柑橘囊衣膳食纤维的改性研究

葛 青，毛建卫，奕志英

（1.浙江科技学院 生物与化学工程学院，杭州310023；2.浙江省农产品化学与生物加工技术重点实验室，杭州310023）

现代医学和营养学研究表明，膳食纤维与其他六大营养素一样是人类饮食不可缺少的营养成分之一，称为人类“第七大营养素”［1］。许多研究表明，膳食纤维具有顺肠通便、调节控制血糖浓度、降低血脂等多种重要的生理功能。膳食纤维按其水溶性可分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF），SDF具有降低人的血清胆固醇及防止胆结石、糖尿病、高血压及心脏病等作用；而IDF则对防止肥胖症、便秘、肠癌等具有良好的作用［2］。

柑橘为芸香科（rutaceae）柑桔属（citrus）植物，有良好的营养和保健作用。中国柑橘资源丰富，产量达1 300多万吨。柑橘囊衣含有丰富的膳食纤维，却未得到应有的开发和利用，被当作废弃物处理。娄海伟等利用双螺杆挤压机，使物料在挤压机筒内受到强烈剪切作用后，纤维类大分子部分转化为非消化性的可溶性多糖［3］。采用此法，本研究以柑橘囊衣为原料，以持水力和膨胀力为评价指标，通过正交试验确定挤压改性加工的最佳工艺参数，并对产品膳食纤维含量及主要功能性质进行了分析。其结果对综合利用柑橘资源，充分发挥其经济价值具有重要的实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

柑橘，购于市场；耐高温α-淀粉酶，无锡酶制剂厂；蛋白酶，美国Sigma公司。其他试剂均为分析纯。

1.2 主要设备

SYSLG-Ⅱ系列双螺杆挤压膨化机，济南赛百诺科技开发有限公司；粉碎机，上海洪纪仪器设备有限公司；KSW-5-12A型马弗炉，天津市中环实验电炉有限公司；数显恒温水浴锅，江苏省金坛市医疗仪器厂；高速冷冻离心机，日本Hitachi（日立）公司。

1.3 试验方法

1.3.1 膳食纤维测定

参照AOAC991.43。

1.3.2 持水力的测定

准确称取1g样品置于100mL烧杯中，加蒸馏水50mL，在常温下浸泡24h，在5 000r／min的转速下离心10min，除去上层清液，称量，膳食纤维增加的质量即膳食纤维的持水力［4］。

持水力＝（样品被水饱和后湿质量-样品干质量）／样品干质量

1.3.3 膨胀力的测定

取10g样品置于量筒中，读取此时的体积，然后加入适量水，摇匀，常温下放置24h后再次读取体积［5］。

膨胀力＝（溶胀后纤维体积-干品体积）／样品干质量

1.3.4 囊衣膳食纤维双螺杆挤压加工试验方案

1.3.4.1 单因素试验

柑橘囊衣粉碎后过40目筛。采用双螺杆挤压膨化机对柑橘囊衣膳食纤维进行挤压膨化研究，试验选择了130、150、170、190℃4种水平研究挤压温度，测试其对柑橘囊衣膳食纤维的影响；试验设置10%、15%、20%、25%4种水平研究水分含量，测试其对柑橘囊衣膳食纤维的影响；设置4.0、4.5、5.0、5.5MPa 4种水平研究压力，测试其对柑橘囊衣膳食纤维的影响。

以上试验以持水力和膨胀力为考核指标，每组试验重复3次，取平均值。

1.3.4.2 正交试验

在单因素试验的基础上，选取物料含水量、挤压温度和挤压压力试验因素，以持水力和膨胀力为评价指标，按照正交试验设计方法（表1），设计柑橘囊衣膳食纤维挤压加工的正交试验方案［6-7］，每组试验重复3次，取平均值。

表1 因素水平表Table 1 Table of factor level

2 结果与分析

2.1 柑橘囊衣膳食纤维挤压改性工艺条件的单因素试验

2.1.1 挤压温度的影响

准确称取4份柑橘囊衣膳食纤维，分别置于调粉机中搅拌，使物料含水量为15%，在设定的温度下进行挤压膨化。挤压温度对柑橘囊衣膳食纤维的持水力、膨胀力的影响如图1所示。

从图1可知，在130～170℃范围内，随着温度的增加，持水力和膨胀力呈上升趋势。但是温度高到190℃的时候，持水力和膨胀力有所下降，而且原料有点焦味，不容易膨化出来。因此试验选择170℃的膨化温度。

2.1.2 含水量的影响

图1 挤压温度对持水力、膨胀力的影响Fig.1 Effect of extrusion temperature on water holding capacity and swelling capacity

准确称取4份柑橘囊衣膳食纤维，分别置于调粉机中搅拌，使物料含水量分别为10%、15%、20%、25%，研究含水量对柑橘囊衣膳食纤维的影响，结果如图2所示。

从图2可知，物料含水量在10%～15%时，持水力和膨胀力达到最大值。含水量低，物料输送速度快；含水量高，则物料输送困难，不便挤压。因此，含水量应控制在10%～15%之间。

2.1.3 压力的影响

准确称取4份柑橘囊衣膳食纤维，分别置于调粉机中搅拌，使调粉后的物料含水量为10%，固定挤压机的出口温度为150℃，在设定压力4.0、4.5、5.0、5.50MPa下进行挤压活化，研究压力对柑橘囊衣膳食纤维的影响，结果如图3所示。

图2 物料含水量对持水力、膨胀力的影响Fig.2 Effect of water content on water holding capacity and swelling capacity

从图3可知：压力在4～4.5Mpa区间内，持水力和膨胀力呈缓慢上升趋势；超过5.0Mpa后，持水力和膨胀力开始缓慢下降。因此，适宜的压力为4.5～5.0MPa。

2.2 正交试验

通过正交试验确定影响膳食纤维改性的最佳工艺条件，结果如表2所示。

图3 挤压压力对持水力、膨胀力的影响Fig.3 Effect of pressure on water holding capacity and swelling capacity

由表2可知：以不溶性膳食纤维持水力为评定指标的结果与分析，各因素对IDF持水力的影响次序是A＞B＞C，即影响IDF持水力的主要因素为挤压温度，其次是物料含水量，再次是挤压压力；获得最大IDF持水力的方案是A2B1C2。由表2可知：以IDF膨胀力为评定指标的结果与分析，各因素对IDF膨胀力的影响次序是B＞A＞C；获得最大IDF膨胀力的方案也是A2B1C2。虽然各个因素对持水力和膨胀力的影响是不一样的，但是优化方案是一致的，即最佳挤压工艺参数为：挤压温度170℃、物料含水量10%、压力4.5MPa。

表2 L9（34）正交实验结果及极差分析Table 2 Range analysis and results of L9（34）orthogonal experiment

在最佳工艺参数条件下进行试验，测得持水力为1.99g／g，膨胀力为4.88mL／g，而正交试验中（表2）最高的IDF持水力为1.93g／g，膨胀力为4.85mL／g。可见，用最佳挤压工艺参数对柑橘囊衣膳食纤维进行挤压改性，获得了优于正交试验的结果。

3 结 语

柑橘囊衣膳食纤维经挤压活化处理后，持水力、膨胀力等都得到了明显改善。最佳挤压活化工艺条件为：挤压温度170℃，物料含水量10%，压力4.5MPa，挤压活化后样品的持水力由1.18g／g增加到了1.99g／g；膨胀力从1.99mL／g增加到4.88mL／g。

［1］ 王洪新.食品新资源［M］.北京：中国轻工业出版社，2002.

［2］ 杜崇旭，牛铭山，刘雪娇.膳食纤维改性与应用的研究进展［J］.大连民族学院学报，2005，7（5）：18-21.

［3］ 娄海伟，迟玉杰.挤压豆渣中可溶性膳食纤维制备工艺的优化［J］.农业工程学报，2009，25（6）：285-289.

［4］ Weber C W，Kohlhepp E A.The binding capacity of eighteen fiber sources for calcium［J］.Journal of Agriculture of Food Chemistry，1993，41（11）：1931-1935.

［5］ Femenia A，Lefebvre C，Thebaudin Y，et al.Physical and sensory properties of model foods supplemented with cauliflower fiber［J］.Journal of Food Science，1997，62（4）：635-639.

［6］ 李丽，李庆龙，常宪辉.小麦膳食纤维持水／膨胀力及吸附特性的研究［J］.粮食加工，2008（5）：14-16，29.

［7］ 徐树来.挤压加工对脱脂米糠中膳食纤维影响的研究［J］.中国粮油学报，2009，24（2）：134-138.