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双螺杆挤压对绿豆皮中膳食纤维的改性研究
杜 冰，黄守耀，姜龙波，谢蓝华，杨公明*
(华南农业大学食品学院，广东广州 510642)
摘 要:绿豆皮是以绿豆为主要原料的食品加工厂的废弃物，富含膳食纤维，因其质构特殊、硬度高、口感差，所以加工利
用率低。本研究利用双螺杆挤压机对绿豆皮进行挤压膨化处理，比较了挤压前后可溶性膳食纤维的含量变化，发现挤压
改性后，可溶性膳食纤维的含量明显提高，在单因素实验的基础上，进行正交实验设计，优化绿豆皮中膳食纤维改性的工
艺条件，并对挤压前后绿豆皮的结晶度进行了比较。结果表明:双螺杆挤压改性绿豆皮中膳食纤维的最佳工艺条件为挤
压温度 135～140℃，物料含水量 17%，螺杆转速 196r /min，供料速度 831g /min。在此最佳条件下，可溶性膳食纤维的含量
为 8.5%，在挤压原料 3.8%的基础上，提高了 4.7%。由 X－衍射分析得出挤压对绿豆皮的纤维素结晶性破坏较为明显，结
晶度有较大降低，降低了 8.7%，使绿豆皮的致密结构遭到破坏，易于粉碎，有效地提高了可溶性膳食纤维含量。
关键词:双螺杆挤压，绿豆皮，膳食纤维，改性
Study on modified dietary fiber
of mungbean hull by twin－screw extrusion
DU Bing，HUANG Shou－yao，JIANG Long－bo，XIE Lan－hua，YANG Gong－ming*
(College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China)
Abstract:Mungbean hull which the waste materials of food industrial process of the mungbean，is rich in dietary
fiber.Because of tough texture and poor palate of mungbean hull，the degree of process and utilization is low.In the
study，compared content of the soluble dietary fiber(SDF)before and after extruded by twin－screw and the results
showed that the content of SDF was increased after extrusion. Based on the single factor experiments，the
orthogonal test was used to make sure the optimizing conditions of twin－screw extrusion for modifying the dietary
fiber of the mungbean hull.The crystallinity of mungbean hull was also compared before and after extrusion.The
results indicated that the optimum conditions of twin － screw extrusion process were determined as follows:
temperature 135～140℃，moisture content 17%，screw speed 196r /min，and feeding rate 831g /min.Under these
conditions，the contain of SDF was 8.5% which was improved by 4.7% compared with the before extrusion that the
SDF was 3.8% . From the X － ray diffraction analysis results，the crystallinity of mughbean hull was obviously
destroyed by the extrusion and it reduced by 8.7% compared with the raw materials.By extruding，the compact
structure of mungbean hull was damaged which led to easily crush and effectively improve the content of SDF.
Key words:twin－scew extrusion;mungbean hull;dietary fiber;modification
中图分类号:TS210.1 文献标识码:A 文 章 编 号:1002－0306(2012)10－0170－05
收稿日期:2011－08－30 * 通讯联系人
作者简介:杜冰(1973 －) ，男，博士，副教授，研究方向:食品加工与
保藏。
绿豆含有丰富的营养物质，其中绿豆皮就含有
很多活性成分，如膳食纤维、鞣质、香豆素、生物碱、
植物甾醇、皂甙和黄酮类化合物等［1－2］。绿豆皮占绿
豆总重量的 7% ～10%，其主要的组成成分是膳食纤
维，约占 50% ～60%，是补充膳食纤维良好的来源［3］。
膳食纤维(dietary fibre)是人体所必需的食物营养
素，是指一类膳食中不易被人体消化吸收的多糖类
碳水化合物与木质素的总称［4］，分为可溶性膳食纤维
(SDF)和不溶性膳食纤维(IDF)。天然来源的膳食
纤维中大多数的为水不溶性膳食纤维，水溶性膳食
纤维含量较低，可溶性膳食纤维在许多方面具有比
不溶性膳食纤维更强的生理功能，可以防止胆结石
和排除有害金属离子，防止糖尿病，降低血清及肝脏
胆固醇，防止高血压及心脏病等，而且有利于人体的
消化吸收［5］。膳食纤维的改性方法主要有物理方法
(超微粉碎技术［6］、挤压蒸煮技术［7］、瞬时高压技
术［8］、冷冻粉碎技术［9］等)、化学方法(酸法、碱法)和
生物技术方法(酶法［10］、发酵法［11］)。挤压改性技术
在提高膳食纤维的可溶性、改善其口感等方面具有
其他加工方法所无法比拟的优越性，使纤维物料被
彻底的微粒化，改善了纤维物料的口感;同时，促使
连接纤维分子的化学键断裂，发生分子裂解及分子
极性变化，从而导致纤维素分子经挤压作用后，增加
了与水分子的接触面积及亲水性，促使水不溶性膳
食纤维向水溶性膳食纤维转化［12－13］。绿豆皮资源丰
富，但其质构特殊、硬度高、口感差，所以加工利用率
低。因此，合理开发绿豆皮中的纤维素，对绿豆皮进
行有效利用具有重要的意义。本实验采用双螺杆挤
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2012.10.063
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压技术，对绿豆皮进行挤压改性处理，破坏了绿豆皮
的致密结构，使其易于粉碎，并且提高其可溶性膳食
纤维含量，为进一步开发利用绿豆皮提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
绿豆皮 咀香园健康食品(中山)有限公司;无
水乙醇、硼酸钠 分析纯，天津市福宇精细化工有限
公司;丙酮、醋酸钠、2－乙氧基乙醇 分析纯，天津市
大茂化学试剂厂;十二烷基硫酸钠 分析纯，国药集
团化学试剂有限公司;醋酸 分析纯，广州市东红化
工厂;乙二胺四乙酸二钠 分析纯，天津市化学试剂
一厂;，无水磷酸氢二钠 分析纯，天津市福晨化学
试剂厂;耐热型 α－淀粉酶 分析纯，Sigma 公司;糖
化酶、蛋白酶 分析纯，Novo公司。
SPJ－40 型双螺杆挤出机 陕西得爱食品科技有
限公司;SHZ－Ⅲ循环水真空抽滤机 上海亚荣生生
化仪器厂;KD－8D 型马弗炉、电热恒温水浴槽、DGG
－9070B型电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪
器有限公司;D /max－ⅢA 型全自动 X 衍射仪 日本
理学公司。
1.2 实验方法
1.2.1 工艺流程 绿豆皮→粗粉碎→配料(绿豆皮与绿豆
粉按 10∶2 的比例混合)→调节水分→挤压喷爆→粉碎→过筛
→绿豆皮膳食纤维粉
1.2.2 实验方法
1.2.2.1 绿豆皮成分测定 称取一定量绿豆皮，分别
测定其蛋白质、淀粉、脂肪、灰分、可溶性膳食纤维、
不溶性膳食纤维的含量。
1.2.2.2 单因素实验 分别考察不同挤压温度、螺杆
转速、物料水分、供料速度对绿豆皮 SDF 含量的
影响。
1.2.2.3 正交实验 在单因素实验基础上，以挤压温
度、螺杆转速、物料水分、供料速度为优化实验因素，
以 SDF含量为考察指标，设计四因素三水平正交实
验，确定最佳挤压条件。
表 1 L9(3
4)正交实验设计表
Table 1 Orthogonal experiment design table on L9(3
4)
水平
因素
A挤压温度
(℃)
B物料水分
(%)
C螺杆转速
(r /min)
D供料速度
(g /min)
1 125～130 15 179 692
2 130～135 17 196 831
3 135～140 19 214 970
1.2.2.4 挤压前后绿豆皮 X－衍射分析 对挤压前后
绿豆皮的结晶度进行比较。
1.3 指标测定
1.3.1 可溶性膳食纤维(SDF)的测定 称取 0.5g 样
品两份，分别放在 50mL 带磨口塞的试管中，加入
20mL水和 2mL 2mol /L 的醋酸盐缓冲液，混匀后在
120℃1.3 × 105Pa 条件下加热处理 60min，注意不要
将磨口塞子塞得过紧以防爆破。加入 100μL 耐热型
α－淀粉酶(含 1000U) ，塞紧塞子置于沸水浴中保持
30min。经多孔坩埚过滤分离出可溶性膳食纤维，用
烧瓶接住滤液。用 10mL 热水冲洗试管倒入过滤坩
埚，清除去掉不溶性滤渣，用 5mL 热水冲洗坩埚。往
滤液中顺序加入:a.4mL 2.0mol /L 醋酸钠，搅匀(pH
=5.2) ;b.50μL 糖化酶(含 6000U) ，塞紧瓶塞，置于
60℃水浴上保持 30min;c.20μL 蛋白酶(含 4000U) ，
混匀于 60℃水浴保持 30min。向烧瓶中添加 4 倍体
积的无水乙醇(165mL) ，混匀后塞紧瓶塞，静置
60min促使沉淀生成。用中孔坩埚过滤并添加些玻
璃棉作助滤剂，使用 20mL 80%乙醇液冲洗沉淀两
次，后经 20mL丙酮清洗一次。置于 105℃烘箱中过
夜，取出放入干燥器内冷至室温，称重得W3，525℃灰
化 4h后再次称重得W4。同时备一试剂作空白实验。
可溶性膳食纤维含量(%)
=
W3－W4－空白值
样品质量
× 100%
式中:空白值 =坩埚质量 +空白对照残渣质量－
灰化后坩埚质量。
1.3.2 不溶性膳食纤维(IDF)的测定 称取 0.5g 样
品两份，分别置于 600mL高腰烧杯中，加入 100mL中
性洗涤剂溶液。加热 5～10min 达到沸腾后，缓慢加
热保持溶液处于回流状态 60min。通过多孔坩埚进
行过滤，并用不少于 100mL 的 95～100℃热水冲洗。
添加 10mL冷 α－淀粉酶液和 15mL 95～100℃热水，
保持 5min后吸滤去掉酶液，并用热水冲洗。再次加
入 15mL 95～100℃热水和 10mL 冷 α－淀粉酶液，在
55℃水浴上保持 1h。通过多孔坩埚进行吸滤，并用
不少于 100mL的热水冲洗滤渣，最后用 20mL丙酮冲
洗两次。在 105℃烘箱中干燥过夜，取出置于干燥器
内冷却至室温，称重得 Wl。再在 525℃马弗炉中灰
化 4h，冷却后称重得 W2。
不溶性膳食纤维(%)=
W1－W2
样品质量
× 100%
1.3.3 其它成分测定 蛋白质测定:参照 GB5009.5－
2003;淀粉测定:GB /T 5009.9－2003;灰分测定:参照
GB /T5009.4－2003;脂肪测定:GB /T 5009.6－2003。
1.3.4 XRD 衍射图谱 采用日本理学 D /Max－Ⅲ A
型 X－射线衍射仪进行分析，具体测定条件:Cu靶，管
压 40kV，管流 40mA，入射波长 1.5418，发射狭缝和
散射狭缝选 1°，受光狭缝 0.3mm，测角范围 4°～60°，
扫描速度 10° /min，积分时间 0.2s，石墨滤波片，温度
20℃，湿度 70%。假设有一个两相结构(无定型―结
晶) ，衍射强度最小值之间有一条线可以分离出一个
主观的结晶相和无定型相［14］。
纤维的结晶度 α(%)=结晶区样品含量 /(结晶
区样品含量 +非结晶区样品含量)× 100%
2 结果与分析
2.1 纯绿豆皮及挤压原料(绿豆皮∶绿豆粉 =10∶2)
基本成分分析
由表 2 可以看出，绿豆皮中除了一部分蛋白质、
少量的灰分和极少量的脂肪外，富含有大量的膳食
纤维，是很好的天然膳食纤维来源，其中不溶性的膳
食纤维含量较高，可溶性的膳食纤维含量相对较低。
为了便于挤压，按绿豆皮 ∶绿豆粉 = 10 ∶2 的比例，向
172
绿豆皮中添加绿豆粉作为膨化助剂，混合均匀作为
挤压原料。对挤压原料成分进行分析，由表 2 可知，
膳食纤维的含量仍然占大部分，其含量由于绿豆粉
的加入，相对于绿豆皮中的要少。
表 2 基本成分(干基，%)
Table 2 Basic component(dry basis，%)
品名 淀粉 蛋白质 脂肪 灰分 IDF SDF
绿豆皮 － 11.56 0.31 2.93 75.4 4.7
挤压原料 10.32 14.90 0.41 3.15 61.8 3.8
2.2 不同挤压温度对绿豆皮可溶性膳食纤维含量的
影响
温度是影响挤压效果的一个重要因素，在挤压
机筒内，纤维物料温度急剧上升，加之受到强烈的剪
切和挤压作用，导致原料中的纤维高聚物糖苷键发
生断裂，进而使得挤压后产品中 SDF 含量较未挤压
前提高。由图 1 可以看出，在 105～145℃范围内，随
着挤压温度的提高，绿豆皮中可溶性膳食纤维含量
呈逐步上升趋势，当温度超过 135℃时，可溶性膳食
纤维含量随温度变化趋势趋于平缓。
图 1 挤压温度对 SDF含量的影响
Fig.1 The influence of extrusion temperature
on the content of SDF
2.3 螺杆转速对绿豆皮可溶性膳食纤维含量的影响
由图 2 可以看出，当螺杆转速低于 196r /min 时，
随着螺杆转速的增大，挤压绿豆皮中可溶性膳食纤
维的含量呈上升趋势;当螺杆转速大于 196r /min 时，
随着螺杆转速的增大，挤压绿豆皮中可溶性膳食纤
维的含量呈下降趋势;在螺杆转速为 196r /min 时，可
溶性膳食纤维含量最大为 6.3%。这可能是由于在较
低的螺杆转速范围内，随着螺杆转速的增大，物料在螺
杆内受到的剪切力增大，有利于大分子的降解，从而使
得产品中 SDF 含量提高;当转速超过一定范围，较高
时，物料在机筒内停留的时间缩短，纤维高聚物的糖苷
键还未来得及断裂，就被挤压出来，使产品中 SDF 含
量下降。该结论与董海洲等人［15］结论相同。
2.4 物料水分含量对绿豆皮可溶性膳食纤维含量的
影响
物料中的水分，在挤压过程中起两个作用，一方
面，可以调节物料的湿润程度，有利于物料输送和挤
压;另一方面，可以控制机腔内挤压和剪切力的大
小［16］。由图 3 可以看出，绿豆皮可溶性膳食纤维含量
随着物料水分含量的变化呈先上升后下降的趋势，
在物料含水量为 17%时，达到最大。这是因为挤压
过程中物料水分含量较低时，无法达到挤压温度下
图 2 螺杆转速对 SDF含量的影响
Fig.2 The influence of screw speed on the content of SDF
的饱和蒸汽压，使水分在挤出机套筒内沸腾蒸发，当物
料挤出时，水分急剧蒸发的效果不明显，挤压产品无法
充分膨胀，使得 SDF的含量增加少［17］。当物料的水分
含量较大时，物料中的水分起到了润滑剂的作用，物料
在机腔内受到的挤压和剪切作用力就小，纤维高聚物
就不易发生断裂，因而挤压产品 SDF含量低［18］。
图 3 物料水分对 SDF含量的影响
Fig.3 The influence of moisture content
on the content of SDF
2.5 供料速度对绿豆皮可溶性膳食纤维含量的影响
由图 4 可以看出，起初随着供料速度的增大，挤
压绿豆皮中可溶性膳食纤维含量呈上升趋势，当供
料速度达到 831g /min 时，可溶性膳食纤维的含量达
到最大，随后供料速度继续增大，挤压绿豆皮中可溶
性膳食纤维含量则呈下降趋势。这可能是由于当供
料速度较低时，物料在机筒内受到的剪切作用比较
小，纤维高聚物的降解程度较低，SDF 增加较少;当
供料速度较高时，由于物料的推动作用，物料在挤压
机筒内停留时间相对缩短，受到螺杆挤压剪切时间
缩短，纤维高聚物的降解程度反而下降，导致 SDF 含
量减少。
图 4 供料速度对 SDF含量的影响
Fig.4 The influence of feeding speed
on the content of SDF
2.6 正交实验结果与分析
173
正交实验结果见表 3，双螺杆挤压工艺各因素对
挤压绿豆皮中 SDF 含量影响的主次顺序为:物料水
分(B)＞挤压温度(A)＞螺杆转速(C)＞供料速度
(D) ，最佳的挤压工艺条件为:A3B2C2D2，即:挤压温度
135～140℃，物料含水量 17%，螺杆转速 196r /min，供
料速度 831g /min。在此条件下对绿豆皮进行挤压，
得到的挤压产品 SDF含量为 8.5%，在原料 SDF含量
3.8%基础上，提高了 4.7%。可见，通过双螺杆挤压
工艺，能够有效地提高绿豆皮中可溶性膳食纤维的
含量。
表 3 正交实验结果与极差分析表
Table 3 Results of orthogonal experiments and range analysis
实验号 A B C D
SDF含量
(%)
1 1 1 1 1 6.0
2 1 2 2 2 6.6
3 1 3 3 3 4.6
4 2 1 2 3 7.0
5 2 2 3 1 7.2
6 2 3 1 2 5.2
7 3 1 3 2 7.9
8 3 2 1 3 8.0
9 3 3 2 1 6.2
k1 5.733 6.967 6.400 6.467
k2 6.467 7.267 6.600 6.567
k3 7.367 5.333 6.567 6.533
R 1.634 1.934 0.200 0.100
由表 4 可以看出，挤压温度和物料水分对绿豆
皮中 SDF 含量影响极显著，螺杆转速对绿豆皮中
SDF含量影响显著，供料速度影响不显著。
表 4 正交实验方差分析表
Table 4 Variance analysis of orthogonal experiments
变异来源 SS df MS F值 显著性
A 8.031 2 4.061 361.400 ＊＊
B 12.991 2 6.496 584.600 ＊＊
C 0.138 2 0.069 6.200 *
D 0.031 2 0.016 1.400
误差 0.100 9 0.011
注:F0. 05(2，9)= 4.26;F0. 01(2，9)= 8.02;* 、＊＊分别表示差
异达 0.05、0.01 显著水平。
2.7 挤压前后绿豆皮 X－衍射分析
结晶度定义为结晶部分质量与总的试样质量之
比的百分数。非晶纤维素类物质是由有序的结晶纤维
素区、无序的纤维素和半纤维素区组成的，高度有序的
纤维素区具有结晶性。对挤压前后的绿豆皮作 X－射
线衍射分析，结果如图 5、图 6 所示。由此可以看出，
挤压对绿豆皮的纤维素结晶性破坏较为明显，结晶度
有较大辐度降低，从 46.3%降至 37.6%，降低了 8.7%。
3 结论
双螺杆挤压对绿豆皮膳食纤维的改性工艺中各
因素的影响大小依次为:物料水分 ＞挤压温度 ＞螺
杆转速 ＞供料速度，通过正交实验，确定其最佳挤压
工艺为:挤压温度 135～140℃，物料含水量 17%，螺
杆转速 196r /min，供料速度 831g /min。在此最佳条
件下进行挤压，得到的挤压产品中可溶性膳食纤维
图 5 未挤压绿豆皮 X－衍射图
Fig.5 X－ray diffraction graph
of no treatment mung bean hull
图 6 挤压绿豆皮 X－衍射图
Fig.6 X－ray diffraction graph
of extrusion mung bean hull
的含量为 8.5%，在挤压原料的 3.8%基础上，提高了
4.7%。由此可见，螺杆挤压技术在改性绿豆皮膳食
纤维方面具有操作简单、时间短、效率高等优点，是
开发利用绿豆皮资源较好的方法。
参考文献
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(下转第 176 页)
176
验结果进行线性回归，IC50值与总黄酮含量符合一元
一次方程模型，芦花:y = 16.9306 + 22.3727x，R2 =
0.9536，P ＜ 0.0001;芦茎:y = 6.71189 + 18.2911x，R2 =
0.99721，P ＜ 0.0001;芦叶:y = 12.2406 + 21.5444x，R2
= 0.9664，P ＜ 0.0001;芦根:y = 11.0402 + 13.0127x，R2
= 0.9049，P ＜ 0.001;VC:y = 24.0219 + 20.7109x，R
2 =
0.9511，P ＜ 0.0001;由 IC50值确定清除 DPPH·能力分
别为:VC (1.25mg /mL) ＞ 花 (1.48mg /mL) ＞ 叶
(1.75mg /mL)＞ 茎(2.37mg /mL)＞ 根(超出测定范
围)。
2.5 芦苇不同部位总抗氧化能力的测定
按 1.2.6 试剂盒说明书进行实验，测定芦苇不同
部位提取液总抗氧化能力。结果见图 4。
图 4 芦苇不同部位提取物总抗氧化能力
Fig.4 Total antioxidant capacity of different parts extracts
由图 4 可看出，不同部位提取液有不同程度的
总抗氧化能力，总抗氧化能力与黄酮质量浓度呈正
相关。从图 4 又可看出芦叶提取物总抗氧化能力稍
强于 VC，芦茎的总抗氧化能力最弱。当黄酮质量浓
度大于 1.3mg /mL时，叶、花、茎总抗氧化能力变化平
缓，而根继续提升。在测定范围内，花、叶、根线性关
系较好，在 P ＜0.0001时，相关系数均≥0.9535，根据方
程计算，当总抗氧化能力为 5U/mL时所需黄酮质量浓
度分别为:芦叶 0.77mg /mL、VC 0.83mg /mL 、芦花
0.86mg /mL、芦根 1.22mg /mL，由此，可确定总抗氧化能
力为:芦叶 ＞VC ＞芦花 ＞芦根 ＞芦茎(超出测定范围)。
3 结论
本文采用四种体外抗氧化实验模型研究了芦苇
不同部位提取物的抗氧化能力，利用生化试剂盒对
羟自由基、超氧阴离子自由基、总抗氧化能力进行了
测定，同时又考察了 DPPH 自由基清除能力。实验
结果表明，黄酮含量为:芦叶 9.13mg /g ＞ 芦花
8.25mg /g ＞芦根 3.43mg /g ＞芦茎 3.32mg /g。芦苇不
同部位提取物有不同程度的抗氧化能力，在实验测
定浓度范围内，总抗氧化能力和清除自由基能力与
提取液浓度成正相关。对·OH清除能力为:VC ＞芦
叶 ＞芦花 ＞芦根 ＞芦茎;对 O －2 ·清除能力为:VC ＞
芦花 ＞芦叶 ＞芦根 ＞芦茎;对 DPPH·清除能力分别
为:VC ＞芦花 ＞ 芦叶 ＞ 芦茎 ＞ 芦根;总抗氧化能力
为:芦叶 ＞ VC ＞芦花 ＞芦根 ＞芦茎。当质量浓度为
3.5mg /mL时，芦花清除各自由基能力:清除 DPPH·
能力 ＞清除·OH 能力 ＞清除 O －2 ·能力;芦茎清除
各自由基能力:清除 DPPH·能力 ＞清除·OH 能力
＞ O －2 ·能力;芦叶清除各自由基能力:清除·OH 能
力 ＞清除 DPPH·能力 ＞清除 O －2 ·能力，结果与李
瑞光等人研究结果不吻合，原因可能是芦苇产地不
同、提取方法不同造成提取成分有差异;芦根清除各
自由基能力:清除·OH 能力 ＞清除 DPPH·能力 ＞
清除O －2 ·能力。相比之下，芦苇茎抗氧化能力相对
较弱，芦苇各部位清除 O －2 ·能力相对最差。
参考文献
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