石榴皮水不溶性膳食纖維提取及理化性質(zhì)測定

李 麗 楊曉芳 王希紫 明桂峰

（1.保山學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院；2.保山市第一中學(xué)，云南保山 678000）

石榴（PunicagranatumL.），又名安石榴、丹若、金罌等，為落葉喬木。我國石榴栽培歷史悠久，主要分布在云南蒙自、四川會(huì)理、陜西臨潼、山東棗莊、安徽懷遠(yuǎn)和新疆喀什。其中云南蒙自石榴種植面積和年產(chǎn)量均居全國之首，2004年，蒙自縣被國家林業(yè)局授予“中國名特優(yōu)經(jīng)濟(jì)林之鄉(xiāng)-中國石榴之鄉(xiāng)”榮譽(yù)稱號(hào)，2006 年，蒙自萬畝石榴園被授予“中國十大知名農(nóng)業(yè)旅游示范點(diǎn)”稱號(hào)。近年來，蒙自石榴不斷突破，獲得了較多專業(yè)認(rèn)可，品牌效應(yīng)帶動(dòng)區(qū)域特色農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢正逐步顯現(xiàn)。石榴皮為石榴的果皮，約占石榴總重的30%，研究發(fā)現(xiàn)，石榴皮富含有多種天然活性成分[1-2]，是一種常用的中藥。目前，隨著石榴資源的不斷豐富，對(duì)石榴皮的相關(guān)研究報(bào)道不斷出現(xiàn)，其中，對(duì)其多酚，多糖、黃酮等的提取工藝優(yōu)化及性質(zhì)測定相對(duì)較多，而對(duì)膳食纖維的研究相對(duì)較少[3-7]。

按在水中的溶解性分，膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF）兩大類[5]。水不溶性膳食纖維因特定的物理化學(xué)結(jié)構(gòu)，具有一定的吸水性和膨脹性、離子交換及吸附能力，能預(yù)防及減輕便秘、改善腸道菌群、吸附重金屬離子、預(yù)防心腦血管疾病等，可降低癌癥，動(dòng)脈粥樣硬化，肥胖和糖尿病等疾病的風(fēng)險(xiǎn)[8-12]。隨著資源合理有效利用意識(shí)的不斷加強(qiáng)，從農(nóng)產(chǎn)品副產(chǎn)物中提取優(yōu)質(zhì)、多樣的膳食纖維得到了研究者們的廣泛關(guān)注。Liu[13]等從柚子果實(shí)中提取了膳食纖維，并對(duì)其體內(nèi)、體外生物學(xué)活性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，柚子果實(shí)膳食纖維具有較強(qiáng)的持油、持水及膨脹性，能抑制α-淀粉酶，阻礙膽固醇膠束的形成等。Ullah[14]等采用高能濕介質(zhì)研磨改性豆渣不溶性膳食纖維，結(jié)果表明，改性后的IDF 的亮度和白度顯著增加，zeta 電位持續(xù)下降，溶脹力、水溶性指數(shù)和表觀黏度在研磨1 小時(shí)后大幅增加，然后逐漸下降，Qi[15]等研究了化學(xué)處理對(duì)米糠不溶性膳食纖維體外降血糖特性的影響，結(jié)果表明，與未經(jīng)處理的米糠相比，化學(xué)處理后的膳食纖維對(duì)葡萄糖擴(kuò)散的抑制更強(qiáng)。

本研究對(duì)紅河蒙自地區(qū)石榴皮SDF 的提取工藝及其多種理化性質(zhì)進(jìn)行探討，旨在為蒙自石榴資源的進(jìn)一步開發(fā)與利用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮石榴，2019年8月采自云南省紅河州蒙自市，取皮洗凈，干燥、粉碎過40目篩，得石榴皮樣品粉，密封干燥保存?zhèn)溆谩?/p>

氫氧化鈉、鹽酸、濃硫酸、膽固醇標(biāo)準(zhǔn)品、亞硝酸鈉、蒽酮、冰乙酸、氨基苯磺酸、鹽酸萘乙二胺等均為分析純，鄰苯二甲醛為化學(xué)純。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 石榴皮IDF提取

準(zhǔn)確稱取1.5 g 石榴皮樣品粉于100 mL 錐形瓶中，按堿提液料比為10∶1（mL·g-1）的比例，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液，搖勻，放入55℃水浴鍋中提取50 min后，用真空泵抽濾并用蒸餾水洗滌至中性，取濾渣，放入100 mL 錐形瓶中，再加入22.5 mL 濃度為0.05 mol·L-1HCl 溶液，在60℃溫水浴鍋中提取60 min，用真空泵進(jìn)行抽濾并用蒸餾水洗滌至中性，過濾，將提取出的濾渣于60℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱下烘干，冷卻至室溫，得石榴皮IDF，密封保存?zhèn)溆谩?/p>

石榴皮IDF提取率的計(jì)算如公式（1）所示：

1.2.2 單因素試驗(yàn)

選擇堿提液料比（10∶1、13∶1、16∶1、19∶1、21∶1 mL·g-1）、堿提溫度（35℃、45℃、55℃、65℃、65℃、75℃）、堿提時(shí)間（30、40、50、60、70 min）、NaOH 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（3%、4%、5%、6%、7%）；酸提液料比（7∶1、12∶1、17∶1、22∶1、27∶1 mL·g-1）、酸提溫度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃）、酸提時(shí)間（45、60、75、90、105 min），考察單因素對(duì)石榴皮IDF提取的影響，確定提取工藝。

1.2.3 正交試驗(yàn)

通過SPASS 軟件進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果表明：NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿提液料比、堿提時(shí)間、堿提溫度、酸提時(shí)間、酸提液料比、酸提溫度7 個(gè)因素對(duì)石榴皮IDF 的提取均有顯著影響。考慮試驗(yàn)成本，最終選取堿提液料比（A），堿提時(shí)間（B），酸提時(shí)間（C），酸提溫度（D）4因素，采用L9（34）正交設(shè)計(jì)法優(yōu)化提取工藝，因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素和水平

1.3 石榴皮IDF理化性質(zhì)測定

將最佳工藝條件下所提石榴皮IDF干燥、粉碎、過40目篩，得石榴皮IDF樣品粉，密封干燥保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.1 持水力測定

持水力測定[16]：準(zhǔn)確稱取1 g 石榴IDF 樣品粉于50 mL 離心管內(nèi)，加入40 mL 蒸餾水，室溫存放24 h 后，4 000 r·min-1離心30 min，去上清液，稱取濕質(zhì)量（ma），于105℃干燥箱烘干至恒質(zhì)量后，記錄干質(zhì)量（mb）。持水力計(jì)算公式如式（2）所示：

1.3.2 膨脹力測定

膨脹力測定[17]：準(zhǔn)確稱取0.3 g（m）石榴皮IDF 樣品粉，置于10 mL 量筒中，保持表面平整，記錄體積V1后，用移液管準(zhǔn)確加入5.00 mL 蒸餾水。振蕩均勻后室溫20℃放置24 h，讀取液體中IDF的體積V2，按式（3）計(jì)算膨脹力：

1.3.3 對(duì)不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的吸附作用[16]

對(duì)不飽和脂肪酸的吸附作用測定：準(zhǔn)確稱取1.0 g（m1）石榴皮IDF 樣品粉放入50 mL 離心試管中，加食用菜籽油8.0 g，于37℃恒溫水浴放置2 h，在4 000 r/min 條件下離心15 min，棄掉上層油脂，取沉淀用濾紙吸去游離的菜籽油后，稱取質(zhì)量（m2）。對(duì)不飽和脂肪的吸附能力/（g·g-1）=（m2—m1）/m1

對(duì)飽和脂肪酸吸附作用的測定：準(zhǔn)確稱取1.0 g（m1）石榴皮IDF 樣品粉放入50 mL 離心試管中，加豬油8.0 g，于37℃恒溫水浴放置2 h，在4 000 r·min條件下離心15 min，棄掉上層油脂，沉淀用濾紙吸去游離的菜籽油，稱得質(zhì)量得到m3，對(duì)飽和脂肪的吸附能力/（g·g-1）=（m3-m1）/m1

1.3.4 對(duì)NO2ˉ的吸附作用

根據(jù)GB 5009.33-2010 食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定分光光度法，繪制NO2ˉ標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y=0.0382x＋0.0089，R2=0.9988。

吸附能力測定：分別準(zhǔn)確稱取2份0.50 g石榴皮IDF樣品于250 mL錐形瓶中，加入100 mL濃度為100 umol·L-1的NaNO2溶液，分別調(diào)節(jié)pH值為2.0（模擬人體胃液環(huán)境）和pH值為7.0（模擬人體小腸環(huán)境），置于200 r/min 的水浴振蕩器中在37℃下震蕩2 h，4 000 r·min-1離心20 min，用移液管移取1 mL 的樣品溶液，按標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法，在波長538 nm 處測定NO2ˉ濃度[18]。按式（4）計(jì)算NO2ˉ的吸附量：

其中：M為IDF質(zhì)量（g）；A1為吸附前NO2ˉ含量（mg）：A2為吸附后NO2ˉ含量（mg）。

1.3.5 對(duì)膽固醇的吸附作用

參照白利[19]等方法繪制膽固醇標(biāo)準(zhǔn)曲線為：y＝6.7671x-0.006，R2＝0.9929。

吸附能力測定：取新鮮雞蛋的蛋黃，加入9倍體積的蒸餾水充分打制成乳液。取2.0 g石榴皮IDF 樣品粉，加50 g 攪打完成的蛋黃乳液，攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH 值至2.0 和7.0，置于200 r/min 的水浴振蕩器中37℃下震蕩2 h，4 000 r·min-1離心20 min 以沉淀膳食纖維，吸取0.2 mL 上清液，采用鄰苯二甲醛法在550 nm 波長處測定吸光度值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算上膽固醇質(zhì)量。按式（5）計(jì)算膽固醇的吸附能力。

式中：m1為吸附前蛋黃乳液的膽固醇質(zhì)量/mg；m2為吸附后上清液中膽固醇質(zhì)量/mg；m 為石榴皮IDF質(zhì)量/g。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行圖形繪制，用SPSS16.0進(jìn)行顯著性分析，每組試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 堿提液料比對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖1 可知：石榴皮IDF 的提取率隨液料比的增加出現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)液料比為16∶1 mL·g-1時(shí)，提取率達(dá)到最高值17.57%，原因可能是適當(dāng)增加液料比，有利于石榴皮膳食纖維充分溶出，使提取率升高，但是液料比過大時(shí)，其他水溶性成分隨之溶出使提取率降低。因此，堿提液料比選16∶1 mL·g-1為宜。

2.1.2 堿提時(shí)間對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖2 可知：當(dāng)堿提取時(shí)間從30 min 上升至40 min 時(shí)，石榴皮IDF 的提取率隨之上升，其后，增加提取時(shí)間，提取率反而下降，原因可能是，提取時(shí)間延長，使部分膳食纖維分解，提取率降低。因此，堿提時(shí)間選40 min為宜。

圖2 堿提時(shí)間對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

2.1.3 堿提溫度對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖3 可知：石榴皮IDF 的提取率隨溫度的增加先上升后下降，當(dāng)溫度達(dá)到55℃時(shí)，提取率最高為15.45%，原因可能是溫度較低對(duì)膳食纖維的溶出不利，而溫度較高時(shí)會(huì)破壞膳食纖維的結(jié)構(gòu)，使提取率降低，因此，堿提溫度選55℃為宜。

圖3 堿提溫度對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

2.1.4 NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖4可知：隨著在NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，石榴皮IDF的提取率先緩慢增加，后迅速下降。當(dāng)NaOH 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時(shí)，提取率最大，為17.09%。原因可能是，質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時(shí)，石榴皮IDF與堿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使提取率降低，因此，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)選6%為宜。

圖4 NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

2.1.5 酸提時(shí)間對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖5可知：石榴皮IDF的提取率隨時(shí)間的增加先上升后下降，當(dāng)提取時(shí)間為75 min時(shí)，提取率最高為16.29%，因此，酸提時(shí)間選75 min為宜。

圖5 酸提時(shí)間對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

2.1.6 酸提液料比對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖6可知：石榴皮中IDF的提取率隨酸液料比的增加先上升后下降，當(dāng)為12∶1 mL·g-1時(shí)達(dá)到最高值，因此，酸提液料比選12∶1 mL·g-1為宜。

圖6 酸提液料比對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

2.1.7 酸提溫度對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

由圖7 可知：石榴皮中IDF 的提取率隨溫度的增加先上升后下降，在70℃時(shí)達(dá)到最高值為16.81%，因此，選酸提溫度以70℃為宜。

圖7 酸提溫度對(duì)石榴皮IDF提取率的影響

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，影響石榴皮IDF 提取率的4 個(gè)因素主次順序?yàn)椋簤A提液料比＞酸提時(shí)間＞堿提時(shí)間＞酸提溫度。最佳提取條件為A3B2C1D2，即堿提液料比19∶1 mL·g-1，堿提時(shí)間50 min，酸提時(shí)間45 min，酸提溫度60℃。在此工藝條件下進(jìn)行了3 次驗(yàn)證試驗(yàn)，石榴皮IDF 得率的平均提取率為18.53%。

表2 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

2.3 石榴果皮IDF的理化性質(zhì)

石榴皮IDF的持水力、膨脹力對(duì)不飽和脂肪酸、飽和脂肪酸的吸附性能、NO2ˉ、膽固醇吸附性能等理化性質(zhì)測定結(jié)果見表3。

表3 石榴皮IDF的理化性質(zhì)

2.3.1 石榴皮IDF的水化特性

由表3可知，石榴皮IDF具有較強(qiáng)的持水力和膨脹力；均高于葡萄籽（0.440 g·g-1，2.367 mg·g-1）及野生陽荷（2.315 g·g-1，8.600 mg·g-1）水不溶性膳食纖維[20-21]。結(jié)果說明，石榴皮IDF可形成較多的固體食物殘?jiān)?，增加糞便的質(zhì)量和體積，使糞便柔軟，易于排出，防止便秘的發(fā)生[22]，還具有定的增稠穩(wěn)定作用，是良好的食品增稠乳化穩(wěn)定劑[23]。

2.3.2 對(duì)不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的吸附性能

由表3 可知，石榴果皮IDF 對(duì)菜籽油吸附及對(duì)豬油都具有一定的吸附能力，但是對(duì)豬油的吸附能力稍強(qiáng)一些，為2.73 g·g-1，即對(duì)飽和脂肪酸的吸附能力強(qiáng)于對(duì)不飽和脂肪酸的吸附能力，該結(jié)果與周笑犁[24]等對(duì)刺梨果渣及劉秉書[25]等人對(duì)豌豆纖維粉的水不熱膳食纖維吸附脂肪酸的研究結(jié)果一致。表明石榴皮IDF 可以減少腸胃對(duì)菜籽油及豬油的消化吸收，達(dá)到減肥及預(yù)防相關(guān)疾病的效果[26-27]。

2.3.3 石榴果皮IDF對(duì)NO2ˉ的吸附性能

綠葉蔬菜是膳食硝酸鹽的主要來源，同時(shí)，亞硝酸鹽作為著色劑及防腐劑在現(xiàn)代食品中廣泛存在，亞硝酸鹽在呈酸性條件下會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)化為致癌物質(zhì)N-亞硝胺[28-29]。由表3 可知，石榴皮IDF對(duì)NO2ˉ的吸附受到pH 值的影響，在pH=7.0（模擬小腸的pH 環(huán)境）下對(duì)NO2ˉ的吸附量較高，達(dá)175 μg·g-1，pH=2.0（模擬胃部的pH 環(huán)境）較低一些，但均高于竹筍IDF（2.87，6.2 μg·g-1）[30]，說明石榴皮IDF 有較強(qiáng)的吸附NO2ˉ的能力，且在小腸中的吸附能力更強(qiáng)，與椰蓉IDF[31]的研究結(jié)果一致。

2.3.4 石榴皮IDF對(duì)膽固醇的吸附性能

膳食纖維能吸附膽固醇等大分子物質(zhì)，減少人體對(duì)其的二次吸收，具有降血脂，保護(hù)肝臟等功能[32]。由表3 可知，石榴皮的IDF 對(duì)膽固醇的吸附受到pH 值的影響較大，在中性條件（模擬小腸的pH 環(huán)境）下IDF 對(duì)膽固醇的吸附能力為9.21 mg·g-1，在酸性條件（模擬胃部的pH 環(huán)境）下其對(duì)膽固醇的吸附能力為3.32 mg·g-1，在模擬小腸環(huán)境下對(duì)膽固醇的吸附能力明顯高于模擬胃的環(huán)境，這表明石榴皮的IDF在模擬小腸環(huán)境比在模擬胃的酸性環(huán)境對(duì)膽固醇的吸收能力更強(qiáng)，與超微型大豆皮IDF[33]研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本研究采用酸堿浸取法提取，通過單因素試驗(yàn)、正交試驗(yàn)優(yōu)化確定了石榴皮IDF的最佳提取工藝條件為：堿提溫度55℃、NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)6%、酸提液料比12∶1 mL·g-1、堿提液料比19∶1 mL·g-1、堿提時(shí)間50 min、酸提時(shí)間60 min、酸提溫度60℃，此工藝條件下提取率為17.81%；其持水力4.53 g·g-1，膨脹力14.1 mL·g-1；對(duì)菜籽油和豬油具有一定的吸附能力，吸附量分別為2.25、2.73 g·g-；在模擬小腸的條件下對(duì)NO2ˉ的吸收強(qiáng)于在模擬胃下的吸收，說明對(duì)NO2ˉ的吸收主要在小腸中；在模擬小腸的環(huán)境中對(duì)膽固醇的吸收能力比在模擬胃中強(qiáng)，表明對(duì)膽固醇的吸附能力與pH 值有關(guān)。

綜上所述，石榴皮IDF 具有較好的吸收性及膨脹性、具有一定的吸附脂肪酸的能力，同時(shí)還能清除體內(nèi)一定的NO2ˉ及膽固醇，具有一定的保健及預(yù)防疾病的潛能，在今后的研究中，將加強(qiáng)對(duì)改石榴皮IDF的改性、抗氧化及抑制酶的活性的研究，為石榴皮資源在的醫(yī)療保健領(lǐng)域的應(yīng)用開發(fā)提供一定的理論依據(jù)。