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全球资源的紧张和趋于枯竭是不争的事实,资源的综合利用是国内外研究的重要方向之一。而如何将废弃物加以综合利用,挖掘其潜在的价值是值得进一步研究的课题。膳食纤维作为21世纪热门的功能性食品具有控制体重、降血脂、降血压及预防结肠癌等功效。我国在膳食纤维方面的研究表明,开发膳食纤维的关键是开拓资源和改进提取方法,这也是现阶段我国面临的资源可持续利用问题。在我国,可以用于制备膳食纤维的原料很多,但是综合开发利用花生壳制备膳食纤维的报道却很少。因此,本文以废弃物花生壳为研究对象,针对膳食纤维的提取工艺、脱色工艺进行了研究,并对花生壳膳食纤维的理化性能及改性工艺进行了深入的探讨,以便得到最合理经济的工艺。本研究不仅为花生壳的综合利用提供了新途径,更为膳食纤维的开发利用提供了一定的理论参考,因此具有一定的实际意义及理论价值。
本文以花生壳为原料,分别利用化学法及酶法提取花生壳膳食纤维。采用碱法提取花生壳膳食纤维,探讨了碱液浓度、反应温度、反应时间对提取率的影响。确定碱法提取花生壳膳食纤维的最佳工艺条件为:NaOH浓度为4%,反应温度为50℃,反应时间为4h。另外,采用纤维素酶和蛋白酶双酶降解法提取花生壳膳食纤维,研究了酶用量、酶解温度、酶解时间及pH对蛋白质水解率的影响。研究表明,在纤维素酶用量0.4%,木瓜蛋白酶用量0.4%,酶解温度50℃,时间2.5h,pH为6.0条件下,蛋白质水解率为72.2%,产率为81.5%。比较两种提取工艺下的花生壳膳食纤维可以得出,化学法得到的DF成分较为理想,蛋白质含量低至1.28%,但水溶性膳食纤维SDF含量下降;而酶法温和的反应条件,有效的保护了花生壳中膳食纤维的组织结构和生理功能,SDF含量有很大程度的提高。
本文以碱法提取的花生壳膳食纤维DF(A)和酶法提取的花生壳膳食纤维DF(B)为研究对象,选用H2O2溶液作为漂白剂对花生壳膳食纤维的脱色条件进行研究。探讨了H2O2浓度,反应温度,反应时间及pH值对脱色效果的影响,确定花生壳膳食纤维DF(A)和DF(B)最佳脱色工艺参数为:H2O2浓度为6%,温度65℃,时间2.5h,pH值为10.0。碱法制备的膳食纤维颜色较深,pH值和反应时间对脱色的影响较大;温和的酶法制备的膳食纤维颜色较淡,H2O2浓度对脱色效果的影响较大。在此工艺条件下DF(A)的白度达到了36.32,DF(B)的白度达到了47.28,达到了花生壳膳食纤维在食品中应用的色泽要求。
本文对碱法提取的花生壳膳食纤维DF(A)和酶法提取的花生壳膳食纤维。DF(B)进行了理化特性的研究。研究表明,经碱法提取的酶法提取的DF(A)及酶法提取的DF(B)的理化性质均高于花生壳原料的理化性质。DF(B)具有较好的膨胀力、持水力、结合水力、吸油力、乳化性及乳化稳定性,明显高于DF(A),但是DF(B)的阳离子交换力却低于DF(A);在DF(A)和DF(B)吸附NO2-的测定结果中表明,随着pH值的增大,DF(A)和DF(B)对NO2-的吸附能力逐渐减弱,在pH2.0条件下吸附能力最强。DF(B)对NO2-具有较强的吸附力,在pH2.0条件下的吸附率可达98.4%;在DF(A)和DF(B)吸附胆酸钠的测定结果中表明,DF(B)对胆酸钠的吸附作用强于DF(A)。DF(B)用量为1.0g,2.0g,3.0g,4.0g时,其对胆酸钠的最终吸附率为29.2%,48.9%,69.6%,79.9%。由此可见,不同的提取工艺对花生壳膳食纤维的理化特性影响很大,在实际生产过程中可根据不同需要,采用适宜的加工工艺,以便使花生壳膳食纤维最大限度的发挥其功效。
本文为提高花生壳膳食纤维SDF含量,进行化学改性的研究。以碱法提取的花生壳膳食纤维作为羧甲基化改性的原料,探讨了各工艺参数对羧甲基膳食纤维DS及SDF含量的影响,确定了羧甲基化改性的最佳工艺条件是:NaOH浓度为30%,碱化温度为30℃,碱化时间为1.5h,乙醇浓度80%;一氯乙酸浓度为30%,乙醇浓度为20%,醚化温度为55℃,醚化时间为3h,料液比为1:8(g/L)。在最佳工艺条件下进行验证试验,得到的羧甲基花生壳膳食纤维的取代度为0.83,SDF含量为16.2%,说明改性效果良好。
另外,本文对改性后的羧甲基花生壳膳食纤维进行红外图谱及电镜扫描表征。在1417.08cm-1,1331.91cm-1,1242.02cm-1,1143.35cm-1,1099.67cm-1,1018.55cm-1,966.59cm-1处出现了醚键吸收峰,说明花生壳膳食纤维被羧甲基化。经电镜扫描的微观形态观察,羧甲基化改性后的花生壳膳食纤维表面结构受到一定的破坏,其完整性遭到破坏。
改性后的羧甲基花生壳膳食纤维与DF(A)相比较,膨胀力、持水力、结合水力、吸油力、乳化性、乳化稳定性及粘度有明显提高,具有良好的功能活性。