红皮马铃薯皮中水溶性膳食纤维的提取工艺研究

张世仙，赵光练，张 海，覃 彪

（遵义师范学院a.化学化工学院；b.黔北特色资源应用研究实验室，贵州遵义563006)

红皮马铃薯皮中水溶性膳食纤维的提取工艺研究

张世仙，赵光练，张 海，覃 彪

（遵义师范学院a.化学化工学院；b.黔北特色资源应用研究实验室，贵州遵义563006)

采用碱法提取红皮马铃薯皮中的水溶性膳食纤维。通过单因素实验和正交实验，探讨了碱浓度、提取时间、提取温度、液固比对红皮马铃薯皮中水溶性膳食纤维提取率的影响。结果表明碱法提取红皮马铃薯皮中水溶性膳食纤维的的最佳工艺条件是：碱浓度0.9%、提取温度80℃、提取时间60min、液固比19:1，水溶性膳食纤维平均得率为57.8%，持水力为3.84g/g，膨胀率为2.12mL/g，产品颜色为淡黄色。

红皮马铃薯皮；碱法；水溶性膳食纤维（SDF）；提取工艺

膳食纤维[1,2]（简称DF）是指“不能被人的消化道酶消化吸收的植物成分”。具有润肠通便、降脂降压、排胆固醇、美容减肥、预防结石、抗癌解毒等功效[2]，被称为对人体有重要生理功能的第七营养素[3]。膳食纤维可分为水溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF），其中SDF比IDF具有更强的持水力、膨胀率，润肠通便等功效更胜一筹。

据资料记载，我国居民对膳食纤维的平均摄入量为每人每天13.3g，不及世界卫生组织建议的每人每天总膳食纤维摄入量27～40g的一半[4]，因此膳食纤维市场需求量巨大。

2015年7月在北京召开了“第十七届中国马铃薯大会”、“2015北京世界马铃薯大会”、“第六届中国国际薯业博览会和马铃薯主食产品及产业开发国际研讨会”[5,6]，2016年7月在河北省张家口市举办了主题为“马铃薯产业与中国式主食”的第十八届中国马铃薯大会，这些会议充分表明了我国力推马铃薯主粮化的战略，随后各种马铃薯主粮食品相继问世[7-10]，废弃的马铃薯皮也可用于提取马铃薯水溶性膳食纤维[11-15]。贵州属于干旱地区，适宜马铃薯种植，是中国最大的马铃薯产地之一，贵州遵义出产红皮马铃薯，因此本实验以遵义出产的红皮马铃薯皮为原料，探讨碱法[16-20]提取红皮马铃薯皮中水溶性膳食纤维的最佳提取工艺，以期为进一步制作红皮马铃薯膳食纤维复合食品提供实验依据。

1 材料与仪器

1.1 材料

红皮马铃薯皮（取自贵州遵义出产的红皮马铃薯），NaOH（分析纯）：成都市科龙化工试剂厂；95%乙醇（分析纯）：成都市科龙化工试剂厂。

1.2 仪器

电子台秤：常州市衡正电子仪器有限公司；TB-214型电子天平：北京赛多利斯仪器系统有限公司；HH-6数显恒温水浴锅：上海浦东物理光学仪器厂；SHA-B型水浴恒温振荡器：金坛市科析仪器有限公司；0412-1型离心机：上海手术器械厂；RE-52型旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵：上海亚荣生化仪器厂；艾柯实验室专用超纯水机：成都康宁实验专用纯水设备厂；CS101-AB型电热鼓风干燥箱：重庆实验设备厂。

2 实验方法

2.1 提取工艺

新鲜红皮马铃薯皮→洗净→烘干→粉碎（过80目筛）→水浴振荡控温碱解→过滤→浓缩→4倍体积95%乙醇沉淀→静置→过滤→离心→称量（SDF湿重）→干燥→称重（SDF干重）。

2.2 提取方法

首先进行单因素试验，然后在单因素试验的基础上设计正交试验，优化出碱法提取红皮马铃薯皮中水溶性膳食纤维的最佳工艺条件。

2.3 物性检测

按照2.2中确定的最佳工艺条件提取SDF，取SDF湿样置于刻度离心管中，读取湿样在离心管中的体积v1，以2000r/min离心10min，去除上清液称量湿样m1，于105℃烘干至恒重称量m2并读取在离心管中占有的体积v2，按下面公式计算持水力、膨胀率：

持水力（g/g）=(m1-m2)/m2，膨胀率（mL/g）=(v1-v2)/m2

3 结果与讨论

3.1 单因素试验

3.1.1 碱浓度的影响

分别准确称取一定量的红皮马铃薯皮粉末于小烧杯中，以液固比15:1加入不同浓度的碱溶液，室温浸泡30min，于80℃水浴振荡60min，结果见图1。

图1 NaOH溶液浓度对SDF得率的影响

从图1可知，SDF得率先随NaOH溶液浓度增加而增加，当质量浓度高于0.6%后得率略有下降、趋于平稳，但碱浓度超过0.9%后SDF得率减少。SDF得率变化的原因是碱浓度增加，促进了马铃薯皮中蛋白质和脂肪发生水解，破坏了纤维素和半纤维素之间的氢键而增溶[16]，从而提高SDF的得率，但是当碱浓度高于0.9%后SDF中部分组分发生降解，例如果胶在碱性条件下其糖醛酸上酯易被降解，这可能是导致 SDF得率逐渐降低的原因[17]。因此NaOH提取溶液最适提取浓度是0.9%。

3.1.2 温度的影响

分别准确称取一定量的红皮马铃薯皮粉于小烧杯中，以液固比15:1分别加入0.9%的碱溶液，室温浸泡30min，分别于设定的温度下水浴振荡60min，结果见图2。

图2 提取温度对SDF得率的影响

从图2可见，温度对SDF得率的影响较大，温度低（＜50℃）SDF得率较低，小于10%，而当温度升高＞50℃），SDF得率显著提高。这可能是因为温度升高，促进了马铃薯皮中不溶性膳食纤维与半纤维素之间的较强氢键作用，因此温度升高溶出的半纤维素含量提高，从而提高了SDF含量。因此提取适宜温度为90℃。

3.1.3 提取时间的影响

分别准确称取一定量的红皮马铃薯皮粉于小烧杯中，以液固比15:1加入质量浓度为0.9%的碱溶液，室温浸泡30min，分别于90℃下水浴振荡不同的时间，结果见图3。

图3 提取时间对SDF得率的影响

由图3可见，SDF的得率随提取时间的增加缓慢增加，超过50min后SDF得率反而有所降低。这可能是由于反应开始时物料浓度大，SDF得率随反应时间的延长而增加，但是随着反应时间的延长，碱对SDF中部分组分（例如果胶）的降解作用增强，反而使得 SDF得率降低。因此提取最适宜时间为50min。

3.1.4 液固比的影响

分别准确称取一定量的红皮马铃薯皮粉于小烧杯中，按照不同液固比分别加入质量浓度为0.9%的碱溶液，室温浸泡 30min，于 90℃水浴振荡提取50min，结果见图4。

图4 液固比对SDF得率的影响

从图4可见，SDF的得率随液固比的增加而增加，当液固比为17:1时，SDF得率最高，随后得率降低。可能是随着液固比的增加，物料浓度较低，有利于物料与碱的作用，但液固比继续增加，溶剂水量增大，导致产物SDF溶胀，结构被破坏，不利于SDF的生成，导致得率降低，因此实验最适宜的液固比为17:1。

3.2 正交试验

依据3.1的试验结果，设计L9(34)正交试验表，以SDF得率为指标进行试验，结果见表1。

表1 正交试验

由表1可见，碱法提取马铃薯皮中SDF的最佳工艺组合是：A2B1C3D3，即碱浓度0.9%、温度80℃、时间60min、液固比19:1，影响红皮马铃薯皮SDF得率的主次顺序是：液固比＞提取时间＞碱浓度＞提取温度。

表2 方差分析

由表2可见，当 =0.05时F临界值为19.000，以影响SDF得率（马铃薯皮渣水溶性膳食纤维）最小的因素B为误差项，得到的F比值数据表明三个因素A、C、D在＜0.05条件下对马铃薯皮中水溶性膳食纤维得率有显著影响。

3.3 验证实验

分别准确称取红皮马铃薯皮粉，按3.2中确定的最佳提取工艺条件进行SDF提取平行试验，测定SDF得率、持水力、膨胀率，结果见表3。

表3 验证试验(n=3)

由表3可知，马铃薯皮SDF得率为57.8%、持水力为3.84 g/g、膨胀率2.12mL/g，产品为蓬松的淡黄色固体。

4 结论

采用碱法提取马铃薯皮中水溶性膳食纤维的最适宜条件为：碱浓度0.9%、提取温度80℃、提取时间60min、液固比为19:1。马铃薯皮渣水溶性膳食纤维为淡黄色固体，平均得率为57.8%，持水力为3.84g/ g，膨胀率为2.12 mL/g，工艺流程简单易行。

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（责任编辑：朱 彬）

On the Extraction Technology of Water-soluble Dietary Fiber from Red-Skin-Potato Peel

ZHANG Shi-xian,ZHAO Guang-lian,ZHANG Hai,QIN Biao
(a.Chemical Engineering Department;b.Laboratory of Utilization Research on Characteristic Resources in Qianbei,Zunyi Normal College,Zunyi 563006,China)

The extraction of water-soluble dietary fiber(SDF)from Red-Skin-potato peel was achieved by using alkaline method.The effects of alkali concentration,time,temperature and liquid-solid ratio on the extraction rate of SDF from Red-Skin-potato peel were discussed by single factor experiment and orthogonal experiment.Results indicated that the optimum technological conditions for the alkaline extraction of SDF from Red-Skin-potato peel were alkaline dosage 0.9%,extraction temperature 80℃,extraction time 60 min, and liquid-solid ratio of 19:1.The extraction rate of SDF was up to 57.8%,the water-holding power was 3.84g/g,the rate of expansion was 2.12mL/g,and the color of product was faint yellow.

Red-Skin-potato peel;alkaline method;water-soluble dietary fiber;extraction

TS234

A

1009-3583（2017）-0114-04

2016-09-15

贵州省科技厅基金资助项目（黔科合LH字[2016]7010号，黔科合J字LKZS[2012]28号）

张世仙，女，贵州遵义人，遵义师范学院化学化工学院教授，主要从事食品化学研究工作。