现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2013,Vo1.29,No.3 荞麦皮粉中膳食纤维的制备工艺研究 杨芙莲,郭翠翠 (陕西科技大学生命科学与工程学院,陕西西安710021) 摘要:以荞麦皮粉为原料,采用碱法提取膳食纤维,通过单因素及正交试验得出最佳提取工艺条件,并对所得膳食纤维进行J生 质测定。结果表明,最佳提取工艺条件为:碱解温度8O℃,氢氧化钠质量分数1.0%,料液比1:16(g/mE),碱解时间80rain。在此 条件下膳食纤维得率为20.39%,水不漆陛膳食纤维持水力为5.97 g/g,膨胀力为7.4mL/g,水溶性膳食纤维溶解率为96%。 关键词:荞麦皮粉;膳食纤维;碱法;提取;性质 文章篇号:1673.9078(2013)3.539.542 Study 0n Extraction Technology of Dietary Fiber from Buckwheat Brans YANG Fu-Han.GU0 Cui-cui (College ofLife Science and Engineering,Shanxi Unive ̄ity ofScience nd aTechnology,Xi’all 710021,Crdna) Abstract:Dietaryfiberwas extractedfrombuckwheatbransbyalkalinehydrolysismethod.Theoptimum extractionconditionwasfound by single-factorandorthogonal experiment,andthepropertiesofdietaryfiberwere also studied.There showedthattheoptimumextraction condition was as follows:the temperature ofalkaline hydrolysis 80℃,the concentration ofNaOH 1.0%,the ratio ofmaterial to solution 1:16 (g/mL),andthetimeofalkalnehydirolysis 80min.Underthese condiitons,theyieldofdietaryfiberwas20.39%.Thewatrholedingcapacityof insolubledietaryfiber,swellingcapacity,and solubilityofsolubledietaryfiberwere 5.97g/g,7.4mL/gand96%,respectively. Keywords:buckwheatbrans;dietaryfiber;akalineprocess;extraction;properties 荞麦(Buckwheat)又名三角麦、乌麦,是一种耐 冷冻、瘠薄环境的短季蓼科作物,植物学上主要有苦 荞和甜荞两个栽培品种。我国是荞麦生产大国,总产 量居世界第二【ll。荞麦因其具有独特的营养价值和医 疗保健功能正日益受到人们的青睐。目前我国对荞麦 的加工与开发尚处于初级加工阶段,精深加工较少。 荞麦皮粉作为荞麦面粉加工后的副产物,大部分作为 动物饲料使用或廉价处理,造成了资源的极大浪费[2】。 而荞麦皮粉中含有大量的膳食纤维,具有较高的开发 利用价值【3J。 食需求,还可经济有效地利用资源,提高荞麦的综合 利用价值。本实验采用碱法提取膳食纤维,操作简单, 产品得率高,为工业化生产可提供一定依据。 1材料与方法 1.1材料与试剂 养麦皮粉,来源于陕西省北部地区;无水乙醇、 95%乙醇、氢氧化钠、盐酸均为分析纯。 1.2仪器与设备 标准分样筛,上虞市金鼎标准筛具厂;BS323S 型电子天平,北京赛多利斯仪器系统有限公司;电热 恒温水浴锅,北京科伟永兴仪器有限公司;SC.3610 低速离心机,安徽中科中佳科学仪器有限公司;PB.10 随着人民生活水平日益提高,要求膳食当中不但 要有色、香、味等感官上的满足,更要具备营养与保 健等特点。大量实验研究和流行病学表明,膳食纤维 作为食物中重要的保健成分,能有效预防和降低肥胖、 糖尿病、高血压、冠心病、高胆固醇、结肠癌、直肠 癌、便秘等疾病的发生 ;j。将荞麦皮粉中的膳食纤维 提取出来加以应用,不但可以满足人们现代生活的膳 收稿日期:2012—10-11 基金项目:陕西省教育厅专项科研计划项目(09JK365);陕西省科学技术研 酸度计,北京赛多利斯仪器系统有限公司;SHZ.D(ⅡI) 循环水式真空泵,巩义市予华仪器有限责任公司; 101一lAB电热鼓风干燥箱,天津市泰斯特仪器有限公 司。 1_3实验方法 1.3.1原料成分测定 究发展计划项目(2012K02-14) 作者简介:杨芙莲(1965-),女,教授,主要从事食品加工与功能性食品研 究 通讯作者:郭翠翠(1988一),女,在读硕士,食品加工与功能性食品开发 水分、灰分、脂肪、淀粉、蛋白质、膳食纤维均 按照国标进行测定。 1.3.2膳食纤维的提取 1.3.2.1工艺流程 539 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2013,Vo1.29,No.3 荞麦皮粉一预处理一碱解一离心一沉淀一洗涤一抽滤一 滤渣一干燥、粉碎一水不溶性膳食纤维 离心后的上清液一调pH一离心一上清液一醇沉一沉淀一 干燥一水溶}生膳食纤维 1.3.2.2操作要点 (1)原料预处理:将荞麦皮粉于50℃干燥箱内 烘干,除去多余水分,粉碎后过60目筛备用。 (2)碱解:准确称取经预处理的荞麦皮粉5.0 g 于200 mL烧杯中,按照一定料液比加入一定质量 分数的NaOH溶液,置于一定温度的恒温水浴中, 边搅拌边碱解一定时间。 (3)离心分离:3500 r/min离心15min。 (4)沉淀先后用水和80%乙醇洗涤,抽滤,将 滤渣干燥粉碎,即为水不溶性膳食纤维。 (5)上清液用1.0 mol/L HC1溶液和0.5 mol/L NaOH溶液调节pH至3.8(荞麦蛋白等电点),3500 r/min离心15 min,将上清液用0.5 mol/L HC1溶液 和1.0 mol/L NaOH溶液调至中性,加入4倍体积 95%乙醇醇沉2 h,过滤,沉淀用95%乙醇洗涤,干 燥粉碎,即为水溶性膳食纤维。 (6)每组实验做三个平行,取平均值。 1.3.2_3产品得率计算方法 % = 糕 圳。% 1.3.3水不溶性膳食纤维性质测定 1.3.3.1持水力测定 准确称取1.000 g干燥粉碎后的水不溶性膳食纤 维,置于干燥称重后的离心管中,加入50 mL蒸馏水, 室温静置2h。3500 r/min离心15min,弃去上清夜。 用滤纸沥干多余水分,将结合了水的膳食纤维和离心 管一起称重。持水力的计算如下: 持水力cg/g = 1.3.3.2膨胀力的测定 准确称取1.000 g干燥粉碎后的水不溶性膳食纤 维,置于25mL量筒中,加入20mL蒸馏水,震荡均 匀后室温下放置24 h,充分浸泡至体积恒定,观察膳 食纤维样品在量筒中的自由膨胀体积。膨胀力计算公 式如下: 膨胀力(札/mL = g1.3.4水溶性膳食纤维溶解性测定【l uj 准确称取1.000 g干燥粉碎后的水溶性膳食纤维, 置于200 mL烧杯中,加入60 mL蒸馏水,用磁力搅 拌器将其分散均匀,定容至200 mL。80℃恒温水浴 静置保温30 min,准确移取20 mL溶液于恒重的称量 皿中,干燥至恒重。样品的溶解度计算公式如下: 溶解率(%): ×10×100% m 注:m2-称量皿和水溶性膳食纤维质量(g);m1-称量皿的 质量(g);m 羊品质量(g)。 2结果与讨论 2.1单因素实验 2.1.1碱解温度对膳食纤维得率的影响 准确称取6份预处理的荞麦皮粉5.0 g,按1:16 的料液比加入质量分数为1.0%的NaOH溶液,碱解时 间为60 min,碱解温度对膳食纤维得率的影响见图1。 、 镁 难 妞 磐 碱解温度/℃ 图1碱解温度对膳食纤维得率的影响 Fig.1 Effect of alkaline hydrolysis temperature on the yield of DF 由图1可知,随温度的升高,IDF得率逐渐降低, SDF得率基本保持不变。当碱解温度超过70℃时, 随温度的升高,IDF得率基本保持不变,SDF得率随 之增加。因为在较低温度时,随温度的升高,蛋白质、 淀粉等杂质与碱作用逐渐充分,膳食纤维纯度提高; 当温度超过70℃时,淀粉水解,产生一些低聚糖类 物质,使水溶性膳食纤维含量增加;因此选择碱解温 度80℃为宜。 2.1.2 NaOH质量分数对膳食纤维得率的影响 \ 糌 瞳 鼎 妞 避 NaOH质量分数/% 图2 Na0H质量分数对膳食纤维得率的影响 Fig.2 Effect ofNaOH concentration on the yield ofDF 准确称取6份预处理的荞麦皮粉5.0 g,按1:16 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2013,Vo1.29,No.3 的料液比分别加入不同质量分数的NaOH溶液,碱解 温度为80℃,碱解时间为60 min时,NaOH质量分 数对膳食纤维得率的影响见图2。 由图2可知,随NaOH质量分数的增大,IDF得 率先迅速降低后趋于平缓;NaOH质量分数为1.5%时, SDF得率最大。由于大部分蛋白质可溶于碱液中, NaOH质量分数越高,蛋白质去除越彻底,膳食纤维 纯度也不断提高Ll ,但NaOH质量分数过高时,部分 膳食纤维结构被破坏,使总膳食纤维得率降低,综合 考虑膳食纤维纯度及得率,选择NaOH质量分数为 1.5%为宜。 2.1.3料液比对膳食纤维得率的影响 准确称取6份预处理的荞麦皮粉5.0 g,按不同的 的料液比分别加入质量分数为1.5%的NaOH溶液,碱 解温度为8O℃,碱解时间为60 min时,料液比对膳 食纤维得率的影响见图3。 加墙 H m 4 \ 褂 、疃 妞 磐 料液比/(g/mE) 图3料液比对膳食纤维得率的影响 iFg3Effectofmaterial solution ratioontheyieldofDF 由图3可知,随料液比增大,IDF得率先迅速降 低后趋于平缓;料液比对SDF得率影响较小。由于料 液比较小时,荞麦皮粉吸水呈糊状,物料不能在溶液 中充分溶胀,影响了与碱的作用Ll引,固液分离效果也 差;料液比过大,耗能增多;综合考虑成本及分离效 果,选择料液比为1:14较为适宜。 2.1.4碱解时间对膳食纤维得率的影响 准确称取6份预处理的荞麦皮粉5.0 g,按l:l2 的料液比分别加入质量分数为1.5%的NaOH溶液,碱 解温度为80℃时,碱解时间对膳食纤维得率的影响 见图4。 由图4可知,随碱解时间的延长,IDF和SDF得 率不断增加;碱解时间为80 min时,TDF得率最高; 超过80 min时,IDF和SDF得率不断降低。可能由 于碱解时间较长,不仅使碱溶性物质溶解增多,部分 纤维素和半纤维素也发生轻度水解,使膳食纤维得率 降低Ll引,因此,碱解时间不宜过长。选择碱解时间为 80min为宜。 \ 褂 靶 妞 罄 碱解时间/min 图4碱解时间对膳食纤维得率的影响 Fig.4 Effect of alkaline hydrolysis time on the yield of DF 2.2正交试验 在单因素实验基础上,选取碱解温度、NaOH质 量分数、料液比、碱解时间4个因素为考察因素,以 总膳食纤维(Ⅱ)F)得率为考察指标,做四因素三水 平正交试验L9(34)。正交试验因素水平表及试验结果 分别见表1,表2。 表1正交试验因素水平表 Table 1 Factors and levels of ortbogonal experiment 由表2正交试验极差分析得出,各因素对荞麦膳 食纤维得率影响的主次顺序为B>A>D>C,即NaOH 质量分数>碱解温度>碱解时间>料液比。膳食纤维提 取条件的最佳组合为A2B1C3D2,即碱解温度为80℃, NaOH质量分数为1.0%,料液比为1:16,碱解时间为 80min。 3-3验证性实验 由于正交表中没有A2B1C3D2组合,为确保实验 的可靠性,根据正交试验得出的最佳工艺条件进行验 证性试验,实验结果见表3。 由表3可以看出,在上述最佳工艺条件下膳食纤 维得率平均值为20.39%,在试验范围内重现性好,说 明上述最佳工艺条件可行,结果可靠,能用于荞麦皮 粉膳食纤维的提取。 3结论 3.1 采用碱法提取荞麦皮粉膳食纤维的最佳工艺条 件为:碱解温度80℃,氢氧化钠质量分数1.0%,料 液比1:16(g/mL),碱解时间80 min。在此工艺条件 下膳食纤维得率为20.39%,色泽为焦黄色,无异味。 541 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2013,Vo1.29,No.3 表2正交试验结果 Table 2Resultsoforthogonalexperiment .. 参考文献 。 ’。’。。。 [1】王红育,李颖.荞麦的研究现状及应用前景[J].食品科学, 2004,25(10):388-391 [2】章中,李海峰.高活性荞麦水不溶性膳食纤维的制备研究 [J]_中国食物与营养,2009,9:26.27 [3】周异异,赵玉生.养麦的营养特性与保健功能[J].粮食流通 技术,2005,6:33。34 [4】郑建仙.功能性膳食纤维【M】.北京:化学工业出版社,2005 (5】Peters U,Sinha R,Chatterjee N,et.a1.Dietary Fiber and Coloreetal Adenoma in a Coloreetal Cancer Early Detection Programme[J].Lancet,2003,36(1):1491-1495 [6】Anderson J.M,Akanji A.0,Randles K.M.Treatment of diabetes with high fiber.In Spiller GA(ed):and book of Di ̄ary Fiber in Human Nutrition”[M】.Boca Raton,FL: CRC Press,2001:363—390 [7]Trowell H.Ischemie heart disease nd adietary ifbre【J1.Am J Clin Nutr,1972(25):926-932 【8] 戚勃,李来好.膳食纤维的功能特性及在食品工业中的应用 表3验证实验结果 Table3Resultsofveriicatfionexperiment 现状【J].现代食品科技,2006,220):272-279 [9】杨芙莲,夏银,任蓓蕾,等.碱法提取荞麦壳中膳食纤维[J]. 粮食与油脂,2008,7:23.25 [10]曹银,杨芳,周露.碱法与酶法提取大麦糟膳食纤维的比较 [J】现代食品科技,2011,27(3):317.320. 3.2在最佳工艺条件下所得水不溶性膳食纤维持水 力为5.97 g儋,膨胀力为7.4 mL/g:水溶性膳食纤维溶 解率为96%。 3-3 开发了荞麦面粉加工后的副产物.皮粉的再利用 [11】金建昌.茭白壳中不溶性膳食纤维的研究[D].浙江大 学,2006 [12】谢显华,李国基.响应面法研究脱脂豆粕渣膳食纤维提取 工艺[J].食品工业科技,2010,2:220.223 研究。利用荞麦皮粉制备荞麦膳食纤维,且该制备方 法易于操作控制、成本较低,便于实现工业化生产。 (上接第533页) [13】于丽娜,杨庆利,禹山林,等.花生壳不溶性膳食纤维提取 工艺的研究[J】.食品科学,2010,31(2):74.78 著性差异(P<0.05)。在抗体生成细胞检测试验中,667 mg/(kg・bw)、1000 mg/(kg・bw)剂量组分别与水对照组 参考文献 [1] 梁坚,杨俊峰.灵芝孢子油软胶囊对小鼠免疫功能调节的研 究[J】.中国热带医学,2005,5(6):1189.1191 [2】 易有金,胡瞬.灵芝孢子油对免疫低下小鼠免疫调节机制的 及油对照组小鼠相比,其抗体生成细胞数均有显著性 差异(P<0.05)。在小鼠NK细胞活性测定实验中,各 剂量组分别与水对照组相比,其NK细胞活性率均有 显著性差异(P<0.01)。据保健食品检验与评价技术标 准,可认为该灵芝孢子油具有增强免疫力功能。 初步研究[J].卫生研究,2012,41(5):833.835 542