不同方法提取廣佛手膳食纖維性質(zhì)的比較分析

華建新，卓思雨，田嘉瑜，郭彥希，周愛梅

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東省功能食品活性物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510642）

佛手（CitrusmedicaL.var.sarcodactylisSwingle）為蕓香科柑橘屬常綠小喬木佛手的干燥成熟果實(shí)，其作為一種藥食同源的傳統(tǒng)中藥，已有悠久的臨床用藥歷史[1]。佛手富含精油、黃酮、多糖和膳食纖維等多種活性成分，具有抗腫瘤、抗菌、降血脂、降血糖、提高免疫和抗氧化等多種生物活性[2-5]，近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。佛手因產(chǎn)地不同可分為“廣佛手”、“川佛手”、“金佛手”和“建佛手”，其中，廣佛手作為廣東省重點(diǎn)發(fā)展保護(hù)的道地藥材品種，已被列入《廣東省嶺南中藥材保護(hù)條例》，有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具有廣闊的開發(fā)利用前景。

膳食纖維（Dietary Fiber，DF）是無(wú)法被胃腸道消化酶所消化的碳水化合物及其類似物的總稱[6]，按照溶解度可分為可溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）和不可溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF）。SDF 可溶于熱水，主要成分有果膠、部分半纖維素等，也包括部分微生物多糖；IDF 不溶于熱水，主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等。與IDF 相比，SDF 在許多方面具有更強(qiáng)的生理功能，如排除有害金屬離子、降低膽固醇、預(yù)防高血壓、心臟病、膽結(jié)石和糖尿病等，而且有利于人體的消化吸收[7-9]。然而天然來(lái)源的膳食纖維中SDF 含量較少，需要采用化學(xué)法、酶法、發(fā)酵法、物理法等對(duì)天然原料改性，提高其SDF 的含量和品質(zhì)。目前，提高水溶性膳食纖維的方法主要有高溫蒸煮法、超微粉碎法、酶解破壁法、螺桿擠壓法、超高壓處理法等[10-14]。高溫蒸煮法是在一定的高溫高壓下對(duì)膳食纖維進(jìn)行改性，使其中的不溶性膳食纖維分子鏈斷裂，增加可溶性膳食纖維的含量；超微粉碎法能利用機(jī)械動(dòng)力的方法克服膳食纖維內(nèi)部凝聚力，并使其破碎，從而改變膳食纖維的物理化學(xué)性質(zhì)；酶解破壁法借助淀粉酶、糖化酶、纖維素酶和木聚糖酶等降解纖維素、木質(zhì)素，從而得到相對(duì)純化且得率較高的可溶性膳食纖維；超高壓技術(shù)在100～1 000 MPa、室溫或較低溫度條件下，用水或者油作為介質(zhì)傳遞壓力給膳食纖維，使其結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提高可溶性膳食纖維的含量，并引起性質(zhì)和功能改變。

據(jù)測(cè)定，廣佛手干片中含有45%左右的粗纖維，可作為膳食纖維的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)原料，但目前國(guó)內(nèi)外對(duì)佛手尤其是對(duì)廣佛手膳食纖維的研究仍處于起步階段。因此，本研究以膳食纖維的得率、結(jié)構(gòu)特性、理化性質(zhì)為指標(biāo)，評(píng)價(jià)不同提取方法如高溫蒸煮、超微粉碎、復(fù)合酶法單獨(dú)作用和復(fù)合作用對(duì)佛手膳食纖維性質(zhì)的影響，以期為廣佛手精深加工提供一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

廣佛手干片，由廣東展翠食品股份有限公司提供；纖維素酶（比活力50 U/mg）、木聚糖酶（比活力6 000 U/mg），由上海源葉生物科技有限公司提供；其他試劑均為市售分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

AL104 萬(wàn)分之一電子天平、DELTA320 pH 計(jì)，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；DHG-970 電熱鼓風(fēng)干燥箱，海齊心科學(xué)儀器有限公司；DF-101S 數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋，鞏義予華儀器有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；TGL-16G 高速臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭儀器廠；Vertex 70 傅里葉變換紅外光譜，德國(guó)Bruker 公司；Ulitma IV X 射線多晶粉末儀，日本Rigaku 公司；EVO MA 15 掃描式電子顯微鏡，德國(guó)Zeiss 公司；LS-50HG 立式壓力蒸汽滅菌鍋，江陰濱江醫(yī)療設(shè)備有限公司；XDW-6B 超低溫超微粉碎機(jī)，濟(jì)南達(dá)威機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 廣佛手膳食纖維提取

1.3.1.1 熱水提取法（H）

參考戴建波[15]的方法，下同，稱取一定量過(guò)60目篩的廣佛手粉，按料液比1:20（g/mL）加水混勻，在60 ℃水浴180 min，提取完畢后冷卻至室溫，抽濾取濾渣，60 ℃熱風(fēng)干燥后得佛手IDF，稱重；濾液于55～60 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原體積的1/3～1/4后，加入四倍體積的95%（V/V）乙醇，室溫沉淀過(guò)夜，取沉淀以95%（V/V）乙醇洗滌，干燥得佛手SDF，稱重；兩者質(zhì)量之和為佛手總膳食纖維（Total Dietary Fiber，TDF）質(zhì)量。按以下公式計(jì)算得率：

式中：

Y——得率，%；

M1——膳食纖維質(zhì)量，g；

M2——廣佛手粉質(zhì)量，g。

1.3.1.2 高溫蒸煮輔助熱水提取法（HTH）

稱取一定量過(guò)60目篩的廣佛手粉，按料液比1:20（g/mL）加水混勻，于高壓蒸汽滅菌鍋中120 ℃蒸煮40 min，取出后冷卻至60 ℃，在60 ℃水浴180 min，提取完畢后各種DF收集方法同1.3.1.1。

1.3.1.3 超微粉碎輔助熱水提取法（UMH）

稱取一定量過(guò)60目篩的廣佛手粉進(jìn)行超微粉碎處理，按料液比1:20（g/mL）加水混勻，在60 ℃水浴180 min，提取完畢后各種DF收集方法同1.3.1.1。

1.3.1.4 纖維素酶和木聚糖酶復(fù)合酶解法（E）

稱取一定量過(guò)60 目篩的廣佛手粉，按料液比1:20（g/mL）加水混勻，調(diào)整pH 值為4.5，加入酶活力配比為1:1 的復(fù)合酶（纖維素酶+木聚糖酶=200 U/g+200 U/g，下同），50 ℃水浴60 min，酶解完畢后在100 ℃保持5 min 滅酶，冷卻至室溫，抽濾取濾渣，蒸餾水洗滌至中性，60 ℃熱風(fēng)干燥后得佛手IDF，稱重；濾液按1.3.1.1 的方法處理，干燥得佛手SDF，稱重；兩者質(zhì)量之和為佛手TDF 質(zhì)量。

1.3.1.5 高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解提取法（HTE）

稱取一定量過(guò)60目篩的廣佛手粉，按料液比1:20（g/mL）加水混勻，于高壓蒸汽滅菌鍋中120 ℃蒸煮40 min，取出后調(diào)整pH值為4.5，加入復(fù)合酶進(jìn)行酶解，具體酶解方法和各種DF收集方法同1.3.1.4。

1.3.1.6 超微粉碎輔助復(fù)合酶解法（UME）

稱取一定量過(guò)60目篩的廣佛手粉進(jìn)行超微粉碎處理，按料液比1:20（g/mL）加水混勻，調(diào)整pH值為4.5，加入復(fù)合酶進(jìn)行酶解，具體酶解方法和各種DF收集方法同1.3.1.4。

1.3.1.7 理化成分的測(cè)定

將H-TDF、HTH-TDF、UMH-TDF、E-TDF、HTE-TDF、UME-TDF六種樣品進(jìn)行理化成分含量對(duì)比。

水分含量測(cè)定參照GB 5009.3-2016中的直接干燥法；灰分含量測(cè)定參照GB 5009.4-2016中的第一法；蛋白質(zhì)含量測(cè)定參照GB 5009.5-2016中凱氏定氮法；膳食纖維含量測(cè)定參照GB 5009.88-2014中的酶重量法。

1.3.2 廣佛手膳食纖維結(jié)構(gòu)性質(zhì)鑒定

1.3.2.1 傅里葉變換紅外光譜法（FT-IR）分析

準(zhǔn)確稱取1.5 mg 的廣佛手膳食纖維樣品于瑪瑙研缽，再加入100 mg 干燥好的溴化鉀粉末，充分研磨至無(wú)法看到晶狀物為止，經(jīng)壓片機(jī)壓成透明薄片后，使用FT-IR 在400～4 000 cm-1范圍進(jìn)行掃描測(cè)定。

1.3.2.2 X-射線衍射（XRD）分析

將干燥好的廣佛手膳食纖維樣品充分粉碎，過(guò)100目篩后進(jìn)行XRD分析。操作條件：采用銅靶，管壓40 kV，電流40 mA，步長(zhǎng)0.04°，掃描速度17.7 s/步，掃描范圍2θ=5°～60°。

1.3.2.3 掃描電鏡（SEM）觀察

將廣佛手膳食纖維樣品以導(dǎo)電膠固定在銅樁上形成薄層，用洗耳球?qū)⒍嘤嗟纳攀忱w維粉末除去，采用離子濺射的方法噴金，通過(guò)掃描電子顯微鏡在2.0 kV的條件下對(duì)樣品進(jìn)行1 000 倍放大觀察、拍照。

1.3.2.4 分子量測(cè)定

葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作：采用島津高效液相色譜儀配備示差折光檢測(cè)器，凝膠色譜柱TSKgel G5000 PWxl 與TSKgel G 3000 PWxl 串聯(lián)，流動(dòng)相為純水，流速為0.6 mL/min，檢測(cè)時(shí)間為35 min，柱溫為35 ℃，上樣體積為20 μL，檢測(cè)系列濃度葡聚糖標(biāo)準(zhǔn)品的色譜圖，得到葡聚糖分子量對(duì)數(shù)lg M 與洗脫體積的曲線，并對(duì)曲線進(jìn)行線性擬合，得到公式y(tǒng)=0.025x2-1.296x+19.408

分子量測(cè)定：將廣佛手可溶性膳食纖維樣品用流動(dòng)相配制成10 mg/mL 的溶液，溶解后過(guò)0.45 μm 濾膜進(jìn)樣，記錄色譜圖。根據(jù)葡聚糖分子量標(biāo)準(zhǔn)洗脫曲線計(jì)算樣品相對(duì)分子量。

1.3.3 廣佛手膳食纖維理化性質(zhì)分析

1.3.3.1 持水力的測(cè)定

參考Ma 等[16]的方法，稱取適量廣佛手膳食纖維粉末（m1），置于已知質(zhì)量的50 mL 離心管（m2）中，加入40 mL蒸餾水，混勻后室溫下靜置1 h，4 000 r/min離心20 min，去除上清液后稱重記錄離心管和樣品的總質(zhì)量（m3），按以下公式計(jì)算持水力。

式中：

W——持水力，g/g；

m1——廣佛手膳食纖維質(zhì)量，g；

m2——離心管質(zhì)量，g；

m3——去除上清液后離心管和廣佛手膳食纖維的總質(zhì)量，g。

1.3.3.2 膨脹力的測(cè)定

參考Ding 等[17]的方法，稱取適量廣佛手膳食纖維粉末（M），置于10 mL 具塞刻度試管中，記錄樣品原始體積（V2），加入10 mL 蒸餾水，混勻后室溫下靜置18 h，記錄樣品吸水膨脹后的體積（V1），按以下公式計(jì)算膨脹力。

式中：

E——膨脹力，g/g；

M——廣佛手膳食纖維質(zhì)量，g；

V1——樣品原始體積，mL；

V2——樣品吸水膨脹后體積，mL。

1.3.3.3 持油力的測(cè)定

參考Ma 等[16]的方法，稱取適量廣佛手膳食纖維粉末（M2），置于已知質(zhì)量（M3）的50 mL 離心管中，加入花生油10 mL，室溫靜置l h，4 000 r/min 離心20 min，除去上層油脂和管壁上的殘?jiān)?，稱質(zhì)量（M1），按以下公式計(jì)算持油力。

式中：

O——持油力，g/g；

M1——除去上層油脂和管壁上的殘?jiān)目傎|(zhì)量，g；

M2——廣佛手膳食纖維質(zhì)量，g；

M3——離心管質(zhì)量，g。

1.3.3.4 陽(yáng)離子交換能力

參考Ma 等[18]的方法，稱取0.25 g 左右廣佛手膳食纖維粉末，記錄質(zhì)量為Mc，置于100 mL 燒杯中，加入50 mLm=5% NaCl 溶液，攪拌均勻使樣品充分分散在溶液中，以0.01 mol/L NaOH 滴定樣品溶液至中性，記錄pH 值為7 時(shí)消耗NaOH 溶液的體積為Vc。以不加樣品的m=5% NaCl 為空白溶液進(jìn)行滴定，記錄NaOH 溶液消耗體積為V0，按以下公式計(jì)算陽(yáng)離子交換能力。

式中：

C——陽(yáng)離子交換能力，mol/g；

Mc——廣佛手膳食纖維質(zhì)量，g；

V0——空白溶液滴定消耗NaOH 溶液的體積，mL；

Vc——樣品溶液滴定消耗NaOH 溶液的體積，mL。

1.3.3.5 亞硝酸鹽吸附能力

NO2-標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：參照GB 5009.33-2016 的方法，建立溶液中NO2-含量的標(biāo)曲，得到NO2-含量（X，μg）與吸光值（Y）之間的線性回歸方程為：Y=0.032 9X，R2=0.999 2。

樣品吸附能力的測(cè)定：將NaNO2標(biāo)準(zhǔn)溶液分為兩份，分別調(diào)節(jié)pH 值為7.0 和2.0，以模擬小腸和胃環(huán)境。向150 mL 錐形瓶中，加入50 mL 200 μg/L 的NaNO2標(biāo)液，然后加入0.25 g 廣佛手膳食纖維樣品，記錄質(zhì)量為MN，于37 ℃下電磁攪拌反應(yīng)，反應(yīng)120 min后各取0.5 mL 樣液，測(cè)定NO2-的含量，記錄為X1，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)對(duì)照，測(cè)定NO2-的含量，記錄為X2，按以下公式計(jì)算亞硝酸鹽吸附能力。

式中：

N——NO2-吸附量，mg/g；

MN——廣佛手膳食纖維質(zhì)量，g；

X1——樣品溶液NO2-的含量，μg；

X2——空白溶液NO2-的含量，μg

f——稀釋倍數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Origin 2018對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖；使用SPSS 22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，采用單因素方差分析進(jìn)行組間差異顯著性分析，P＜0.05，差異顯著；結(jié)果以±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維理化成分和得率的影響

由表1 可知，在六種TDF 之間，HTE-TDF 的水分含量9.58 g/100 g 和灰分含量5.88 g/100 g 最高，UMH-TDF 的蛋白質(zhì)含量7.62 g/100 g 最高，H-TDF的TDF 含量82.49 g/100 g 最高，TDF 含量大小依次為H-TDF、E-TDF、HTE-TDF、UME-TDF、HTH-TDF、UMH-TDF，其中HTH-TDF 和UMH-TDF 的TDF 含量無(wú)顯著差異（P＞0.05），可以看出經(jīng)過(guò)高溫蒸煮、超微粉碎、復(fù)合酶解處理后，TDF 含量均呈現(xiàn)不同程度的降低，其中復(fù)合酶解處理后降低程度最小，單獨(dú)高溫蒸煮和超微粉碎處理后下降較明顯，但輔助復(fù)合酶解處理后TDF 含量有所提高。這可能是由于在高溫蒸煮、超微粉碎處理過(guò)程中，廣佛手粉的纖維被有效破壞，除膳食纖維外的其他物質(zhì)溶出，導(dǎo)致HTH-TDF和UMH-TDF 的TDF 含量降低，但經(jīng)過(guò)纖維素酶和木聚糖酶酶解后，大分子物質(zhì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)使HTE-TDF 和UME-TDF 的TDF 含量升高[19]。

表1 廣佛手粉末和不同提取方法制備的廣佛手總膳食纖維理化成分對(duì)比Table 1 Comparison of physical and chemical components of total dietary fiber of bergamot powder and bergamot prepared by different extraction methods

由圖1 可知，與H 法相比，HTH 法的TDF 得率無(wú)顯著差異（P＞0.05），其余處理均顯著提高（P＜0.05），其中得率最高的是E 法，為59.15%，比H 法提高了25.26%；在IDF 得率方面，HTH 法和HTE 法顯著降低（P＜0.05），UME 法無(wú)顯著差異（P＞0.05），而UMH 和E 法則顯著提高（P＜0.05），其中得率最高的是UMH 法，為48.45%，比H 法提高了24.29%；在SDF 得率方面，UMH 法無(wú)顯著差異（P＞0.05），其余處理均顯著提高（P＜0.05），其中得率最高的是HTE 法，為23.68%，比H 法提高了187.38%。

圖1 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維得率的影響Fig.1 Effects of different extraction methods on the yield of dietary fiber in bergamot

與H 法相比，HTH 法的TDF 得率幾乎無(wú)變化，IDF 得率降低，SDF 得率升高，說(shuō)明一定的高溫高壓打斷了IDF 的分子鏈，從而提高SDF 的含量[20]；UMH法的TDF 得率升高，IDF 得率升高，但SDF 得率幾乎無(wú)變化，說(shuō)明超微粉碎產(chǎn)生的剪切應(yīng)力破壞了廣佛手物料內(nèi)部的凝聚力[21]，從而提高其TDF 和IDF 得率，但超微粉碎產(chǎn)生的剪切應(yīng)力可能未打斷廣佛手膳食纖維內(nèi)部的分子鏈，導(dǎo)致其SDF 得率變化不大；E法的廣佛手TDF、IDF、SDF 得率均呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，說(shuō)明纖維素酶和木聚糖酶的復(fù)合酶解有效降解了廣佛手膳食纖維的部分鏈結(jié)構(gòu)[22]，從而使膳食纖維得率整體升高；HTE 法的廣佛手TDF 和SDF 得率升高，IDF得率降低，且TDF 和SDF 得率均顯著高于HTH 法（P＜0.05），而IDF 得率與后者無(wú)顯著差異（P＞0.05），說(shuō)明一定的高溫高壓處理可能使廣佛手膳食纖維的酶解位點(diǎn)增多，從而使酶解作用更充分，導(dǎo)致IDF 更多轉(zhuǎn)化為SDF[8]；UME 法的廣佛手TDF 和SDF 得率升高，IDF 得率無(wú)顯著變化，其中TDF 得率略低于UMH法（P＞0.05），SDF 和IDF 得率則分別高于和低于后者（P＜0.05），說(shuō)明經(jīng)過(guò)超微粉碎處理后可使酶解作用更充分，提高SDF 得率。

2.2 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維結(jié)構(gòu)特性的影響

2.2.1 廣佛手膳食纖維的FT-IR 分析

FT-IR 可檢測(cè)分子結(jié)構(gòu)中的化學(xué)鍵和基團(tuán)，分析膳食纖維的結(jié)構(gòu)。圖2a 和圖2b 為六種不同提取方法制備的廣佛手IDF 和SDF 的FT-IR 圖譜。整體上看，六種IDF 和SDF 的出峰位置類似，其中HTE-IDF 的各吸收峰強(qiáng)度均高于其他IDF，而H-SDF 的各吸收峰強(qiáng)度均高于其他SDF，UME-SDF 次之。

圖2 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維主要官能團(tuán)的影響Fig.2 Effects of different extraction methods on main functional groups of dietary fiber in bergamot

六種不同提取方法制備的IDF 和SDF 均存在3 370～3 390 cm-1附近出現(xiàn)的寬展圓滑吸收峰、1 620～1 633 cm-1附近出現(xiàn)的強(qiáng)鋒以及1 415～1 422 cm-1附近出現(xiàn)的弱鋒，具有-OH、C=O 和C-H 伸縮振動(dòng)的特征，表明經(jīng)過(guò)不同提取方法制備的IDF和SDF仍具備多糖的官能團(tuán)[23]。在3 370～3 390 cm-1的寬吸收峰是羥基的O-H 拉伸特征峰[24]，HTE-IDF 和H-SDF 在此處的峰強(qiáng)度最高，而經(jīng)過(guò)復(fù)合酶解處理提取的廣佛手膳食纖維在此處的吸收峰強(qiáng)度也較高，如 E-IDF、HTE-IDF、UME-IDF 和E-SDF、HTE-SDF、UME-SDF等，可能是由于高溫蒸煮、超微粉碎產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力和酶解導(dǎo)致廣佛手膳食纖維分子間更多的氫鍵暴露出來(lái)[19]。2 925～2 935 cm-1附近的吸收峰為CH3、CH2、CH 等的C-H 伸縮振動(dòng)，與膳食纖維中疏水基團(tuán)的含量有關(guān)[25]。1 620～1 633cm-1和1 415～1 422 cm-1處的吸收峰分別歸因于不對(duì)稱和對(duì)稱的C=O 拉伸，這是由半乳糖醛酸的存在所引起[15]，HTE-IDF 和H-SDF 在此處的吸收峰強(qiáng)度最高，表明其可能有更多糖醛酸的存在。1 060～1 105 cm-1的吸收峰歸因于環(huán)振動(dòng)與C-OH側(cè)基的伸縮振動(dòng)和C-O-C 糖苷鍵的振動(dòng)重疊[25]，表明六種SDF 均存在吡喃糖形式的多糖結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)也是果膠的多聚半乳糖醛酸結(jié)構(gòu)，HTE-IDF 和H-SDF 在此處的吸收峰強(qiáng)度均高于其他方法。在919 cm-1附近有一個(gè)明顯吸收峰，這是由于吡喃環(huán)的非對(duì)稱環(huán)伸縮振動(dòng)引起[26]；接近776～817 cm-1處的吸收峰證明存在α-D-吡喃葡萄糖結(jié)構(gòu)；622～635 cm-1附近的吸收峰則為硫酸多糖中硫酸鹽的殘留峰[15]。六種提取方法獲得的廣佛手IDF 和SDF 的傅里葉紅外光譜出峰位置類似，其中HTE-IDF 的各吸收峰強(qiáng)度均高于其他IDF，說(shuō)明高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解處理能使廣佛手IDF 的主要官能團(tuán)暴露出來(lái)，進(jìn)一步發(fā)揮其作用；H-SDF 的各吸收峰強(qiáng)度均高于其他SDF，說(shuō)明不同提取方法均會(huì)不同程度影響廣佛手SDF 的主要官能團(tuán)，其中UME-SDF 的峰強(qiáng)度受影響較小。

2.2.2 廣佛手膳食纖維的XRD 分析

膳食纖維主要由有序結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)組成，它們分別占70%和30%，XRD 分析可評(píng)估結(jié)晶度的變化，分析膳食纖維分子的聚集狀態(tài)。從圖3a 和圖3b可以看出，六種不同提取方法制備的廣佛手IDF 和SDF 的峰形相似，均在衍射角 16.66°～17.62°、20.72°～20.78°和36.24°～36.48°附近出現(xiàn)衍射峰，具有典型纖維素Ⅰ型結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的晶面，且結(jié)晶與非結(jié)晶區(qū)共存[27]。相比于H-IDF，其他提取方法所得IDF 在20.78°、36.48°、39.36°、55.26°、63.88°處的峰強(qiáng)度均有降低，可能是經(jīng)過(guò)高溫蒸煮、超微粉碎和酶解處理后，部分廣佛手IDF 向SDF 轉(zhuǎn)化及破壞部分可維持聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氫鍵所致[28]；在SDF方面，HTE-SDF 的整體衍射強(qiáng)度相對(duì)較高，可能原因是高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解處理破壞了部分纖維素鏈，去除半纖維素等非晶態(tài)組分，使SDF 纖維素分子間的氫鍵更多暴露出來(lái)[8]。

圖3 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維晶型的影響Fig.3 Effects of different extraction methods on crystal form of dietary fiber in bergamot

2.2.3 廣佛手膳食纖維的SEM 分析

如圖4 所示，不同提取方法對(duì)廣佛手IDF 結(jié)構(gòu)的影響較較小。在相同的觀察倍數(shù)下（1 000×），六種不同提取方法制備的IDF 均呈現(xiàn)顆粒狀結(jié)構(gòu)，且表面分布褶皺，存在大量微小孔洞，但顆粒大小存在差異。由圖5 則可以看出，不同提取方法對(duì)廣佛手SDF 的結(jié)構(gòu)影響較大。在相同的觀察倍數(shù)下（1 000×），H-SDF 呈現(xiàn)出不規(guī)則的片狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊密，且比表面積較大；HTH-SDF 呈現(xiàn)層疊的不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為疏松，可能是因?yàn)楦邷卣糁筇幚砥茐牧死w維分子鏈的初始結(jié)構(gòu)[29]；UMH-SDF 呈現(xiàn)連續(xù)光滑的不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較緊密，可能是因?yàn)樯攀忱w維的結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，其表面粗糙度降低[30]；E-SDF 呈現(xiàn)層疊的不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)，相較于H-SDF 結(jié)構(gòu)更疏松，可能是經(jīng)酶水解后，SDF 中纖維素鏈的部分糖苷鍵被降解，表現(xiàn)出更粗糙的表面結(jié)構(gòu)[31]；HTE-SDF 呈現(xiàn)層疊的不規(guī)則片狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為緊密，且層疊層數(shù)較多，可能是在高溫蒸煮處理的條件下復(fù)合酶解進(jìn)一步促進(jìn)了纖維的斷裂，導(dǎo)致層隙的形成[29]；UME-SDF 呈現(xiàn)彎曲不規(guī)則的微小片狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)疏松，可能是超微粉碎處理后SDF 的結(jié)構(gòu)松動(dòng)，使酶更容易作用在結(jié)合位點(diǎn)，從而使比表面積更大。

圖4 不同提取方法對(duì)廣佛手不溶性膳食纖維表面結(jié)構(gòu)的影響Fig.4 Effects of different extraction methods on surface structure of insoluble dietary fiber in bergamot

圖5 不同提取方法對(duì)廣佛手可溶性膳食纖維表面結(jié)構(gòu)的影響Fig.5 Effects of different extraction methods on surface structure of soluble dietary fiber in bergamot

2.2.4 廣佛手可溶性膳食纖維的分子量分析

分子量會(huì)影響膳食纖維的水化特性、陽(yáng)離子交換能力、質(zhì)地和應(yīng)用特性。分析不同提取方法所得廣佛手可溶性膳食纖維分子量間的差異，結(jié)果如圖6。六種提取方式所得到的可溶性膳食纖維分子量譜圖較為相似，但占比和分子量大小有所差異，其中H-SDF 主要含有3 個(gè)組分172 520 ku（10.89%）、372 ku（11.04%）、1.38 ku（68.96%）；HTH-SDF 主要含2 個(gè)組分14 962 ku（59.72%）、1.46 ku（35.31%）。UMH-SDF 主要含2個(gè)組分83 705 ku（20.32%）、1.35 ku（71.06%）；E-SDF主要含2 個(gè)組分71 360 ku（23.12%）、1.44 ku（63.14%）；HTE-SDF 主要含2 個(gè)組分54 285 ku（37.08%）、1.42 ku（58.02%）。UME-SDF 主要含2 個(gè)組分55 949 ku（31.24%）、1.38 ku（61.62%），可知除H-SDF 外，其他五種SDF 的分子量主要存在Mw＞10 000 ku、2 ku＞Mw＞1 ku 兩個(gè)組分，且經(jīng)過(guò)不同提取方法處理后，H-SDF 中分子量最大組分（Mw＞100 000 ku）和中間組分（1 000 ku＞Mw＞100 ku）在其他SDF 中沒(méi)有出現(xiàn)，小分子組分（2 ku＞Mw＞1 ku）均有出現(xiàn)，可能是提取過(guò)程中采用高溫蒸煮、超微粉碎、復(fù)合酶解等處理后使SDF 大分子量組分降解為更小分子量的組分，同時(shí)也使一定分子量的組分（100 000 ku＞Mw＞10 000 ku）出現(xiàn)[32]。經(jīng)過(guò)復(fù)合酶解處理后，E-SDF 的大分子組分分子量下降，但占比升高，可能是因?yàn)槊附馓崛∮绊懥薙DF 的化學(xué)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其水解成較小分子組分[33]，經(jīng)過(guò)單獨(dú)高溫蒸煮、超微粉碎處理后的HTH-SDF 和UMH-SDF 呈現(xiàn)類似的變化趨勢(shì)。對(duì)高溫蒸煮和超微粉碎處理進(jìn)一步輔助復(fù)合酶解后，HTE-SDF 的大分子組分分子量升高，但占比降低，原因可能是高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解使SDF 釋放部分大分子量組分，Yang 等[29]的研究也報(bào)道了類似的結(jié)果，UME-SDF 的大分子組分分子量繼續(xù)降低，但占比增加，可能是超微粉碎輔助復(fù)合酶解對(duì)SDF 的結(jié)構(gòu)破壞較大，導(dǎo)致其分子量進(jìn)一步降低。

圖6 不同提取方法對(duì)廣佛手可溶性膳食纖維分子量的影響Fig.6 Effects of different extraction methods on molecular weight of soluble dietary fiber in bergamot

2.3 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維理化性質(zhì)的影響

2.3.1 廣佛手膳食纖維的持水力、持油力和膨脹力

膳食纖維與水相互作用的能力是其通過(guò)物理吸附作用發(fā)揮生理功能的重要基礎(chǔ)；膳食纖維持油力的提高有利于其作為添加劑在脂肪、乳液含量較高的食品中應(yīng)用，且可同時(shí)承擔(dān)一定的穩(wěn)定劑功能；而膳食纖維與過(guò)量的水作用后其質(zhì)量和體積的變化情況，可較好地反映膳食纖維的容積以及水合能力[34]。

由表2 可以看出，在持水力方面，與H-IDF 相比，HTH-IDF、UMH-IDF 和E-IDF 的持水力無(wú)顯著變化，而HTE-IDF和UME-IDF的持水力顯著提高（P＜0.05），其中HTE-IDF 的持水力最高（8.37 g/g）；在持油力方面，與H-IDF 相比，HTH-IDF 和E-IDF 的持油力顯著降低（P＜0.05），UME-IDF 無(wú)顯著變化（P＞0.05），UMH-IDF 和HTE-IDF 顯著提高（P＜0.05），其中HTE-IDF 的持油力最高（2.11 g/g），這可能是因?yàn)楦邷卣糁筇幚砗兔附馓幚韱为?dú)作用時(shí)均會(huì)使廣佛手IDF的結(jié)構(gòu)變得相對(duì)松散，但兩者復(fù)合處理（高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解處理）時(shí)可能使廣佛手IDF 存在多孔洞結(jié)構(gòu)[34]；在膨脹力方面，與H-IDF 相比，其余五個(gè)處理所得IDF 的膨脹力均顯著提高（P＜0.05），其中E-IDF的膨脹力最高（9.89 mL/g），可能是因?yàn)閺?fù)合酶解暴露了廣佛手IDF 表面的極性和非極性基團(tuán)[30]。

表2 不同提取方法對(duì)廣佛手不溶性膳食纖維持水力、持油力和膨脹力的影響Table 2 Effects of different extraction methods on water holding capacity,oil holding capacity and swelling capacity of bergamot insoluble dietary fiber

由表3 可以看出，在持水力方面，與H-SDF 相比，HTH-SDF、UMH-SDF、HTE-SDF 的持水力均顯著降低（P＜0.05），E-SDF 和UME-SDF 略有提高但無(wú)顯著性差異（P＞0.05），其中E-SDF 的持水力最高（9.69 g/g），可能原因是高溫蒸煮、超微粉碎、高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解處理會(huì)使廣佛手SDF 的結(jié)構(gòu)變松散，且對(duì)膳食纖維分子鏈中的糖苷鍵破壞較大，使更多親水基團(tuán)暴露，而復(fù)合酶解和超微粉碎輔助復(fù)合酶解處理對(duì)廣佛手SDF 的空間結(jié)構(gòu)影響較小[29,34]；在持油力和膨脹力方面，與H-SDF 相比，HTH-SDF 和HTE-SDF 均顯著降低，而UMH-SDF、E-SDF 和UME-SDF 均顯著提高（P＜0.05），HTH-SDF 和HTE-SDF 持油力的變化規(guī)律與持水力的相同，但UMH-SDF 的持油力呈現(xiàn)相反的規(guī)律，原因可能是超微粉碎、復(fù)合酶解和超微粉碎輔助復(fù)合酶解處理后廣佛手SDF 有助于油脂的吸附[17]，UMH-SDF、E-SDF和UME-SDF 的膨脹力較高的原因可能是經(jīng)過(guò)超微粉碎、復(fù)合酶解和超微粉碎輔助復(fù)合酶解處理后廣佛手的SDF 暴露了更多氫鍵[35]，其中UME-SDF 的持油力最高（13.76 g/g），而E-SDF的膨脹力最高（7.42 mL/g）。

表3 不同提取方法對(duì)廣佛手可溶性膳食纖維持水力、持油力和膨脹力的影響Table 3 Effects of different extraction methods on water holding capacity,oil holding capacity and swelling capacity of bergamot soluble dietary fiber

2.3.2 廣佛手膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力

膳食纖維分子的側(cè)鏈基團(tuán)中含有部分羧基和氨基，具有一定的弱酸性陽(yáng)離子交換能力，這使其具有維持人體腸道pH 值穩(wěn)定、控制離子濃度平衡及調(diào)節(jié)滲透壓的生理功能[36]。

由圖7a 可知，與H-IDF 相比，HTH-IDF 的陽(yáng)離子交換能力顯著降低，UMH-IDF、HTE-IDF 和UME-IDF 則顯著提升（P＜0.05），而E-IDF 無(wú)顯著差異（P＞0.05），其中HTE-IDF 的陽(yáng)離子交換能力最高（0.24 mol/g）。由圖7b可知，與H-SDF相比，HTH-SDF的陽(yáng)離子交換能力顯著降低（P＜0.05），而UMH-SDF、E-SDF、HTE-SDF 和UME-SDF 無(wú)顯著變化（P＞0.05），其中E-SDF 的陽(yáng)離子交換能力最高（0.31 mol/g）。這可能是因?yàn)楦邷卣糁蠡虺⒎鬯檩o助復(fù)合酶解處理會(huì)破壞膳食纖維分子鏈的共價(jià)鍵，暴露出更多的羧基和羥基，使其更有利于陽(yáng)離子交換[18]，但單獨(dú)高溫蒸煮處理會(huì)降低廣佛手膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力，IDF 和SDF 均呈現(xiàn)相似的規(guī)律。

圖7 不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維陽(yáng)離子交換能力的影響Fig.7 Effects of different extraction methods on cation exchange capacity of dietary fiber in bergamot

2.3.3 廣佛手膳食纖維的亞硝酸鹽吸附能力

膳食纖維具有較疏松的結(jié)構(gòu)，且存在一些具有較強(qiáng)亞硝酸鹽結(jié)合力的基團(tuán)包括羧基、羧甲基和酚酸等，可作為良好的亞硝酸鹽吸附劑[37]。

由圖8a 可知，pH 值為2 時(shí)，與H-IDF 相比，HTH-IDF、E-IDF 的亞硝酸鹽吸附能力顯著降低（P＜0.05），而UMH-IDF、HTE-IDF 和UME-IDF 無(wú)顯著差異（P＞0.05），其中UMH-IDF 的亞硝酸鹽吸附能力最高（12.87 mg/g），說(shuō)明超微粉碎、高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解、超微粉碎輔助復(fù)合酶解對(duì)廣佛手IDF中能吸附亞硝酸鹽的基團(tuán)影響較小[38]；pH 值為7 時(shí)，與H-IDF 相比，HTH-IDF 的亞硝酸鹽吸附能力（7.28 mg/g）顯著升高（P＜0.05），其他處理則無(wú)顯著差異（P＞0.05），說(shuō)明高溫蒸煮處理可使廣佛手IDF結(jié)構(gòu)變得疏松。由圖8b 可知，pH 值為2 時(shí)，與H-SDF相比，其余五個(gè)處理獲得的廣佛手SDF 的亞硝酸鹽吸附能力均顯著降低（P＜0.05），其中HTE-SDF（3.36 mg/g）和UME-SDF（3.39 mg/g）的下降幅度相對(duì)較小，可能是高溫蒸煮、超微粉碎和酶解處理均破環(huán)了與吸附亞硝酸鹽能力有關(guān)的基團(tuán)，且酸性條件下，亞硝酸鹽離子在廣佛手SDF 上的吸附可能屬于化學(xué)吸附而不是物理吸附[39]；相反，pH 值為7 時(shí)，與H-SDF 相比，其余五個(gè)處理得到的廣佛手SDF 的亞硝酸鹽吸附能力均顯著升高（P＜0.05），其中UME-SDF最高（1.54 mg/g），E-SDF（1.40 mg/g）和HTE-SDF（1.17 mg/g）次之，說(shuō)明高溫蒸煮、超微粉碎和酶解處理均能使廣佛手SDF 的結(jié)構(gòu)更適合吸附亞硝酸鹽離子。上述結(jié)果還說(shuō)明，廣佛手膳食纖維在模擬胃環(huán)境（pH 值2）條件下的亞硝酸鹽吸附能力優(yōu)于小腸環(huán)境（pH 值7），原因可能是pH 值較低時(shí)，H+與亞硝酸鹽離子反應(yīng)生成HNO2，并進(jìn)一步生成能與廣佛手膳食纖維中酚酸基團(tuán)快速反應(yīng)的氮氧化合物[37]。

圖8 不同提取方法對(duì)廣佛手不溶性膳食纖維亞硝酸鹽吸附能力的影響Fig.8 Effects of different extraction methods on nitrite adsorption capacity of insoluble dietary fiber in bergamot

3 結(jié)論

不同提取方法對(duì)廣佛手膳食纖維的理化成分、得率、結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。在理化成分方面，在六種TDF 之間，HTE-TDF 的水分含量9.58 g/100 g 和灰分含量5.88 g/100 g 最高，UMH-TDF的蛋白質(zhì)含量7.62 g/100 g 最高，H-TDF 的TDF 含量82.49 g/100 g 最高；在得率方面，E-TDF 的得率最高，為59.15%；UMH-IDF 的得率最高，為48.45%；HTE-SDF 的得率最高，為23.68%。

在結(jié)構(gòu)特性方面，六種提取方法獲得的廣佛手IDF 和SDF 的傅里葉紅外光譜出峰位置類似，其中HTE-IDF 和H-SDF 的各吸收峰強(qiáng)度相對(duì)較高；六種不同提取方法制備的廣佛手IDF 和SDF 的X-射線衍射峰峰形也相似，其中H-IDF 和HTE-SDF 的整體衍射峰強(qiáng)度相對(duì)較高；六種不同提取方法制備的廣佛手IDF 的表面結(jié)構(gòu)類似，但六種廣佛手SDF 的表面結(jié)構(gòu)則存在一定差異；在六種SDF 之間，采用高溫蒸煮、超微粉碎、復(fù)合酶解等處理后所得SDF 的大分子量組分降解為更小分子量的組分。

在理化性質(zhì)方面，HTE-IDF 的持水力、持油力、陽(yáng)離子交換能力最高，E-IDF 的膨脹力最高，pH 值2時(shí)UMH-IDF 的亞硝酸鹽吸附能力最高，而pH 值7時(shí)HTH-IDF 的亞硝酸鹽吸附能力最高；另一方面，E-SDF 的持水力、膨脹力最高，UME-SDF 的持油力最高，E-SDF 的陽(yáng)離子交換能力最高，pH 值2 時(shí)H-SDF 的亞硝酸鹽吸附能力最高，而pH 值7 時(shí)UME-SDF 的亞硝酸鹽吸附能力最高。

綜上所述，高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解法對(duì)廣佛手膳食纖維總體性質(zhì)影響較好，且SDF得率最高，從得率、性質(zhì)保持、工藝條件等方面來(lái)看，高溫蒸煮輔助復(fù)合酶解法在廣佛手膳食纖維提取上具有廣闊的應(yīng)用前景。