CN104172200A - 一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，利用过氧化氢在碱性条件下具有氧化降解作用，将待处理苹果渣与一定浓度的碱性过氧化氢溶液混合，使过氧化氢在碱性条件下破坏苹果渣细胞壁多糖的交联结构，促进细胞壁中果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，并使纤维素、不可溶性半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性从而转化为可溶性膳食纤维，使苹果渣的可溶性膳食纤维含量从原有的3.30％提高为31.51％，且明显高于目前采用酶处理法或一般的物理改性方法处理苹果渣后的可溶性膳食纤维含量，具有成本低、工艺简单及可溶性膳食纤维含量明显提高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法。
背景技术
苹果渣是苹果浓缩汁加工副产物，我国年产量非常巨大，可达300万吨/年。目前国内大多数苹果浓缩汁企业均不直接利用果渣，而将其作为饲料、肥料出售或当做垃圾处理，附加价值极低，且易造成环境污染，因此苹果渣的综合利用已经成为了一个亟待解决的问题。苹果渣中富含多种植物营养成分，如果胶、多酚、膳食纤维等，尤其是膳食纤维，含量可达到干物质的60％以上，是一种良好的膳食纤维来源。
膳食纤维是人类第七大营养素，按其溶解性可分为可溶性膳食纤维(soluble dietary fibre，SDF)和不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fibre，IDF)。研究发现，SDF的含量是影响膳食纤维生理功能的一个重要因素。与IDF相比，SDF更易被肠道菌群发酵代谢，降低血糖反应和血浆胆固醇。美国Leitz等提出，SDF占TDF10％以上才能称为优质膳食纤维。也有学者认为，适合作为食品成分的膳食纤维其SDF/IDF比例应接近1∶2。然而苹果渣中SDF含量远达不到该比例，因此通过特定的处理方法和技术手段增加苹果渣中SDF的含量具有十分重要的理论意义和经济价值。
目前，膳食纤维的改性方法主要有物理法、化学法和生物法。前人通过挤压技术、超高压技术、超微粉碎技术、酸碱处理、酶解、发酵等方法，使纤维素、半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，转化成易溶的小分子糖类，提高了SDF的含量。然而，在目前这些改性方法中，还存在几个比较突出的问题，物理改性往往需要购置特殊的仪器设备，化学改性效果较差且存在试剂残留，酶法改性成本过高。因此仍需建立新的改性方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，利用过氧化氢在碱性条件下具有氧化降解作用，将待处理苹果渣与一定浓度的碱性过氧化氢溶液混合，使过氧化氢在碱性条件下破坏苹果渣细胞壁多糖的交联结构，促进细胞壁中果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，并使纤维素、不可溶性半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性从而转化为可溶性膳食纤维，大大增加苹果渣中可溶性膳食纤维的含量。
本发明的另一个目的是，过氧化氢在碱性条件下具有漂白作用，碱性过氧化氢可以对结合在苹果渣膳食纤维上的发色团进行漂白，从而改善含有丰富膳食纤维苹果渣的感官品质。
本发明的技术方案为：
一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其中，
将待处理苹果渣与浓度为1-2％的碱性过氧化氢溶液按照质量比1∶18-22混合并加热，使可溶性膳食纤维溶出且不可溶性膳食纤维发生改性得到预处理苹果渣，其中加热温度60-70℃，加热时间1.5-2h；
此外，还包括以下步骤：
步骤一、用HCl溶液调节所得预处理苹果渣的pH值至6-7，并与一定量的乙醇混合后静置分层；
步骤二、取沉淀物进行干燥，粉碎，既得可溶性膳食纤维含量提高的改性苹果渣。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，所述碱性过氧化氢的pH值为10-12。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，步骤一中所述预处理苹果渣与乙醇的体积比为1∶3-4。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，所用乙醇为90-100％乙醇。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，所述预处理苹果渣与乙醇的混合处理时间为1.5-2h。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，步骤二中干燥温度为60-70℃，干燥至苹果渣水分含量不高于6％
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，步骤二中将干燥后的沉淀粉碎至0.45mm以下，并过至少40目筛。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，所述碱性过氧化氢的浓度为1.67％，pH值为11，所述待处理苹果渣与碱性过氧化氢混合物加热温度为70℃，加热时间2h。
优选的是，所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，所用乙醇为95％乙醇，预处理苹果渣与乙醇的混合处理时间为2h，预处理苹果渣与乙醇的体积比为1∶4。
本发明具有以下有益效果：利用过氧化氢在碱性条件下具有氧化降解作用，将待处理苹果渣与一定浓度的碱性过氧化氢溶液混合，使过氧化氢在碱性条件下破坏苹果渣细胞壁多糖的交联结构，促进细胞壁中果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，并使纤维素、不可溶性半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性从而转化为可溶性膳食纤维，大大增加苹果渣中可溶性膳食纤维的含量。经过试验检测，利用本发明所述方法处理苹果渣后，苹果渣中可溶性膳食纤维含量为31.51％，可溶性膳食纤维的得率为22.28％，而未经处理的苹果渣中可溶性膳食纤维含量仅为3.30％，可溶性膳食纤维的得率为低于3％，可见本发明所述方法可使苹果渣中可溶性膳食纤维含量得到大幅度的提高。目前采用酶法或一般的物理改性方法处理苹果渣不仅成本高，设备复杂，而且处理后的苹果渣中可溶性膳食纤维含量往往不高于20％，远远低于本发明所述方法达到的效果。
另外，由于过氧化氢在碱性条件下具有漂白作用，可以对结合在苹果渣膳食纤维上的发色团进行漂白，从而改善含有丰富膳食纤维苹果渣的感官品质。同时，过氧化氢是一种清洁高效的氧化剂，可以分解为氧气和水，无残留。本发明具有成本低，工艺简单，无需特殊设备且无残留等优点，且广泛适用于果蔬加工副产物的综合利用。
附图说明
图1为本发明所述提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法工艺流程图；
图2为本发明中pH值对改性苹果渣干物质得率影响示意图；
图3为本发明中pH值对改性苹果渣中可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响示意图；
图4为本发明中过氧化氢溶液浓度对改性苹果渣干物质得率的影响示意图；
图5为本发明中过氧化氢溶液浓度对改性苹果渣中可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响示意图；
图6为本发明中处理温度对改性苹果渣干物质得率的影响示意图；
图7为本发明中处理温度对改性苹果渣中可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响示意图；
图8为本发明中处理时间对改性苹果渣干物质得率影响示意图；
图9为本发明中处理时间对改性苹果渣中可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-9对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。
如图1所示，一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其中，
将待处理苹果渣与浓度为1-2％的碱性过氧化氢溶液按照质量比1∶18-22混合并加热，使可溶性膳食纤维溶出且不可溶性膳食纤维发生改性得到预处理苹果渣，其中，经过试验验证，加热温度60-70℃，最优为70℃，加热时间1.5-2h，最优为2h。使苹果渣中可溶性纤维素含量提高的原理为：过氧化氢在碱性条件下破坏苹果渣细胞壁多糖的交联结构，促进细胞壁中果胶、可溶性半纤维素等可溶性膳食纤维溶出，并使纤维素、不可溶性半纤维素等难溶大分子聚合物的糖苷键断裂，发生改性从而转化为可溶性膳食纤维，大大增加苹果渣中可溶性膳食纤维的含量。
此外，还包括以下步骤：
步骤一、用HCl溶液调节所得预处理苹果渣的pH值至6-7，并与一定量的乙醇混合后静置分层；
步骤二、通过过滤去除上清液，取沉淀物用干燥箱进行干燥，粉碎机粉碎，既得可溶性膳食纤维含量提高的改性苹果渣。
所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，所述碱性过氧化氢的pH值为10-12，可先配置1-2％浓度的过氧化氢溶液，然后用氢氧化钠溶液调节pH值至10-12，既得适用于本发明的碱性过氧化氢溶液。所述碱性过氧化氢的浓度为1.67％，pH值为11，所述待处理苹果渣与碱性过氧化氢混合物加热温度为70℃，加热时间2h时效果最优。
所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，步骤一中所述预处理苹果渣与乙醇的体积比为1∶3-4，优选体积比为1∶4，所用乙醇为90-100％乙醇，优选95％乙醇，所述预处理苹果渣与乙醇的混合处理时间为1.5-2h，优选2h。
所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，步骤二中干燥温度为60-70℃，优选60℃，干燥时间一般至少8小时，使苹果渣充分干燥，一般干燥至苹果渣水分含量不高于6％。
所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法中，步骤二中将干燥后的沉淀粉碎至0.45mm以下，并过至少40目筛。
本发明通过以下试验确定不同反应条件对苹果渣干物质得率、可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响。
(1)pH值对改性苹果渣干物质得率、可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响，如图2、图3所示。
配制浓度为1.67％的过氧化氢溶液，用氢氧化钠溶液将其pH值分别调节至10、10.5、11、11.5、12、12.5。称取一定量的苹果渣，按照1∶20质量比分别加入各个不同pH值的碱性过氧化氢溶液，并分别进行以下处理：60℃水浴加热1.5h，取出冷却至室温，用HCl溶液调节pH值至6-7。用4倍体积95％乙醇沉淀2h。过滤，所得滤渣于60℃烘箱干燥。粉碎，制得改性苹果渣。
经测定，在碱性条件下，随着过氧化氢溶液pH值的升高，改性苹果渣干物质得率逐渐下降。当pH值为10-11.5时，苹果渣干物质得率下降较慢，当pH值大于11.5时，干物质得率下降较快。当pH值为10-11时，可溶性膳食纤维含量、可溶性膳食纤维得率增加较快，当pH值大于11时，可溶性膳食纤维含量增加较慢，可溶性膳食纤维得率趋于平缓，因此，选择pH值为11作为最适pH值。
(2)过氧化氢溶液浓度对改性苹果渣干物质得率、可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响，如图4、图5所示。
分别配制浓度为0.33％、1％、1.67％、2.33％、3％及3.67％的过氧化氢溶液，并分别用氢氧化钠将溶液pH值调节至11。称取一定量的苹果渣，按照1∶20质量比分别加入碱性过氧化氢溶液，并分别按照一下方法处理：60℃水浴加热1.5h，取出冷却至室温，用HCl溶液调节pH值至6-7。用4倍体积95％乙醇沉淀2h。过滤，所得滤渣于60℃烘箱干燥，粉碎，制得改性苹果渣。
经测定，当过氧化氢溶液浓度在0.33-3％时，随着过氧化氢溶液浓度的增加，干物质得率较为平缓，在浓度为3％后有下降趋势。可溶性膳食纤维含量、可溶性膳食纤维得率随着过氧化氢溶液浓度的增加而增加。当过氧化氢溶液浓度在0.33-1.67％时，两者增加较快，当过氧化氢溶液浓度高于1.67％时，两者增加较缓慢，因此，选择1.67％作为最佳浓度。
(3)处理温度对改性苹果渣干物质得率、可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响，如图6、图7所示。
配制浓度为1.67％的过氧化氢溶液，用氢氧化钠溶液将pH值调节至11。称取一定量的苹果渣，按照1∶20质量比加入碱性过氧化氢溶液，分别于30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃水浴加热1.5h，取出冷却至室温，分别按照一下方法处理：用HCl溶液调节pH值至6-7，用4倍体积95％乙醇沉淀2h。过滤，滤渣于60℃烘箱干燥，粉碎，制得改性苹果渣。
经测定，随着处理温度的升高，苹果渣干物质得率逐渐下降，当处理温度高于70℃时，干物质得率下降较快。随着处理温度的升高，可溶性膳食纤维含量逐渐上升，当处理温度升高到70℃时趋于平缓。可溶性膳食纤维得率随着温度的升高逐渐升高，在70℃达到最高，随后有下降趋势，因此，选择70℃作为最佳处理温度。
(4)处理时间对改性苹果渣干物质得率、可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的影响，如图8、图9所示。
配制浓度为1.67％的过氧化氢溶液，用氢氧化钠溶液将pH值调节至11，称取一定量的苹果渣，按照1∶20质量比加入碱性过氧化氢溶液，分别于70℃水浴加热0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h，并分别按照一下方法处理：取出冷却至室温，用HCl溶液调节pH至6-7，用4倍体积95％乙醇沉淀2h。过滤，滤渣于60℃烘箱干燥，粉碎，制得改性苹果渣。
经测定，随着处理时间的延长，苹果渣干物质得率逐渐下降，当处理时间小于1h时，可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率几乎没有改变，当处理时间为1h-2h时，可溶性膳食纤维含量增加较快，由于在这一阶段干物质得率下降，所以可溶性膳食纤维得率增加较慢，当处理时间大于2h，可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率逐渐下降，因此，将2h作为最佳处理时间。
所述苹果渣干物质得率、可溶性膳食纤维含量及可溶性膳食纤维得率的测定方法如下：
(1)苹果渣干物质得率的测定方法：
精密称取2g苹果渣样品，加入40mL碱性过氧化氢溶液。按照本发明所述的处理方法制得改性苹果渣，记录干燥后残渣的质量，通过干物质得率计算公式计算得到苹果渣干物质得率，其中W1为样品质量；W2为残渣质量，所述干物质得率计算公式为：
(2)可溶性膳食纤维含量的测定方法：
采用AOAC.993.21改进的非酶重量法测定，精密称取三份样品各0.5g于50mL离心管中，加入20mL蒸馏水，于60℃水浴振荡加热2h。冷却后，8000r/min离心15min，将上清液倒入100mL三角瓶中，加入4倍体积95％乙醇沉淀2h。在G2砂芯坩埚中加入约0.5g的酸洗硅藻土，105℃干燥至恒重。将乙醇不溶物全部转移至盛有硅藻土的坩埚内，抽滤。再分别用15mL78％乙醇、95％乙醇、丙酮各洗涤残渣两次。105℃烘干。取一份样品测定蛋白，取另一份样品测定灰分。蛋白测定采用GB 5009.5-2010方法检测，灰分采用GB-5009.4-2010方法检测。通过可溶性膳食纤维含量计算公式计算，其中R1、R2、R3分别为三份样品残渣质量(mg)；S1、S2、S3分别为三份样品质量(mg)；P为残渣中蛋白质质量(mg)；A为残渣中灰分质量(mg)。所述可溶性膳食纤维含量计算公式为：
可溶性膳食纤维得率是评价改性效率的指标，它用来综合评价改性后苹果渣干物质得率及可溶性膳食纤维含量。
实施例1
步骤一、碱性过氧化氢的配制，配制浓度为1.67％的过氧化氢溶液，用氢氧化钠溶液调节pH值为11，既得本发明所需碱性过氧化氢溶液。
步骤二、将待处理苹果渣与碱性过氧化氢溶液按照质量比1∶20混合后进行70℃水浴加热，加热时间2h，得到改性苹果渣。
步骤三、将改性苹果渣冷却至室温，用HCl溶液调节其pH值至6-7，并与4倍体积的95％乙醇混合，静置2h产生沉淀并分层。
步骤四、经过过滤去除上清液，将所得沉淀物于60℃烘箱中干燥一定时间后经过粉碎机粉碎，制得可溶性膳食纤维含量提高的苹果渣，经试验测定，所得改性苹果渣干物质得率为70.69％，改性苹果渣中可溶性膳食纤维含量可达31.51％，可溶性膳食纤维的得率为22.28％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，
将待处理苹果渣与浓度为1-2％的碱性过氧化氢溶液按照质量比1∶18-22混合并加热，使可溶性膳食纤维溶出且不可溶性膳食纤维发生改性得到预处理苹果渣，其中加热温度60-70℃，加热时间1.5-2h；
此外，还包括以下步骤：
步骤一、用HCl溶液调节所得预处理苹果渣的pH值至6-7，并与一定量的乙醇混合后静置分层；
步骤二、取沉淀物进行干燥，粉碎，得到可溶性膳食纤维含量提高的改性苹果渣。
2.如权利要求1所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，所述碱性过氧化氢的pH值为10-12。
3.如权利要求2所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，步骤一中所述预处理苹果渣与乙醇的体积比为1∶3-4。
4.如权利要求3所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，所用乙醇为90-100％乙醇。
5.如权利要求4所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，所述预处理苹果渣与乙醇的混合处理时间为1.5-2h。
6.如权利要求5所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，步骤二中干燥温度为60-70℃，干燥至苹果渣水分含量不高于6％。
7.如权利要求6所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，步骤二中将干燥后的沉淀粉碎至0.45mm以下，并过至少40目筛。
8.如权利要求2所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，所述碱性过氧化氢的浓度为1.67％，pH值为11，所述待处理苹果渣与碱性过氧化氢混合物加热温度为70℃，加热时间为2h。
9.如权利要求6所述的提高苹果渣中可溶性膳食纤维含量的方法，其特征在于，所用乙醇为95％乙醇，预处理苹果渣与乙醇的混合处理时间为2h，预处理苹果渣与乙醇的体积比为1∶4。
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