超聲波輔助堿法提取蕨菜中水溶性膳食纖維

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超聲波輔助堿法提取蕨菜中水溶性膳食纖維

?？?，麥馨允，譚偉

（百色學院，廣西百色533000）

采用超聲波輔助堿法提取蕨菜中的水溶性膳食纖維（SDF），通過單因素試驗探討料液比、超聲功率、堿液質量濃度、提取溫度4個因素對SDF得率的影響，再通過正交試驗對提取工藝條件進行優(yōu)化。結果表明，超聲波輔助堿法提取蕨菜中的SDF最佳工藝條件為氫氧化鈉質量濃度0.06 g/mL，超聲功率120W，料液比1∶30（g∶mL），提取溫度65℃，實際測得SDF得率為36.01%。

蕨菜；水溶性膳食纖維；超聲波輔助；堿法提取

0 引言

蕨菜（Pteridium aquilinum var.latiusculum），又名“蕨薹”“如意菜”“長壽菜”等，是鳳尾蕨科多年生的草本植物[1]。研究表明，蕨菜除了含有人體必需的蛋白質、糖類和纖維素之外，還含有大量的氨基酸、維生素和微量元素等，其含量是一般蔬菜的數倍[2-4]；另外還含有多種功能性物質，具有抑菌、抗氧化、降血脂、免疫調節(jié)等生物活性和藥理作用[5-6]。

膳食纖維（Dietary fiber，DF）按溶解性進行分類，可以分為水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）2個類型。SDF在對心血管疾病和結腸癌的預防以及對膽固醇降低等方面擁有比IDF更加強大的生理功能，除此之外它還能夠降低血脂含量、減慢小腸對葡萄糖吸收的速率，有效預防糖尿病的產生。SDF作為一種擁有多功能保健性的食物基料，很早就引起全球各國營養(yǎng)學家的關注[7]。

我國蕨菜資源非常豐富，膳食纖維含量也較高，原料價格低廉，如果能從蕨菜中提取膳食纖維，不僅可以有效提高原材料的綜合利用，還能夠保護環(huán)境，并且能夠帶來較高的社會效益和經濟效益，應用前景十分廣闊。從我國和國外的研究動態(tài)來看，目前還沒有人研究分析蕨菜的超聲波輔助堿法提取膳食纖維。試驗以蕨菜為材料，采用超聲波輔助堿法對蕨菜中的水溶性膳食纖維進行提取。

1 試驗材料與方法

1.1 材料與儀器

蕨菜，百色市當地蕨菜樣品，經干燥、初步挑選、粉碎之后過40目篩，得到蕨菜粗粉備用。

FA1204B型電子天平、SHZ-III型循環(huán)水真空泵、KQ-200KDB型高功率數控超聲波清洗器、TD5AWS型臺式（數顯）低速離心機、SY-101-0型電熱恒溫干燥箱、分樣篩、傾斜式高速萬能粉碎機等。

1.2 試驗方法

稱取2.0 g備用的蕨菜粉，按比例加入一定質量濃度的氫氧化鈉溶液，充分攪拌，然后進行超聲波處理。將處理后的蕨菜原料液體放入離心機中，以轉速4 000 r/min離心15 min，再取上層清液進行真空抽濾處理。之后從抽濾得到的濾液里量取加入濾液4倍體積的無水乙醇進行醇沉處理，靜置2 h[8]后用烘干至恒質量的定量中速濾紙抽濾。將抽濾后得到的濾紙放入電熱鼓風干燥箱中，并在105℃條件下烘干至恒質量。

1.2.1 單因素試驗

分別探討氫氧化鈉質量濃度、料液比、提取時間及超聲功率對蕨菜SDF得率的影響。

單因素試驗因素與水平設計見表1。

1.2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎之上，選取合適的料液比（A）、提取溫度（B）、超聲功率（C）、氫氧化鈉質量濃度（D）四因素三水平正交試驗并進行方差分析；選取最優(yōu)方案進行驗證試驗，通過計算則可得出蕨菜在最佳條件下的SDF得率。

1.3 數據分析與得率計算

采用SPSS進行試驗數據分析。

SDF得率按照以下公式進行計算：

2 結果與分析

2.1 單因素結果與分析

料液比對SDF得率的影響見圖1。

圖1 料液比對SDF得率的影響

由圖1可知，當料液比在1∶10~1∶30內，SDF得率會隨著料液比增大而出現上升趨勢；但是如果料液比大于1∶30之后，SDF得率反而出現下降趨勢。這可能是由于提取液中SDF的濃度和蕨菜粉邊界層的濃度差增加引起，在一定范圍內，SDF由蕨菜粉向溶劑中的擴散速度會逐漸增加，但當料液比大于1∶30之后，SDF濃度與蕨菜粉樣品邊界層濃度差不再持續(xù)增加，SDF由蕨菜原材料樣品向溶劑中擴散速率也不會繼續(xù)增加[9]。

提取溫度對SDF得率的影響見圖2。

圖2 提取溫度對SDF得率的影響

由圖2可知，SDF得率隨著提取溫度的升高先增加后減少，當提取溫度達到65℃時蕨菜樣品原料的SDF得率到達最高。這可能是因為提取溫度上升會加劇水分子的運動和其他物質分子的振動及轉動，然后出現劇烈的水分子碰撞以及自身的劇烈振動和轉動等現象，讓蕨菜粉中的SDF成分逐漸掙脫不溶性成分對其的約束，因而能夠分離溶解出來，使產品的得率提高。但當提取溫度過高容易造成溶劑的氣化，導致載體和溶劑的接觸不夠充分，并且造成有效成分破壞，從而導致分子接聚[10]。

超聲功率對SDF得率的影響見圖3。

圖3 超聲功率對SDF得率的影響

由圖3可知，蕨菜樣品原料的SDF得率會隨著超聲功率的增大先上升后下降，在超聲功率到達140W時蕨菜樣品原材料的SDF得率會達到一個最大值；當超聲波的功率超過140W之后，SDF得率會跟隨著超聲功率的增加逐漸降低。這有可能是因為在初始階段時超聲功率的空化作用逐漸增強，超聲波所發(fā)出的能量使蕨菜樣品原料的細胞壁更容易被破碎，使可溶性膳食纖維的溶出量增加，SDF得率也會隨之上升[11]。當超聲功率超過140 W時，會使膳食纖維部分分解，從而引起SDF得率降低。

氫氧化鈉質量濃度對SDF得率的影響見圖4。

圖4 氫氧化鈉質量濃度對SDF得率的影響

由圖4可知，在0.01~0.05 g/mL時，SDF得率會隨氫氧化鈉質量濃度的增加而逐漸上升；但是當氫氧化鈉質量濃度高于0.05 g/m L時，SDF得率開始下降。這可能是由于原材料樣品中的膳食纖維在一個比較低質量濃度的堿性條件下溶解較迅速和充分，除此之外，蛋白質也能夠在堿性條件下溶解，試驗材料中的部分脂肪被皂化，從而導致SDF得率上升；然而當氫氧化鈉質量濃度過量時，樣品果膠中的果膠酯酸會全部被脫去甲基之后溶解，其中的半纖維素也會溶解在氫氧化鈉堿溶液中，此時若再繼續(xù)增加氫氧化鈉質量濃度，反應將會受到抑制，SDF得率出現慢慢下降的情況[12]。

2.2 正交試驗

根據單因素試驗結果，設計四因素三水平正交試驗。

正交試驗設計及結果見表2。

表2 正交試驗設計及結果

由表2可知，因素水平的主次順序為氫氧化鈉質量濃度（D）>超聲功率（C）>料液比（A）>提取溫度（B）。最優(yōu)組合為A2B2C1D3，即料液比1∶30，提取溫度65℃，超聲功率120W，氫氧化鈉質量濃度0.06g/mL。表2中的最優(yōu)氫氧化鈉質量濃度0.06 g/mL和圖4中單因素試驗結果的0.05 g/mL不一致，這可能是由于因素之間存在著交互作用，而單因素試驗尚未涉及到交互作用。

2.3 驗證試驗

為了驗證最佳試驗條件：料液比1∶30，提取溫度65℃，超聲功率120W，氫氧化鈉質量濃度0.06 g/m L，還必須設計驗證試驗加以確定。

驗證試驗設計及結果見表3。

表3 驗證試驗設計及結果

由表3可知，在料液比1∶30，提取溫度65℃，超聲功率120W，氫氧化鈉質量濃度0.06 g/mL時，SDF的平均得率為36.01%，為最高得率。

3 結論

試驗以蕨菜為原料，采取超聲波輔助堿法，借助正交試驗對其SDF化合物提取工藝進行優(yōu)化，并用最優(yōu)提取工藝測定其SDF得率。研究結果表明，在超聲時間為50min的條件下，氫氧化鈉質量濃度0.06 g/mL，超聲功率120 W，料液比1∶30，提取溫度65℃，SDF得率最高達36.01%。采取正交試驗優(yōu)化獲得的工藝參數比較準確可靠，對工業(yè)化利用蕨菜樣品原料提取SDF具有一定的指導和應用價值。

[1]章耀，郭衍銀，王相友，等.野生蕨菜研究進展[J].長江蔬菜，2008（14）：1-4.

[2]姚玉霞，蔡建培，李澤鴻，等.四種山野菜營養(yǎng)成分分析[J].營養(yǎng)學報，2003，25（4）：441-442.

[3]黃勁松，何競旻，劉廷國.蕨菜研究進展綜述[J].食品工業(yè)科技，2011（7）：455-457.

[4]李海燕，王力川，唐偉斌.栽培蕨菜與野生蕨菜和常見栽培蔬菜營養(yǎng)成分的對比分析[J].安徽農業(yè)科學，2008，36（14）：5 868-5 869.

[5]蘇仕林.蕨菜貯藏保鮮與產品開發(fā)研究現狀[J].食品研究與開發(fā)，2012，33（10）：216-219.

[6]宋吉利，潘兆清.山中蕨菜的功效與貯存[J].吉林蔬菜，2009（1）：55-57.

[7]花旭斌，楊麗瓊.響應面優(yōu)化酸法提取蕨菜中水溶性膳食纖維的工藝研究[J].安徽農業(yè)科學，2011，39（35）：21 775-21 777，21 789.

[8]黃群，楊萬根，余佶，等.超聲波輔助堿法提取杜仲籽粕可溶性膳食纖維的工藝優(yōu)化[J].食品科學，2013，34（22）：70-74.

[9]苗敬芝，馮金和，董玉瑋.超聲結合酶法提取生姜中水溶性膳食纖維及其功能性研究[J].食品科學，2011，32（24）：120-125.

[10]羅緋，林親錄，陸玲，等.超聲提取豆皮水溶性膳食纖維的工藝研究[J].食品與機械，2008，24（6）：71-75.

[11]李加興，梁先長，黃誠，等.響應面法優(yōu)化火棘水不溶性膳食纖維提取工藝[J].食品科學，2011，32（14）：118-123.

[12]趙力超，毛新，黃利華，等.荸薺皮膳食纖維酶化學法提取工藝研究[J].食品工業(yè)科技，2009，30（11）：244-246.◇

Ultrasonic Auxiliary and Alkaline Method to ExtractWater Soluble Dietary Fiber from the Pteridium Aquilinum

NIU Junle，MAIXinyun，TANWei
（Baise University，Baise，Guangxi533000，China）

Ultrasonic-assisted alkaline method is applied to extract soluble dietary fiber（SDF）from Pteridium aquilinum. Four independent variables includingmaterial-liquid ratio，ultrasound power，alkali concentration and extraction temperature are chosen with respect to the dependent variable SDF yield for single-factor experiments.Then the extraction technology of SDF from Pteridium aquilinum is optimized by using an orthogonal experiment.The results show that the optimal process conditions are alkali concentration 0.06 g/mL，ultrasound power 120 W，material-liquid ratio 1∶30（g∶m L），extraction temperature 65℃，under these conditions，the yield of SDF is 36.01%.

Pteridium aquilinum；soluble dietary fiber；ultrasonic-assisted；alkali concentration

TS255.5

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.006

1671-9646（2017）04a-0017-03

2017-03-01

百色學院校級項目“桂西蕨菜膳食纖維的制備及其在面制品中的應用”（2015KBN10）。

牛俊樂（1990—），女，碩士，助教，研究方向為生物技術及農產品加工。