一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法与流程

本发明涉及一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，特别是一种低污染、低能耗的能提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法。

背景技术：

苹果渣是苹果浓缩汁加工副产物。中国是世界苹果生产的第一大国，近年来苹果产量逐年增加，果汁产量也随之迅速增长，在苹果汁的加工过程中将产生20～25％的果渣。榨汁企业对苹果渣的处理方式主要有两种：一是果渣裸露堆放，这种方式下，果渣极易腐烂，即污染环境，又造成浪费；二是简单加工作为饲料或肥料，附加值极低。但苹果渣含有膳食纤维、多酚类物质等多种活性成分，另外还含有VB₆、VC 和VF等多种维生素，因此，苹果渣具有极大的营养价值。

膳食纤维是人类第七大营养素，根据其溶解性的不同，可以分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维，而可溶性膳食纤维的含量多少是评价膳食纤维生理功能的一个重要指标。与不可溶性膳食纤维相比，可溶性膳食纤维更易被肠道菌群发酵代谢，降低血糖和血浆中胆固醇。苹果渣中总膳食纤维含量超过70%，但可溶性膳食纤维含量仅为3%-9%，因此，提高膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量具有重要应用价值。

目前报道的提高果渣中可溶性膳食纤维的方法存在如下问题：应用碱性过氧化氢处理苹果渣，可溶性膳食纤维含量有明显的增加，但经处理过的苹果渣在食品中的应用存在一定的安全性，且处理废液排放污染环境；采用挤压改性技术，苹果渣中可溶性膳食纤维含量提高幅度较小；采用发酵法亦可提高苹果渣中可溶性膳食纤维，但发酵方法需要昂贵的配套设备，成本较高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，该方法通过弱碱溶液预浸、蒸汽闪爆、控制原料粒度等技术，分离和降解纤维成分和木质素，使部分不可溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维转化，从而提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量。该方法低能耗，低成本，适合于工业化生产。

本发明的技术方案是，一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征包含以下几个步骤：

（1）苹果渣原料K₂CO₃溶液预浸，苹果渣原料为苹果榨汁后的残渣，苹果渣除杂，用质量分数为5-20%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:4-1:20（g: mL），预浸温度20-70℃，预浸时间1-15 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2-4次，获得预浸苹果渣；

（2）蒸汽闪爆，将（1）中苹果渣去水分，使苹果渣含水量为15-200%，放入到汽爆缸中，压力0.2-2.4 MPa，保压时间10 -180 s，然后瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣；

（3）烘干、粉碎，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度20-120目。

K₂CO₃溶液质量分数5-20%，苹果渣与K₂CO₃溶液的固液比为1:4-1:20（g：mL），预浸温度20-70℃，预浸时间1-15h。

K₂CO₃溶液预浸后苹果渣含水量为15-200%，水蒸气压力0.2-2.4 MPa，保压时间10-180 s，然后瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

闪爆后苹果渣经烘干，含水量控制在6%以下，粒度20-120目。

采用强酸或强碱的方法对苹果渣进行预处理可以破坏纤维质的结晶结构，但处理后的废液会对环境会造成严重的污染。采用碳酸钾对爆破前苹果渣进行预处理，在弱碱环境下苹果渣的木质素被大量脱除，有利于蒸汽闪爆后的不溶性膳食纤维的分解及向可溶性膳食纤维的转化，并且钾在植物生长发育过程中，参与60种以上酶系统的活化，其处理后废液不会对环境造成污染。

蒸汽闪爆技术是近年来迅速发展的一种预处理方法，主要功能是破坏生物质的细胞壁物质，分离或降解纤维成分和木质素，其主要工作机理是将原料置于高温的环境中，原料被过热液体润胀，孔隙中充满蒸汽，当瞬间（毫秒级）解除高压时，原料孔隙中的过热液体迅速气化，体积急剧膨胀而使细胞“爆破”，从而实现原料的组分离散和结构改变。其在处理过程中只需要高温蒸汽，不添加化学物质，即可使物料发生物理改性。蒸汽爆破在木质纤维原料制备燃料乙醇、秸秆的厌氧发酵生产沼气等方面技术已有应用。由于其能使细胞壁破裂，近年来，蒸汽爆破在食品加工副产物的再利用应用中也取得了一定的进展。

蒸汽爆破处理前苹果渣含水量影响蒸汽爆破后可溶性膳食纤维含量提高的效果。水分作为传热和传能的介质，有助于瞬间爆破作用把大分子物质转化为小分子物质，从而使不溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维的转化。另外，苹果渣含有一定量的水分，可以抑制苹果渣在高温高压下发生褐变反应。

蒸汽爆破后对苹果渣进行烘干，粉碎至一定的粒度。粉碎过程中，闪爆后苹果渣中不溶性膳食纤维在撞击、剪切等机械力的作用下，其结构会继续造成不同程度的破坏，纤维素组分中的糖苷键更易断裂，进一步促进不溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维的转化。

本发明的有益效果是：

（1）蒸汽闪爆技术通过蒸汽压的瞬间释放可以破坏纤维束之间的相互连接，使细胞壁破裂，具有从分子水平上打破大分子晶体结构的效果。利用蒸汽爆破技术处理苹果渣，使苹果渣在机械力的作用下，破坏纤维结构，降解部分的半纤维素、木质素，促进果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，并使纤维素、不溶性半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性从而转化为可溶性膳食纤维，大大提高苹果渣中可溶性膳食纤维的含量。经过试验检测，利用本发明所述方法处理过的苹果渣，可溶性膳食纤维由原苹果渣中6.34%增至35.93%。可见，本发明所述方法可使苹果渣中膳食纤维大幅度提高，提高率最大可达466.72%。

（2）本发明原料采用碳酸钾溶液预浸，所需蒸汽闪爆装置设备简单，工艺简便，处理过程能耗低，因此，本发明生产成本低，且不会造成附加的环境危害，实现了榨汁企业对苹果渣难处理的问题，提高苹果渣资源利用效率，解决了苹果渣再利用的难题，具有极其深远的社会意义和经济价值。

附图说明

图1为原料和经本发明方法处理后的苹果渣电镜扫描图片

图2为原料和经本发明方法处理后的苹果渣提取的可溶性膳食纤维的红外光谱图

图3为原料和经本发明方法处理后的苹果渣提取的可溶性膳食纤维的分子量分布图

注：

图2中的

1为原料苹果渣提取的可溶性膳食纤维的红外光谱图；

2为经本发明方法处理后的苹果渣提取的可溶性膳食纤维的红外光谱图。

具体实施方式

实施例1

第一步，取300 g苹果渣原料，除杂，用质量分数为5%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:4（g: mL），预浸温度20℃，预浸时间1 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为15%，放入到汽爆缸中，压力0.2 MPa，保压时间10 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度20目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35%以上。

实施例2

第一步，取300 g苹果渣原料，除杂，用质量分数为15%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:12（g: mL），预浸温度45℃，预浸时间8 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为100%，放入到汽爆缸中，压力1.2 MPa，保压时间120 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度60目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35%以上。

实施例3

第一步，取300 g苹果渣原料，除杂，用质量分数为20%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:20（g: mL），预浸温度70℃，预浸时间15 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为200%，放入到汽爆缸中，压力2.4 MPa，保压时间180 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度120目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35%以上。

实施例4

第一步，取300 g苹果渣原料，除杂，用质量分数为4%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:20（g: mL），预浸温度20℃，预浸时间15 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为15%，放入到汽爆缸中，压力0.2MPa，保压时间180 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度20目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35%以上。

实施例5

第一步，取300 g苹果渣原料，除杂，用质量分数为20%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:5（g: mL），预浸温度20℃，预浸时间1h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为200%，放入到汽爆缸中，压力2.4 MPa，保压时间10 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度120目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35%以上。

对比试验例

对比试验例1

本发明试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，用质量分数为5%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:4（g: mL），预浸温度20℃，预浸时间1 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为15%，放入到汽爆缸中，压力0.2 MPa，保压时间10 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度20目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35.12%。

只采用蒸汽爆破试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，放入到汽爆缸中，压力0.2 MPa，保压时间10 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第二步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在18.36%。

对比试验例2

本发明试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，用质量分数为15%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:12（g: mL），预浸温度45℃，预浸时间8 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为100%，放入到汽爆缸中，压力1.2 MPa，保压时间120 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度60目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35.93%。

只采用蒸汽爆破试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，放入到汽爆缸中，压力1.2 MPa，保压时间120 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第二步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在19.20%。

对比试验例3

本发明试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，用质量分数为20%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:20（g: mL），预浸温度70℃，预浸时间15 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为200%，放入到汽爆缸中，压力2.4 MPa，保压时间180 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度120目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35.62%。

只采用蒸汽爆破试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，放入到汽爆缸中，压力2.4 MPa，保压时间180 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第二步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在18.38%。

对比试验例4

本发明试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，用质量分数为4%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:20（g: mL），预浸温度20℃，预浸时间15 h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为15%，放入到汽爆缸中，压力0.2MPa，保压时间180 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度20目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35.37%。

只采用蒸汽爆破试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，放入到汽爆缸中，压力0.2MPa，保压时间180 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第二步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在17.88%。

对比试验例5

本发明试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，用质量分数为20%的K₂CO₃溶液预浸，苹果渣与K₂CO₃溶液的比例为1:5（g: mL），预浸温度20℃，预浸时间1h，预浸结束后过滤，除去K₂CO₃溶液，用清水冲洗2次，获得预浸苹果渣。

第二步，将预浸苹果渣去水分，使苹果渣含水量为200%，放入到汽爆缸中，压力2.4 MPa，保压时间10 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第三步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，粉碎至粒度120目，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在35.76%。

只采用蒸汽爆破试验例：

第一步，取300 g苹果渣原料（可溶性膳食纤维含量为6.34%），除杂，放入到汽爆缸中，压力2.4 MPa，保压时间10 s，瞬间爆破，得到爆破状态苹果渣。

第二步，将蒸汽爆破得到的苹果渣烘干至水分6%以下，获得苹果渣中可溶性膳食纤维含量在19.05%。

上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。