组合法提取马铃薯渣中可溶性膳食纤维的制作方法

本发明涉及一种从马铃薯渣中提取可溶性膳食纤维的方法，尤其涉及一种用组合方法提取马铃薯渣中的可溶性膳食纤维。

背景技术：

膳食纤维是人体不可缺少的第七营养素，分为不溶性膳食纤维(idf)和可溶性膳食纤维(sdf)。sdf在防治结肠癌、降低血液胆固醇和清除有害物质等方面具有比idf更强的生理功能。

马铃薯渣是生产马铃薯淀粉过程中的副产物，主要成分有水、细泡碎片、残余淀粉颗粒、纤维素和半纤维素等。由于马铃薯薯渣蛋白含量低、干制成本高，目前通常废弃；既浪费资源、又污染环境。马铃薯渣中的总膳食纤维含量高达60％(干重)，若能将马铃薯渣中的可溶性膳食纤维加以提取利用，不仅可提高马铃薯附加值，而且还能保护环境。天然来源膳食纤维中可溶性膳食纤维含量较低，不能满足膳食平衡需求，需提高可溶性膳食纤维含量。

目前，将idf改性成sdf的方法主要有物理法(如：机械挤压)、化学法(如：酸碱反应)和生物法(如：酶反应)。酸碱法对膳食纤维造成的损失较大，对设备要求较高；生物法工艺不稳定，成本高；而马铃薯渣含水率高达90％，黏性很大、不易分离，机械挤压只能将含水量降低至80％。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种组合法提取马铃薯渣中可溶性膳食纤维，本发明方法提取的可溶性膳食纤维不仅的率高、持有能力好，而且成本低、杂质含量少。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括薯渣预处理，具体步骤如下：

1)薯渣预处理自来水冲洗薯渣、过滤，按5ug/g的比例向滤渣中加入a-淀粉酶，加热至60～70℃、搅拌水解1h，流水洗涤、过滤,滤渣备用；保证薯渣水分含量小于81％；

2)碱洗按6ml/g的料液比向上述备用薯渣中加入浓度为2％的nahco3溶液，间隙搅拌水解1h，过滤；

3)水洗自来水冲洗经过碱洗后的薯渣，过滤；

4)超微粉碎用胶体磨对水洗后的薯渣进行湿法超微粉碎；

5)提取按8ml/g的料液比向经过超微粉碎处理的薯渣中加入ph9的植酸盐溶液、混匀，加热至95℃、提取1.5h，过滤，取滤液；

6)分离透析将提取的滤液置于3000r/min的离心机中分离15min，清液置于透析袋中透析10h；

7)浓缩将经过透析处理的提取物置于80℃的真空环境中浓缩至1/3体积，按1:1体积比加入乙醇，混匀、静置1h；然后用砂芯漏斗真空抽滤，85℃干燥。

本发明的优选技术方案为：步骤5)中薯渣与植酸盐溶液的料液比为1g:4ml；采用微波炉加热4min，微波炉功率为650w。

与现有技术比较，本发明由于采用了上述技术方案，采用弱碱、a-淀粉酶去除马铃薯渣中的大部分杂质，对薯渣进行超微粉碎改性，然后采用微波辅助植酸盐溶液螯合提取可溶性膳食纤维，因此能够提高水溶性膳食纤维得率。具体分析如下：

1、在预处理阶段添加了a-淀粉酶，因此能够除去薯渣中可溶性糖、蛋白质、色素类及淀粉等物质大部分杂质，有利于提高产品的纯度。

2、采用弱碱性的nahco3不仅可去除原料中的蛋白质(去除率为90％)、脂肪(去除率为58％)，而且还能尽量减少纤维溶解和起到灭酶的作用，克服了强碱易引起产品颜色较深、影响可溶性膳食纤维得率的缺陷。

3、采用超微粉碎工艺，不仅可破坏膳食纤维分子间的氢键，使其分子结构相对松散、增加了水溶性，从而提高可溶性膳食纤维含量；而且还能较大程度提高可溶性膳食纤维的持油能力。

4、以植酸盐为提取剂，植酸根与膳食纤维中金属离子络合而改变纤维结构，从而可提高其溶解性，有利于提高可溶性膳食纤维的提取率。

5、采用超微粉碎结合微波加热萃取，不仅具有产品得率高(47.6％)、加热快速、易于控温、溶剂消耗低等优点，而且由于微波的激活作用，因此能提高可溶性膳食纤维的持油力(29.2g/g)。

上述技术方案中，膳食纤维的成分含量、粒度，用于提取的溶剂化学性质、浓度和用量，提取时间、提取温度、加热的方式等因素都会对最终产品品质、提取率产生影响；如何选择工艺参数直接关系到本发明方法的技术效果。以下是研究上述因素对提取膳食纤维得率的影响所作的实验：

一、弱碱溶液浓度对碱洗效果的影响

按6ml/g的料液比向薯渣中加入浓度为1％、2％、3％、4％、5％的nahco3溶液，间隙搅拌水解1h，纱布过滤，离心，测定滤液中多糖、蛋白质、脂肪含量。实验结果见图1～3。

由图1可知，当nahco3溶液浓度为2％时，蛋白质去除率已接近最大值(90％左右)；图2显示，薯渣中脂肪含量较低，经测定为0.85％，选择nahco3溶液浓度为2％时，去除58％后脂肪残余更低了；由图3可知，当nahco3溶液浓度为2％时，滤液中多糖的溶解度最低。结合实验结果，nahco3的浓度确定为2％。另外，a-淀粉酶最适ph6环境，2％的nahco3ph值为8.5左右，所以nahco3还能起到灭酶的作用。

二、超微粉碎工艺对可溶性膳食纤维提取的影响

用胶体磨按湿法进行超微粉碎，重复三次；分别测定超微粉碎前后薯渣中可溶性膳食纤维含量。实验结果见表1：

表1：超微粉碎对可溶性膳食纤维含量的影响

从表1可看出，未经超微粉碎处理的薯渣，其可溶性膳食纤维含量为15.7％(干基)；经超微粉碎处理的处理薯渣，其可溶性膳食纤维含量为25.4％(干基)；可溶性膳食纤维含量提高了61.7％，说明超微粉碎有助于提高可溶性膳食纤维含量。其原因可能是超微粉碎过程中一定程度上破坏了紧密的纤维分子间的氢键，使其分子结构相对松散，增加了水溶性。

三、植酸盐ph值对提取膳食纤维得率的影响

将1％的植酸盐溶液用naoh分别调配至ph值为2、4、6、7、8、9、10，取七份经超微粉碎处理过的薯渣，按6ml/g的料液比分别加入上述不同ph值的植酸盐溶液，于90℃提取2h；得到可溶性膳食纤维，烘干称重并计算得率。实验结果见表2：

表2：不同ph下可溶性膳食纤维的得率

由表2可知，当ph值为9时，可溶性膳食纤维得率达到最大，提取效果最好，此时植酸以酸式盐形式存在。故植酸盐溶液的ph值选定为9。

四、提取时间膳食纤维得率的影响

将1％植酸盐溶液用naoh调配至ph值为9，取四份经超微粉碎的薯渣，按6ml/g的料液比加入调ph9的植酸溶液，于90℃分别提取1h、1.5h、2h、2.5h，制备出可溶纤维后计算得率。实验结果见表3：

表3：提取时间对可溶性膳食纤维得率的影响

由表3可知，当提取为1.5h时得率达到最大值；提取时间超过1.5h后，提取率反而下降。可能是时间过长，可溶性膳食纤维分解了一部分的原因；故提取时间选定为1.5h。

五、确定提取过程中植酸浓度、料液比、ph值以及温度四项工艺参数

以提取过程中植酸浓度(a：1.0％、0.6％、0.3％)、料液比(b：1:4、1:6、1:8)、ph(c：8.5、9、9.5)和温度(d：90℃、95℃、100℃)四个因素设计进行l9(3⁴)正交实验。实验结果见表4：

表4：植酸提取的正交实验结果

由表4可看出，提取温度超过95℃后提取率反而下降，可能是温度过高而使可溶纤维结构遭到破坏，溶液粘度增大而导致提取率降低。因极差ra＞rb＞rc＞rd，可知四个因素对可溶性膳食纤维提取的影响次序大小为：植酸浓度＞料液比＞ph＞温度。在该最优条件下进行3组平行验证试验，可溶性膳食纤维平均得率为38.5％，高于表7正交试验中任何一个处理，说明优化组合提高了的可溶性膳食纤维溶解效果。综合以上各项实验结果，超微粉碎后的马铃薯薯渣，用植酸盐溶液提取可溶性膳食纤维的工艺条件为：调ph为9的0.6％植酸溶液，按料液比1:8添加于预处理后经碱洗的马铃薯渣中，于95℃提取1.5h，可溶性膳食纤维的得率可达38.5％。

六、微波辅助提取工艺参数的确定

用nahco3将0.6％植酸盐溶液调至ph9，以料液比(a：1:4、1:5、1:6)、微波功率(550w、650w、750w)、加热时间(2min、4min、6min)进行三因素三水平的l9(3³)的正交试验。实验结果见表5：

表5：微波辅助提取可溶性膳食纤维的正交实验结果

由表5知，微波辅助萃取的优化工艺参数为a1b2c2，即料液比为1:4，微波炉功率650w，加热4min。因极差rc＞rb＞ra，三个因素对可溶性膳食纤维提取的影响次序大小为：加热时间＞微波功率＞料液比。在最优条件下进行三组平行验证试验，可溶性膳食纤维平均提取率为47.6％，高于正交试验中任何一个处理，说明优化组合提高了可溶性膳食纤维溶解效果。

将表4、表5的提取工艺相比可以看出，料液比值由1:8减小为1:4，提取时间由1.5h减少为4min，说明微波萃取具有产品得率高、加热快速、易于控温、溶剂消耗低等优点。

附图说明

图1是nahco3溶液对薯渣中蛋白质含量去除率的影响曲线图；

图2是nahco3溶液对薯渣中脂肪含量去除率的影响曲线图；

图3是nahco3溶液对薯渣中多糖含量去除率的影响曲线图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

1)薯渣预处理自来水冲洗薯渣、双层纱布过滤，以尽量去除原料中可溶性糖、蛋白质、色素类及淀粉等物质；滤渣将浸在自来水中，按5ug/g的比例向滤渣中加入a-淀粉酶，加热至60～70℃、搅拌水解1h，流水洗涤、纱布过滤，滤渣备用；保证薯渣水分含量小于81％；

2)碱洗按6ml/g的料液比向上述备用薯渣中加入浓度为2％的nahco3溶液，间隙搅拌水解1h，过滤；

3)水洗自来水冲洗经过碱洗后的薯渣，双层纱布过滤，以去除可溶性糖、a-淀粉酶；

4)超微粉碎用胶体磨对水洗后的薯渣进行湿法超微粉碎；

5)提取按8ml/g的料液比向经过超微粉碎处理的薯渣中加入ph9的植酸盐溶液、混匀，加热至95℃、提取1.5h，八层纱布过滤，取滤液；

6)分离透析将提取的滤液置于3000r/min的离心机中分离15min，清液置于透析袋中透析10h；

7)浓缩将经过透析处理的提取物置于旋转蒸发仪中，于80℃真空环境中浓缩至1/3体积，按1:1体积比加入乙醇，混匀、静置1h；然后用砂芯漏斗真空抽滤，85℃干燥，得乳白色蓬松状。

经测定，采用本实施例制备的可溶性膳食纤维，其得率为38.5％、持油力为23.3g/g。

实施例2

各步骤同实施例1；其中，步骤5)中的薯渣与植酸盐溶液的料液比为1g:4ml，采用微波炉加热4min，微波炉功率为650w。经测定，采用本实施例制备的可溶性膳食纤维，其得率为47.6％、持油力为29.2g/g。