全 文 ： 2010, Vol. 31, No. 02 食品科学 ※工艺技术74
花生壳不溶性膳食纤维提取工艺的研究
于丽娜，杨庆利，禹山林 *，毕 洁，张初署
(山东省花生研究所，山东 青岛 266100)
摘 要：为了促进花生加工副产品的高值化利用，以花生壳为原料，应用酸碱结合法制备花生壳不溶性膳食纤维。
通过对碱的质量分数、碱处理温度、碱处理时间、碱用量、酸处理温度、酸处理时间与酸液用量 7 个影响因素
进行单因素及正交试验，获得了花生壳不溶性膳食纤维的最佳工艺条件。结果表明，3g花生壳粉在碱的质量分数
4%的碱液 60mL、恒温水浴 40℃条件下处理 30min、然后用 60mL酸液恒温水浴 60℃处理 90min，不溶性膳食纤维
的提取率为 86.44%，纯度为 91.13%，综合得分为 88.01。
关键词：花生壳；不溶性膳食纤维；提取
Extraction of Water Insoluble Dietary Fiber from Peanut Hull
YU Li-na，YANG Qing-li，YU Shan-lin*，BI Jie，ZHANG Chu-shu
(Shandong Peanut Research Institute, Qingdao 266100, China)
Abstract ：In order to propel the value-added utilization of peanut hull as a byproduct of peanut processing, the optimal extraction
technology of water insoluble dietary fiber (IDF) from the material based on sequential treatment with alkaline followed by acid
was investigated using single factor method combined with orthogonal array design. Results showed that the optimal technologi-
cal process for extracting IDF from powdered peanut hull with particle size below 50 mesh were based on 30 min hot water bath
(40 ℃) treatment of a mixture consisting of 60 mL of 4% aqueous NaOH solution and 3 g of raw material followed by 90 min
hot water bath (60 ℃) treatment of a mixture composed of 60 mL of 0.01 mol/L HCl and the residue left after alkaline treatment.
The target product with an extraction yield of 86.44%, purity of 91.13% and their weighed score (weight ratio 2:1) of 88.01 was
obtained using this optimal process.
Key words：peanut hull；water insoluble dietary fiber；extraction
中图分类号：TS201.23 文献标识码：A 文章编号：1002-6630(2010)02-0074-05
收稿日期：2009-02-05
基金项目：国家高技术研究发展计划项目(2007AA10Z189；2006AA10A114)；
“十一五”国家科技支撑计划项目(2008BAD97B04)；农业部现代农业产业技术体系专项资金资助项目(nycytx-19)；
农业部公益性行业(农业)科研专项(nyhyzx07-014)
作者简介：于丽娜( 1 9 7 4 —)，女，助理研究员，博士，研究方向为花生功能保健食品的开发与应用。
E-mail：lhtyln0626@yahoo.com.cn
* 通信作者：禹山林( 1 9 5 6 —)，男，研究员，博士，研究方向为花生遗传育种与食品加工。
E-mail：yshanlin1956@163.com
膳食纤维(DF)指的是一些既不能被小肠消化酶分解
也不能被小肠吸收的多糖、木质素等植物性成分[1]。根
据溶解性DF分为两类，一类可溶解在 pH6～7的 100℃
水中，称为可溶性膳食纤维( S D F )，另一类是不可溶
的，称为不溶性膳食纤维( IDF)。IDF 能增加饱腹感，
并有助于肠蠕动，可作为疏通便秘、化解结石、减轻
体重、防治肠癌的功能性食品；而 SD F能减少血浆中
低密度脂蛋白胆固醇的含量，促进肠道中益生菌群生长
繁殖，可作为预防、减轻症状、辅助治疗心血管等疾
病的功能性食品。经研究，许多慢性病如心血管疾病、
肥胖症、高血压、高血脂、Ⅱ型糖尿病和一些癌症等
的发病与 DF摄入量太少有关[2 ]。因此，营养学家们将
膳食纤维称为继水分、蛋白质、脂肪、碳水化合物、
微量元素、维生素之后的“人类第七大营养素”[ 3 ]。
花生是我国广泛种植的农作物，年产量 1450万吨
以上。在花生的加工过程中，每年产生花生壳约 450万
吨[ 4]，其中大部分被当作废弃物或燃料，仅有少量被加
工成饲料或用于化工原料，价格低廉，资源利用率很
75※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 02
低。花生壳最大的组成成分是粗纤维，含量 65 .7%～
79.3%，其他营养成分包括粗蛋白 4.8%～7.2%、粗脂
肪 1.2%～1.8%、淀粉 0.7%等[5]。由此可见，花生壳富
含膳食纤维成分，故以花生壳为原料制备膳食纤维的研
究具有重要的实用价值，它可以改善人们饮食习惯中膳
食纤维不足的缺陷。本实验探讨酸碱结合法提取花生壳
IDF的工艺条件，旨在促进花生加工副产品的高值化利
用，将 IDF作为单独服用的功能保健品或乳品、饮品、
食品的添加剂，增加花生产业的经济效益和社会效益。
1 材料与方法
1.1 原料与试剂
花生壳：山东省花生研究所自产，洗净、烘干、
粉碎后过 50 目筛。
氢氧化钠、盐酸、十二烷基硫酸钠、乙二醇、乙
二胺四乙酸二钠、四硼酸钠、磷酸氢二钠、磷酸、无
水亚硫酸钠、萘烷、丙酮、冰乙酸(均为分析纯) 天
津市广成化学试剂有限公司；α-淀粉酶(酶活性不低于
4000U/mg) 北京索莱宝科技有限公司。
1.2 仪器与设备
电子分析天平 上海精密科学仪器有限公司；鼓风
干燥箱 上海赛欧试验设备有限公司；植物粉碎机 天
津市泰斯特仪器有限公司；恒温水浴振荡器 金坛市杰
瑞尔电器有限公司；可调式万用电炉 上海锦凯科学仪
器有限公司；冷凝器 北京市六一仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 提取方法与工艺流程
提取方法：花生壳中 ID F 采用酸碱结合法提取，
提取剂为氢氧化钠溶液和 0.01mol/L盐酸。挑选无虫、
无霉烂的花生壳，用流水清洗干净，在鼓风干燥箱中
80℃干燥 3h。干燥后的花生壳用植物粉碎机粉碎，粉
碎物过 50目筛，收集筛下物提取 SDF[6-7]。提取 SDF后
的花生壳粉经洗涤干燥粉碎后作为提取 IDF的原料。原
料与碱提取液以一定比例混合均匀，恒温水浴振荡一定
时间，抽滤除去碱液，用蒸馏水洗涤反应物直到中性。
反应物再与酸提取液以一定比例混合均匀，恒温水浴振
荡一定时间，抽滤除去酸液，用蒸馏水洗涤反应物直
到中性。反应物经真空干燥得到 I D F 产品。
工艺流程：花生壳→清洗→干燥→粉碎→过筛→提
取 SDF→干燥粉碎→碱液提取→抽滤洗涤→酸液提取→
抽滤洗涤→干燥→ IDF产品。
1.3.2 单因素及正交试验设计
花生壳的 IDF提取工艺实验中，碱的质量分数和用
量、碱液提取时的温度和提取所用时间的长短、酸液
用量、酸液提取时的温度和提取所用时间的长短都会影
响 IDF的提取率和纯度。因此，本研究选取 7个关键因
素——碱的质量分数、碱处理温度、碱处理时间、碱
用量、酸处理温度、酸处理时间与酸用量进行单因素
及正交试验，以 ID F 提取率、纯度和综合得分为评价
指标，确定最佳工艺参数。
1.3.3 评价指标综合得分的确定
评价指标综合得分由提取率和纯度两项评价指标的
结果所组成，采取 100分制[ 8]。考虑它们的重要程度，
取权重比为提取率:纯度 =2:1。
提取率×2＋纯度
综合得分＝—————————× 100

3
产品质量
式中：提取率 /% ＝—————× 100，

原料质量

产品所含IDF质量
纯度 /%＝—————————× 100。

产品质量
1.3.4 产品中 IDF检测方法
产品中 IDF的测定方法采用中性洗涤剂法[9]。准确
称取试样 0.2000～0.2500g置于锥形瓶中。在装有样品的
锥形瓶中加蒸馏水 45mL，加热至沸后，置于 100℃水
浴中加热 20min。冷至室温后，加入质量分数为 5%淀
粉酶溶液 5mL，摇匀后置于 50℃恒温水浴振荡器中保温
90min。依次向锥形瓶中加入 100mL 中性洗涤剂，2mL
萘烷和 0.5g无水亚硫酸钠，瓶口装上冷凝管，加热锥
形瓶，使之在 5～10min内沸腾，从微沸时开始计时，
准确微沸 1h。把洁净的砂芯漏斗放在 110℃烘箱内干燥
4h后放入干燥器中，冷却后称其质量，直至质量恒定。
将锥形瓶内全部内容物移入漏斗中，抽滤至干，用不
少于 300mL的沸水分 3～5次洗涤残渣。用橡皮塞子塞住
漏斗的底部，加入 20mL丙酮，10min后，取下底部塞
子，抽滤，再加入 5mL丙酮洗涤，抽干滤器。用 200mL
0.1mol/L HAc 溶液分次洗涤残渣，再用 300mL热水分次
洗涤残渣，抽干滤器。将漏斗于 1 1 0℃烘箱中干燥过
夜，移入干燥器冷至室温，称其质量。则产品中 ID F
的质量分数为：

漏斗和残留物质量－漏斗质量
IDF/%＝ ——————————————×100

试样质量
2 结果与分析
2.1 单因素试验
2.1.1 碱的质量分数对 IDF提取的影响
3g原料中分别加入碱的质量分数为 2%、4%、6%、
2010, Vol. 31, No. 02 食品科学 ※工艺技术76
8%、10%、12% 的碱液 60mL，在 40℃恒温水浴中
振荡 6 0 m i n，抽滤除去碱液并洗涤至中性后，加入
60mL酸液，在处理温度为 60℃、处理时间为 90min
的条件下，研究碱的质量分数对 IDF提取的影响，结
果见图 1。
碱的质量分数影响 IDF的提取率，因为碱液能够去
除花生壳的蛋白质、黄酮类、色素类等碱溶性物质。
由图 1可知，随着碱的质量分数的升高提取率呈下降的
趋势。碱的质量分数越大，花生壳中碱溶性物质去除的
越多。当碱的质量分数大于 10% 时，花生壳中的纤维
素也会与碱液发生反应生成碱纤维素[10]，不但破坏了纤
维素的结构，还会使提取率进一步下降。纯度随着碱的
质量分数的升高而升高。在碱的质量分数较大的反应过
程中，花生壳中碱溶性物质被去除的多，所以表现为纯
度高。碱的质量分数为 6%时的综合得分最高，则选取
4%～8%碱的质量分数范围作为正交试验水平。
2.1.2 碱处理温度对 IDF提取的影响
3g原料中加入碱的质量分数为 6%的碱液 60mL，分
别在 30、40、50、60、70、80℃恒温水浴中振荡 60min，
抽滤除去碱液并洗涤至中性后，加入 60mL酸液，在处
理温度为 60℃，处理时间为 90min的条件下，研究碱
处理温度对 ID F 提取的影响，结果见图 2。
对于提取 ID F 来说，碱液处理温度是一个关键因
素。碱液处理温度过高，则甲基纤维素易形成凝胶在
过滤时被除去，因此，由图 2 可以看出，随着碱液处
理温度的升高提取率下降。但是，在较高的碱液处理
温度时，更多的碱溶性物质溶于碱液，纤维素与半纤
维素之间的氢键也易断裂，使得半纤维素溶解加快[11]，
则随着温度升高纯度在增加。碱液处理温度为 50℃时综
合得分最高，则选取碱液处理温度为 40～60℃范围作为
正交试验水平。
2.1.3 碱处理时间对 IDF提取的影响
3g原料中加入碱的质量分数为 6%的碱液 60mL，在
50℃恒温水浴中分别振荡 30、60、90、1 20、1 50、
180min，抽滤除去碱液并洗涤至中性后，加入 60mL酸
液，在处理温度为 60℃、处理时间为 90min的条件下，
研究碱处理时间对 ID F提取的影响，结果见图 3。
碱处理时间也会影响 IDF的提取率，由图 3可知，
随着碱处理时间的增加提取率下降，这是因为碱液处理
时间越长，碱溶性物质溶出的越多，则表现为提取率
逐渐降低。而纯度随着碱处理时间的增加表现为先增加
后下降的趋势，可能原因是较长的碱处理时间不仅使碱
溶性物质溶解的多，IDF中的一些纤维素物质也会溶解
在碱液中，造成纯度下降，所以碱处理时间不易过长。
在碱处理时间为 90min时综合评分最高，选取30～90min
碱处理时间范围作为正交试验水平。
2.1.4 碱液用量对 IDF提取的影响
3g原料中分别加入碱的质量分数为 6%的碱液 30、
40、5 0、6 0、7 0、8 0m L，在 5 0℃恒温水浴中振荡
60min，抽滤除去碱液并洗涤至中性后，加入 60mL酸
液，在处理温度为 60℃、处理时间为 90min的条件下，
研究碱液用量对 IDF 提取的影响，结果见图 4。
碱液用量对 ID F 提取率的影响比较小，由图 4 可
知，随着碱液用量的增加提取率下降的比较平缓，可
能因为在试验的碱液用量范围内，析出的绝大部分物质
为碱溶性物质，而 ID F 中的纤维素物质析出的少。随
图1 碱的质量分数对IDF提取的影响
Fig.1 Effect of mass fraction of NaOH on IDF extraction
碱的质量分数 /%
2 4 6 8 10 12
95
90
85
80
75
70
提
取
率
/%
纯
度
/%
综
合
得
分
提取率 纯度 综合得分
图2 碱处理温度对IDF提取的影响
Fig.2 Effect of alkaline treatment temperature on IDF extraction
碱处理温度 /℃
30 40 50 60 70 80
95
90
85
80
75
70
65
60
提取率 纯度 综合得分
提
取
率
/%
纯
度
/%
综
合
得
分
图3 碱处理时间对IDF提取的影响
Fig.3 Effect of alkali treatment time on IDF extraction
碱处理时间 /min
30 60 90 120 150 180
95
90
85
80
75
70
提
取
率
/%
纯
度
/%
综
合
得
分
提取率 纯度 综合得分
77※工艺技术 食品科学 2010, Vol. 31, No. 02
着碱液用量增加纯度逐渐上升，这是因为碱液用量大
时，碱溶性物质析出的相对多一些，而 ID F 中的纤维
素物质几乎没有析出，导致纯度高一些。此外，由图
4还可以看出，各个碱液用量对 IDF提取的影响的综合
得分差别不大，考虑原料与碱液用量的比例，在其他
试验中采用 60mL作为碱液用量，此因素不带入正交试
验中。
2.1.5 酸处理温度对 IDF提取的影响
3g原料中加入碱的质量分数为 6%的碱液 60mL，在
50℃恒温水浴中振荡 60min，抽滤除去碱液并洗涤至中
性后，加入 6 0 m L 酸液，分别在 3 0、4 0、5 0、6 0、
70、80℃处理 90min，研究酸处理温度对 IDF提取的影
响，结果见图 5 。
酸处理温度同样会影响 IDF的提取，酸液能够去除
花生壳粉中的淀粉等物质。由图 5可知，随着酸处理温
度的升高，提取率先下降后升高，这是因为酸液温度
在 30～60℃范围内，温度越高淀粉溶解的越多，则提
取率相对越小，这与此温度范围内的纯度随着温度增加
而升高相一致。当酸处理温度高于 60℃时，IDF中的一
些纤维素等物质的结构有可能在酸液中被破坏，导致纯度
有所下降。酸处理温度为 80℃时综合评分最高，考虑到
酸液温度高会破坏膳食纤维结构，且50℃时的 IDF纯度最
大，则选择 50～70℃酸处理温度作为正交试验水平。
2.1.6 酸处理时间对 IDF提取的影响
3g原料中加入碱的质量分数为 6%的碱液 60mL，在
50℃恒温水浴中振荡 60min，抽滤除去碱液并洗涤至中
性后，加入 60mL酸液，在 60℃温度分别处理 30、60、
90、120、150、180min，研究酸处理时间对 IDF提取
的影响，结果见图 6。
由图 6可知，随着酸处理时间的增加提取率变化不
大，这是因为花生壳粉中的淀粉含量不多，酸处理时
间对提取率影响小。但是，随着酸处理时间的延长，
淀粉去除的越多，所以纯度有所增加。各个酸处理时
间条件下的综合得分差别不大，则选择 90min作为酸处
理时间，此因素不带入正交试验中。
2.1.7 酸液用量对 IDF提取的影响
3g原料中加入碱的质量分数为 6%的碱液 60mL，在
50℃恒温水浴中振荡 60min，抽滤除去碱液并洗涤至中
性后，分别加入 30、40、50、60、70、80mL 酸液，
在 60℃处理 90min，研究酸液用量对 IDF提取的影响，
结果见图 7。
酸液用量对 IDF提取的影响也很小。由图 7可以看
出，随着酸液用量的增加，IDF的提取率变化不大，但
是纯度有所变化，在酸液用量为 40mL时纯度最大。各
个酸液用量下的综合得分相差不多，因此，此因素不
带入正交试验中。考虑到原料与酸液用量的比例，选
取 60mL作为酸液用量。
2.2 正交试验
图4 碱液用量对IDF提取的影响
Fig.4 Effect of amount of 6% aqueous NaOH solution on IDF
extraction
碱液用量 /mL
30 40 50 60 70 80
提
取
率
/%
纯
度
/%
综
合
得
分
92
87
82
77
72
提取率 纯度 综合得分
图5 酸处理温度对IDF提取的影响
Fig.5 Effect of acid treatment temperature on IDF extraction
酸处理温度 /℃
30 40 50 60 70 80
95
90
85
80
75
70
提
取
率
/%
纯
度
/%
综
合
得
分
提取率 纯度 综合得分
图6 酸处理时间对IDF提取的影响
Fig.6 Effect of acid treatment time on IDF extraction
酸处理时间 /min
30 60 90 120 150 180
95
90
85
80
75
70
提取率 纯度 综合得分
提
取
率
/%
纯
度
/%
综
合
得
分
图7 酸液用量对IDF提取的影响
Fig.7 Effect of amount of 0.01 mol/L HCl on IDF extraction
酸液用量 /mL
30 40 50 60 70 80
提
取
率
l%
纯
度
/%
综
合
得
分
90
88
86
84
82
80
78
76
74
提取率 纯度 综合得分
2010, Vol. 31, No. 02 食品科学 ※工艺技术78
碱液能够去除花生壳的蛋白质、黄酮、色素等碱
溶性物质，酸液能够去除其中的淀粉等物质，而花生
壳中蛋白质含量远远高于淀粉含量，所以，碱液在提
取花生壳 IDF工艺流程中作用显著，这与本实验中单因
素试验结论相符。同时，根据单因素试验结果显示，
碱的质量分数、碱处理温度、碱处理时间和酸处理温
度４个因素对花生壳 IDF提取影响较大，作为４个影响
因素进行正交试验。因此，根据正交试验设计原则，
采用四因素三水平即 L9(34)正交试验方法对花生壳 IDF最
适提取条件进行研究，并对试验结果分析，结果见表
1。每次实验 3 次平行样品，取其平均值。
试 因素 评价指标
验 A碱的质量 B碱处理 C碱处理 D酸处理 提取 纯度 综合
号 分数 /% 温度 /℃ 时间 /min 温度 /℃ 率 /% /% 得分
1 1(4) 1(40) 1(30) 1(50) 85.00 86.96 85.65
2 1 2(50) 2(60) 2(60) 82.56 90.12 85.08
3 1 3(60) 3(90) 3(70) 79.44 87.16 82.02
4 2(6) 1 2 3 82.33 88.56 84.41
5 2 2 3 1 80.89 88.20 83.33
6 2 3 1 2 82.00 83.73 82.58
7 3(8) 1 3 2 81.67 87.48 83.60
8 3 2 1 3 80.67 86.51 82.62
9 3 3 2 1 76.44 89.55 80.81
k1 84.25 84.55 83.62 83.26
k2 83.44 83.68 83.43 83.75
k3 82.34 81.80 82.98 83.02 T=750.10
R 1.91 2.75 0.64 0.73
表1 酸碱结合法提取IDF的 L9(34)正交试验设计及极差结果分析
Table 1 Process factors and levels in L9(34) orthogonal array
design arrangement, results and range analysis
从表 1中得知，1号试验 A1B1C1D1为最优工艺水平
组合，其综合得分最高。而根据极差 R 的大小判断，
各因素作用的主次顺序为 B＞ A＞ D＞C，即碱处理温
度＞ 碱的质量分数＞ 酸处理温度＞ 碱处理时间，最优
水平组合为 A 1B 1C 1D 2。方差分析结果见表 2。
理温度对 IDF的提取影响差异极显著(P＜ 0.01) ；碱处
理时间和酸处理温度对 IDF的提取影响差异显著(P＜
0.05)。 即碱的质量分数和碱处理温度对 IDF的提取最重
要，碱处理时间和酸处理温度对 ID F 的提取次之。从
各因素的 F值大小可看出，F B＞ F A＞ F D＞ F C，说明
各因素对 IDF的提取影响的主次顺序为 B＞ A＞D＞C，
即碱处理温度＞碱的质量分数＞酸处理温度＞碱处理时
间，最优水平组合为 A 1B 1C 1D 2，这与用极差 R 的判断
结果一致。由于表中没有 A 1B 1C 1D 2组合，必须对其进
行验证性实验。实验结果为提取率 86.44%，纯度91.13%，
综合得分 88.01。经比较，最终确定最佳的提取工艺条
件为 A 1B 1C 1D 2。
3 结 论
通过单因素和正交试验，确定花生壳 IDF的最佳提
取工艺参数是质量分数为 4%的碱液 60mL在40℃水浴中
处理 3g花生壳粉 30min，反应物抽滤除去碱液洗涤至中
性后，加入 60mL酸液，在 60℃水浴中处理 90min，反
应物抽滤除去酸液洗涤至中性后，干燥得到 IDF产品。
该最佳组合重复性较好，此条件下制得的 IDF产品为米
黄色，气味较好，成本低。各因素作用的主次顺序为
碱处理温度＞ 碱的质量分数＞ 酸处理温度＞ 碱处理时
间。其中，碱的影响要大于酸的影响。其原因是花生
壳中的主要杂质是蛋白质等碱溶性物质(蛋白质含量
5%～7%)，而淀粉的含量少(淀粉含量 0.7%)，所以碱液
在工艺中起的作用大于酸液。花生壳是花生产业的主要
副产物之一，如能将其高附加值利用，则可大幅度提
升花生深加工企业的经济效益。
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究[J]. 食品科学, 2008, 29(4): 158-162.从方差分析(表 2)可以看出，碱的质量分数和碱处
方差来源 平方和 自由度 均方 F F0.01 F0.05 显著性
A 5.49 2 2.75 275 **
B 11.84 2 5.92 592 **
C 0.63 2 0.32 32
99.0 19.0
*
D 0.84 2 0.42 42 *
误差 0.01
总和 18.81 8 9.41
表2 酸碱结合法提取IDF的 L9(34)正交试验方差分析
Table 2 Analysis of variance for weighed score of extraction yield
and yield with various extraction conditions
注：* * .差异极显著，P ＜ 0 . 0 1；* .差异显著，P ＜ 0 . 0 5。