马铃薯皮渣中膳食纤维提取条件的优化研究

魏玉梅，董轶，刘磊，王列娟，刘华（.西北民族大学实验中心，甘肃兰州730030；.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730030；3.西北民族大学数学与计算机学院，甘肃兰州730030）

马铃薯皮渣中膳食纤维提取条件的优化研究

魏玉梅1，董轶2，刘磊2，王列娟2，刘华3，*
（1.西北民族大学实验中心，甘肃兰州730030；2.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730030；3.西北民族大学数学与计算机学院，甘肃兰州730030）

摘要：采用酶碱法提取马铃薯皮渣中的膳食纤维，并分别设计正交试验对马铃薯皮渣脱色及淀粉水解条件进行了优化研究，结果表明：脱色的最佳工艺条件是用95%乙醇浸提，料液比为1∶4（g/mL），温度为50℃，pH为5，浸提时间为150min；水解淀粉的最佳工艺是温度为65℃，时间为120min，料液比为1∶9（g/mL），pH为6.5，酶浓度为0.8%。膳食纤维提取率可达57.00%。

关键词：马铃薯皮渣；膳食纤维；脱色；淀粉水解

纤维素是当今世界上最丰富的可再生高聚物。膳食纤维是一类对人体健康有益的纤维素[1]。纤维在保持消化系统健康上扮演着重要的角色，同时摄取足够的纤维也可以预防心血管疾病、癌症、糖尿病以及其它疾病。

近年来，我国马铃薯种植面积和总产量均居世界首位[2]，总产量占到世界马铃薯总产量的20%左右。由于缺乏现代科学的储藏设备和方法，每年损失量约为25%～30%，其余的70%～75%也基本用于鲜食或者加工成粉丝、粉条及淀粉[3]，同时产生近百万t的马铃薯皮渣。马铃薯皮渣不易储存和运输，腐败变质后产生恶臭，造成环境污染；马铃薯渣通常作为饲料或当成废渣作掩埋处理[4]，而马铃薯渣中的膳食纤维含量极高，约占干基的50%左右，因此马铃薯渣是一种安全廉价的膳食纤维资源[5]。Annd S.Meyer等[6]研究了用纤维素酶提取膳食纤维的最佳工艺，本试验采用酶碱法提取马铃薯皮渣中的膳食纤维，并通过设计正交试验对提取条件进行了优化。

1　材料与方法

1.1材料

优质马铃薯：采自甘肃定西市香泉镇优质马铃薯产地，低温冷藏备用。

氢氧化钠、二氯化钙、硫酸、95%乙醇、碘液等试剂均为分析纯；α-淀粉酶为中温型（酶活力≥4 000U/g）。1.3仪器

DHG-9240型鼓风干燥箱：上海一恒科技有限公司；台式离心机、HH-4数显恒温水浴锅：常州国华电器有限公司；T6型紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；AL104型电子天平、DELTA320型pH计：瑞士梅特勒-托利多分析仪器有限公司；LLJA10W2型搅拌机：广东小熊电器有限公司。

1.4方法

1.4.1马铃薯皮渣的制备

马铃薯洗净、削皮，再将皮渣洗净，放入搅拌机加水湿磨，取多层纱布下用蒸馏水冲洗过滤，除去皮渣表面的淀粉和多糖[7]，将得到的皮渣在60℃下，烘干24 h，再将烘干后的皮渣用搅拌机干磨粉碎，得到马铃薯皮渣粉，放置备用。

1.4.2马铃薯皮渣的脱色

用95%乙醇对马铃薯皮渣进行浸提脱色[8]，采用正交设计L9（34）正交表研究温度、pH、时间、料液比对脱色效果的影响，温度分别选用45、50、55℃；pH分别选用5、6、7；时间分别选用90、120、150min；料液比分别选用1∶4、1∶5、1∶6（g/mL）。用分光光度计测定浸提液的吸光度，以求得每组不同工艺条件下的马铃薯皮渣脱色率[（1-脱色前吸光度/脱色后吸光度）×100%]。

1.4.3马铃薯皮渣中淀粉的酶解

老一辈创业者当初在创业时，也是受到各种压力的阻挠，但坚定的信念让他们得以克服各种困难，最终实现了成功。如今，新生代正以自己的方式接受着各种挑战，试图用自己的力量，来帮助企业更好的向前发展，这种热情与信心是难能可贵的，老一辈不应该轻易地就将他们否定，应该合理地加以引导，从知识和关系予以传承，教导他们融入中国情境，同时给予新生代更多的理解与包容，放手让他们自己去尝试与历练，实现企业的可持续发展。

采用正交设计L16（45）正交表研究温度、时间、料液比、pH、酶浓度对马铃薯皮渣淀粉水解效果影响，温度分别选用55、60、65、70℃；时间分别选用60、80、100、120min；料液比分别选用1∶7、1∶8、1∶9、1∶10（g/m L）；pH分别选用5.5、6.0、6.5、7.0；酶浓度分别选用0.7%、0.8%、0.9%、1%。用碘显色法测定水解后马铃薯皮渣中淀粉的残余量，不同浓度的淀粉遇碘后显色不同，通过测定溶液的吸光度来计算溶液中淀粉的含量。

1.4.4马铃薯皮渣中蛋白质的碱解

用1∶5（g/mL）的料液比进行蛋白质碱解，选用NaOH浓度5%，设温度60℃，时间120min，再过滤、漂洗、离心。

2　结果与分析

2.1马铃薯皮渣脱色试验数据

通过对影响马铃薯皮渣脱色条件的初步分析与研究，找出4个主要影响因素，即料液比、温度、pH、时间，正交试验因素水平表见表1；通过正交试验得到试验数据并进行分析，见表2。

表1　L9（34）正交试验因素水平表Table1　Factorsand levelsof L9（34）orthogonal test

2.2马铃薯皮渣中淀粉酶解的条件优化

通过对马铃薯皮渣中淀粉酶解条件的分析与研究，找出5个主要影响因素，即温度、时间、料液比、pH、酶浓度，见表3；通过试验得到数据并进行分析，见表4。

表3　L16（45）正交试验因素水平表Table 3　Factorsand levelsof L16（45）or thogonal test

表4　L16（45）正交试验方案及结果Table4　Design and result of L16（45）or thogonal test

续表4　L16（45）正交试验方案及结果Continue table4　Design and resultof L16（45）orthogonal test

2.3试验结果分析

通过表2、表4正交试验的结果可以得出，脱色的最佳工艺条件组合为A1B2C1D3，即用95%乙醇浸提，料液比为1∶4（g/mL），温度为50℃，pH为5，浸提时间为150min；影响脱色效果的因素主次为D>B>A>C，即时间>温度>料液比>pH；淀粉水解的最佳工艺组合为A′3B′4C′3D′3E′2，即温度为65℃，时间为120min，料液比为1∶9（g/mL），pH为6.5，酶浓度为0.8%；影响淀粉水解效果的因素主次为E′>B′>A′>C′>D′，即酶浓度>时间>温度>料液比>pH。

2.4最佳工艺验证分析

为了确定最佳工艺的准确性，以正交试验最佳的工艺参数组合做验证试验，即脱色的最佳工艺条件是用95%乙醇浸提，料液比为1∶4（g/mL），温度为50℃，pH为5，浸提时间为150min；水解淀粉的最佳工艺是温度为65℃，时间为120 min，料液比为1∶9（g/m L），pH为6.5，酶浓度为0.8%。结果是脱色率87.6%，淀粉含量0.65%，均为试验中最高值，最佳工艺组合得到验证，此工艺条件下膳食纤维提取率可达57.00%。结果如表5。3结论与讨论

表5　最佳工艺参数提取马铃薯皮渣中膳食纤维的结果Table 5　Optimum technologicalparametersof extracting dietary fiber from potato pomace results

以马铃薯皮渣为原料，使用酶—碱法去除马铃薯渣中的淀粉、糖类及蛋白质，提取出膳食纤维，但马铃薯去皮切分后易发生褐变，使其外观品质和营养价值大为降低[9]，此外，提取过程若漂洗不够，产品会有异味[10]；烘干时间若掌握不好，颜色会加深，且有焦味，因此，试验中采用玻璃器皿，并减少切片马铃薯外露时间或采取一定防褐变措施，严格控制试验条件，会得到高品质马铃薯膳食纤维。但酶碱法提取马铃薯膳食纤维的工艺还需进一步纯化和改性，此方面研究将进一步进行。

参考文献：

[1]郑建仙,孙由芳.膳食纤维分析方法的研究[J].华南理工大学学报(自然科学版),1996,4(12):73-78

[2]赵萍,李春雷,张轶,等.马铃薯生产加工现状与发展前景[J].甘肃工业大学学报,2003,29(1):81-85

[3]王卓,顾正彪,洪雁.马铃薯渣的开发与利用[J].中国粮油学报, 2007,22(3):138-141

[4] 吕金顺,韦长梅,徐继明,等.马铃薯膳食纤维的结构特征分析[J].分析化学研究简报,2007(35):443-446

[5] 马春红,马雄平,延志莲.陕北马铃薯渣中膳食纤维的提取[J].延安大学学报(自然科学版),2010,29(2):84-86

[6]Anne SMeyer,Birgitte PDam,Helle N.Larke.Enzymatic solubilization of a pectinaceous dietary fiber fraction from potato pulp: Optimizationofthe fiberextractionprocess[J].Biochemical Engineering Journal,2009(43):106-112

[7]刘达玉,黄丹,李群兰.酶碱法提取薯渣膳食纤维及其改性研究[J].食品研究与开发,2005,26(5):63-66

[8]张赞彬,缪存铅,陈小琴.酶解法提取甘薯渣中水溶性膳食纤维的研究技术[J].食品加工,2008(1):124-127

[9]洪雁顾,正彪.不同提取工艺对马铃薯渣果胶性质的影响[J].食品科学,2009(24):202-205

[10]扈晓杰,韩冬,李铎.膳食纤维的定义、分析方法和摄入现状[J].中国食品学报,2011,11(3):133-137

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.008

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金项目（31920140095）；国家自然科学基金（31260098）；西北民族大学2015年开放项目；国家民委中青年英才计划（[2014]121号）；2013年西北民族大学创新团队项目

作者简介：魏玉梅（1980—），女（回），实验师，硕士，研究方向：食品开发与安全检测。

*通信作者：刘华（1977—），男，教授，博士，硕士生导师，研究方向：数值计算。

收稿日期：2014-04-24

Study on Extraction Technology of Dietary Fiber from Potato Residue

WEIYu-mei1，DONGYi2，LIU Lei2，WANG Lie-juan2，LIUHua3，*
（1.Centerof Experiment，NorthwestUniversity for Nationality，Lanzhou 730030，Gansu，China；2.College of Science and Engineering，NorthwestUniversity for Nationality，Lanzhou 730030，Gansu，China；3.College of Mathematicsand Computer Science，NorthwestUniversity for Nationality，Lanzhou 730030，Gansu，China）

Abstract：Dietary fiberwasextracted from potato residue by enzymic and alkaline hydrolysis.The principe of orthogonal testwas adopted to optimization study on potato decolorization and starch hydrolysis.The results showed that optimal conditions of potato decolorization were using 95%ethanol ertraction，ratio ofmaterial to liquidwas1∶4（g/mL），temperaturewas50℃，pH was5，extraction timewas150min.Theoptimalconditionsof starch hydrolysiswere that temperaturewas65℃，timewas120min，ratio ofmaterial to liquidwas1∶9（g/mL），pH was6.5，enzyme concentrationwas0.8%.The recovery ratio ofdietary fiberwasup to57.00%.

Keywords：potato residue；dietary fiber；decolorization；starch hydrolysis