化学法提取竹笋加工废弃物中膳食纤维的研究

化学法提取竹笋加工废弃物中膳食纤维的研究

离心20min，重复离心3次。将经上述处理过的笋头笋壳的滤渣放置在70℃电热恒温鼓风干燥箱中，设置温度70℃，干燥时间约12h，粉碎，过60目筛，最后获得膳食纤维。

1.3.2 膳食纤维提取率计算

膳食纤维提取率(％)=(所得膳食纤维质量/样品质量)×100％（1）

1.3.3 提取工艺的优化

选取碱液pH值、提取时间、料液比、提取温度为主要影响因素，以膳食纤维的提取率为参考指标进行单因素实验，并在此基础上，选用L9(34)正交表，以确定竹笋废弃物的膳食纤维提取最佳工艺参数。笋壳粉碎物的工艺参数与提取方法和笋头粉碎物一致。

2 结果与分析

2.1 碱液提取单因素对竹笋废弃物膳食纤维提取率的影响

2.1.1 碱液pH值

在不同的碱液pH（9、10、11、12、13）下，固定提取时间为100min，料液比为1∶15，温度为60℃。酸液提取条件为：pH值为2，时间为100min，料液比为1∶15，温度为60℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果见图1。

图1 碱液提取pH值对膳食纤维提取率的影响Figure 1 Effectof alkaline solution pH on the yield of dietary fiber

如图1所示，pH值较低时，笋壳中膳食纤维的提取率略高，可能由于低浓度碱液无法让笋壳中蛋白质等物质与纤维素完全分离，造成了提取率较大的一种假象。随着pH值的增加，笋头和笋壳中膳食纤维的提取率均呈现先增加后降低的变化趋势，这是由于在pH值较高的时候，破坏了纤维素与半纤维素间的氢键，从而提取率的增加；但当pH继续升高，高浓度碱液的破坏性增强，膳食纤维溶解度增加，因此提取率开始降低[10]。因此，较优的碱液提取pH值为12。

2.1.2 碱液提取时间

选取不同的碱液提取时间（60、80、100、120、140min），固定碱液pH值为12，温度为60℃，料液比为1∶15。酸液提取条件为：pH值为2，时间为100min，料液比为1∶15，温度为60℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果如图2。

图2 碱液提取时间对膳食纤维提取率的影响Figure 2 Effectof alkaline extracting time on the yield of dietary fiber

图2表明，随着碱液提取时间的增加，笋头和笋壳中膳食纤维的提取率增加，当提取时间为100min时，笋壳、笋头中的膳食纤维提取率均达到最大值。继续增加萃取时间，笋头和笋壳的提取率均呈现下降趋势，可能是由于浸泡时间过长，膳食纤维发生水解，从而提取率降低[11]。因此，较优的碱液提取时间为100min。

2.1.3 碱液料液比

在不同的碱液料液比（1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25）条件下，固定碱液pH为12，时间为100min，温度为60℃。酸液提取条件为：pH值为2，时间为100min，料液比为1∶15，温度为60℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果如图3。

图3 碱液提取料液比对膳食纤维提取率的影响Figure 3 Effectofmaterial-liquid ratio on the yield ofdietary fiber

图3表明，随着提取中碱液体积不断增加，笋头、笋壳的提取率整体呈现先升高后下降的趋势。碱液料液比在1∶5时笋头、笋壳提取率均略高，此时可能因为碱液与原料料液比过小，物料在溶液中吸水呈现糊状，无法充分接触碱溶液，使得提取率出现偏高假象[12]。料液比为1∶15时，笋头、笋壳的膳食纤维提取率最高。而随后增加碱液体积时，笋头、笋壳的膳食纤维提取率下降，可能是料液比过大导致原料中部分的膳食纤维也被分解。因此，较优的碱液提取料液比为1∶15。

2.1.4 碱液提取温度

选取不同的碱液提取温度（40、50、60、70、80℃），固定碱液pH值为12，时间为100min，料液比为1∶15。酸液提取条件为：pH值为2，时间为100min，料液比为1∶15，温度为60℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果见图4。

图4 碱液提取温度对膳食纤维提取率的影响Figure 4 Effectof alkaline extracting temperature on the yield of dietary fiber

图4表明，笋头、笋壳均在40～60℃时提取率随温度的增加而增大，大于60℃提取率呈下降趋势。温度较低时，温度升高促进了纤维素与碱液发生反应；而温度过高则可能会破坏膳食纤维结构[13]。因此，较优的碱液提取温度为60℃。

2.1.5 碱液提取正交试验结果分析

在单因素试验基础上，选择碱液提取pH值(A)、碱液提取时间(B)、料液比(C)和温度(D)这4个因素，选用L9(34)正交表，以确定笋头、笋壳碱液提取的最佳工艺参数。正交试验因素水平设置见表1，笋头碱液提取正交试验结果见表2。

表1 碱液提取正交试验L9(34)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment by alkaline extraction

表2 笋头碱液提取正交试验直观分析表Table 2 Results of orthogonal test for bamboo shoots head by alkaline extraction

从表2可以看出，对于笋头各因素对膳食纤维提取率影响的大小顺序为A＞D＞C＞B，即pH值＞温度＞料液比＞时间，笋头最佳碱液提取条件为A2B1C3D3，即pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃。

表3 笋壳碱液提取正交试验直观分析表Table 3 Results of orthogonal test for bamboo shoots shell by alkaline extraction

极差的大小反映了各因素对指标影响的程度，从表3可以看出，对于笋壳各因素对膳食纤维提取率影响的大小顺序为A＞D＞C＞B，即pH值＞温度＞料液比＞时间，笋壳选择最佳碱液提取条件为A2B1C3D3，即pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃。

2.2 酸溶液提取单因素对竹笋废弃物膳食纤维提取率的影响

2.2.1 酸溶液pH值

在不同的酸溶液pH（1、2、3、4、5）下，固定提取时间为100min，料液比为1∶15，温度为60℃，碱液提取条件为：pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果见图5。

图5 酸液提取pH值对膳食纤维提取率的影响Figure 5 Effect of acid solution pH on the yield of dietary fiber

图5表明，笋头和笋壳膳食纤维的提取率随着pH值的增大而逐渐下降，可能原因是在pH值较低的时候原料中的淀粉、果胶等物质会发生水解[14]，有利于膳食纤维的提取；当提取液pH值增大，酸溶液浓度降低，导致膳食纤维的提取率下降。因此，较优的酸液提取pH值为2。

2.2.2 酸溶液提取时间

选取不同的酸溶液提取时间（60、80、100、120、140min），固定酸溶液pH值为2，温度为60℃，料液比为1∶15，碱液提取条件为：pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果如图6。

图6 酸液提取时间对膳食纤维提取率的影响Figure 6 Effectof acid extracting time on the yield of dietary fiber

图6表明，笋头、笋壳中膳食纤维的提取率随提取时间的增加呈现先增加后下降的趋势，在100min时，膳食纤维的提取率最高。此后随着时间的增加膳食纤维的提取率呈下降趋势，可能是由于提取时间过长，部分膳食纤维出现水解，导致提取率的降低[15]。因此，较优的酸液提取时间为100min。

2.2.3 酸溶液料液比

在不同的酸溶液料液比（1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25）条件下，固定酸溶液pH值为2，时间为100min，温度为60℃，碱液提取条件为：pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果如图7。

图7 酸液提取料液比对膳食纤维提取率的影响Figure 7 Effectofmaterial-liquid ratio on the yield of dietary fiber

图7表明，酸液提取料液比从1∶5增至1∶15时，笋头、笋壳提取率也随之增大，而大于1∶15时，提取率趋于平缓。原因是当料液比达到1∶15时，其中的酸液已跟反应物充分接触，从而再增加料液比，膳食纤维提取率没有明显的变化。因此，较优的酸液提取料液比为1∶15。

2.2.4 酸溶液作用温度

选取不同的酸溶液作用温度（40、50、60、70、80℃），固定酸溶液pH值为2，时间为100min，料液比为1∶15，碱液提取条件为：pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃，以膳食纤维提取率为衡量标准进行实验，结果见图8。

图8 酸液提取温度对膳食纤维提取率的影响Figure 8 Effectof acid extracting temperature on the yield of dietary fiber

图8表明，笋头和笋壳在40～60℃时提取率随着碱液提取温度的增加而增大，超过60℃时，膳食纤维的提取率呈下降趋势，可能是由于温度升高，膳食纤维的结构被破坏，从而导致了提取率的下降。因此，较优的酸液提取温度为60℃。

2.2.5 酸液提取正交试验结果分析

在单因素试验基础上，选择酸液提取pH值(A)、酸液提取时间(B)、料液比(C)和温度(D)这4个因素。选用L9(34)正交表，以确定碱液提取的最佳工艺参数。正交试验因素水平设置见表4，依照正交试验设计方案的工艺条件进行提取试验，笋头的酸液提取试验结果分析见表5。

表4 酸液提取正交试验L9(34)因素水平表Table 4 Factors and levels of orthogonal experiment by acid extraction

表5 笋头酸液提取正交试验直观分析表Table 5 Results of orthogonal test for bamboo shoots head by acid extraction

从表5可以看出，对于笋头各因素对膳食纤维提取率影响的大小顺序为A＞C＞D＞B，即pH值＞料液比＞温度＞时间，笋头最佳酸液提取条件为A2B2C1D1，即pH值为2，时间为100min，料液比为1∶10，温度为50℃。笋壳酸液提取正交试验结果见表6。

表6 笋壳酸液提取正交试验直观分析表Table 6 Results of orthogonal test for bamboo shoots shell by acid extraction

从表6可以看出，对于笋壳各因素对膳食纤维提取率影响的大小顺序为A＞C＞D＞B，即pH值＞料液比＞温度＞时间，笋壳最佳酸液提取条件为A2B3C1D1，即pH值为2，时间为120min，料液比为1∶10，温度为50℃。

2.3 验证试验

用正交试验水平理论上的最佳因素对本试验结果进行验证，通过验证性试验最终确定了化学法提取膳食纤维的最佳碱液提取和酸液提取的工艺条件，其中碱液提取条件为：pH值为12，时间为80min，料液比为1∶20，温度为70℃；酸液提取包括笋头、笋壳，其中笋头：pH值为2，时间为100min，料液比为1∶10，温度为50℃；笋壳：pH值为2，时间为120min，料液比为1∶10，温度为50℃。笋头中膳食纤维的提取率为47.98％，笋壳中膳食纤维的提取率为59.49％。

3 结论

以经干燥后的笋头、笋壳为原料，采用化学法进行提取膳食纤维，对提升竹笋废弃物的利用价值具有一定的现实意义。通过运用单因素试验和正交试验的工艺优化，碱液提取对膳食纤维提取率影响的大小顺序为碱液提取pH值＞温度＞料液比＞时间；酸液提取条件对膳食纤维提取率影响的大小顺序为酸液提取pH值＞料液比＞温度＞时间。确定了化学法提取竹笋加工废弃物中膳食纤维的最佳工艺参数组合，即笋头及笋壳的碱液提取均为：pH值为12，料液比为1∶20，温度为70℃，时间为80min；酸液提取包括笋头和笋壳，其中笋头：pH值为2，料液比为1∶10，温度为50℃，时间为100min；笋壳：pH值为2，料液比为1∶10，温度为50℃，时间为120min。本研究为竹笋废弃物中膳食纤维的提取提供了参考，有利于对竹笋废弃物的进一步开发利用。

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（责任编辑：华伟平）

Extraction of Dietary Fiber from Bamboo Shoots Process W aste by Chem ical M ethod

WANG Xincen1,2,ZHANG Jing1,2,WANG Shupei1,2,LIN Zhenzhen1,LIXiangan3
(1.School of Tea and Food,Wuyi University,Wuyishan,Fujian 354300;2.Collaborative Innovation Center for Chinese Oolong Tea Industry,Wuyishan,Fujian,354300;3.Wuyishan Office of Fujian Entry-Exit Inspection&Quarantine Bureau of P.R.C，Wuyishan，Fujian 354300）

Bamboo shoots head and bamboo shoots shell are used as raw material to extract dietary fiber by chemicalmethod using alkaline and acid solution.Based on single factor experiment and orthogonal test to optimize the extraction process.The optimal process parameterswere as follows:bamboo shoots head and bamboo shoots shell of alkaline extraction is 80min extractingwith pH 12,ratio ofmaterial to liquid is 1∶20 at70℃,reaction time is 80minutes.The function of acid:bamboo shoots head:100min extractingwith pH 2,ratio ofmaterial to liquid is 1∶10 at50℃.Bamboo shoots shell:120min extractingwith pH 2,ratio ofmaterial to liquid is 1∶10 at50℃.

bamboo shoots;dietary fiber;byproduct;chemicalmethod