香蕉皮膳食纤维提取工艺优化及其应用研究

邓艺杰 张奕恺

摘要：香蕉皮占香蕉质量的30%左右，富含营养物质，这些物质主要包括纤维素、半纤维素、木质素、蛋白质、多种维生素和无机盐等。大量未处理或者处理不当的香蕉皮会严重制约香蕉种植业的发展，造成资源浪费和环境污染。该研究基于此，通过单因素试验和正交试验对香蕉皮膳食纤维加工工艺进行研究和优化。研究结果表明，香蕉皮膳食纤维提取的最佳工艺为酶用量0.5 mL/g、pH值7、酶解时间11 h和酶解温度35 ℃，该条件下香蕉皮膳食纤维提取率最高，为10.24%。该加工工艺简单，生产设备要求低，为香蕉皮膳食纤维的开发利用提供了理论基础。此外，将香蕉皮膳食纤维添加至面包中可以对面包中的营养成分进行补充。

关键词：香蕉皮；膳食纤维；正交试验；加工工艺

中图分类号：TS201.2      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）08-0131-04

Optimization of Extraction Process of Dietary Fiber from Banana Peel and Its Application

DENG Yi-jie， ZHANG Yi-kai

（Zhoukou Normal University， Zhoukou 466000， China）

Abstract： Banana peel accounts for about 30% of the weight of banana， and it is rich in nutrients. These nutrients mainly include cellulose， hemicellulose， lignin， protein， vitamins and inorganic salts. A large number of untreated or improperly treated banana peels can seriously restrict the development of banana planting industry， resulting in waste of resources and environmental pollution. Based on this， in this study， the processing technology of dietary fiber from banana peel is studied and optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal extraction process of dietary fiber from banana peel is the addition amount of enzyme of 0.5 mL/g， the pH value of 7， the enzymatic hydrolysis time of 11 h and the enzymatic hydrolysis temperature of 35 ℃. Under these conditions， the extraction rate of dietary fiber from banana peel is the highest of 10.24%. The processing technology is simple and the requirements for production equipment are low， which has provided a theoretical basis for the development and utilization of banana peel dietary fiber. In addition， the addition of banana peel dietary fiber into bread can supplement the nutrients in bread.

Key words： banana peel; dietary fiber; orthogonal test; processing technology

收稿日期：2023-02-20

基金項目：2021年度河南省哲学社会科学规划年度项目（2021CYS065）

作者简介：邓艺杰（1987－），男，讲师，硕士，研究方向：食品感官评价、食品包装设计。

香蕉皮是香蕉加工企业的主要副产物之一，占香蕉质量的30%左右[1-2]，但目前国内对香蕉皮的应用研究较少[3]，大量香蕉皮被丢弃，不仅造成香蕉资源的浪费[4]，而且会对环境造成污染，若将香蕉皮中的膳食纤维加以提取和利用[5]，不仅可以减少环境污染，而且能提高香蕉的附加值[6-7]。目前香蕉皮中膳食纤维的提取方式主要有酶法和化学法，国内已经有一些对香蕉皮中膳食纤维提取工艺的研究[8-9]。庄远红等[10]采用酸法和碱法对香蕉皮粉末进行了萃取，再用乙醇沉淀法提取了膳食纤维。黄爱妮等[11]对香蕉皮中膳食纤维提取工艺进行了研究，发现采用酶法和碱法均可以从香蕉皮中提取膳食纤维，且酶法比碱法提取膳食纤维更具有优势。

膳食纤维是人类的“第七大营养素”，具有降胆固醇、调节血糖等多种功效，被广泛应用于功能性食品的开发[12-13]。随着消费者生活节奏的加快，面包成为最受欢迎的早餐之一[14]。所以，本研究通过单因素试验和正交试验优化香蕉皮膳食纤维提取工艺，另外，研究一种新型的膳食纤维食品——香蕉皮膳食纤维面包，旨在提高香蕉副产物的经济效益，同时减少香蕉皮丢弃造成的环境污染。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

香蕉、食盐、干酵母、无水柠檬酸、黄油、面粉、小米、绵白糖和牛奶。

1.2 试验仪器

电子天平 福州华志科学仪器有限公司；干燥箱 上海予卓仪器有限公司；电烤箱 东莞市弘向自动化科技有限公司；粉碎机 广州嘉银机械有限公司；质构仪 济南赛成电子科技有限公司；培养箱 广东元耀仪器设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验

在酶用量0.5 mL/g、pH值6、酶解时间11 h和酶解温度45 ℃的条件下，研究不同酶添加量（0.25，0.5，0.75，1.00，1.25 mL/g）、酶解时间（3，5，8，11，14 h）、pH（3，4，5，6，7，8，9，10）和酶解温度（35，45，55，65，75 ℃）对香蕉皮膳食纤维提取率的影响。

1.3.2 正交试验

根据单因素试验，对香蕉皮膳食纤维提取率加工工艺进行研究和优化，以酶添加量、pH值、酶解时间和酶解温度为变量因子，香蕉皮膳食纤维提取率为指标，进行四因素三水平的正交试验。正交试验因素及水平设计见表1。

1.3.3 香蕉皮膳食纤维提取工艺流程

香蕉皮清洗→切片→切丝→干燥→粉碎→过筛→酶解→调节pH→离心过滤→濾渣冷冻干燥→获得膳食纤维。

1.3.4 香蕉皮膳食纤维操作要点

1.3.4.1 香蕉皮清洗、切片和切丝[15-16]

挑选干净的香蕉皮，将香蕉皮清洗后切片和切丝，之后在60 ℃烘箱中干燥处理，利用粉碎机将其粉碎。

1.3.4.2 粉碎过筛

将粉碎后的香蕉皮粉过60目筛。

1.3.4.3 酶解和调节pH

调节酶解液的pH为7，将过筛后的香蕉皮粉进行酶解。

1.3.4.4 离心和干燥

酶解11 h后，将酶解香蕉皮膳食纤维离心过滤，再进行冷冻干燥，最后获得香蕉皮膳食纤维。

2 结果和讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 酶添加量对香蕉皮膳食纤维提取率的影响

在酶解时间为11 h、pH为6和酶解温度为45 ℃的条件下，研究酶添加量0.25，0.5，0.75，1，1.25 mL/g对香蕉皮膳食纤维提取率的影响。由图1可知，随着酶添加量的增加，香蕉皮膳食纤维提取率呈现先升高后降低再升高再降低的趋势；当酶添加量为0.5 mL/g时，香蕉皮膳食纤维提取率最高，为6%；当酶添加量小于0.5 mL/g时，香蕉及膳食纤维提取率随着酶添加量的增加而增加；当酶添加量大于0.5 mL/g时，香蕉皮膳食纤维提取率随着酶添加量的增加呈先降低再升高再降低的趋势。综合考虑，选择酶添加量为0.25～0.75 mL/g进行后期的正交试验。

2.1.2 pH值对香蕉皮膳食纤维提取率的影响

在酶添加量为0.5 mL/g、酶解时间为11 h和酶解温度为45 ℃的条件下，研究不同pH值3，4，5，6，7，8，9，10对香蕉皮膳食纤维提取率的影响。由图2可知，随着pH值的增加，香蕉皮膳食纤维提取率呈先升高再降低再升高再降低的趋势，为波浪形变化趋势。当pH值为6时，香蕉皮膳食纤维提取率最高，为8.2%；当pH值小于6时，香蕉皮膳食纤维提取率呈现波浪形变化趋势，且膳食纤维提取率较低；当pH值大于6时，香蕉皮膳食纤维提取率随着pH值的增加而逐渐降低。综合考虑，选择香蕉皮膳食纤维提取pH值为5～7进行正交试验。

2.1.3 酶解时间对香蕉皮膳食纤维提取率的影响

在酶添加量为0.5 mL/g、酶解温度为45 ℃和pH值为6的条件下，研究不同酶解时间3，5，8，11，14 h对香蕉皮膳食纤维提取率的影响。由图3可知，随着酶解时间的增加，香蕉皮膳食纤维提取率呈现先升高后降低再升高再降低的趋势。当酶解时间为11 h时，香蕉皮膳食纤维提取率最高，为5.3%；当酶解时间小于11 h时，香蕉皮膳食纤维提取率呈现先升高后降低再升高的趋势；当酶解时间大于11 h时，香蕉皮膳食纤维提取率随着酶解时间的增加而降低。综合考虑，选择香蕉皮膳食纤维提取率最佳酶解时间为8～14 h。

2.1.4 酶解温度对香蕉皮膳食纤维提取率的影响

在酶添加量为0.5 mL/g、酶解时间为11 h和pH为6的条件下，研究不同酶解温度35，45，55，65，75 ℃对香蕉皮膳食纤维提取率的影响。由图4可知，随着酶解温度的升高，香蕉皮膳食纤维提取率随着酶解温度的升高呈现先升高后降低的趋势。当酶解温度为45 ℃时，香蕉皮膳食纤维提取率最高，为6%；当酶解温度小于45 ℃时，香蕉皮膳食纤维提取率随着酶解温度的升高而升高；当酶解温度大于45 ℃时，香蕉皮膳食纤维提取率随着酶解温度的升高而降低。这是由于当温度较低时，相关酶活性较低[17]；当温度较高时，则会影响酶活性，从而导致香蕉皮膳食纤维提取率较低[18]。所以，选择酶解温度35～55 ℃进行正交试验。

2.2 正交试验结果与分析

根据单因素试验，对香蕉皮膳食纤维提取率加工工艺进行研究和优化，以酶用量、pH值、酶解时间和酶解温度为变量因子，香蕉皮膳食纤维提取率为指标，进行四因素三水平的正交试验。

由表2可知，4个影响因素酶用量、pH值、酶解时间和酶解温度的R值分别为2.73，1.12，2.49，3.01，影响香蕉皮膳食纤维提取工艺因素的主次顺序为D>A>C>B，即酶解温度>酶用量>酶解时间>pH值；pH值对香蕉皮膳食纤维提取率的影响最小，酶解温度对香蕉皮膳食纤维提取率的影响最大。从9组不同的香蕉皮膳食纤维提取试验中看出，组6香蕉皮膳食纤维提取率最高，为10.24%，此时香蕉皮膳食纤维提取工艺为酶用量0.5 mL/g、pH值7、酶解时间11 h和酶解温度35 ℃，该条件下，香蕉皮膳食纤维提取率为10.24%。

由表3可知，pH值中的F值为1.68，水平差异不明显，说明pH值的高低对香蕉皮膳食纤维提取率的影响不明显，在pH为7的酶解条件下，不仅能够减少投入，而且能为环境保护提供基础。

2.3 香蕉皮膳食纤维面包成品质量的指标

面包是常用食品，但普通面包中的营养成分有限[19]，本研究将香蕉皮膳食纤维添加至面包中，再对面包中的各种营养成分进行分析和测定。香蕉皮膳食纤维面包中各项指标见表4，面包的水分含量为33.07%，酸度为4.62 °T，膳食纤维含量为14.76%，硬度为4.76 N，弹性为20.67 mmol/L，此时香蕉皮膳食纤维面包富有弹性，外观饱满完整，且富有光泽。

3 小结

随着社会的发展、人们生活水平的提高，高糖和高脂食品不断被摄入，高血压、糖尿病、冠心病和肠道癌症等多种疾病直接威胁着我国消费者的健康[20]。膳食纤维是一种功能性食品，已经被广泛应用于各种食品加工中，深受消费者喜爱。膳食纤维具有降低胆固醇，改善肠道功能，预防糖尿病、冠心病、动脉硬化、高血压和高血脂等多种疾病的工效，适当食用膳食纤维，能够有效维持机体健康。

香蕉种植业技术快速发展，产量大幅度提升，但是相关的加工技术较落后。香蕉皮是香蕉加工后的主要废弃物，若不能有效利用，既造成资源浪费，也对生态环境造成污染。本研究通过单因素试验和正交试验对香蕉皮膳食纤维加工工艺进行研究和优化，研究结果表明，香蕉皮膳食纤维提取的最佳工艺为酶用量0.5 mL/g、pH值7、酶解时间11 h和酶解温度35 ℃，该条件下香蕉膳食纤维提取率为10.24%。

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