亞臨界水提法提高甘薯皮可溶性膳食纖維得率

孟祥河，戴建波，曹 艷，陳劍兵，夏其樂，吳衛成

亞臨界水提法提高甘薯皮可溶性膳食纖維得率

孟祥河1，戴建波1，曹 艷2，陳劍兵2，夏其樂2，吳衛成2※

（1. 浙江工業大學海洋學院，杭州 310014；2. 浙江省農業科學院食品科學研究所，杭州 310021）

為了提高甘薯加工副產物的利用率，以浙薯13品種甘薯皮為原料，采用亞臨界水提取甘薯皮可溶性膳食纖維。在單因素試驗的基礎上選取料液比、提取溫度、提取時間3個因素，應用正交試驗對甘薯皮可溶性膳食纖維提取工藝條件進行優化，考察可溶性膳食纖維的物化性質，并以葡萄糖吸附能力、羥基自由基清除能力、DPPH自由基清除能力為指標，評價甘薯皮可溶性膳食纖維功能特性。結果表明，亞臨界水提取甘薯皮可溶性膳食纖維得率為10.43%，比無輔助熱水、超聲和微波輔助提取法分別提高769.17%、27.04%和34.75%。亞臨界水提取法中可溶性膳食纖維占總膳食纖維的比例最高（42.26%），比無輔助熱水、超聲和微波提取條件下分別提高665.58%、14.43%和19.24%。亞臨界水法提取所得可溶性膳食纖維的葡萄糖吸附能力（4.79 mmol/g）、羥基自由基清除能力（54.28%）和DPPH自由基清除能力（69.28%）均高于無輔助熱水、超聲和微波輔助提取法所得可溶性膳食纖維，總膳食纖維的吸水膨脹性（7.89 mL/g）、持油性（4.74 g/g）和峰值黏度（27.18 mPa/s）顯著高于其他方法所提取的總膳食纖維。

纖維；廢棄物；提取；甘薯皮；亞臨界水提取；物化特性；功能特性

0 引 言

甘薯是浙江省山區重要的旱糧作物，對保障農業增效，提高山區農民收入，有著重要的作用。近年來，甘薯除被加工成傳統的粉絲和甘薯淀粉產品外，經油炸或蒸煮曬干制成的休閑食品甘薯干越來越受歡迎[1]。薯干加工過程中產生大量的甘薯皮，占總加工原料的20%～30%，雖然可作為動物飼料，但由于蛋白含量低、易酸敗等缺點，利用率較低，仍有大部分被廢棄[2]。因此，甘薯皮難以有效利用制約了甘薯全產業鏈的可持續發展[3]。

膳食纖維（dietary fiber，DF）是指具有抵抗人體小腸消化吸收，在人體大腸中能部分或全部發酵的可食植物性成分、碳水化合物及其類似物總和，包括多糖、低聚糖、木質素和相關的植物物質（蠟質、木栓脂等）[4]。膳食纖維具有可發酵性、持水持油性、促進腸胃蠕動、降低血液膽固醇等特點，被稱為第七大營養素[5]。甘薯皮中含有豐富的纖維素、黃酮類化合物和多酚類化合物等成分[6]，因此，可被用作提取膳食纖維的優質原料。膳食纖維的提取方法主要包括化學法、物理法和酶法。化學方法產生廢水多、易有化學殘留的安全隱患；酶法水解不完全、且成本高；隨著工業化生產技術的發展，新型物理提取手段已經越來越多的投入到工業化生產中[7]。孫健等[3]利用超聲輔助酶法提取甘薯渣膳食纖維，（SDF，soluble dietary fiber）/（TDF，total dietary fiber）值為34.44%。何國菊等[8]利用堿洗結合微波輔助提取馬鈴薯渣中的SDF，得率約為47.6%。超聲和微波均是在常壓下利用空化機械振動原理、水分局部迅速升溫升壓原理，加快細胞破碎，提高可溶物質溶出率，提高可溶性膳食纖維含量，且在甘薯膳食纖維提取中已有應用[9]。亞臨界水提取法采用高溫高壓方式，將水加熱至100～374 ℃（臨界溫度）的亞臨界狀態，水極性降低，使其對中低極性的化合物的溶解力增加，同時降低水的表面張力和黏度，高壓則增加水對細胞的穿透性，加速胞內物質的溶出速度，具有高萃取效率、時間短、無殘留的優點。亞臨界水作為新興提取方法已經較多的應用在提取中藥精油、多酚、黃酮類物質[10]，而在可溶性膳食纖維提取中應用近幾年越來越多。張百勝等[11]采用亞臨界水提取小麥麩皮SDF得率達到45.34%，較傳統堿提取法提高2.96倍。刁春仁等[12]利用亞臨界水提取藕渣中的SDF，得率較熱水浸提法提高70.0%。Liu等[13]使用磷酸鹽輔助亞臨界水提取法從大豆皮中提取的SDF表現出更好的溶解性、黏度、體內降膽固醇活性。Klinchongkon等[14]利用亞臨界水提取百香果果皮多糖得率達到21.0%，且所得多糖聚合度高（DP>7）。因此，亞臨界水提取法是一種高效的SDF制備方法。

本研究利用亞臨界水提取甘薯皮中的可溶性膳食纖維，并與常用的物理提取方法超聲波和微波輔助提取方法對比，確定亞臨界水提取甘薯皮可溶性膳食纖維的最優方法，并研究所得膳食纖維的物化和功能特性，對于提高甘薯皮利用率、解決污染、促進甘薯產業綠色、可持續發展具有重要意義[15]。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 原料和試劑

甘薯皮（浙薯13品種甘薯削皮，皮厚約2～3 mm，清洗干凈，50 ℃烘干至含水率5%以下，粉碎，過100目篩，備用）、耐高溫-淀粉酶（麥克林）、淀粉葡萄糖苷酶（麥克林）、胰蛋白酶（麥克林）、95%乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH·）、無水乙醇、硫酸亞鐵、水楊酸、過氧化氫、抗壞血酸、葡糖糖、去離子水，以上試劑均為分析純。偶聯酶法葡萄糖含量試劑盒（購自蘇州科銘生物技術有限公司）。

1.1.2 主要儀器

LDZF-30KB-Ⅱ型立式壓力蒸汽滅菌鍋（工作溫度140 ℃，耐壓0.30 MPa，工作原理：在排凈空氣后利用高溫產生的水蒸氣使釜內達到高溫、無氧、低壓的提取環境），上海申安醫療器械廠；FW200粉碎機，江蘇省金壇市友聯儀器研究所；LXJ-IIB離心機，上海安亭科學儀器廠；DHG-9146A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；SCIENTZ-10N冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司；WF-4000微波快速反應系統，上海屹堯分析儀器有限公司；KQ-500DB型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司；Rheo3000流變儀，RheoTec Messtechnik GmbH；UV-1800紫外分光光度計，SHIMADZU島津。

1.2 方 法

1.2.1 甘薯皮膳食纖維提取

將一定比例的蒸餾水加入甘薯皮粉中并充分攪拌至混合均勻，用不同物理方法提取。提取結束后冷卻至室溫，將pH值調節至6.0后，加入甘薯皮粉干質量2%的耐高溫-淀粉酶、置于95 ℃的水浴鍋中加熱30 min，然后冷卻至室溫并調節pH值至4.5；再加入甘薯皮粉干質量1%的淀粉葡萄糖苷酶、置于60 ℃的水浴鍋中加熱30 min，取出冷卻至室溫并調節pH值至7.0；加入甘薯皮粉干質量0.1%的胰蛋白酶、于60 ℃水浴加熱30 min，取出后冷卻至室溫，加入4倍體積95%乙醇靜置24 h。去除上清液，將沉淀置于離心機中4 000 r/min離心20 min，將離心沉淀物取出冷凍干燥72 h，粉碎備用[16]。

1.2.2 膳食纖維含量的測定

參考Mccleary等[4]的酶質量法測定、利用公式（1）和（2）計算總膳食纖維（TDF）和可溶性膳食纖維（SDF）的含量和得率。

TDF得率（%）=TDF干質量×100/樣品總干質量 （1）

SDF得率（%）=SDF干質量×100/樣品總干質量 （2）

1.3 甘薯可溶性膳食纖維提取

將單因素試驗設計為：設定提取時間15 min，溫度120 ℃，考察料液比1:10、1:20、1:30和1:40條件下SDF的提取率；設定料液比1:20，時間30 min，考察提取溫度110、120、130和140 ℃對SDF提取率的影響；設定料液比1:20，溫度120 ℃，考察提取時間15、30、45、和60 min對SDF得率的影響[17]。

1.4 亞臨界水提取法正交優化試驗

根據單因素試驗結果，以SDF提取率為指標，將料液比、提取時間、提取溫度做L9（33）正交試驗（表1），對試驗結果進行極差分析，確定最佳提取工藝條件。

表1 L9（33）正交試驗因素水平表

用于比較的無輔助熱水提取、微波輔助提取和超聲輔助提取按照同樣方法在單因素試驗基礎上利用正交設計優化得到最佳提取條件[16]。

1.5 膳食纖維的物化性質測定

1.5.1 膳食纖維的持水性測定

根據Zhu等[18]的方法，稱取1.0 g樣品（）到50 mL離心管中，加入20 mL蒸餾水震蕩均勻，于室溫下溶脹12 h至溶液飽和，此時SDF并未完全溶解但已充分溶脹，4 000 r/min離心20 min，除去上清飽和液，并用吸水紙除去管壁上殘留的水，記錄樣品濕質量（1），利用公式（3）計算持水力。

持水力（g/g）=1/（3）

1.5.2 膳食纖維的吸水膨脹性測定

根據Zhu等[18]的方法，稱取1.0 g樣品（）于25 mL量筒中，讀取初始體積（1），加入足量蒸餾水后振蕩均勻，室溫下溶脹24 h，記錄量筒內終體積（2），利用公式（4）計算膨脹力。

膨脹力（mL/g）=（2?1）/（4）

1.5.3 膳食纖維的持油性測定

根據Gouw等[19]的方法，稱取1.0 g樣品（）到50 mL離心管中，加入40 mL植物油震蕩搖勻，于室溫下漩渦震蕩3 h，4 000 r/min離心20 min，除去上清液，并用吸油紙除去管壁上的殘留液體，記錄濕質量（1），利用公式（5）計算持油力。

持油力（g/g）=1/（5）

1.5.4 膳食纖維的流變學特性測定

根據Feng等[20]的方法適當修改，稱取1.0 g樣品于容器中，準確加入10 mL蒸餾水，室溫溶脹24 h，配置成10%的多糖溶液。使用旋轉斜坡測量塊模式，時間120 s，速度1～1 000 r/min，采集60個數據點。

1.5.5 膳食纖維的葡萄糖吸附能力測定

參考梅新[21]的方法并略做修改。將甘薯皮膳食纖維中的小分子糖除去后，取1.0 g樣品，加入100 mL葡萄糖溶液（100 mmol/L），室溫溶脹12 h，4 000 r/min離心20 min，上清液中葡萄糖含量用偶聯酶法葡萄糖含量試劑盒測定。

1.6 膳食纖維的抗氧化性質測定

1.6.1 膳食纖維的羥基自由基（?OH）清除能力測定

參考Liu等[22]的方法略作修改，取1 mL配置好的濃度為10 mg/mL的樣品溶液，加入濃度為9 mmol/L的水楊酸-乙醇溶液1 mL、濃度為9 mmol/L硫酸亞鐵溶液1 mL和蒸餾水6 mL，充分混合搖勻后，加入8.8 mmol/L雙氧水溶液1 mL，于37 ℃水浴鍋中反應40 min，在510 nm處測定吸光度，以蒸餾水為空白，利用公式（6）計算自由基清除率。

清除率（%）=[?(1?0)]×100/（6）

式中為空白對照吸光度值；1為樣品吸光度值；0為蒸餾水替代雙氧水吸光值。

1.6.2 膳食纖維的DPPH自由基清除能力測定

采用Zhu等[23]的方法測定。

1.7 統計學分析

每組試驗數據做3次平行并表示為平均值±標準偏差，利用SPSS 20.0進行顯著性分析，Origin 2017軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 亞臨界水提取法單因素試驗結果

SDF得率隨著提取溫度的升高呈先增加后下降的趨勢，當溫度為120 ℃時，達到最高9.35%，當溫度繼續增加時，SDF得率下降（圖1a）。由圖1b可知，提取時間為30 min時SDF得率為最大值9.63%，繼續延長時間到45 min時SDF得率略有下降，當提取時間繼續增加，下降速率增大，60 min時SDF提取率為最低值。如圖C所示，隨著料液比的逐漸增大，SDF得率也不同程度的增大，料液比從1:10到1:20時SDF得率的增長率最高，料液比為1:20時SDF的提取率為8.7%，料液比為1:40時SDF的提取率為9.55%，然而料液比從1:30到1:40的增長率卻最低，且大大增加了后續處理難度。通過比較不同提取條件對甘薯皮中SDF提取率的影響，發現隨著提取溫度和時間的延長，SDF得率并沒有增長反而降低，可能是過高的溫度和過長的時間使溶出的大分子多糖部分分解，因此，提取溫度不宜過高、時間不宜過長[24]。

2.2 正交優化亞臨界水提取膳食纖維

從表2的極差分析結果可以看出，各因素對亞臨界水提取法提取SDF得率的影響順序為料液比>時間>溫度。根據均值結果選出最優提取方案為222，即料液比1:30、溫度120 ℃、時間30 min[25]。由于該方案不在所列方案中，因此在該條件下進行3次平行驗證試驗，SDF得率為10.43%，總膳食纖維得率為24.68%（占原料）。正交優化結果表明，料液比是影響SDF提取率的最重要因素，當提取溶劑太少時，甘薯皮中的淀粉不能充分溶解糊化，致使提取體系黏度過高，影響了可溶性多糖的溶出[26]，隨著提取溶劑繼續增加，SDF提取率卻不再繼續增加，反而增加了后續步驟的處理成本，因此溶劑添加量不宜過大。曹媛媛[27]利用機械篩分法從甘薯渣中獲得SDF，得率為2.66%，本研究利用亞臨界水提取法比其提高2.92倍。

注：a中固定料液比1:20，提取時間30 min；b中固定料液比1:20，提取溫度120 ℃；c中固定提取時間15 min，提取溫度120 ℃。

表2 亞臨界水提取法正交設計和極差分析

2.3 不同物理提取甘薯皮膳食纖維得率比較

按照同樣的方法，對無輔助熱水、超聲輔助提取和微波輔助提取條件進行正交試驗分析，結果表明無輔助熱水提取最優條件為料液比1:25、60 ℃、3 h，超聲輔助提取最優條件為料液比1:30、70 ℃、提取功率400 W、30 min，微波輔助提取最優條件為料液比1:30、100 ℃、提取功率500 W、6 min。按照各自最優條件提取，超聲輔助提取SDF得率為8.21%，微波輔助提取SDF得率為7.74%，而亞臨界水提取法分別比這2種方法提高27.04%和34.75%，比無輔助熱水提取法高出7.69倍，且亞臨界水提取法中SDF/TDF值最高，比超聲和微波提取法分別提高14.43%和19.24%，比無輔助熱水提取高出6.66倍（表3）。此外，除亞臨界水提取法外，其他方法對TDF的得率均無顯著影響。

表3 亞臨界水與超聲、微波輔助提取條件下SDF得率比較

注：不同字母a、b、c表示差異顯著（<0.05），相同字母則表示差異不顯著（>0.05），下同。

Note: Different letters a, b and c indicate significant differences (<0.05), and the same letters indicate that the difference is not significant (>0.05), the same below.

2.4 亞臨界水提取甘薯皮膳食纖維物化特性研究

2.4.1 亞臨界水提取法對膳食纖維持水性的影響

持水力是指膳食纖維在外力作用下，保持水分的能力，人體攝入的膳食纖維由于持水作用，在腸道內形成高黏度的凝膠，延長胃排空，產生飽腹感，有非常好的減肥作用[28]。如圖2a所示，不同物理提取法所得膳食纖維中，亞臨界水提取的SDF持水性為4.83 g/g，顯著優于超聲輔助和無輔助熱水提取法（<0.05），與微波輔助提取法沒有顯著差異。不同提取方法所得TDF持水性存在顯著差異，微波法最高、其次為亞臨界水提取法。研究表明，擠壓蒸煮提高TDF中SDF含量的同時也提高了TDF的水合能力，因為擠壓蒸煮處理能夠有效增加TDF化學結構中親水基團的外露[29]。在梅新[21]的研究中，冀薯98號的膳食纖維持水力為3.54 g/g，亞臨界水提取的TDF持水性比其提高85.59%。

2.4.2 亞臨界水提取法對膳食纖維吸水膨脹性影響

吸水膨脹性是指膳食纖維通過氫鍵和偶極子來吸收水分，使體積膨脹的能力。由圖2b可知，不同提取方法所得SDF的吸水膨脹性均無顯著性差異（>0.05）；而不同方法提取的TDF吸水膨脹性顯著差異，以亞臨界水提取法最好，達到7.89 mL/g，相比超聲和微波提取法分別提高99.24%和21.76%，比無輔助熱水提高約48.31倍。

2.4.3 亞臨界水提取法對膳食纖維持油性的影響

膳食纖維中的親脂基團的數量決定了膳食纖維持油能力，持油性越高，則膳食纖維吸收食物中油脂的能力越高，也代表膳食纖維降低血液中膽固醇的能力越高，這對維持人體腸道健康有非常積極的作用[30]。由圖2c可知，亞臨界水提取法所得SDF的持油性并沒有顯著提高，且與超聲和微波輔助提取法所得SDF的持油性相差不大。而亞臨界水提取法所得TDF的持油性提升最為顯著（4.74 g/g），比無輔助熱水提取法、超聲輔助提取法和微波輔助提取法所得TDF的持油性提高約1.5倍。

2.4.4 亞臨界水提取法對膳食纖維流變學特性的影響

膳食纖維的流變學特性在食品加工應用領域具有非常重要的意義。從圖2d中可知，SDF的峰值黏度均高于TDF的峰值黏度，而不同提取方法所得SDF之間沒有顯著差異，根據已有的研究報道，SDF的黏度通常與其來源和濃度密切相關[26]。亞臨界水、超聲和微波3種提取法所得的TDF的峰值黏度較無輔助熱水提取均有顯著提高（<0.05），且亞臨界水提取（27.18 mPa/s）>超聲提取（24.54 mPa/s）>微波提取（22.83 mPa/s）>無輔助熱水提取（14.61 mPa/s）。

2.4.5 亞臨界水提取法對膳食纖維葡萄糖吸附能力影響

膳食纖維的體外葡萄糖吸附能力是考察膳食纖維功能特性的一項重要指標。圖2e結果顯示，SDF的葡萄糖吸收能力顯著高于TDF，且亞臨界水提取法所得SDF的葡萄糖吸收能力最強，達到4.79 mmol/g，比無輔助熱水、超聲和微波提取法分別提高25.72%、13.78%和54.02%。亞臨界水、超聲輔助和微波輔助3種物理提取法所得TDF的葡萄糖吸收能力無顯著性差異，但均顯著高于無輔助熱水提取法。黃六容等[31]通過超聲改性大蒜秸稈不溶性膳食纖維將其葡萄糖吸附能力提升至4.72 mmol/g。阮傳英等[32]發現，大豆豆渣中的SDF比不溶性組分表現出更強的葡萄糖吸附能力和NO2-吸附能力，同時SDF的濃度越高黏度也越高，與本文結果一致。在Yan等[33]研究中，通過新型噴砂工藝提高了麥麩膳食纖維中SDF含量，同時葡萄糖吸附能力也顯著提高，因為SDF能夠有效降低葡萄糖的擴散速率，形成的網狀結構也能夠將小分子物質截留，因此推斷葡萄糖吸附能力可能與SDF的比例有關。

2.5 亞臨界水提取甘薯皮膳食纖維抗氧化能力的比較

2.5.1 亞臨界水提取法對膳食纖維羥基自由基（?OH）清除能力影響

羥自由基是活性最強的氧自由基，它可與活細胞中的任何分子發生反應而造成損傷，而且反應速度極快，被破壞的分子遍及糖類、氨基酸、磷脂、核苷和有機酸等[34]。如圖3所示，SDF的羥基自由基清除能力高于TDF的羥基自由基清除能力，亞臨界水提取SDF的羥基自由基清除率比無輔助熱水、超聲和微波提取法分別提高1.99、0.14和1.73倍，所得TDF的羥基自由基清除率同樣顯著高于其他方法的TDF，分別提高3.70、0.39和2.85倍。周小理等[35]發現經膨化改性的水溶性苦蕎麩皮膳食纖維的羥自由基清除能力為58.81%。亞臨界水提取會改變膳食纖維的網狀結構，從而使包裹在膳食纖維內部或基質中的多酚類物質釋放出來，從而具有抗氧化活性[36]。趙麗等[37]的研究結果表明，通過超聲、微波等處理方式提取得到鮮食豆莢SDF的羥基自由基清除能力優于不溶性膳食纖維。從圖3中可看出，亞臨界水提取所得SDF的羥基自由基清除能力大約是TDF的2倍，顯著高于其他方法所得的SDF，可能是亞臨界水提取所得的膳食纖維中的糖醛酸分子含有大量活躍羥基，能夠與羥自由基結合從而清除自由基[38]。

注：A為無輔助熱水提取法；B為超聲輔助提取法；C為亞臨界水提取法；D為微波輔助提取法,*代表總膳食纖維組，下同。

圖3 亞臨界水與其它提取法對甘薯皮膳食纖維羥基自由基清除率的影響

2.5.2 亞臨界水提取法對膳食纖維DPPH自由基清除能力影響

從圖4可知，隨著溶液濃度的升高，SDF和TDF對DPPH自由基的清除能力都呈現出先增大后趨于平緩的趨勢，當濃度為14 mg/mL時，亞臨界水提取的SDF對DPPH自由基的清除能力最高（72.46%），顯著高于超聲輔助和無輔助熱水提取所得SDF（<0.05）；亞臨界水提取所得TDF的DPPH自由基清除能力比無輔助熱水提取法顯著提高47.38%，比超聲和微波輔助提取方法所得TDF的DPPH自由基清除能力分別提高9.0%和30.55%。石秀梅等[39]對比了檸檬皮渣、臍橙皮渣和小麥麩皮的抗氧化能力，發現檸檬皮渣的DPPH自由基清除能力最高，為56.32%。Wiboonsirikul等[40]用亞臨界水從豆渣中提取多糖，發現多糖的DPPH自由基清除能力其中所含的酚類物質和可溶性多糖含量有關，且當溫度高于240 ℃后，DPPH自由基清除能力下降。圖4中SDF和TDF的DPPH自由基清除能力與濃度呈正相關，且亞臨界水提取的SDF在DPPH自由基清除能力上顯著高于其他方法，TDF也顯著高于無輔助熱水處理。普遍認為抗氧化劑清除DPPH自由基是由于它們的供氫能力，而分子量較大且具有較小分支的多糖結構具有較強的供氫能力[41]。

注：不同字母α、β和γ表示差異顯著（P<0.05），相同字母則表示差異不顯著（P>0.05）。

3 結 論

通過比較亞臨界水和常用的超聲和微波輔助提取條件下甘薯皮SDF的提取率，確定亞臨界水提取為甘薯皮SDF的最適提取方法，即料液比1:30、溫度120 ℃、時間30 min，SDF得率為10.43%，其中料液比是影響SDF得率的主要因素。

亞臨界水提取法中SDF的葡萄糖吸附能力（4.79 mmol/g）、羥基自由基清除能力（54.28%）和DPPH自由基清除能力（69.28%）均高于無輔助熱水、超聲和微波輔助提取法的SDF；TDF的吸水膨脹性（7.89 mL/g）、持油性（4.74 g/g）和峰值黏度（27.18 mPa/s）顯著高于其他方法所提取的TDF，同時亞臨界水提取法SDF/TDF值（42.26%）也最高。

亞臨界水法提取法無污染、效率高，具有一定的應用推廣前景。此外，不同提取方法所得甘薯皮SDF和TDF的特性差異較大，可能與其中多糖物質的種類差異有關，后期可通過分析不同提取條件下甘薯皮粉微結構變化、SDF分子量和結構特征差異，探究甘薯皮SDF功能特性與其微觀結構特征的相關性，為進一步提高甘薯皮利用率和附加值提供參考。

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Increasing yield of soluble dietary fiber from sweet potato peel by using subcritical water extraction

Meng Xianghe1, Dai Jianbo1, Cao Yan2, Chen Jianbing2, Xia Qile2, Wu Weicheng2※

(1310014,; 2310021,)

Sweet potato is an important economic crop growing in mountainous area of Zhejiang Province. Sweet potato was processed into traditional vermicelli and starch products, and dried sweet potato becomes more and more popular in recent years. Sweet potato peels is one of the main by-products during dried sweet potato processing, and it accounts for 20%－30% of the total fresh material. Only a small amount of sweet potato peels is used as animal feed because of low protein content, and the majority is dumped in the trash, leading to environmental pollution and waste of resources which restricts the sustainable development of the sweet potato industry chain. Therefore, improving the utilization rate of sweet potato peels is an urgent problem. Dietary fiber is known as the seventh nutrient with the characteristics of fermentability, water and oil retention, promoting gastrointestinal motility and lowering blood cholesterol. On the other hand, subcritical water extraction has the advantages of high efficiency, environmental protection and convenient operation as an emerging physical extraction method. In order to utilize sweet potato peels effectively, soluble dietary fiber (SDF) was extracted from sweet potato (Zheshu 13) peels by subcritical water. Effect of solid-liquid ratio, extraction temperature and extraction time on SDF yield was investigated, and orthogonal application was used to optimize the extraction conditions of SDF from sweet potato peels based on the individual factor experiment. The physicochemical properties of SDF and total dietary fiber (TDF) were evaluated by water holding capacity, swelling capacity, oil holding capacity, peak viscosity and glucose adsorption capacity. The functional properties of sweet potato peels SDF and TDF were evaluated by hydroxyl radical scavenging rate and DPPH radical scavenging activity. Meanwhile, the extraction yield and all the above properties of SDF and TDF extracted by subcritical water were compared with those under other extraction conditions (hot water extraction, ultrasonic-assisted extraction and microwave-assisted extraction). The results showed that the influence of subcritical water extraction factors on SDF yield was in the order of solid-liquid ratio>extraction time>extraction temperature, and SDF yield reached to 10.43% under the optimal extraction condition (the solid-liquid ratio 1:30, 120 ℃, 30 min), which was 769.17%, 27.04% and 34.75% higher than that in the cases of unassisted hot water extraction, ultrasonic-assisted extraction and microwave-assisted extraction respectively. The ratio of SDF in TDF (SDF/TDF) reflects the quality of TDF and it was the highest when subcritical water extraction was adopted (42.26%), which was 665.58%, 14.43% and 19.24% higher than that in the cases of unassisted hot water extraction, ultrasonic-assisted extraction and microwave-assisted extraction. The glucose adsorption capacity (4.79 mmol/g), hydroxyl radical scavenging capacity (54.28%) and DPPH free radical scavenging capacity (69.28%) of SDF extracted by subcritical water were higher than that extracted by unassisted hot water, ultrasonic-assisted extraction and microwave assisted-extraction. The swelling capacity (7.89 mL/g), oil holding (4.74 g/g) and peak viscosity (27.18 mPa/s) of TDF extracted by subcritical water were significantly higher than those under the other extraction conditions. However, there was no significant difference in the swelling capacity and the peak viscosity for SDF extracted by different methods. The results of this study will provide a theoretical basis for effective utilization of byproduct during sweet potato processing, and it will be a reference for further research on subcritical water in the field of dietary fiber extraction.

fiber; residues; extraction; sweet potato peels; subcritical water extraction; physicochemical properties; functional properties

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Meng Xianghe, Dai Jianbo, Cao Yan, Chen Jianbing, Xia Qile, Wu Weicheng. Increasing yield of soluble dietary fiber from sweet potato peel by using subcritical water extraction[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(20): 303－310. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.037 http://www.tcsae.org

2019-05-11

2019-09-26

浙江省基礎公益研究計劃項目（LGN18C200030）；浙江省農業科學院地方科技合作項目（LS2017012）

孟祥河，教授，博士，博士生導師，主要從事植物蛋白工程與營養功能因子研究。Email：mengxh@zjut.edu.cn

吳衛成，副研究員，主要從事農副產品綜合利用研究。Email：wu_wc@sina.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.20.037

TS215

A

1002-6819(2019)-20-0303-08