山楂中水不溶性膳食纖維提取工藝的優(yōu)化

（肇慶學院化學化工學院，廣東肇慶 526061）

山楂中含有大量的果膠，纖維素，木質(zhì)素等膳食纖維。與其他水果比較，山楂中膳食纖維的含量是較高的，其總膳食纖維含量可以達到3.1%[1]。本試驗從探究最佳工藝的角度出發(fā)，以山楂果實為原料，利用酶化學法提取山楂中的水不溶性膳食纖維，通過單因素試驗和正交試驗確定山楂中水不溶性膳食纖維提取工藝的最佳條件。并對山楂膳食纖的溶脹力和持水力進行測定。

目前提取膳食纖維的方法主要有：化學法，酶法和酶化學法?；瘜W法制備的膳食纖維雖然純度高，但色澤較深，而且堿味較重，口感不佳，更重要的一點是產(chǎn)品得率低；酶法制備的膳食纖維具有得率高的優(yōu)勢，但是純度低，成本較高，所以不適合大規(guī)模生產(chǎn)；酶化學法制備的膳食纖維其持水力，溶脹性以及得率都優(yōu)于前面兩種方法，所得產(chǎn)品純度高，而成本較前面兩種方法都要低[2-3]。

1 試驗材料與儀器

新鮮山楂果實：廣東省茂名市信宜；氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、葡萄糖、濃硫酸、無水硫酸銅、亞鐵氰化鉀、次甲基藍、酒石酸鉀鈉、無水乙醚、醋酸鉛、無水硫酸鈉、硫酸鉀、硼酸、30%過氧化氫等均為分析純；液化淀粉酶（生物試劑，酶活力90 KNU/g）：北京奧博星生物技術(shù)有限責任公司。

HH-6恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市環(huán)宇科學儀器廠；AL236612電熱恒溫干燥箱：上海圣欣科學儀器有限公司；DYF-250A高速粉碎機：上海比朗儀器有限公司；SC-205榨汁機：上海君拓生物科技有限公司；DD-3凱達離心機：湖南凱達科學儀器有限公司。

2 方法

2.1 工藝流程

2.2 操作要點

2.2.1 山楂果實的預(yù)處理及其主要成分的測定

預(yù)處理：稱取100.00 g新鮮山楂果實，洗凈切塊，榨汁取渣，用0.2%過氧化氫溶液漂洗除去色素，置于恒溫干燥箱中干燥至恒重，所得成品作為提取水不溶性膳食纖維提取實驗的實驗樣品。

山楂果實中主要成分的測定：按上述操作平行測定3次，通過計算即得山楂果實水分及水溶性物質(zhì)的含量。稱取樣品，通過食品分析方法即可測定山楂果實中的淀粉、脂類以及蛋白質(zhì)的含量[4]。

2.2.2 水不溶性膳食纖維提取最佳工藝條件的確定

稱取3.00 g處理過的山楂果實干粉，加入100 mL水進行浸泡，然后分別在不同的液化淀粉酶加入量、酶解溫度、酶解時間、堿加入量、堿解溫度、堿解時間等條件下進行水不溶性膳食纖維的制備[5-8]，并通過產(chǎn)品的總雜質(zhì)去除率的測定確定各個因素對試驗結(jié)果的影響程度大小，找出主要的影響因子，通過對各單因素的分析與試驗探討，設(shè)計正交試驗，對主要影響因子在不同水平進行優(yōu)選。

2.2.3 優(yōu)方案的驗證

2.2.3.1 提取水不溶性膳食纖維

采用最優(yōu)提取條件，提取山楂中的水不溶性膳食纖維，平行提取3次，計算提取率和總雜質(zhì)的去除率的平均值。

2.2.3.2 山楂中水不溶性膳食纖維持水力的測定[9]

稱取4.00g提取的水不溶性膳食纖維樣品于50mL的離心管中，加入25 mL去離子水，充分攪拌30 min后用3 000 r/min離心機處理10 min，棄去上層清液并用濾紙將離心管內(nèi)壁殘留的水分吸干，稱重。

2.2.3.3 山楂中水不溶性膳食纖維膨脹力的測定[10]

稱取2.00g提取的水不溶性膳食纖維樣品于50mL量筒中，加水30 mL，讀取體積數(shù)，搖勻，在室溫下靜置24 h，讀取樣品吸水膨脹后的體積數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 山楂果實中主要成分含量的測定

通過食品分析方法測定及計算得到山楂中水分及水溶性物質(zhì)、淀粉、脂類、及蛋白質(zhì)含量。

表1 山楂果實中主要成分的含量Table 1 Content of the main component of hawthorn fruit %

通過實驗結(jié)果分析得知山楂果實中水分及水溶性物質(zhì)含量最高，占主要部分。

3.2 水不溶性膳食纖維提取最佳工藝條件的確定

3.2.1 水不溶性膳食纖維提取單因素試驗

3.2.1.1 液化淀粉酶用量對水不溶性膳食纖維提取純度的影響

在7個燒杯中各稱取3.00g山楂干粉，加入100mL水浸泡搖勻，再分別加入0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.2%、0.25%、0.30%（樣品質(zhì)量分數(shù)）的液化淀粉酶，在50℃水浴鍋中酶解35 min。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 液化淀粉酶用量對純度的影響Fig.1 Effects of liquefying amylase addition on extraction purity

結(jié)果表明：當液化淀粉酶加入量在0%至0.15%范圍內(nèi)時，淀粉雜質(zhì)的去除率成增長趨勢，淀粉雜質(zhì)的去除率在液化淀粉酶加入量為0.15%時達到最高為92.7%，此時得到的水不溶性膳食纖維淀粉雜質(zhì)含量最低；液化淀粉酶的用量在0.15%以上時，淀粉的去除率逐漸降低。

式中：3.00為山楂干粉質(zhì)量，g；92.8%為山楂果實中水分及水溶性物質(zhì)含量。

3.2.1.2 酶解時間對水不溶性膳食纖維提取純度的影響

在7個燒杯中各稱取3.00g山楂干粉，加入100mL水搖勻，添加0.15%液化淀粉酶，在50℃條件下分別酶解 25、30、35、40、45、50、55 min，實驗結(jié)果如圖 2所示。

圖2 酶解時間對淀粉雜質(zhì)去除率的影響Fig.2 Effects of hydrolysis time on the removal of starch

隨著酶解時間的延長，淀粉雜質(zhì)的去除率逐漸增大，當酶解至35 min時，淀粉雜質(zhì)的去除率達到最大的92.7%，過了35 min以后，酶解時間的延長反而使淀粉的去除率降低，得到的水不溶性膳食纖維純度降低。

3.2.1.3 酶解溫度對水不溶性膳食纖維提取純度的影響

在6個燒杯中各稱取3.00g山楂干粉，加入100mL水浸泡，添加0.15%液化淀粉酶后分別置于35、40、45、50、55、60℃恒溫水浴鍋中酶解35 min。結(jié)果如圖3所示。

圖3 酶解溫度對淀粉雜質(zhì)去除率的影響Fig.3 Effects of hydrolysis temperature on the removal of starch

由圖3可以看出，酶解的溫度對于淀粉雜質(zhì)的去除率影響不明顯，即對提取的膳食纖維的純度高低影響不大，所以在正交試驗設(shè)計上可以不考慮酶解溫度這個因素。

3.2.1.4 堿加入量水不溶性膳食纖維提取純度的影響

在7個燒杯中分別稱取3.00 g山楂干粉，加入100 mL水浸泡后再分別加入0.00%、0.50%、1.00%、1.50%、2.00%、2.50%、3.00%（樣品質(zhì)量濃度）的氫氧化鈉，置于50℃水浴鍋中堿解30 min。實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 堿加入量對蛋白質(zhì)，脂類去除率的影響Fig.4 Effectsofalkaliadditionontheremovalofproteinsandlipids

實驗結(jié)果表明：隨著堿加入量的增加，蛋白質(zhì)和脂類雜質(zhì)的去除率逐漸增大，當堿加入量為1%時，蛋白質(zhì)，脂類的去除率達到最高的85.1%，此時得到的膳食纖維純度最高；當堿的加入量超過1%時，此時蛋白質(zhì)，脂類的去除率又開始逐漸降低。

蛋白質(zhì)、脂類的去除率=（去除蛋白質(zhì)質(zhì)量+去除脂類質(zhì)量）/（蛋白質(zhì)總量+脂類總量）×100%

堿解過程中，溫度過高會使酚性酶物質(zhì)發(fā)生褐變反應(yīng)，從而影響到膳食纖維產(chǎn)品的色澤品質(zhì)，但是溫度過低又達不到對雜質(zhì)的去除。所以這里選取35、40、45、50、55、60、65℃7個溫度進行研究堿解溫度對膳食纖維提取的影響。結(jié)果如圖5所示。

圖5 堿解溫度對蛋白質(zhì)，脂類去除率的影響Fig.5 Effects of alkaline hydrolysis temperature on the removal of proteins and lipids

結(jié)果表明：隨著堿解溫度的升高，蛋白質(zhì)和脂類雜質(zhì)的去除率逐漸增大，等到堿解溫度達到50℃時，蛋白質(zhì)與脂類的去除率達到最大，為85.1%。溫度超過50℃后，隨著堿解溫度的升高蛋白質(zhì)與脂類等雜質(zhì)的去除率開始下降。

3.2.1.6 堿解時間對水不溶性膳食纖維提取純度的影響

取6個燒杯，分別稱取3.00 g干粉，添加1.00%氫氧化鈉，在 50 ℃條件下分別堿解 25、30、35、40、45、50 min。結(jié)果如圖6所示。

圖6 堿解時間對蛋白質(zhì)，脂類去除率的影響Fig.6 Effects of alkaline hydrolysis time on the removal of proteins and lipids

結(jié)果如圖6所示，由于脂類和蛋白質(zhì)與氫氧化鈉反應(yīng)速度快，所以堿解的時間對實驗結(jié)果的影響不大，可以不列入正交試驗的因素考慮范圍。

3.2.2 山楂果實中水不溶性膳食纖維提取的正交試驗

通過單因素試驗確定了對水不溶性膳食纖維提取影響較大的因素：液化淀粉酶的加入量、酶解時間、堿加入量、堿解溫度。從中選出合適的水平進行正交試驗。試驗設(shè)計為：液化淀粉酶的加入量（A）、酶解時間（B）、堿加入量（C）、堿解溫度（D）4因素 3水平，采用L9（34）正交試驗方案。正交試驗設(shè)計及結(jié)果見表2、表3。再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理確定水不溶性膳食纖維提取的最佳工藝條件。

表2 正交試驗因素水平表Table 2 Orthogonal factor level table

表3 水不溶性膳食纖維提取的雜質(zhì)去除率的正交試驗設(shè)計與結(jié)果Table 3 Water-insoluble dietary fiber extracted impurity removal orthogonal experimental design and results

從表中數(shù)據(jù)可以看出，影響因素大小順序為C>D>A>B，由表中K值數(shù)據(jù)分析可以得到各個因素的最佳搭配為A1B2C1D1，即液化淀粉酶加入量為0.1%，酶解時間為35 min，堿的加入量為0.5%，堿解溫度為45℃。

3.3 優(yōu)方案的驗證

3.3.1 水不溶性膳食纖維的純度和提取率

最優(yōu)條件在試驗中沒有出現(xiàn)，通過補充試驗：稱取4.00 g山楂干粉，加100 mL水浸泡搖勻，在正交試驗所得的最優(yōu)條件下進行實驗，求得所提取的水不溶性膳食纖維的總雜質(zhì)去除率（如表4所示），并與正交試驗所得數(shù)據(jù)進行大小比較。

表4 優(yōu)方案驗證的試驗結(jié)果Table 4 The results of the validation of excellent program

式中：4.00為山楂粉末樣品的質(zhì)量，g；92.8%為山楂果實中水分及水溶性物質(zhì)含量。

膳食纖維的提取率=實驗最終所得干品質(zhì)量/55.6 g×100% 其中55.6 g為與4.00 g山楂干粉相當?shù)孽r山楂果實的質(zhì)量。

由表4可知，優(yōu)方案條件下雜質(zhì)的去除率達到97.8%，大于正交試驗結(jié)果中雜質(zhì)去除率的最大值，提取率為3.52%，通過正交試驗優(yōu)化，表明在優(yōu)方案條件下提取水不溶性膳食纖維具有純度高、提取率高等優(yōu)點。

3.3.2 山楂中水不溶性膳食纖維持水力的測定

實驗測得吸水后樣品的濕重為25.08 g，樣品干重為4.00 g。根據(jù)計算公式，可得：

3.3.3 山楂中水不溶性膳食纖維膨脹力的測定

實驗測得干品加水后的體積為35.1 mL，干品質(zhì)量為2.00 g，溶脹體積為45.3 mL，根據(jù)計算公式，可得：膨脹力（mL/g）=

4 結(jié)論與展望

本試驗以經(jīng)過榨汁取渣，烘干粉碎，干燥恒重的山楂粉為原料，利用液化淀粉酶水解淀粉，利用氫氧化鈉水解蛋白質(zhì)和脂肪的提取膳食纖維的方法，通過單因素試驗和正交試驗得到山楂果實中淀粉，蛋白質(zhì)，脂肪等雜質(zhì)的去除率的最佳工藝條件。試驗結(jié)果表明：在液化淀粉酶加入量為0.1%，酶解時間為35 min，堿加入量0.5%，堿解溫度45℃的條件下，總雜質(zhì)去除率為97.8%，所得的水不溶性膳食纖維的純度高；同時，水不溶性膳食纖維的提取率可達到3.52%，膳食纖維持水力為5.27 g/g，溶脹力為5.10 mL/g。山楂膳食纖維呈淺黃棕色，溶脹力和持水力較好，手感細膩，可以運用于糕點和飲料中。

膳食纖維作為第七大營養(yǎng)素受到人們的重視，膳食纖維的開發(fā)和應(yīng)用也將會得到更大的關(guān)注。而酶化學法提取的膳食纖維產(chǎn)品具有手感好、溶脹性和持水力好、純度高而且成本低等優(yōu)勢，希望酶化學法提取膳食纖維在膳食纖維的提取工藝中得到更廣的應(yīng)用。

[1] 李剛,梁新紅,葛曉虹.山楂化學成分及其保健功能特性[J] .釀造與檢測,2009(6):25-30

[2] 付全意,劉冬,李堅斌,等.膳食纖維提取方法的研究進展[J] .食品科技,2008(2):225-228

[3] 馬力,陳永忠,陳隆升.膳食纖維的提取及其功能特性分析[J] .農(nóng)產(chǎn)品加工·學刊,2011,5(5):15-18

[4] 王永華.食品分析[M] .北京:中國輕工業(yè)出版社,2011:79-122

[5] 李建國,蔡小艷.香蕉皮膳食纖維提取工藝條件的優(yōu)化[J] .食品與生物,2012(8):1-2

[6] 羅瑛,孫穎霞.王草中水不溶性膳食纖維制備工藝研究[J] .熱帶作物報,2011,32(3):560-563

[7] 潘英明,梁英,王恒山,等.從羅漢果渣中提取水不溶性膳食纖維的研究[J] .廣西植物,2003,23(4):370-372

[8] 林德榮,涂宗才,劉成梅.桔皮膳食纖維的提取及脫色工藝研究[J] .食品科技,2008(6):14-16

[9] Fabrizio E,Guido A B,Angela M B.Antioxidant activity and dietary fiber in durum wheat bran by-products[J] .Food Research International,2005,38:1167-1173

[10] Femenia A,Lefebvre C,Thebaudin Y.Physical and sensory properties of model foods supplemented with cauliflower fiber[J] .Journal of Food Science,1997,62(4):635-639