CN106579102B - 一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，属食品废弃物综合加工技术领域。具体步骤为：将山药皮粉加水混合，得皮粉浆；将皮粉浆加中性蛋白酶进行第一次酶解和灭酶处理，得第一灭酶皮粉浆；将第一灭酶皮粉浆，加糖化酶，进行第二次酶解和灭酶处理，得第二灭酶皮粉浆；将第二灭酶皮粉浆，离心，浓缩，醇沉，冷冻干燥，得所述山药皮可溶性膳食纤维。本发明提取工艺简单，集中了生物酶活性高、超声波协同提取效率高、无污染等优点，所得产品感官品质较好，性能优良，且对山药皮渣废弃物进行了再开发，提高了山药的综合利用价值，具有广阔的推广应用前景。

Description

一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法

技术领域

本发明属于食品废弃物综合加工技术领域，具体涉及一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法。

背景技术

山药为薯蓣科植物薯蓣(Dioscorea opposite Thunb)的块茎，一年或多年生蔓生草本植物，主产于河南省北部，我国大部分地区都有栽培。山药是我国卫生部公布的药食两用食物，其口感香糯，营养丰富，具有调节胃肠功能，降低血糖、血压及胆固醇水平，抗肿瘤、抗衰老等多种保健功效，深受世人青睐。目前，我国山药的种植面积逐年递增，食用方式仍以鲜食为主，但山药含水量高，季节性强，不适于长时间运输和贮藏。随着山药产品研发及生产工艺日益发展成熟，山药制品种类不断丰富，年加工量逐渐增加。山药在鲜食或加工过程中一般都有去皮工序，刮除的皮屑约占20％。山药皮中含有淀粉、蛋白质等营养成分及大量多糖类、黄酮类、皂苷类和多酚类活性物质，亦是膳食纤维的良好来源。鲜山药加工过程中刮除的山药皮仅少量作为饲料添加成分廉价出售，大部分作为废料丢弃，不但污染环境，而且造成了资源的极大浪费。

膳食纤维(dietary fiber，DF)，通常被认为是一类不能被人体消化酶类消化，主要由可食性植物细胞壁残余物(纤维素、半纤维素、木质素等)及与之缔合的相关物质组成的化合物。根据溶解性不同，膳食纤维可分为水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber，SDF)和水不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber，IDF)两大类。SDF由于在结构上一般具有较多分支，因而具有更高的持水力、有机物吸附螯合能力、阴阳离子交换能力及抗氧化活性，在预防肠道疾病，降低血糖、血压和胆固醇水平，预防心血管疾病及清除自由基方面效果显著，表现出更加突出的生理功能，被誉为“第七营养素”，对于平衡膳食营养具有重要意义，其制备及在食品加工中的应用已成为近年来的研究热点。

目前，可溶性膳食纤维的提取方法主要有化学法、酶法、化学-酶结合提取法、膜分离法和发酵法几种。传统的化学法耗时耗能，消耗大量溶剂，膳食纤维损失大，产品品质较差，经济与环境成本很高。

发明内容

本发明的目的是综合利用山药加工过程中产生的大量皮渣，避免浪费，提供一种从山药皮中提取可溶性膳食纤维的方法，提高山药的综合利用价值，对废弃物进行有效的综合开发利用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将山药皮烘干，粉碎，得山药皮粉，将山药皮粉按一定的料液比加水，混合均匀，得皮粉浆；

2)将皮粉浆于50-60℃水浴下，调节pH至6.5-7.5，加入中性蛋白酶，于50-60℃水浴、超声功率180-250W、超声时间30-50min的条件下进行第一次酶解，得第一酶解皮粉浆；对第一酶解皮粉浆进行灭酶处理，得第一灭酶皮粉浆；

3)将第一灭酶皮粉浆冷却，再于55-65℃水浴下，调节pH至4.0-5.0，加入糖化酶，于55-65℃水浴、超声功率240-320W、超声时间20-40min的条件下进行第二次酶解，得第二酶解皮粉浆；对第二酶解皮粉浆进行灭酶处理，得第二灭酶皮粉浆；

4)将第二灭酶皮粉浆，离心，取上清液，沸水浴蒸发浓缩，加入3-5倍体积的95％乙醇，混合均匀，于4℃条件下静置过夜进行醇沉，得醇沉液；

5)将醇沉液离心，弃上清液，沉淀物加水溶解后，冷冻干燥，即得所述山药皮可溶性膳食纤维。

优选的，上述的一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，步骤1)中，将山药皮粉，按1:20-40g/mL的料液比，加水混合均匀，得皮粉浆。更优选的，将山药皮粉，按1:40g/mL的料液比，加水混合均匀，得皮粉浆。

优选的，上述的一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，中性蛋白酶的加入量为，按重量比，山药皮粉:中性蛋白酶＝1g:2-4mg。

优选的，上述的一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，步骤2)，将皮粉浆于55℃水浴下，调节pH至7.0，加入中性蛋白酶，于55℃水浴、超声功率200W、超声时间40min的条件下进行第一次酶解，得第一酶解皮粉浆；对第一酶解皮粉浆进行灭酶处理，得第一灭酶皮粉浆。

优选的，上述的一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，所述的灭酶处理是，于100-110℃下，恒温处理5-7min。

优选的，上述的一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，糖化酶的加入量为，按重量比，山药皮粉:糖化酶＝1g:0.03-0.05g。

优选的，上述的一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，步骤3)，将第一灭酶皮粉浆冷却，再于60℃水浴下，调节pH至4.5，加入糖化酶，于60℃水浴、超声功率300W、超声时间40min的条件下进行第二次酶解，得第二酶解皮粉浆；对第二酶解皮粉浆进行灭酶处理，得第二灭酶皮粉浆。

本发明的有益效果是：本发明将超声波提取与酶法提取相结合，与传统的化学法相比，能有效提高提取率，缩短提取时间，且提取条件温和，膳食纤维损失少，山药皮可溶性膳食纤维的得率高达6.00wt％以上，所得产品感官品质较好，性能优良。本发明有效地利用山药皮渣废弃物，实现了资源再生利用，提高了山药皮的综合利用价值，同时避免了皮渣直接丢弃对环境造成的污染。本发明制备工艺简单，便于工业化生产，产生的废液较少。

附图说明

图1是超声协同糖化酶水解工艺中，超声功率与料液比响应面分析图。

图2是超声协同糖化酶水解工艺中，超声功率与液料比响应面相应等高图。

图3是超声协同糖化酶水解工艺中，超声时间与料液比响应面分析图。

图4是超声协同糖化酶水解工艺中，超声时间与料液比响应面相应等高图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

(一)一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将山药皮烘干，粉碎，得山药皮粉。取5g山药皮粉，将山药皮粉，按1:20-40g/mL的料液比，加水混合均匀，得皮粉浆。

2)将皮粉浆于55℃水浴下，调节pH至7.0。然后，按重量比，山药皮粉:中性蛋白酶＝1g:3mg，加入中性蛋白酶，于55℃水浴、超声功率200W、超声时间40min的条件下进行第一次酶解，得第一酶解皮粉浆；对第一酶解皮粉浆于100℃，恒温5min进行灭酶处理，得第一灭酶皮粉浆；

3)将第一灭酶皮粉浆冷却，再于60℃水浴下，调节pH至4.5。然后，按重量比，山药皮粉:糖化酶＝1g:0.04g，加入糖化酶，于60℃水浴、超声功率240-320W、超声时间20-40min的条件下进行第二次酶解，得第二酶解皮粉浆；对第二酶解皮粉浆于100℃，恒温5min进行灭酶处理，得第二灭酶皮粉浆；

4)将第二灭酶皮粉浆，以4000r/min的转速离心20min，取上清液，沸水浴蒸发浓缩，加入3-5倍体积的95％乙醇，混合均匀，于4℃条件下静置过夜进行醇沉，得醇沉液；

5)将醇沉液以4000r/min的转速离心5min，弃上清液，沉淀物加4-5mL水溶解后放入冷冻干燥机中，冷冻干燥，即得所述山药皮可溶性膳食纤维。

(二)超声协同糖化酶水解工艺对山药皮可溶性膳食纤维得率的影响

采用响应面法对步骤3)中，超声协同糖化酶水解工艺进行优化，应用DesignExpert8.0.6软件进行响应面试验设计并分析试验结果，结果如图1、图2、图3和图4所示。以超声功率(A)、超声时间(B)、料液比(C)三因素为变量，可溶性膳食纤维得率为响应值，应用Box-Benhnken设计试验，从中筛选出超声协同糖化酶水解工艺的最优条件。Box-Behnken试验设计因素水平见表1，Box-Behnken试验设计与结果见表2，响应面试验回归模型方差分析见表3。

表1 Box-Behnken试验设计因素水平

表2 Box-Behnken试验设计结果

表3响应面试验回归模型方差分析

注：**为差异极显著(P＜0.01)，*为差异显著(P＜0.05)。

从表3可以看出，该模型的P＜0.0001，说明模型显著，失拟项P＝0.6800，说明该模型的纯误差不显著。由F值可以看出各因素影响结果的主次顺序为C(料液比)＞B(超声时间)＞A(超声功率)。模型的调整决定系数R² _Adj＝0.9817，表明模型能较好地反映响应值受各因素影响的变化情况。因此，模型成立，可用此模型对超声协同糖化酶水解工艺的最佳技术参数进行分析。得到的山药皮可溶性膳食纤维得率最优的提取条件为：液料比1:39.87g/mL，超声功率300.3W，超声时间40min。

实施例2

(一)一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，包括如下步骤：

1)将山药皮烘干，粉碎，得山药皮粉。取5g山药皮粉，将山药皮粉按1:40g/mL的料液比，加水混合均匀，得皮粉浆。

2)将皮粉浆于55℃水浴下，调节pH至7.0。然后，按重量比，山药皮粉:中性蛋白酶＝1g:3mg，加入中性蛋白酶，于55℃水浴、超声功率200W、超声时间40min的条件下进行第一次酶解，得第一酶解皮粉浆；对第一酶解皮粉浆于100℃，恒温5min进行灭酶处理，得第一灭酶皮粉浆；

3)将第一灭酶皮粉浆冷却，再于60℃水浴下，调节pH至4.5。然后，按重量比，山药皮粉:糖化酶＝1g:0.04g，加入糖化酶，于60℃水浴、超声功率300W、超声时间40min的条件下进行第二次酶解，得第二酶解皮粉浆；对第二酶解皮粉浆于100℃，恒温5min进行灭酶处理，得第二灭酶皮粉浆；

4)将第二灭酶皮粉浆，以4000r/min的转速离心20min，取上清液，沸水浴蒸发浓缩，加入3-5倍体积的95％乙醇，混合均匀，于4℃条件下静置过夜进行醇沉，得醇沉液；

5)将醇沉液以4000r/min的转速离心5min，弃上清液，沉淀物加4-5mL水溶解后放入冷冻干燥机中，冷冻干燥，即得山药皮可溶性膳食纤维。

(二)结果

1)用电子天平测定其重量，计算出所得山药皮可溶性膳食纤维的得率为6.74wt％。

2)所得山药皮可溶性膳食纤维，呈微黄色，粉末状，有淡淡的山药香气，无异味。

3)所得山药皮可溶性膳食纤维，性质测定显示：其持水性为6.93g/g，持油性为3.67g/g，吸水膨胀性为2.77mL/g。与其他种类膳食纤维相比，其持油性高于马铃薯、甘薯等多种膳食纤维，持水性和吸水膨胀性略高于生姜、甘薯渣、香椿等膳食纤维或基本持平。

4)所得山药皮可溶性膳食纤维，还具有较强的阳离子交换能力和良好的抗氧化活性，其对DPPH和·OH的清除作用比较显著，清除率分别可达50％和70％以上，均稍高于南瓜、山杏果肉等膳食纤维，性质较为优良。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种山药皮可溶性膳食纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）将山药皮烘干，粉碎，得山药皮粉，按1 : 40 g/mL的料液比，将山药皮粉和水混合均匀，得皮粉浆；

2）将皮粉浆于55℃水浴下，调节 pH至7.0，按重量比，山药皮粉 : 中性蛋白酶=1 g :3 mg，加入中性蛋白酶，于55℃水浴、超声功率200 W、超声时间40 min的条件下进行第一次酶解，得第一酶解皮粉浆；对第一酶解皮粉浆于100℃，恒温5 min进行灭酶处理，得第一灭酶皮粉浆；

3）将第一灭酶皮粉浆冷却，再于60℃水浴下，调节pH至4.5，按重量比，山药皮粉 : 糖化酶=1 g : 0.04 g，加入糖化酶，于60℃水浴、超声功率300 W、超声时间 40 min的条件下进行第二次酶解，得第二酶解皮粉浆；对第二酶解皮粉浆于100℃，恒温5 min进行灭酶处理，得第二灭酶皮粉浆；

4）将第二灭酶皮粉浆，以4000 r/min的转速离心20 min，取上清液，沸水浴蒸发浓缩，加入3-5倍体积的95%乙醇，混合均匀，于4℃条件下静置过夜进行醇沉，得醇沉液；

5）将醇沉液以4000 r/min的转速离心5 min，弃上清液，沉淀物加水溶解后，冷冻干燥，即得所述山药皮可溶性膳食纤维。

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