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1、分类号单位代码 11395密 级学 号 1006220129学生毕业论文题 目响应曲面法优化陕北豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取工艺的研究作 者*院 (系)化学与化工学院专 业化学指导教师*答辩日期*年 * 月 * 日摘 要膳食纤维是功能性食品的重要基料。豆腐渣中因含有丰富的膳食纤维成分成为最近食品界研究的热点。本论文通过对碱浓度，酶浓度，酶解温度，酶解时间进行单因素实验，以水不溶性膳食纤维的纯度为考察指标，确定出提取水不溶性膳食纤维的最佳条件。在单因素试验基础上，根据Box-Behnken中心组合设计原理，选取酶浓度、酶解温度和酶解时间3因素进行响应曲面分析，建立了豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取率
2、的二次多项数学模型。实验结果表明豆腐渣中水不溶性膳食纤维最佳提取工艺条件为：酶浓度4%，酶解温度60oC，酶解时间5h,在此条件下水不溶性膳食纤维提取率为56.27%。关键词：豆腐渣；水不溶性膳食纤维；响应曲面；提取工艺Studythe Method of Response SurfaceOptimized Extraction Technology for Insoluble Dietary Fiber of Bean Curd Residue in ShanbeiABSTRACTDietary fiber is an important basic material of function
3、al food. Bean curd residue because of containing rich dietary fiber becomes the hot spot in food research recently. In this paper, the highest purity based on the single factor experiment of alkali concentration, enzyme concentration, reaction temperature and hydrolysis time, determined the optimal
4、extraction of IDF. According to the design principle of Box-Behnken center combination, set up the quadratic mathematical models of insoluble dietary fiber extraction rate in bean curd residue by the single-factor,selected enzyme concentration, reaction temperature and hydrolysis time 3 factors resp
5、onse surface analysis. The results showed that the optimal extraction conditions were enzyme concentration of 4%, reaction temperature of 60oC andhydrolysis time of 5 h. In conditions of the optimal extraction, the extraction rate of IDF was 56.27%.Keywords:Bean curd residue; insoluble dietary fiber
6、; response surface; extraction technology目 录摘要IABSTRACTII目录III1绪论11.1膳食纤维的定义及组成1膳食纤维的定义1膳食纤维的组成21.2水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维21.3膳食纤维的生理功能3预防肥胖症的功效3预防心血管疾病的功效3降低血压的功效3预防糖尿病的功效3缓解便秘，预防肠道疾病的功效41.4制取水不溶性膳食纤维的原料豆腐渣41.5豆腐渣膳食纤维的研究现状41.6从陕北豆腐渣中制取水不溶性膳食纤维的目的和意义51.7用响应曲面法优化陕北豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取工艺的意义52实验部分72.1 实验材料、仪器及试剂7实验
7、材料7实验仪器72.1.3 实验试剂72.2 陕北豆腐渣中提取水不溶性膳食纤维工艺流程82.3 陕北豆腐渣中提取水不溶性膳食纤维工艺的操作步骤8冲洗烘干8粉碎过筛8称取样品8加纯水8碱处理8调PH82.3.7酶解8灭酶9抽滤9烘干9称量92.4 影响陕北豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取效率单因素试验9碱浓度对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响9酶浓度对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响9酶解温度对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响9酶解时间对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响102.5 陕北豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取工艺优化102.6 分析评价方法102.7 膳食纤维的测定方法112.8水不溶性
8、膳食纤维提取率与纯度计算方法113结果与分析123.1陕北豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取工艺单因素试验12碱浓度对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响12酶浓度对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响12酶解温度对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响13酶解时间对提取豆腐渣中水不溶性膳食纤维的影响143.2陕北豆腐渣中水不溶性膳食纤维提取工艺优化15水不溶性膳食纤维提取率响应曲面分析15对水不溶性膳食纤维提取率影响的响应曲面分析16水不溶性膳食纤维提取率的响应曲面优化结果204 结论21参考文献22致谢231绪 论1.1膳食纤维的定义及组成膳食纤维的定义在不同的时期人们对于膳食纤维的认识是不同的，人们首
9、先认识到的是粗纤维，而粗纤维不能被人体吸收，所以人们认为粗纤维对人体健康没有什么益处。第一次提出膳食纤维的概念是在20世纪50年代，由HipSley1率先提出的，他认为膳食纤维是一种不能被人体消化的植物细胞壁成分，它主要是由纤维素、半纤维素、木质素及果胶等组成。膳食纤维是食物中有一定生理功能的化学成分。1972年，Huge Trowell 给膳食纤维定义为“食物中不能被人体消化酶所消化的植物细胞的残留部分”，他的这种定义是片面的。1974年Trowell 修正的定义是“抗人体消化酶所消化的植物组分”。1976年，他又重新对膳食纤维定义为“不能被人体内的消化酶所消化的多糖和木质素”。 Trowe
10、ll 建立了很多膳食纤维与健康相关的假说，被人们称为“膳食纤维假说”。它指出：膳食纤维的摄入量与结肠癌及心脏病的发生率呈负相关，这个假说的提出使营养学、食品工程、分析化学及其它领域对膳食纤维进行了大量的研究，从而拉开了膳食纤维研究的序幕。1979年美国职业分析化学家学会年会上，Prosky 和Harland提出，期望能统一膳食纤维的定义和分类方法，但结果是没有达成共识。1981年美国职业分析化学家学会再次年会上，有学者提出了他们对膳食纤维的定义和分类方法，但大部分学者认同的还是1976年由Trowell 提出的，即膳食纤维是那些不能被人体消化吸收的多糖和木质素。2000年6月，美国谷物化学家协
11、会把膳食纤维定义为不能被人体小肠消化吸收，但能被大肠内菌群部分或完全发酵的可食用的植物成分，包括多糖、木质素、低聚糖及相关的植物物质，具有降低血液中胆固醇含量、及促进通便、及降低血糖含量等保健功效。随着人们对膳食纤维的不断认识，各个组织包括国际生命科学会、美国谷物化学师协会、美国化学家协会等都对膳食纤维提出了不同的定义。2009年，国际食品法典委员会给膳食纤维的最新定义为：膳食纤维是指具有10个或以上单体链节的碳水化合物，不能够被人体小肠内生酶消化，而且属于天然存在于消费食物中的可食用的碳水化合物、由食物原料经物理、化学或酶法获得的碳水化合物、对人类的健康表现出有益的生理效果的聚合物2。综上所
12、述，膳食纤维的认识是一个漫长而曲折的过程。从把膳食纤维等同于粗纤维和半纤维素3到认识了膳食纤维是一种有益于人们健康的营养素，如果缺乏膳食纤维就会对人体健康产生消极影响。近几年来，膳食纤维已经引起了世界各地的关注，被誉为“第七营养素”。1.1.2膳食纤维的组成膳食纤维主要是由纤维状碳水化合物（纤维素）、基料碳水化合物（半纤维素、果胶、果胶类化合物）和填充类化合物（木质素）三大部分组成1。纤维素（Cellulose）：纤维素的分子式(C6H10O5)n，它是植物细胞壁的主要成分，是由类似于多个葡萄糖分子组成的大分子多糖。由D-葡萄糖通过-1，4糖苷键组成的直链线性多糖。它的化学结构与直链淀粉相似，
13、但是物理性质与淀粉截然相反。纤维素既不溶于水，也不溶于一般有机溶剂。半纤维素（Hemicellulose）：半纤维素主要由木聚糖、半乳糖或甘露糖和葡聚糖组成的一类多糖，在其支链上带有半乳糖或阿拉伯糖。在人的大肠内半纤维素比纤维素易于被细菌分解。半纤维素大部分是不可溶的，起着一定的生理作用。但是，有一些半纤维素是可溶的。果胶（Pectin）：果胶是以聚半乳糖醛酸为骨架链，主链中有（1-2）鼠李糖残基，部分半乳糖醛酸残基经常被甲基酯化。该结构是通过C4鼠李糖基位置携带取代基阿拉伯低聚糖、半乳糖或者阿拉伯半乳低聚糖，成为阿拉伯半乳聚糖。果胶是植物中一种酸性多糖无定形的物质，可以在热水中溶解，它对于维
14、持膳食纤维的结构有非常重要的作用。木质素（Lignin）：木质素不属于多糖物质，而是由芥子醇、松柏醇、对羟基肉桂酸这三种单体为主体的芳香族苯丙烷聚合物，具有复杂的三维结构。天然的木质素大多与碳水化合物紧密结合在一起，处于细胞壁中，因此很难与纤维素分离。木质素是一种抗氧化剂，人和动物都不能消化它。1.2水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维根据膳食纤维在水中溶解性能不同，可分为水溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber，简称SDF）和水不溶性膳食纤维（Insoluble Dietary Fiber，简称IDF）两大类。SDF是指不被人体消化道酶消化，但是可溶于温水或热水且其水溶液又能被
15、四倍体积的乙醇再沉淀的那部分膳食纤维，它的主要成分是植物细胞内的储存物质和分泌物，另外还包括部分微生物多糖和合成多糖。主要包括存在于植物种子中的胶，水果中的果胶，海藻中的海藻酸，卡拉胶、琼脂和微生物发酵产物黄原胶等。IDF是指不被人体消化道酶消化且不溶于热水的那部分膳食纤维，它是细胞壁的主要成分，包括纤维素、半纤维素、原果胶、木质素、植物蜡和壳聚糖等。水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）都对人们的身体有着不同的作用。水溶性膳食纤维（SDF）不仅能增加饱腹感，对肥胖症有效，而且使胃肠道中内容物黏度增加，延缓和降低消化道中其他成分，如胆固醇、葡萄糖等的吸收4-5；水不溶性膳食纤维（IDF）能增加粪便体积，促进肠道蠕动，预防便秘及降低血脂含量、延缓小肠对葡萄糖的吸收速度，刺激胰岛产生胰岛素，从而预防糖尿病的发生。1.3膳食纤维的生理功能随着人们对膳食纤维的深入认识及研究，发现合理地食用膳食纤维能有效减少和预防糖尿病、肠癌、高血压、高血脂、心脑血管病、肥胖症，便秘及冠心病等疾病的发生。预防肥胖症的功效膳食纤维体积较大，具有吸水膨胀性，在肠胃中吸水膨胀并形成高黏度的胶体溶液，容易引起饱腹感而减少进食量。同时，膳食纤维具有低热能的特点，控制热量的摄入对减肥非常重要，膳食纤维在人体中以发酵的方式代谢，所
