性，人們將其分為可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維[5]，而且可溶性膳食纖維因?yàn)榫哂衅漭^好的溶解性，因此可以作為增稠劑或乳化劑等應(yīng)用于飲料、乳制品等食品中[6].

有研究表明，人們除了從正常的食物中獲取膳食纖維外，還應(yīng)從其他方面補(bǔ)充膳食纖維.于是人們開(kāi)始從植物資源，尤其是農(nóng)副產(chǎn)品和果蔬加工后的下腳料中尋找并開(kāi)發(fā)膳食纖維[7].目前較為常用的膳食纖維改性方法大致包括以下幾種，包括物理法、化學(xué)法和酶處理法[8].但每種方法都存在一定的劣勢(shì)，比如物理法改性法需要特殊大型設(shè)備，化學(xué)法改性效果普遍較差而且產(chǎn)物中會(huì)存留一部分化學(xué)試劑，而酶處理法的價(jià)格較高，所以簡(jiǎn)單高效的改性方法仍不斷的需要探索.

所以本課題將以桔子皮為原料，采用過(guò)氧化氫酶解法提取可溶性膳食纖維.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料、試劑與儀器

材料：實(shí)驗(yàn)所用桔子均采購(gòu)自超市，實(shí)驗(yàn)前對(duì)桔子皮進(jìn)行曬干、研磨、過(guò)100目篩子備用.

試劑：耐高溫淀粉酶、堿性蛋白酶、淀粉葡糖苷酶、MES、Tris、過(guò)氧化氫、氫氧化鈉、鹽酸、乙酸、去離子水.

儀器：磁力加熱攪拌器S21-2，高速離心機(jī)DD-5M、電熱恒溫水浴鍋HHS、數(shù)顯水浴恒溫振蕩器SHZ-B、電熱鼓風(fēng)干燥箱CS101-AB、分析天平、酸度計(jì).

1.2 原材料的堿性處理

稱取5g處理過(guò)的原材料，以1：30（m/V）的料液比，加入用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至10的一定濃度的過(guò)氧化氫溶液，在磁力攪拌器上反應(yīng)1h，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸溶液調(diào)節(jié)至中性，抽濾，濾渣用去離子水多次洗滌，于60℃的烘箱中干燥.用于可溶性膳食纖維（SDF）的提取.

1.3 可溶性膳食纖維（SDF）的提取

（1）將1g處理過(guò)的桔子皮添加到100ml、pH8.2的MES-Tris緩沖液中，在磁力攪拌器中攪拌1.5h，使樣品完全分散.

（2）酶解：參照GB/T 5009.00-2088的方法.加100μl熱穩(wěn)定α-淀粉酶溶液，用錫箔紙蓋住燒杯，于95℃的電熱恒溫水浴鍋中反應(yīng)35min.冷卻后加入100μl（50mg/ml）蛋白酶溶液，蓋上錫箔紙，在60℃下的振蕩器中繼續(xù)反應(yīng)30min，隨后用3mol/L乙酸溶液調(diào)節(jié)pH為4.5.最后加入100μl淀粉葡糖苷酶溶液，繼續(xù)在60℃下的振蕩器中繼續(xù)反應(yīng)30min.

（3）抽濾，保留濾液，并用40ml的70℃去離子水洗滌濾餅兩次，合并濾液，加入4倍體積的60℃的95%乙醇溶液，室溫下沉底1h，既得可溶性膳食纖維.

（4）SDF提取率=SDF的質(zhì)量/樣品質(zhì)量×100%

（5）取1g未處理過(guò)的桔子皮原料，重復(fù)上面的可溶性膳食纖維的提取步驟.

2 結(jié)果與討論

2.1 可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響因素的分析

在提取的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，不同的實(shí)驗(yàn)條件使得可溶性膳食纖維（SDF）的提取率不盡相同.通過(guò)提取實(shí)驗(yàn)的條件的對(duì)比試驗(yàn)，影響因素主要包括過(guò)氧化氫濃度、料液比、反應(yīng)時(shí)間和pH值.

2.1.1 過(guò)氧化氫濃度對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響

圖1為當(dāng)溶液的pH為10，料液比為1：30（m/V），反應(yīng)時(shí)間為1h，過(guò)氧化氫濃度分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%時(shí)SDF提取率的趨勢(shì)圖.可以看到隨著過(guò)氧化氫濃度的增加，SDF的提取率首先呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)過(guò)氧化氫濃度達(dá)到20%時(shí)，SDF的提取率達(dá)到最大值8.91%.但當(dāng)過(guò)氧化氫的濃度繼續(xù)增大時(shí)，SDF的提取率逐漸下降.說(shuō)明當(dāng)過(guò)氧化氫濃度足夠大時(shí)，導(dǎo)致了反應(yīng)的過(guò)于激烈，進(jìn)而影響反應(yīng)效果.

2.1.2 料液比對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響

圖2為當(dāng)溶液的pH為10，過(guò)氧化氫濃度為20%，反應(yīng)時(shí)間為1h，料液比分別為1：20（m/V）、1：30、1：40、1：50、1：60、1：70時(shí)SDF提取率的趨勢(shì)圖.可以看到隨著料液比的比例變化，SDF的提取率首先呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)料液比為1：50（m/V）時(shí)，SDF的提取率達(dá)到最大值7.63%.隨后伴隨著料液比的繼續(xù)增大，提取率不斷下降，說(shuō)明適宜的料液比有利于溶液與原材料的充分接觸以及有效的反應(yīng)，過(guò)多會(huì)導(dǎo)致提取劑的浪費(fèi)，過(guò)少同樣會(huì)使原料不能夠與提取液充分的接觸，從而影響提取效率.

2.1.3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響

圖3為當(dāng)溶液的pH為10，過(guò)氧化氫濃度為20%，料液比為1：/50（m/V）時(shí)，反應(yīng)時(shí)間分別為0.5h、1h、1.5h、2h時(shí)SDF提取率的趨勢(shì)圖.可以看到隨著反應(yīng)時(shí)間的變化，SDF的提取率呈現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間定為1.5h時(shí)，SDF的提取率達(dá)到最大值9.42%.

2.1.4 反應(yīng)pH對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響

圖4為當(dāng)溶液的過(guò)氧化氫濃度為20%，料液比為1：40（m/V），反應(yīng)時(shí)間為1.5h時(shí)，反應(yīng)溶液的pH值分別為8、9、10、11、12時(shí)SDF提取率的趨勢(shì)圖.可以看到隨著pH的變化，SDF的提取率呈現(xiàn)一定的變化趨勢(shì)，當(dāng)反應(yīng)的pH為10時(shí)，SDF的提取率達(dá)到最大值10.01%.

2.2 以未經(jīng)處理過(guò)的桔子皮為原料的可溶性膳食纖維的提取率為5.45%.

3 結(jié)論

本文確定了堿性過(guò)氧化氫法提取農(nóng)業(yè)廢棄物桔子皮中的可溶性膳食纖維的最佳反應(yīng)條件為過(guò)氧化氫濃度為20%、料液比為1：50（m/V）、反應(yīng)時(shí)間為1.5h、反應(yīng)的pH值為10.最終的膳食纖維提取率可達(dá)到10.01%，相比與未經(jīng)過(guò)堿性處理的桔子皮產(chǎn)率有了很大的提高.該方法提取條件簡(jiǎn)單，試劑成本低，所得的產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，對(duì)于其他的可利用的農(nóng)業(yè)廢棄物中膳食纖維的提取具有一定的借鑒意義和較為廣泛的應(yīng)用前景.

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