苹果渣水不溶性膳食纤维的提取及脱色工艺研究_邓红

研究报告

　　食品与发酵工业　　FoodandFermentationIndustries　　Vol.28　No.5

苹果渣水不溶性膳食纤维的提取及脱色工艺研究

　　邓　红

宋纪蓉　史红兵

(陕西师范大学食品工程系,西安,710061)　(西北大学化工系,西安,710069)

＊

摘　要　提出了以苹果榨汁生产线上的废渣为原料,采用碱液浸提法制备水不溶性膳食纤维的工艺流程。研究了料液比、碱液浓度、反应温度及提取时间对碱溶性半纤维素提取率的影响,得到最佳提取条件;并采用L9(34)正交表对苹果渣食用纤维的脱色工艺进行了研究,找到了最佳脱色工艺条件。

关键词　苹果渣,膳食纤维,半纤维素,脱色

　　膳食纤维(dietaryfiber简称DF)是一类在人体内难以被酶解消化的高分子多糖,它能够防止成人病,具有多种生理功能,被医

学、营养学及食品界所关注,并被确认为“第七营养素”[1,2]。DF作为一类较理想的功能保健性食品原料,受到越来越多的关注。大量研究表明,DF在防治血管系统、消化系统、泌尿系统的疾病及维持正常的血糖水平、控制体重等方面,具有重要作用。DF一般分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)2大类。SDF包括果胶、卡拉胶等,在食品中主要起胶凝、增稠和乳化作用;IDF包括半纤维素、纤维素、木质素等,在食品中主要起充填作用;当它们以适当的量存在时,可缩短食物通过肠道的时间[3～6]。

陕西是全国最大的苹果产地之一,目前已建成投产20多条苹果榨汁生产线,在浓缩果汁的生产中每年排出的果渣堆积如山;而全国的苹果加工业年排渣达100多万t,这些果渣目前大多被当作垃圾废弃,不仅浪费资源,而且严重污染环境[7]。为了充分利用资源,陕西师范大学和西北大学已成功地利用苹果渣提取出果胶,但仍有60%的残渣未得到充分利用。经分析,残渣的主要成分为半纤维素和纤维素,因此,本文利用残渣制备IDF(包括碱溶性半纤维素和水不溶性纤维

素)使苹果渣得以充分利用,这对于提高苹果加工业的效益,减少环境污染有重要意义。

1　实验材料及仪器

1.1　实验原料及试剂

本实验所用原料为经烘干、粉碎、筛分的陕西果品加工厂的苹果渣。主要试剂为硫酸、氢氧化钠、过氧化氢、醋酸、体积分数95%乙醇等,试剂均为分析纯。1.2　实验仪器

主要仪器为pH5-3C型精密pH计,JA1023型电子天平,DZF-1型真空干燥箱,8002型恒温水浴锅、FZ102微型植物试样粉碎机、TDL-4型离心机等。

2　实验方法

2.1　水不溶性膳食纤维的制备

取一定量的干果渣,水洗2～3次后挤干水分,按料液比1g∶10～13mL加入稀硫酸溶液,调节料液pH值为1.5,于(85±5)℃下浸提1.5～2.0h,趁热过滤,热水洗涤滤渣,合并滤液用于提取果胶。滤渣水洗至中性,按料液比1g∶10～12mL加入低浓度NaOH溶液,常温浸提2～3h,过滤,滤液除去杂质后,用醋酸调节料液的pH值为6～7,离心分离提取碱溶性半纤维素;滤渣水洗后加入一

　第一作者:硕士研究生,讲师。

＊陕西省科技攻关重点项目(No.2000K12-G9)和陕西省自然科学基金资助项目(No.99SM22)　收稿时间:2002-01-25;改回时间:2002-03-27

第28卷　第5期　　邓　红等:苹果渣水不溶性膳食纤维的提取及脱色工艺研究

定量的过氧化氢溶液,调节料液的pH值为9

～11,反应一定时间后水洗、醇洗,压干后真空干燥至水分<15%,粉碎过筛后即得苹果渣食用纤维。

2.2　分析测定方法2.2.1　纤维素含量的测定

按GB5009.10—1985进行。2.2.2　持水性的测定

准确称取1.000g过40目筛的食用纤维,置于100mL烧杯中,加蒸馏水75mL,在(25±2)℃下,电磁搅拌24h后,离心分离,在3000～4000r/min的转速下离心0.5h,取出,倾去上层清液,甩干水分称重。

持水能力(WHC)=

样品湿重(g)-样品干重(g)

样品干重(g)

造成食用纤维产品的纤维素含量大幅降低,

故选择0.5mol/L较适宜

。

研

究报告

图1　料液比对提取率的

影响

图2　碱液浓度对提取率的影响

3.1.3　浸提时间对提取率的影响

采用料液比1g∶12mL,0.5mol/LNaOH溶液于室温下提取1～5h,实验结果如图3所示。随着提取时间的增加,半纤维素的得率逐渐增加,但增长不大,综合考虑各种因素,提取时间选择3.0h合适

。

2.2.3　溶胀性的测定

准确称取过40目筛的食用纤维0.1000g,置于10mL量筒中,用移液管准确移取

5.00mL蒸馏水加入其中,振荡均匀后室温(18±3)℃放置24h,读取液体中食用纤维的体积。

溶胀性(SW)=

溶胀后纤维体积(mL)-干品体积(mL)

样品干重(g)

3　结果与讨论

图3浸提时间对提了取率的影响

3.1　碱溶性半纤维素(AH)的提取3.1.1　料液比对提取率的影响

采用不同的料液比于室温下用0.5mol/

LNaOH溶液浸提3h提取AH,实验结果如图1所示。当料液比小于1g∶10mL时,提取率随着料液比的增加而增加;当料液比大于1g∶12mL时,提取率变化不大,故选择料液比为1g∶(10～12)mL。

3.1.2　NaOH质量浓度对提取率的影响采用不同质量浓度的NaOH溶液,按料液比1g∶12mL于室温下浸提3h,实验结果如图2所示。当NaOH质量浓度达3.0mol/L时,AH的提取率达最大值。但考虑到NaOH质量浓度过大会引起纤维素的分解,

3.1.4　反应温度对提取率的影响

采用料液比1g∶12mL,0.5mol/LNaOH溶液于25～85℃条件下浸提3.0h,实验结果

如图4所示。随着温度的上升,半纤维素的得率也在增加,但温度过高,提取率有所下降,这是由于室温下料液变稠不利于提取的缘故。考虑到实际生产中节能的需要,选择(35±5)℃下浸提为宜。

图4　反应温度对提取率的影响

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3.2　苹果渣食用纤维的提取

根据资料得知,NaOH质量浓度对苹果

渣食用纤维的提取有影响,影响碱浸效果的因素为碱液质量浓度、反应时间和温度[4]。为方便实际生产,本实验采用室温提取,同时通过多次实验发现浸提时间在2～4h对提取率的影响不大,故重点讨论了NaOH质量浓度的影响。NaOH质量浓度与纤维素含量、持水率、溶胀性、产率的关系如表1所示。

表1　NaOH质量浓度与纤维素含量、WHC、

SW、产率的关系

序　号123456

NaOH质量纤维素含WHC/mol·L-1

0.51.01.52.02.53.0

量/%

65.1968.0561.1953.1752.5547.68

581602575576568559

SW/mL·g-1

5.265.275.185.155.165.12

产　率/%

28.3527.5227.3627.1726.4422.54

素含量、持水性及溶胀性指标如表3所示。

表2　L9(34)正交脱色实验

实验序号pH值

123456789

K1/3K2/3K3/3最佳水平

H2O2

温度

时间

实验指标相对白度/%11.816.815.019.936.223.929.742.645.8

浓度/%/℃/h

1(8)1(4)1(30)1(2.0)1(8)1(8)2(9)2(9)2(9)

2(5)2(40)2(2.5)3(6)3(50)3(3.0)1(4)2(40)3(3.0)2(5)3(50)1(2.0)3(6)1(30)2(2.5)

3(10)1(4)3(50)2(2.5)3(10)2(5)1(30)3(3.0)3(10)3(6)2(40)1(2.0)14.5326.6739.37K3

20.47

31.2028.23K210.73

26.10

27.5026.97K21.40

31.27

23.4726.50K14.77

∑241.7

极差R　24.84

表3　脱色食用纤维能指标

规　格持水率/%40目60目

8051071

溶胀性/mL·g-1

7.368.46

纤维素含量/%

50.9450.94

　　对食用纤维而言,纤维素含量这项指标是重要的,产率是次要的。由表1可知,随着NaOH质量浓度的增加,纤维素含量及产率均呈现下降的趋势,但对WHC、SW的影响却不大,而且碱液质量浓度高则需耗费大量的洗涤水,这是不经济的,因此选择NaOH质量浓度为0.5～1.0mol/L。

3.3　苹果渣食用纤维的脱色

为改善苹果渣食用纤维的感官性能,分别采用亚硫酸钠、次氯酸钠、过氧化氢进行脱色处理,结果表明H2O2的脱色效果很好,故选择H2O2作为食用纤维的脱色剂。通过多次实验,确定影响脱色效果的主要因素为pH值、H2O2溶液质量分数、温度和时间,因此采用L9(3)正交表进行优选实验,实验结果如表2所示(表2中相对白度数值越大表明色泽越浅)。

　　通过脱色正交实验的极差分析可知,影响脱色效果的因素主次关系为:pH值>H2O2质量分数>时间>温度,脱色最优条件为pH值10,H2O2质量分数5%,温度40℃,时间2h。脱色后的苹果渣食用纤维的纤维

　　由表3可知,脱色后纤维素含量有所下

降,但溶胀性和持水性却有较大提高。3.3.1　pH值对脱色的影响

对苹果渣食用纤维而言,pH值对脱色的影响非常显著,当pH值小于7时,低质量分数的H2O2基本无脱色作用。当温度、浓度一定时,pH值越高,H2O2的氧化能力愈强,但pH不能过大,当pH>12时,剧烈的反应则会引起纤维素的降解及其他复杂的副反应。

3.3.2　H2O2质量分数对脱色的影响

H2O2的漂白能力随着温度和pH值的升高而加强,实验表明,pH值及温度一定时,H2O2质量分数升高则脱色反应加快,但当H2O2质量分数大于6%时,产品白度提高缓慢,而且H2O2用量大则残留也大,还需用大量洗涤水,是不经济的,因此采用低质量分数的H2O2脱色为宜。3.3.3　反应温度对脱色的影响

对脱色反应而言温度不宜过高,当温度超过50℃时,H2O2将发生分解,就节约能源

第28卷　第5期　　邓　红等:苹果渣水不溶性膳食纤维的提取及脱色工艺研究

而言,只要pH值控制在10～12,在室温下即

可脱色。

3.3.4　反应时间对脱色的影响

在一定pH值及反应温度下,脱色时间随H2O2质量分数的增加而缩短,只要pH值大于10,温度(35±5)℃,则低质量分数的H2O2在2～3h内即可使食用纤维基本完全脱色。