马铃薯高品质膳食纤维生产工艺的研究

马铃薯高品质膳食纤维生产工艺的研究姓名：指导教师：专业：一、选题来源与选题依据1选题来源2选题依据选题的目的及意义马铃薯渣是马铃薯淀粉生产的副产物，薯渣中含有大量的纤维素、淀粉、果胶及少量蛋白质等可利用成分（见表1），具有很高的开发利用价值。我国是世界上最大的马铃薯生产和消费国，但随着马铃薯淀粉产业的迅速发展,其副产物—薯渣的产量越来越大。一般每吨淀粉产生7.5吨废渣,排渣量很大。如果直接作为饲料，蛋白质含量低，粗纤维含量高，适口性差，牲畜食后不长肉；若当成废渣作掩埋处理，则由于其中含有大量的无机盐，会导致土壤和地下水的污染。因此开发利用薯渣资源越来越受到人们的关注。表1马铃薯渣主要组成成分成分湿基%（w/w）干基%（w/w）固形物含量13.0-灰分0.54淀粉4.937纤维素2.217半纤维素1.814果胶2.217纤维（无法识别）0.97蛋白质0.54马铃薯渣是一种很好的膳食纤维资源，总膳食纤维含量在60%左右，具有广阔的开发前景。如果将马铃薯渣中的膳食纤维加以利用，制成马铃薯高品质膳食纤维，不仅能有效利用资源，提高产品附加值，还能减少环境污染，具有较好的经济效益和社会效益。本研究以提取淀粉后的马铃薯渣为原料，经超声波辅助酶解法除去淀粉、蛋白质等杂质后，经超临界脱色脱杂，制得高纯度的膳食纤维。采用挤压蒸煮技术对马铃薯膳食纤维进行低聚化处理，提高可溶性膳食纤维含量，改善马铃薯膳食纤维的的一些物化性能，最终制得具有生理活性的高品质膳食纤维。对马铃薯膳食纤维的单糖组成进行鉴定，确定膳食纤维中多糖的相对分子质量和聚合度。并对马铃薯高品质膳食纤维在面包中的应用进行研究。二、国内外研究现状膳食纤维主要是指纤维素、半纤维素、果胶等难以被人体消化吸收的多糖类碳水化合物和木质素。一般分为可溶性膳食纤维（SDF）和不可溶性膳食纤维（IDF）。不可溶性膳食纤维主要指细胞壁的构成物，包括纤维素、半纤维素、木质素；水溶性膳食纤维主要指能溶于水的果胶。表1膳食纤维分类起源分类成分聚合度IDF纤维素葡聚糖高于1000半纤维素阿拉伯木聚糖、木糖葡聚糖、半乳糖甘露聚糖、β-（1→3，1→4）-葡聚糖小于200，一般在80-120之间不溶性果胶半乳糖、半乳聚糖100，分子量在25000-50000之间木质素苯丙烷单元SDF果胶半乳糖马铃薯膳食纤维的改性方法化学法酸处理法、碱处理法生物技术法酶法、发酵法物理法挤压蒸煮法、冷冻粉碎法超微粉碎法、纳米技术等三、对课题开展研究的设想及创新1采用超临界CO2萃取技术脱除马铃薯膳食纤维中的脂肪和有色物质。取代传统的过氧化氢漂白处理，最大限度的保留了马铃薯膳食纤维成分，避免纤维终产品吸水能力、膨胀特性等的恶化。同时超临界CO2萃取过程中的高压处理会引起膳食纤维高聚物结构发生一定程度的降解和破坏，使可溶性膳食纤维成分提高，临界CO2萃取技术与后面的挤出技术达到了统一。四课题研究的基本内容1超声波辅助酶法制备马铃薯膳食纤维2临界CO2萃取技术对马铃薯膳食纤维进行脱脂及脱杂处理3挤出处理制备马铃薯高品质膳食纤维的工艺研究4高品质马铃薯膳食纤维物化特性、生理功能特性的研究5马铃薯膳食化学组成研究6高品质马铃薯膳食纤维在面包应用的研究1超声波辅助酶法制备马铃薯膳食纤维（1）工艺流程经过查阅大量参考文献，确定酶解法制备马铃薯膳食纤维的工艺流程为：干马铃薯渣→分散于蒸馏水中成为均一体系→超声波辅助破碎→α-淀粉酶酶解→碱性蛋白酶酶解→糖化酶酶解→灭酶→抽滤→滤渣→干燥→成品（2）酶解条件的确定经查阅相关文献得出酶解的最佳工艺为：0.3%α-淀粉酶，pH6.5,87℃，40min；0.2%蛋白酶，pH7.5,60℃，1h；1%糖化酶，pH5.0，,60℃,40min。（3）超声波辅助提取马铃薯膳食纤维工艺条件的研究以膳食纤维提取率为考察指标，对其中3个主要影响因素料液比、工作时间、重复次数及超声波功率进行L9(34)正交试验，间歇时间比工作时间多1s,确定最佳工艺条件，试验因素和水平见下表。超声波提取辅助提取马铃薯膳食纤维正交试验结果水平Levels因素（Factors）超声波功率（W）Ultrasonicpower工作时间（min）Times料液比（g/g）Ratios重复次数Repeattimes115041:86220061:108330081:12102超临界CO2萃取技术脱色及脱杂处理经过查阅大量参考文献，确定超临界CO2萃取技术对马铃薯膳食纤维脱色脱杂最佳条件为：萃取温度50℃、萃取压力30MPa、萃取时间60min、CO2流量23L/h。3挤出处理制备马铃薯高品质膳食纤维的工艺研究采用挤出技术对马铃薯膳食进行低聚化处理，制取高品质马铃薯膳食纤维，以物料含水量、挤出温度、进料速率、螺杆转速作为影响挤出低聚化效果的主要因素，采用四因素三水平响应面设计方法。测定挤出物SDF的含量及其持水力、膨胀力、吸水力，并以衡量高品质膳食纤维的关键性指标SDF含量作为判断标准进行评价，实验因素和水平见下表。响应面因素水平因素水平-101A料水比（g/g)1:11:1.31:1.6B挤出温度（℃）165170175C进料速度（kg/L）101520D螺杆转速（rpm）2002202404高品质马铃薯膳食纤维物化特性、生理功能特性的研究（1）物化特性a膳食纤维膨胀力测定b膳食纤维结合水力测定c膳食纤维吸脂力测定d玉米皮膳食纤维阳离子交换能力的测定(2)生理功能特性研究采用标准方法对马铃薯高品质膳食纤维的功能进行试验研究。5马铃薯膳食纤维化学组成研究（1）马铃薯渣与马铃薯膳食纤维中的化学组成水分测定：用常压干燥法GB5009.3-2003与快速水分测定仪法。脂肪测定：按照索氏提取法GB5009.6-2003执行。蛋白质测定：按照凯氏定氮法GB5009.5-2003执行。灰分测定：按照灼烧重量法GB5009.4-2003执行。淀粉测定：按照GB5009.9-2003执行。可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维、总膳食纤维的测定:按照GB/T5009.88-2008可溶糖含量的测定：参照苯酚法（2）马铃薯膳食纤维的构成成分通过查阅大量的参考文献，确定马铃薯膳食纤维中果胶、半纤维素、纤维素以及木质素的提取与测定方法如下：细胞壁物质的提取：薯渣10g溶于200ml蒸馏水中，配成悬浊液，然后100℃保温20min，取出冷却，分别用α-淀粉酶、蛋白酶、糖化酶水解脱除淀粉和蛋白质。离心收集沉淀并用蒸馏水、甲醇、丙酮洗涤，烘干得到细胞壁物质。膳食纤维主要构成成分含量的测定：2g细胞壁物质在90℃的条件下用500ml0.25%草酸铵溶液提取。残渣用蒸馏水，甲醇，丙酮洗涤后烘干称重。提取液经过透析，冻干后称重，得到果胶类物质C1。脱胶渣在室温下用含有0.1%硼氢化钠的4mol/LKOH溶液提取两次共18h。碱性提取液用醋酸中和后，透析、冻干得半纤维素C2。残渣用蒸馏水、甲醇、丙酮洗涤后干燥得C3。C3加入72%的硫酸4℃于冰箱中缓慢搅拌一夜，过滤干燥称重得C4。其中灰分含量为C5。木质素含量为C4-C5，纤维素含量为C3-C4-C5。（3）纤维素、半纤维素和果胶的化学组成a果胶多糖相对分子质量、聚合度、单糖组成的研究用草酸铵溶液提取马铃薯膳食纤维中的果胶成分，用高效凝胶色谱法测定果胶多糖的分子量，用气相色谱法鉴定果胶单糖的组成，并测定其含量。b半纤维素中多糖相对分子质量、聚合度、单糖组成的研究提取马铃薯膳食纤维中的半纤维素用高效凝胶色谱法测定果胶多糖的分子量，用气相色谱法鉴定果胶单糖的组成，并测定其含量。c纤维素相对分子质量、聚合度的研究提取马铃薯膳食纤维中的纤维素，用黏度法测定纤维素聚合度，计算相对分子量。6高品质马铃薯膳食纤维在面包中应用的研究（1）马铃薯膳食纤维面包配方及制作工艺确定每个配方中基本配料(以面包专用粉为基准,绵白糖16%，油脂6%，鲜鸡蛋8%，食盐0.8%，即发干酵母1.2%，水55%)保持不变，设计4组不同配比高品质马铃薯膳食纤维时，每组分别加入占面粉含量1%、1.5%、2%、2.5%的马铃薯膳食纤维粉，空白组不添加，采用快速醒发法制作面包。（2）高品质马铃薯膳食纤维添加量的确定参照GB/T20981－2007中华人民共和国国家标准面包对面包感官品质进行评分，测定面包的保水性、老化度，用质构仪测定面包的硬度、弹性、咀嚼性等多项指标，研究马铃薯高品质膳食纤维的添加对面包感官品质、保水性、抗老化性以及面包质构的影响，确定最佳配方。（3）马铃薯膳食纤维面包、玉米皮膳食纤维面包、大豆膳食纤维面包品质对比研究五试验手段1采用超声波辅助酶法提取马铃薯渣中的膳食纤维2采用超临界CO2萃取技术对马铃薯膳食纤维进行脱脂脱杂处理3采用高压挤出技术对马铃薯膳食纤维进行低聚化处理4利用黏度法和高效凝胶色谱法测定果胶多糖的分子量测定马铃薯膳食纤维相对分子质量和聚合度5采用气相色谱法测定马铃薯膳食纤维中单糖的组成六预期研究结果1超声波辅助酶法提取马铃薯膳食纤维和双螺杆挤出低聚化处理最佳工艺的确定。2马铃薯膳食纤维中纤维素、半纤维素、果胶、木质素、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维含量的测定。3马铃薯膳食纤维中纤维素、半纤维素、果胶、木质素聚合度、相对分子质量、单糖组分的确定。4高品质马铃薯膳食纤维面包配方的确定。七总体安排和试验进度1总体安排2012年3月—2012年12月，完成实验室研究工作；2013年1月—2013年2月，进行实验数据的整理分析；2013年3月—2013年5月，撰写论文，准备答辩。2工作进度2011年12月—2012年3月，进行参考资料的查新对比、试验设计及进行预试验；2012年4月—2012年6月，完成马铃薯膳食纤维的提取2012年7月—2012年9月，完成马铃薯膳食纤维的低聚化的研究、高品质马铃薯膳食物化特性研究、功能性试验。2012年10月—2012年12月，完成马铃薯膳食化学成分的测定。2013年1月—2012年3月，完成马铃薯膳食纤维面包的研制2011年4月—2011年5月，整理数据，撰写论文，准备答辩。