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碱法提取黄米粉膳食纤维与其脱色
吕梁学院生命科学系食品科学与工程2012 级 赵增瑀
【摘 要】随着经济的快速发展,人们生活水平日益提升,健康问题受到更多的关注.由于饮食方面过于精细,越来越多的疾病产生,而医学家发现膳食纤维能够大大降低疾病的发生率,调节机体功能.因此,本文正是基于此目的,选取了碱法对黄米粉的膳食纤维进行提取,并进行了脱色工艺研究.
【关键词】碱法；黄米粉；膳食纤维；脱色工艺
第1 章绪论
1.1 膳食纤维的定义及分类
随着科技水平的不断提升,医学在研究和实践中发现,若长期摄取精细食物,则可能埋下严重的疾病隐患,而科学摄入膳食纤维食品,则能够明显降低发病风险.有鉴于此,在20 世纪70年代初,以美国为代表的一些西方发达国家的业界专家开始针对膳食纤维进行研究,而我国在膳食纤维研究领域起步较晚,直至,20 世纪90 年代才陆续开始相关研究[1].
膳食纤维一般指的是,难以为人体消化的,且以多糖类为主要构成的那一类大分子物质的总称,是由包括纤维素、半纤维素以及糖蛋白在内的若干物质所构成的聚合体[2].膳食纤维的早期概念是“无法被人体消化酶所分解的那一类植物成分”,此类成分一般会在食品加工环节被人为地剔除掉[3].
依据溶解性上的差异,可将膳食纤维划分为两大类,一类被命名为水溶性膳食纤维（SDF）,另一类被命名为不溶性膳食纤维（IDF）.IDF 通常是指,无法被人体消化酶所分解和利用的且难以溶于热水的那一类膳食纤维,是细胞壁的基本成分,比较常见的如纤维素、半纤维素以及木质素等[4].而SDF 通常是指,无法被人体消化酶所分解和利用的,却能够溶于温水且其水溶性可以被4 倍体积乙醇予以二次沉淀处理的那一类纤维,比较常见于果胶、植物胶以及黄原胶等物质中[5].
依据来源进行划分,可将膳食纤维归纳成五大类,即植物来源类、动物性来源类、海藻多糖类、微生物多糖类以及合成半合成类.上述几种膳食纤维具有明显不同的化学本质,但它们基本组成却是极为接近的,彼此间的最大差异体现在两点,一是组成成分的相对含量存在一定的差异,二是分子的糖苷链等存在一定的差异[6].
1.2 膳食纤维的物化特性
膳食纤维的物化特性一般包含：高持水力、吸附作用、阳离子交换以及结合作用、无能量填充剂、发酵作用、溶解性以及黏性[7].
高持水力：分析它的化学结构能够发现,其拥有大量的亲水基团,因而被赋予了理想的持水性.较理想的持水性可以起到利便的作用,在减轻直肠内压的同时,还能削弱泌尿系统的内部压力[8].
吸附作用：其分子表面拥有大量的活性基团,能够对胆汁酸及肠道之中的一些有毒物质产生理想吸附作用.通过膳食纤维来有效吸附胆汁酸是当下的热点研究之一,有些业界专家推测这恰恰是膳食纤维能够降低人体血脂的基本原理[9].
阳离子交换和结合作用：分析膳食纤维可知,其含有相当数量糖醛酸的羟基和羟基侧链基团,可以与阳离子做所谓的逆交换,在一定程度上决定了电解质等的吸收效率,同时还能够在一定程度上削弱重金属的毒性.由研究结果可知,膳食纤维尤其是其中的酸性多糖类物质通常天然拥有较为显著的阳离子互换能力,它能够与Ca、Zn、Cu 之类的离子展开交换,在离子交换过程中会调节阳离子的瞬间浓度,发挥稀释功能.另外,阳离子可以和肠道内的Na+ 和K+ 发生交换,从而使得排泄物之中含有较多的K,Na,如此一来,能够减小血液内两种元素的占比,最终发挥降低血压的功效[10].
无能量填充剂：一般情形下,膳食纤维拥有相对较大的体积,遇水发生膨胀而拥有更大体积,使人产生明显的饱腹感.另外,它的存在还会对碳水化合物之类的体内吸收产生影响,在预防肥胖症方面发挥了一定作用[11].
发酵作用：大肠内的膳食纤维可在一些微生物的作用下发酵降解,产生包括乙酸在内的多种短链脂肪酸,调节肠道环境的酸碱度,在此基础上对物菌群生长及繁殖产生相应的作用,为有益菌提供良好的环境,同时对厌气腐败菌施加较大的抑制作用.研究膳食纤维可知,当种类不同时,其降解程度也会有所差异.以果胶为代表的那一类水溶性纤维素甚至能够被彻底降解,而以纤维素为代表的那一类水不溶性纤维即便经过很长时间也难以为微生物所分解.除此之外,因为在粪便中,菌落细胞属于非常关键的构成部分,所以,膳食纤维能够通过发酵作用来调节粪便的实际排泄量[12].
溶解性和黏性：膳食纤维具有一定的溶解性和黏性,而这两大特性会给人的生理功能产生一些重要影响,以水溶性纤维为例,比较容易为肠道之中的某些细菌所分解和吸收.在胃肠道环境中,由于膳食纤维的存在,能够大幅提升其内容物的实际黏度,使非搅动层厚度得到一定程度的增加,使人的胃排空率保持在一个相对良好的水平,从而延缓或削弱对胆汁酸之类物质的吸收[13].
1.3 膳食纤维的提取
在膳食纤维提取领域,国内目前的主流方法有四大类：第一类、热水提取法；第二类、化学提取法；第三类、发酵法；第四类、酶法.相比之下,热水提取法尽管在工艺处理上比较简单,然而提取率不甚理想；化学提取法指的是,以化学试剂为“工具”对目标膳食纤维进行分离,常见的有酸法、碱法以及絮凝剂等.该种方法的主要优势集中反映在制备成本不高,但应用该方法时由于涉及强酸、强碱以及高温等处理,因而会给提取容器、传输管道以及物料泵带来相当严重的腐蚀,所以,在提取操作中应对酸度进行适当调整,由于涉及阴阳离子的带入,所以,制得的目标产物含量不高,色泽也不理想；在制取膳食纤维的过程中,如果应用发酵法,则能够保证有效成分含量处于较高水平,同时污染轻,然而运作周期长,成本相对偏高,难以通过规模化的方式进行制备.
第2 章实验方法
2.1 材料与工艺流程
2.1.1 试验材料与试剂：黄米粉；H2O2、HCl、NaOH、无水乙醇.
2.1.2 主要仪器设备
主要仪器设备有：（1）倾斜式高速万能粉碎机；（2）天平；（3）电热恒温水浴锅；（4）酸度计；（5）旋转蒸发仪；（6）台式干燥箱；（7）离心机；（8）80 目筛.
2.2 试验方法
2.2.1 工艺流程
2.2.2 提取方法
称取黄米粉10g,将其置于容量为100ml 锥形瓶中,依据适当的料液比,向其中掺加适当质量分数的NaOH 溶液,并转移到适当温度的恒温水浴之内,按规定时间要求通过搅拌进行碱解.在离心分离处理中,先用20ml 无水乙醇对滤渣做2 次洗涤,然后再用丙酮对滤渣2 次洗涤,晾干后做粉碎处理,如此便得到了水不溶性膳食纤维；滤液用1mol/L 的HCl 溶液和0.5mol/L的NaOH 溶液调至中性,浓缩,添加4 倍体积95%乙醇进行为期1h 的沉淀,然后进行抽滤,接下来先用20ml 无水乙醇对滤渣做2 次洗涤,再用丙酮对滤渣2 次洗涤,干燥粉碎,即为水溶性膳食纤维.
2.2.3 脱色工艺及流程
步骤1、膳食纤维→步骤2、加双氧水脱色→步骤3、洗涤到中性→步骤4、干燥→步骤5、成品
称取规定量的杏膳食纤维,然后通过双氧水予以脱色处理,待脱色完成后进行后续的洗涤、烘干、粉碎以及过筛处理,如此便能够制得脱色处理之后的膳食纤维,运用感官评定打分的方式予以评定,最高分为100 分.
2.3 测定方法
2.3.1 持水力（WHC）的测定
称取1.50g 样品并将之转移到离心管内,注入20mL 的水,在室温环境下进行1h 的搅拌,待沥干之后,用表面皿盛装,并做称重,从而准确计算出它的持水力.
2.3.2 溶胀性的测定
体积膨胀法：称取0.1g 膳食纤维,并将其转移到10ml 量筒内,待完成对体积的测定之后,向量筒中注入5ml 的蒸馏水,进行为期1d 的浸泡,通过量筒刻度对其中的纤维物料体积数进行读取,最终准确计算出溶胀性（SW）.
第3 章结论
本文研究了碱法提取黄米粉膳食纤维和黄米粉膳食纤维的脱色工艺,通过选取合理的试验条件,得到了切实有效的试验结果.以下是本研究的结论：
1.首先从膳食纤维的定义及分类入手,介绍了其性质方面的特性,并对它的物化特性及摄入量做了分析,对它的性质有了更多了解.
2.其次选取碱法对黄米粉的膳食纤维进行提取,通过材料准备和购买、制作流程等,对不同因素进行了单因素分析：就碱解温度、碱解时间、碱液浓度以及料液比等四大因素展开了差异化参数条件下的正交试验,确定了如何通过碱法以最为理想地提取黄米粉所蕴含的膳食纤维,最佳工艺条件详情如下：首先,料液比控制为1:15；其次,碱解温度控制为75℃；第三,碱解时间控制为160min；第四,碱解浓度控制为0.6%.利用上述最佳工艺条件实施提取操作,结果发现提取率能够达到12.25%,通过80 目筛对制取的膳食纤维进行过筛处理,最终确定其持水力以及溶胀性这两大关键参数,分别为6.38g/g 以及4.3ml/g.
3.以黄米粉膳食纤维为对象,对其脱色工艺予以再次研究,在研究过程中同样涉及包括H2O2 浓度、PH 值、脱色时间以及脱色温度在内的四大因素,最终确立了最佳工艺条件,具体是：脱色温度控制为40℃、H2O2 浓度控制为8%、PH 值控制为9、时间控制为2.5h,如此得到的膳食纤维所对应的分值经计算高达84.
4.最后对脱色处理前后膳食纤维的各项性能指标展开对比分析,结果发现无论是溶胀性还是持水力,均有显著提升,前者提升了2 倍,而后者提升了3 倍.
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