玉木耳根膳食纖維提取工藝優(yōu)化及理化性質(zhì)測定

司風(fēng)玲，劉小裕，鄧俊林

(重慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，重慶，401331)

膳食纖維(dietary fiber，DF)，根據(jù)其在水中的溶解性可以分為不可溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)和可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)，且都具有預(yù)防肥胖[1]、降低血清膽固醇含量和餐后血糖含量[2]、抗腫瘤[3]，且能夠預(yù)防和治療糖尿病[4]及心血管疾病[5]等藥用功效。膳食纖維的正常攝入已成為日常飲食中不可或缺的組成部分。膳食纖維的提取方法主要可以分為化學(xué)分離法、機(jī)械分離法、膜分離法及化學(xué)試劑和酶結(jié)合分離法這四類[6-7]，其中最常用的提取方法是化學(xué)分離法中的堿法和酶法。與酶法提取相比，堿法提取由于操作簡單、成本較低且易于控制，因此是膳食纖維提取最廣泛使用的方法[8]。

木耳作為一種廣泛食用的大型真菌，其種類較多，但我國常見的食用種類僅為毛木耳(Auriculariacornea)與黑木耳(Auriculariaheimuer)兩種[9]。玉木耳(Auriculariacorneavar. Li)是吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)李玉院士團(tuán)隊馴化已形成穩(wěn)定遺傳的毛木耳自然突變純白色菌株[10]。玉木耳子實體通體潔白如玉、口感爽脆、營養(yǎng)豐富，富含多糖、膳食纖維、氨基酸與各種微量元素[11-12]。而玉木耳根卻因其口感粗糙、易攜帶栽培時的雜質(zhì)，常被作為廢物丟棄。這既沒有充分合理利用資源，又對環(huán)境造成了污染。因此，本實驗以玉木耳根作為原料，采用堿法提取其中膳食纖維，通過設(shè)計單因素實驗分別考察料液比、浸提溫度、浸提時間和堿液濃度4個因素對玉木耳根膳食纖維提取率的影響，并在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面法來確定提取的最佳工藝。且最終測定了其持水力、持油力、膨脹性、吸附膽固醇、膽酸鈉與亞硝酸根離子等多方面的理化性質(zhì)，為玉木耳根膳食纖維的提取方法和應(yīng)用選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉木耳根，來自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)李玉院士團(tuán)隊；膽固醇標(biāo)準(zhǔn)液、牛黃膽酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品，索萊寶生物科技有限公司；鄰苯二甲醛(OPA)等試劑，均為分析純，重慶川東試劑公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FW100-高速萬能粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；TY92-ⅡN-超聲波細(xì)胞破碎儀，寧波新芝生物科技股份有限公司；ML503-精密電子天平，梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司；3K15-臺式冷凍離心機(jī)，德國SIGAM公司；RE-52AA-旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；RaedMax-1800-可見光吸收型全波長酶標(biāo)儀，上海閃譜生物科技有限公司；100目濾篩，勝迪公司等。

1.3 方法

1.3.1 玉木耳根膳食纖維制備

玉木耳根清洗，在55℃烘箱中 24 h烘干、高速粉碎機(jī)粉碎過100目篩，稱取5.000 g樣品，按一定料液比加入一定濃度的NaOH堿液，在一定浸提時間和溫度條件，抽濾得到濾液和濾渣。濾液調(diào)節(jié)至pH=7、濃縮至原液體積的1/5，加入4倍體積95%乙醇沉淀，抽濾得到沉淀為玉木耳根可溶性膳食纖維。濾渣調(diào)節(jié)至pH=7、抽濾得到沉淀，將濾渣用水洗，乙醇洗脫干燥后即為玉木耳根不可溶膳食纖維。

1.3.2 單因素試驗

選擇料液比(1∶120、1∶160、1∶200、1∶240、1∶280(g∶mL))、堿液濃度為NaOH質(zhì)量濃度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L)、浸提溫度(60、70、80、90、100℃)、浸提時間(60、120、180、240、300 min)4個因素做單因素試驗，考察各單因素對玉木耳根中SDF和IDF得率的影響，確定相關(guān)的提取工藝。

1.3.3 正交試驗設(shè)計優(yōu)化

以料液比、堿液濃度、浸提時間和浸提溫度作為考察因素，設(shè)計4因素3水平的正交試驗，每個試驗重復(fù)3次，取平均值作為結(jié)果，對堿法提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。因素水平設(shè)計見表1。

表1 工藝優(yōu)化L9(34)正交試驗因素水平表Table 1 Factors and their levels in L9(34)orthogonal array design

玉木耳根SDF和IDF提取計算如公式(1)和(2)：

(1)

(2)

1.3.4 玉木耳根膳食纖維理化性質(zhì)測定

1.3.4.1 持水力、持油力和膨脹力測定

參照CHAU等[13]方法進(jìn)行改進(jìn)。對膳食纖維樣品進(jìn)行精準(zhǔn)稱重，并且在100 mL燒杯里置入1.000 g樣品，而后加入50 mL去離子水，室溫振蕩勻稱，再將其安靜置放2 h，通過0.75 mm尼龍網(wǎng)進(jìn)行過濾，一直到不再有水滴下，即可對樣品濕重量加以稱重。持水力計算如公式(3)所示：

(3)

按照SANGNARK等[14]的方法進(jìn)行改進(jìn)。對膳食纖維樣品進(jìn)行精準(zhǔn)稱重，并且在100 mL燒杯里置入1.000 g樣品，而后加入25 g食用花生油，并將其混合勻稱，在37℃的環(huán)境中安靜置放1 h，在完成2 500 g/min離心20 min后，將上層油清除，再將殘渣游離的花生油通過濾紙吸取干凈，對吸附花生油之后的樣品重量加以記載，持油力計算如公式(4)所示：

(4)

按照FEMENIA等[15]的方法進(jìn)行改進(jìn)。對膳食纖維樣品進(jìn)行精準(zhǔn)稱重，并且在25 mL刻度試管里置入1.000 g樣品，對樣品最初的體積加以記載，而后將20 mL去離子水加入其中，并將其混合勻稱，在室溫中安靜置放24 h，將其膨脹后的體積加以記載，膨脹力計算如式(5)所示：

(5)

1.3.4.2 吸附膽固醇能力測定

在去離子水當(dāng)中置入新鮮的雞蛋蛋黃，充分?jǐn)嚢柚螳@取10%的雞蛋黃乳液。分別精準(zhǔn)稱重1.00 g的SDF和IDF過50目篩的粉末，并將其置入100 mL的錐形瓶里，將25 g蛋黃乳液加入其中，調(diào)整溶液體系pH=2.0(模擬人體胃液環(huán)境)和pH=7.0(模擬人體小腸環(huán)境)，放置于180 r/min的水浴振蕩器中，37℃振蕩 4 h，3 000r/min離心30 min，吸取 0.1 mL上清液，在550 nm波長下對定膽固醇含量進(jìn)行檢測的時候選擇使用OPA法[16]。單股陳吸附能力計算如公式(6)所示：

膽固醇吸附能力/(mg·g-1)=

(6)

1.3.4.3 吸附膽酸鈉能力測定

分別精準(zhǔn)稱重1.000 g的SDF和IDF過50目篩的粉末，并將其置入250 mL的錐形瓶里，加入含有0.20 g膽酸鈉的0.15 mo1/L NaCl溶液100 mL并調(diào)節(jié)pH值7.0和2.0，通過電磁攪拌器進(jìn)行2 h的充分?jǐn)嚢?，并將其置?7℃恒溫環(huán)境當(dāng)中，而后借助移液管獲取1 mL樣品溶液，在620 nm波長下測定膽酸鈉的含量[17]。膽固醇吸附能力計算如公式(7)所示：

膽酸鈉吸附能力/(mg·g-1)=

(7)

胖捕頭“啪”地一拍桌子站起來，胖老婆與胖女兒躲到他身后，捕頭喝道：“你們想干什么！光天化日之下，還有沒有王法！”袁安聽著，心里想，其實應(yīng)該說是“光天化月”之下吧。

(8)

1.4 數(shù)據(jù)處理

各試驗組重復(fù)3次，試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17軟件完成相應(yīng)的統(tǒng)計分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維提取工藝單因素試驗結(jié)果

2.1.1 料液比對膳食纖維含量的影響

由圖1可知，當(dāng)料液比達(dá)到1∶160時玉木耳根SDF和IDF提取率可達(dá)到最大，分別為38%和59%，從而玉木耳根總膳食纖維提取率最高，當(dāng)料液比增大時，玉木耳根SDF和IDF提取率減少，在提取過程中對溶液的浪費(fèi)相應(yīng)增加。

圖1 料液比對SDF和IDF的影響Fig.1 Effects of solid-liquid ratio on SDF and IDF contentof A. cornea var. Li root注：圖中不同大小寫字母表示各處理組差異顯著。下同。

2.1.2 堿液濃度對膳食纖維含量的影響

由圖2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)NaOH堿液質(zhì)量濃度為0.5～1 g/L的時候，玉木耳根SDF和IDF的提取率與堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比，達(dá)到1 g/L堿液濃度時提取率最大分別為35.67%和56%，玉木耳根總膳食纖維提取率最多。當(dāng)其濃度為1.5～2.5 g/L的時候，玉木耳根膳食纖維提取率出現(xiàn)下滑，然而其總提取效率也高于75%。

圖2 堿液濃度對SDF和IDF的影響Fig.2 Effects of alkali solution concentration onSDF and IDF content of A. cornea var. Li root

2.1.3 提取溫度對膳食纖維含量的影響

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，在提取溫度上升的過程中，玉木耳根SDF和IDF的提取率先快速上漲，而后又緩緩下降。當(dāng)溫度為60～70℃時，二者的提取效率上升，而當(dāng)70℃的時候，二者的提取效率達(dá)到峰值，分別是35%與55%，而玉木耳根總膳食纖維的提取效率則高達(dá)90%，溫度在70℃以上，隨著溫度升高，提取率反而下降。由于玉木耳根膳食纖維在高溫當(dāng)中會被損壞，所以導(dǎo)致提取效率下降。

圖3 提取溫度對SDF和IDF的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on SDFand IDF content of A. cornea var. Li root

2.1.4 提取時間對膳食纖維含量的影響

由圖4可以發(fā)現(xiàn)，在浸提時間不斷延長的過程中，玉木耳根SDF和IDF的提取效率先出現(xiàn)上升，而后又緩緩下降，其峰值出現(xiàn)于180 min的時候。當(dāng)其處于60～180 min時，隨著時間的延長，二者的含量持續(xù)上升，并達(dá)到峰值，分別是35%與53.67%，而總膳食纖維的提取效率則為88.67%；在浸提時間處于180～300 min時，其膳食纖維含量逐步減少。所以選取180 min為最合適的提取時間。

圖4 提取時間對SDF和IDF的影響Fig.4 Effect of extraction time on SDF andIDF content of A. cornea var. Li root

2.2 膳食纖維提取工藝正交試驗結(jié)果

玉木耳根膳食纖維提取的正交試驗的極差分析和方差分析結(jié)果分別見表2和表3。極差分析表2顯示，影響玉木耳根SDF得率的最佳條件為：A3B3C2D3，即料液比為1∶200，NaOH堿液質(zhì)量濃度為1.5 g/L，浸提時間為160 min，浸提溫度為80℃，在此最佳條件下SDF的得率為22.21%；而影響IDF得率的最佳條件為：A3B3C2D1，即料液比為1∶200 (g∶mL)，NaOH堿液濃度為1.5%，浸提時間為160 min，浸提溫度為60℃，在此最佳條件下IDF的得率為37.52%。

表2 玉木耳根膳食纖維L9(34)正交試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 L9(34) orthogonal array design arrangement and experimental results

表3 方差分析表Table 3 Table of variance analysis

2.3 玉木耳根膳食纖維性質(zhì)測定

由表4可得出，玉木耳根IDF的持水力、持油力和膨脹力約為SDF的3.4倍、1.5倍和1.9倍，持油力顯著高于已報道黑木耳水提法、纖維素酶法和堿法提取IDF，持水力和膨脹力與之相當(dāng)[20-22]，持水力通常與其分子中親水基團(tuán)的暴露量有關(guān),親水基團(tuán)暴露得越多,持水力越高[23]。玉木耳根SDF持油力顯著高于已報道脫色木耳SDF和木耳SDF的指標(biāo)水平[20]，持油力和膨脹力均高于纖維素酶法提取黑木耳SDF，持水力與之相當(dāng)[21]。人們常吃富含膳食纖維的食物，其持油、持水和膨脹的特性可以增加飽腹感從而減少進(jìn)食和熱量的吸收。

表4 玉木耳根膳食纖維持水性、持油性和膨脹性對比Table 4 Water-holding capacity，oilr-holding capacity，swelling capacity of dietary fiber from A. cornea var. Li root

注：P<0.05，不同字母表示各組差異水平顯著。下同。

表5 玉木耳根膳食纖維吸附能力Table 5 Adsorbability of dietary fiber from A. cornea var. Li root

3 結(jié)論

采用堿法對玉木耳根中的膳食纖維進(jìn)行提取，并借助單因素實驗對料液比、堿液質(zhì)量濃度、溫度和時間進(jìn)行了考察，通過正交試驗對可溶性和不可溶性膳食纖維提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，并且SDF與IDF最佳提取條件。其中SDF的最優(yōu)提取工藝為料液比1∶200，NaOH堿液質(zhì)量濃度1.5 g/L，浸提時間160 min，浸提溫度80℃，得率為22.21%；而IDF的最佳提取工藝為料液比1∶200，NaOH堿液質(zhì)量濃度1.5 g/L，浸提時間160 min，浸提溫度60℃，得率為37.52%。

在最佳提取條件下，玉木耳根SDF的持水力為7.84 g/g，比報道的香菇SDF(6.32 g/g)、銀耳SDF(7.26 g/g)等持水力好，比黑木耳SDF(7.92 g/g)持水力略低[22]，玉木耳根SDF的持油力(3.2 g/g)高于香菇SDF(2.63 g/g)和銀耳SDF(2.25 g/g)，玉木耳根SDF膨脹力為9.1 mL/g，均高于香菇SDF和銀耳SDF[24]。而玉木耳根CIDF的持水力、持油力和膨脹力分別為26.46 g/g、4.86 g/g和17.9 mL/g。玉木耳根SDF和IDF對于膽酸鈉的吸附分別為10.72%和19.92%，均高于黑木耳SDF(3.01%)和IDF(5.12%)，而其在中性環(huán)境下玉木耳根SDF對亞硝酸根離子吸附15.55 mg/kg遠(yuǎn)高于黑木耳SDF(2.81 mg/kg)，在酸性環(huán)境下玉木耳根IDF對膽固醇吸附能力(10.71 mg/kg)高于黑木耳IDF(7.32 mg/kg)[22]。本次研究利用堿法制備玉木耳根的膳食纖維具有良好的實際操作性，且提取出的膳食纖維品質(zhì)優(yōu)良，因而本研究可為玉木耳根的開發(fā)利用提供應(yīng)用依據(jù)。