水溶性膳食纖維提取研究進(jìn)展

譚 燁，田曉靜，柳玉瑛，鄭青波，馬海宜，郭壽清，吳亞芬，冶 梅

（西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅蘭州 730030）

隨著社會的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對“第七營養(yǎng)素”——膳食纖維也有了較為深入的認(rèn)識。根據(jù)研究表明，水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）不僅能夠降低血脂和膽固醇、降低心血管疾病的發(fā)病率；還可以降低血糖、預(yù)防糖尿病、減少次生膽汁酸——石膽酸和脫氧膽酸的形成，而這2種物質(zhì)與腫瘤的發(fā)生有關(guān)[1-2]。目前，SDF主要從香菇柄、花生殼和玉米芯等物質(zhì)中提取，主要的提取方法有酶提取、酸堿提取、微波提取、超聲波提取、微波預(yù)處理-超聲波堿解、超濾膜提取和微生物發(fā)酵。對SDF的提取純化方法進(jìn)行綜述，為SDF的開發(fā)利用提供參考。

1 SDF及其功效

膳食纖維的概念自20世紀(jì)50年代提出，隨著人們對膳食纖維研究的逐步深入，1999年11月2日的美國臨床化學(xué)協(xié)會（AACC）年會上，膳食纖維被定義為能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發(fā)酵的可食用植物性成分、碳水化合物及類似物質(zhì)的總和，包括多糖、寡糖、木質(zhì)素及相關(guān)植物物質(zhì)。膳食纖維根據(jù)其溶解性能可以分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維2類。

2 SDF提取工藝的進(jìn)展

近幾年研究中，提取SDF的方法主要有酶提取、酸堿提取、微生物提取、微波提取、超聲波提取、超濾膜提取，其中常用的是微波提取和超聲波提取。

2.1 酶提取法

利用酶反應(yīng)的高度專一性，將纖維素、果膠質(zhì)、木質(zhì)素等細(xì)胞壁成分水解或降解，減小SDF從胞內(nèi)向胞外擴(kuò)散的阻力，從而提高SDF提取率，縮短提取時間。酶的種類和酶解溫度對產(chǎn)率有較大影響。酶提取法的研究中，劉瑩等人[3]采用糖化酶、α-淀粉酶提取褐菇SDF，通過單因素和正交試驗，發(fā)現(xiàn)在料液比1∶10（g∶mL），酶處理時間0.5 h，酶解溫度60℃條件下提取效果最佳，產(chǎn)率為36.1%。任媛媛等人[4]采用木聚糖酶酶解IDF以提取高活性的SDF，發(fā)現(xiàn)在pH值5.0，溫度50℃，木聚糖酶加酶量為7.0%，反應(yīng)時間2.5 h，物料比1∶20（m∶V）時效果最佳，產(chǎn)率為12.10%，且具有良好的膨脹力和持水性。

2.2 酸堿提取法

利用酸或堿浸泡滲透或解析溶解破壞細(xì)胞壁，SDF則會逐漸向外擴(kuò)散。張世仙等人[5]利用堿提取法提取酒糟中的SDF，在料水比1∶17，NaOH添加量0.9%，提取時間70 min，提取溫度80℃時得率為23.6%。在一定范圍內(nèi)，堿添加量越大，則SDF提取率越多；但添加量過高，SDF會與堿反應(yīng)生成堿纖維素，使提取率降低。

2.3 微波提取法

微波提取的原理[6-8]是利用微波輻射使細(xì)胞壁破裂，位于細(xì)胞內(nèi)部的有效成分從細(xì)胞中釋放出來并被溶劑溶解，通過過濾和分離純化，即可獲得所需的SDF。SDF得率的影響因素有微波功率、料液比和微波時間。

胡春曉等人[9]采用微波輔助提取法提取香菇柄中SDF，通過單因素試驗和正交試驗發(fā)現(xiàn)最佳工藝流程為檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%，料液比1∶20，微波功率640W，微波處理時間3min；此時，香菇柄SDF的平均得率10.24%，持水力2.27 g/g，膨脹力4.13mL/g。李紅霞等人[10]以花生莖為原料，利用微波提取花生莖中SDF。通過單因素試驗及正交試驗發(fā)現(xiàn)，最佳提取工藝條件為浸泡時間55min，微波時間4min，微波功率800 W，微波溫度90℃，料液比1∶14（g∶mL），在此條件下SDF提取率達(dá)到6.0%。由此可見，影響SDF的主要因素為料液比，其次是微波時間。

2.4 超聲波提取法

利用超聲空化效應(yīng)，破壞植物細(xì)胞，降低各成分間緊密程度，提高SDF提取效率[11-12]。現(xiàn)有研究中，陳瓊玲等人[13]采用超聲波法提取紅薯葉中的SDF，通過單因素試驗和中心組合試驗設(shè)計、響應(yīng)面分析法優(yōu)化提取工藝，發(fā)現(xiàn)其最佳提取條件為檸檬酸4%，料液比1∶35，超聲波功率240W，超聲時間21min，提取溫度60℃，SDF得率4.37%±0.04%。?？返热薣14]采用超聲波輔助堿法提取蕨菜中的SDF，發(fā)現(xiàn)最佳工藝條件為氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06 g/mL，超聲功率120W，料液比1∶30（g∶mL），提取溫度65℃，此時SDF得率為36.01%。

2.5 微波預(yù)處理——超聲波堿解法

微波提取法速度快，但對細(xì)胞壁等破壞力大；超聲波提取法條件溫和，但耗時長。結(jié)合兩者優(yōu)點，微波預(yù)處理——超聲波堿解法在SDF提取中發(fā)揮重要作用。

蔡錦源等人[15]在微波預(yù)處理——超聲波堿解法優(yōu)化玉米芯SDF研發(fā)現(xiàn)原料粉碎粒度60目，解析劑比1∶7（g∶mL），微波功率560W，微波時間150 s，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.8%，料液比1∶30（g∶mL），超聲波功率200W，提取溫度50℃，提取時間35min時，玉米芯SDF得率為4.75%。

2.6 超濾膜提取法

借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學(xué)位差的推動下對混合物中溶劑和溶質(zhì)進(jìn)行分離、分級、提純和富集[16]，具有耗能少、SDF得率高、產(chǎn)品性能穩(wěn)定等優(yōu)點[17-20]。王世清等人[21]采用不同截留分子量的超濾膜和優(yōu)化膜分離過程的操作條件，對SDF提取液進(jìn)行超濾分離，選用PS-30型聚砜膜，在壓力0.08 MPa，料液比 1∶75（g∶mL），溫度 30℃時，分離純化效果最為顯著，其SDF的得率可達(dá)67.56%。

2.7 微生物發(fā)酵法

利用微生物發(fā)酵，消耗原料中的碳源、氮源，以去除原料中的植酸，減少蛋白質(zhì)、淀粉等成分制取膳食纖維[22]。李靜[23]利用單因素試驗和正交試驗對黑曲霉A020發(fā)酵制備香蕉皮可溶性膳食纖維進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵溫度28℃，接種量10%，發(fā)酵時間3 d，pH值6.0，SDF提取率可達(dá)12.83%。

李靜等人[24]在植物乳桿菌發(fā)酵法制取香菇柄SDF工藝優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵法制取香菇柄SDF的最佳工藝條件為植物乳桿菌接種量1.5%，發(fā)酵時間48 h，發(fā)酵溫度37℃，初始pH值6.5，料液比1∶12（g∶mL），此時，其SDF產(chǎn)率為3.64%±0.08%。

3 結(jié)語

SDF具有多種有利于人體的生理功能，包括預(yù)防心血管疾病、糖尿病，抗腫瘤作用，所以提取利用SDF是一個重要的研究方向。用于提取SDF的材料來源廣泛，無論谷物、真菌還是蔬菜水果都含有SDF。而我國是花生、玉米和香菇等作物的生產(chǎn)大國，其中作物的副產(chǎn)物——花生殼、玉米芯和香菇柄的產(chǎn)量也十分巨大。現(xiàn)階段，SDF的提取方法主要是酶提取、酸堿提取、微波提取、超聲波提取、超濾提取和發(fā)酵提取，大多數(shù)研究中是利用單一方法來提取，但組合方法提取會更具優(yōu)勢，如微波預(yù)處理-超聲波堿解法具有提取速度快、條件較溫和、對提取物的破壞力小等優(yōu)點。此外，高壓蒸煮法、擠壓蒸煮法、超微粉碎、瞬時高壓、超高壓等改性處理可顯著提高膳食纖維中可溶性膳食纖維成分含量[25]。在以后的研究中，將改性處理與組合提取方法作為研究方向，SDF的產(chǎn)率將會進(jìn)一步提高。

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