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1、酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维及其中试线设计酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维及其中试线设计一 课题的目的、意义及研究现状1.课题的目的课题的目的膳食纤维（dietary fiber，DF）是指不被人体消化吸收的以多糖类为主体的高分子物质的总称，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）1。尽管膳食纤维不能为人体提供任何营养，但对人体具有重要的生理功能。膳食纤维具有预防心血管疾病、肥胖症、糖尿病、高血压、改善肠道内菌群功能、减少胃肠癌症发生、清除外源有害物质、抗氧化、清除自由基等生理效应，被称为继
2、糖类、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七营养素”2-3。另外。膳食纤维能够延缓和减少人体对重金属等有害物质的吸收，有减少和预防有害化学物质对人体毒害的作用4-5。膳食纤维的生产与应用在发达国家早已引起重视，从80年代开始，其开发利用成为研究热点，添加了膳食纤维的高纤维食品被认为是一种时尚食品6。我国在膳食纤维方面的研究与开发起步比较晚，但我国膳食纤维的生产用料来源十分广泛，各种粮食种子皮、各类加工食品的残渣以及多种水果的果皮均可开发利用，且数量十分庞大7-8。中国是浓缩果汁的重要生产国，除苹果汁外，近年来，国际市场对梨汁的需求量也在不断增加，许多果汁生产企业改变了以往单一生产苹果汁的
3、模式，也纷纷生产一定量的梨汁。同生产苹果汁一样，梨汁生产过程中也会产生大量的梨渣，因梨渣中含有大量的石细胞9，它不能像苹果渣那样做为饲料而被利用。梨渣目前基本上没有被利用，直接排放堆积，不仅带来了严重的环境问题，还占用不少耕地。梨渣中含有大量的膳食纤维，但鲜见从梨渣中提取膳食纤维的研究报道。本文旨在对梨渣中的可溶性膳食纤维进行提取，得出可溶性膳食纤维提取的最优工艺条件，并测定其膳食纤维功能性食品的开发提供科学依据10。2. 国内外研究现状国内外研究现状目前膳食纤维的提取和改性方法主要有化学处理法、机械降解处理法等，或者几种方法相混合处理，如挤压蒸煮技术、气流膨化技术、局部爆炸技术、湿热处理技术
4、、酸热处理技术和微生物转化技术等3，而酶法作为一种高新技术，在膳食纤维的提取及改性领域已受到重视。膳食纤维是植物细胞壁中一种重要的基质多糖，与伸展蛋白、其他结构蛋白、壁酶、纤维素、半纤维素和果胶等构成具有一定硬度和弹性的细胞壁10，其生理活性和功能性质是由结构决定的，不同的方法的提取或改性，得到的膳食纤维有很大的差异11。半纤维素酶可促进纤维素、半纤维素分解，引起植物细胞壁溶解，使更多的植物细胞内溶物释放出来并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质可提高水溶性膳食纤维的含量和品质12。酶解法作为一种条件温和、操作简单、提取率高，产品纯度高的提取方法，成为膳食纤维改性的一条新途径
5、。3.研究意义研究意义本研究利用半纤维素酶并辅助以超声波对梨渣膳食纤维进行提取，以提高SDF的含量，获得高品质的膳食纤维，对梨渣资源的综合利用及梨产业附加值的提高具有深远的意义。二 课题研究的主要内容及拟解决的问题1 课题研究的主要内容以梨渣为原料，研究半纤维素酶法提取梨渣膳食纤维的工艺条件及水溶性膳食纤维的理化性质，具体研究内容如下：（1）优化研究梨渣中可溶性膳食纤维的提取条件。结合查阅相关文献，以提取率为考察指标，采用单因素及中心组合试验方法，研究料液比、酶添加量、酶作用时间、酶作用温度、辅助超声作用等对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响。（2）研究梨渣中可溶性膳食纤维的物化性质。分析梨渣中
6、可溶性膳食纤维的溶解性和表观粘度，测定其持水力和膨胀力，并对其进行红外光谱扫描分析和超微结构分析。（3）进行酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维的中试线设计。2 拟解决的问题（1）通过单因素及中心组合试验方法，得到提取梨渣膳食纤维的最优工艺条件。（2）分析梨渣中可溶性膳食纤维的溶解性和表观粘度，测定其持水力和膨胀力，并对其进行红外光谱扫描分析和超微结构分析。（3）完成酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维中试线设计，为酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维的工业化生产提供理论依据。三 实验设计方案、研究方法1 技术路线2 实验设计方案2.1 梨渣可溶性膳食纤维的酶法提取方法2.1.1 梨渣制备方法（1）原料的筛选：以砀山
7、梨做为材料。（2）破碎榨汁过滤：洗干净晾干的梨切成小块加入榨汁机里面并按 500 g 梨和 500 g 水的比例制得果浆；采用 120 目的尼龙筛网过滤得到梨渣。梨梨渣粉梨渣膳食纤维提 取条件优化试验梨渣中膳食纤维 物化性质的检测酶法提取梨渣中 可溶性膳食纤维 的中试线设计单因素试验响应面设计优化半纤维素酶添加量半纤维素酶作用时间半纤维素酶作用温度料液比超声辅助作用时间溶解性分析表观粘度分析持水力测定膨胀力测定红外光谱扫描分析（3）烘干：将梨渣放入烘箱中，在 60 下烘 24 h，得到干梨渣。（4）粉碎：将干梨渣用粉碎机粉碎后，过 60 目筛，得到梨渣粉。2.1.2 酶法提取梨渣中可溶性膳食纤
8、维梨渣中可溶性膳食纤维的提取：取60目的梨渣粉2 g于100 mL的烧杯中（ 5 份） ，各加入20 mL的0.05 mol/L，pH为4.6的柠檬酸缓冲液，加入一定量的半纤维素酶并辅助以一定波长的超声波，于一定的温度下水解一段时间，100 灭酶5 min，抽滤并收集IDF（滤渣），取滤液于55 真空浓缩，95%乙醇沉淀24 h后离心，收集沉淀，真空冷冻干燥24 h，粉碎可得水溶性膳食性纤维（SDF）。称重并计算提取率。2.2 梨渣可溶性膳食纤维酶法提取条件优化研究2.2.1 单因素试验优化梨渣中可溶性膳食纤维提取条件研究根据相关文献报道及预实验，以提取率为考察指标，采用单因素试验法，利用半纤
9、维素酶进行梨渣中可溶性膳食纤维的提取工艺优化研究。选取料液比、酶添加量、酶作用时间、酶作用温度、超声波辅助作用时间5个因素，进行单因素实验设计。2.2.1.1 料液比对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响研究选取料液比为 1:6、1:10、1:14、1:18、1:22，研究料液比对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响，其他条件同 2.1.2 酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维条件。2.2.1.2 酶添加量对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响研究在以上优化料液比条件下选取酶的添加量为 45 U/g、90 U/g、135 U/g、180 U/g、225 U/g，研究酶的添加量对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响。其
10、他条件同 2.1.2 酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维条件。2.2.1.3 酶作用时间对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响研究在以上优化料液比和酶添加量条件下选取酶的作用时间为 1 h、3 h、5 h、7 h 、9 h，研究酶的作用时间对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响研究。其他条件同 2.1.2 酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维条件。2.2.1.4 酶作用温度对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响研究在以上优化料液比、酶添加量和酶作用温度条件下选取酶的作用温度为 35 、40 、45 、50 、55 、 ，研究酶的作用温度对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响。其他条件同 2.1.2 酶法提取梨渣中可溶性膳食
11、纤维条件。2.2.1.5 超声波辅助作用时间对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响研究在以上优化料液比、酶添加量、酶作用温度和酶作用温度条件下选取酶的辅助超声作用时间为 0 min、5 min、10 min、15 min、20 min，研究酶的辅助超声作用时间对梨渣中可溶性膳食纤维提取率的影响。其他条件同 2.1.2 酶法提取梨渣中可溶性膳食纤维条件。2.2.2 梨渣可溶性膳食纤维提取的中心组合试验根据单因素研究结果，对各因素做方差分析，选取对提取率影响显著的因素，采用中心组合试验优化方法设计试验，进行多因素试验优化发酵条件。每组实验进行3次平行实验，实验结果进行回归分析，回归分析得到的较优条件组
12、合与直接分析得到的较优条件组合同时进行验证实验。2.3 提取率和物化性质的测定2.3.1 膳食纤维的提取率的计算采用重量法测定可溶性膳食纤维提取率。根据以下公式，计算SDF的提取得率：% =100%SD F干燥后的质量(g)SD F()处理前梨渣质量(g)2.3.2 各组分物化性质的测定2.3.2.1 溶解性分析准确称取梨渣 2.500 g（m1） ，加入 50 mL 去离子水，用磁力搅拌器分散均匀转入 250 mL 容量瓶并定容，恒温水浴 20 min，趁热抽滤，准确移取 50 mL滤液于恒重的 100 mL 烧杯中，60 下干燥 5 h 后，再于 105 干燥至恒重得m2，计算得样品的溶解
13、度：2.3.2.2 表观粘度分析将样品配制成质量分数为10%的溶液，利用粘度计，因子为0.1的转子，研究水溶性膳食纤维溶液的表观粘度。2.3.2.3 持水力测定将样品各称取3 g于50 mL的离心管中，加去离子水25 mL，室温（203 ）搅打30 min，2500 g离心10 min，弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留水分，称重。gg=g样品湿重（）样品干重（）持水力(g/ g)样品干重（）2.3.2.4 膨胀力测定将样品各称取0.3 g，置于10 mL量筒中，准确加入蒸馏水5.00 mL。振荡均匀后室温（203 ）放置24 h，读取液体中膳食纤维的体积。mL -(mL)mL/g =g膨胀后
14、纤维的体积（）干品体积膨胀性（）样品干重（）2.3.3 红外光谱扫描分析取1-2 mg样品于玛瑙研钵中，加入100 mg干燥的溴化钾粉末，在红外灯下研磨，直至完全研细混匀，将研细后的粉末均匀加入压模器内，压制成一定直径和厚度的透明片，迅速放入仪器光路中在500-4000 cm-1波长区间进行扫描，扫描次数32次，分辨率4 cm-1观察波峰情况。2.4 产品质量指标检测水分的测定：GB/T 5009.3-2010；灰分的测定：GB/T 5009.4-2010；总糖、还原糖检测：DNS 法。参考文献1 薛战锋, 郭玉蓉, 付成程, 等. 半纤维素酶法对苹果肉渣膳食纤维的提取J.天然产物研究与开发,
15、 2013, 11: 1474-1479.2 曾庆梅, 杨毅, 殷允旭, 等. 梨渣水不溶性膳食纤维的提取工艺研究J. 食品科学, 2008, 08: 275-278.3 郑建仙. 功能性食品: 第二卷 M. 北京: 中国轻工业出版社, l999: 50-65.4 Bijkerk C J, Mu ris J W M, Knot tnerus J A, etal. T he role of different types of fiber in the treatment of irritable bowel syndrome J. Alimentary Pharmacology & Thera
16、peutics, 2004, 19 (3) : 245-251. 5 唐孝青, 焦凌霞, 樊明涛, 等. 梨渣可溶性膳食纤维的提取及抗氧化特性J.西北农业学报, 2010, 19 (9) : 93-98.6 Robert J R, Monica Fischer1 Dietary fiber as a versatile food component: An industrial perspective J 1 Mo Nut Food Res, 2005, 49: 521-5351.7 郭东辉, 刘四新, 李从发. 腰果梨渣不溶性膳食纤维的提取J. 食品工业科技, 2008, 11: 0166-0168.8 张晓敏, 邓尚贵, 韩燕. 膳食纤维的功能及其在食品中的应用J. 农产品加工学刊, 2007, 11 (11): 41-4519 李玲, 蔡永萍, 刘小阳. 梨果实的石细胞J . 植物生理学通讯, 2004, 40(5): 629-
