雪蓮果中SDF的提取工藝及特性研究

張會(huì)香，楊世軍，鄭偉嬋

（桂林理工大學(xué)廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西桂林541004）

雪蓮果中SDF的提取工藝及特性研究

張會(huì)香，楊世軍，鄭偉嬋

（桂林理工大學(xué)廣西礦冶與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西桂林541004）

以雪蓮果為材料，采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)熱水浴法制備水溶性膳食纖維的工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。影響雪蓮果中水溶性膳食纖維提取的得率主要因素有：酸的種類(lèi)、料液比、反應(yīng)液的pH、提取時(shí)間、提取溫度。實(shí)驗(yàn)表明，雪蓮果水溶性膳食纖維的最佳提取工藝條件：鹽酸浸提、料液比1∶5（g/g）、pH為6.0、提取時(shí)間120min、溫度80℃，此條件下雪蓮果水溶性膳食纖維的提取率可達(dá)到5.43%。各因素的影響次序?yàn)椋毫弦罕龋咎崛囟龋痉磻?yīng)時(shí)間＞pH。雪蓮果水溶性膳食纖維的持水力、膨脹力、結(jié)合水力分別為2.676 g/g、1.904mL/g、1.545g/g，對(duì)不飽和脂肪酸的吸附力為1.370g/g。

雪蓮果；水溶性膳食纖維；提取工藝；特性

膳食纖維（DF）是指能抗人體小腸消化吸收的，而在人體大腸能部分或全都發(fā)酵的可食用植物性成分、碳水化合物及其類(lèi)似物質(zhì)的總和。盡管膳食纖維不能為人體提供任何營(yíng)養(yǎng)，但研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代“文明病”（肥胖癥、高血壓、冠心病、糖尿病、結(jié)腸癌等）的發(fā)病率與膳食纖維攝入量減少有關(guān)，因此稱(chēng)之為人體必需的“第七營(yíng)養(yǎng)素”。膳食纖維按溶解性可分為水溶性膳食纖維（SDF）與水不溶性膳食纖維（IDF），SDF具有利于糞便排出，可預(yù)防冠心病等心血管疾病的發(fā)生；預(yù)防膽結(jié)石的形成；可調(diào)節(jié)血糖；改善腸道菌群，預(yù)防腸癌等功能[1-5]。21世紀(jì)將是功能性食品的世紀(jì)，膳食纖維因其突出的保健功能而被廣泛認(rèn)識(shí)和使用。

雪蓮果，學(xué)名“Smallanthus snnchifalius”屬菊科，葵花屬植物，故又稱(chēng)為菊薯，原產(chǎn)自南美洲的安第斯山脈，是當(dāng)?shù)赜〉诎踩说囊环N傳統(tǒng)根莖食品[6],雪蓮果塊根含有大量的水分及糖類(lèi)，主要是低聚糖，并含有酚酸、類(lèi)黃酮、萜類(lèi)、揮發(fā)性油、20種氨基酸和鈣、鐵、鉀、硒等礦物質(zhì)和微量元素，有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]。雪蓮果塊根不含淀粉，其中低聚果糖是主要的糖類(lèi)物質(zhì)，也是良好的SDF，占果實(shí)干物質(zhì)的45%～65%，占低聚果糖總量80%～90%[6]，是世界無(wú)公害純天然第三代藥用型水果。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于雪蓮果的研究主要集中在化學(xué)成分和藥理作用方面，對(duì)雪蓮果的利用還處于制成雪蓮果干果、果醬、果酒、干粉、糖漿、果醋的開(kāi)發(fā)階段，而對(duì)于雪蓮果SDF的研究和開(kāi)發(fā)利用很少。因此，本實(shí)驗(yàn)以雪蓮果為研究對(duì)象，對(duì)雪蓮果SDF的提取工藝及特性進(jìn)行研究，為雪蓮果SDF的開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

1 儀器與試劑

1.1 試劑

雪蓮果購(gòu)于桂林市雁山鎮(zhèn)市場(chǎng)，選取品質(zhì)優(yōu)良、新鮮無(wú)霉變、完好的雪蓮果，將其洗凈去皮，切片烘干，粉碎密封于冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器

SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵、DK-S24型電熱恒溫水浴鍋：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；2K-82B型電熱真空干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；H-100型華晨高速多功能粉碎機(jī)：浙江省永康市金穗機(jī)械制造廠；LXJ-IIB型飛鴿牌離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；BS—20S型電子天平：北京賽多利斯天平有限公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 工藝流程

雪蓮果果粉→料液混合→調(diào)pH→水浴→抽濾（濾液）→醇沉→離心沉淀→沉淀物→真空干燥→SDF樣品稱(chēng)重

2.2 雪蓮果SDF提取率的測(cè)定

SDF提取率=提取SDF質(zhì)量（g）/果粉的絕干質(zhì)量（g）×100%

2.3 單因素試驗(yàn)

2.3.1 酸的種類(lèi)

在提取溫度90℃，pH2.0，反應(yīng)1.5 h，料液比（g/g）= 1∶10的條件下，分別以0.1mol/L的鹽酸、檸檬酸、醋酸為提取溶劑對(duì)雪蓮果中SDF進(jìn)行提取，確定提取用最佳的酸的種類(lèi)。

2.3.2 料液比

分別以1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25 g/g為料液比，時(shí)間0.5 h，pH為5.0的反應(yīng)液，水浴70℃溫度下提取。測(cè)定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳料液比。

2.3.3 反應(yīng)液的pH

分別配制pH為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的酸溶液，水浴溫度70℃，時(shí)間0.5 h，最佳料液比條件下提取。測(cè)定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳pH。

2.3.4 提取時(shí)間

分別取30、60、90、120、150min，水浴溫度70℃，最佳料液比和pH條件下提取，測(cè)定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳提取時(shí)間。

2.3.5 提取溫度

分別設(shè)定40、50、60、70、80、90、100℃，最佳料液比，最佳提取時(shí)間和最佳pH條件下提取，測(cè)定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳提取溫度。

2.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)確定料液比、水浴溫度、提取時(shí)間、pH為正交試驗(yàn)的4個(gè)因素，選取L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最佳提取參數(shù)。

2.5 理化特性的研究

2.5.1 物理特性

觀察雪蓮果SDF的色、味、形態(tài)和穩(wěn)定性，及在水中的溶解性。

2.5.2 化學(xué)特性

2.5.2.1 持水力[8]

稱(chēng)取2.000 g樣品放入100mL燒杯中，加入20℃蒸餾水40mL常溫下浸泡1 h后，在定量濾紙上瀝干樣品水分，并將其迅速轉(zhuǎn)入表面皿中稱(chēng)重。按下式計(jì)算持水力：

持水力=[樣品濕重（g）－樣品干重（g）]/樣品干重（g）

2.5.2.2 膨脹力[8]

稱(chēng)取0.100 g樣品，置于50mL量筒中，吸5mL蒸餾水加入其中，振蕩后在25℃條件下密封放置24 h，讀取量筒中液體樣品的體積。按下式計(jì)算膨脹力：

膨脹力=[溶脹后纖維體積（mL）－干品體積（mL）]/樣品干重（mL）

2.5.2.3 結(jié)合水力[8]

稱(chēng)取1.000 g樣品，置于平皿中，加入20℃蒸餾水20mL，室溫下保持1 h后移置定量濾紙上瀝干水分，將濕樣移入10mL刻度離心管中，在4 000 r/min條件下離心5min后棄去水分，所獲得濕樣所含水分即為結(jié)合水，其與干樣的重量之比即為結(jié)合水力。按下式計(jì)算結(jié)合水力：

結(jié)合水力=[離心后樣品濕重（g）－樣品干重（g）]/樣品干重（g）

2.5.2.4 對(duì)不飽和脂肪酸的吸附力

參考Sangnark[9]的方法，稱(chēng)取樣品3.000 g，浸泡于24 g的食用化生油中，37℃靜置1 h，然后在4 000 r/min的條件下離心20min，除去上層油，殘?jiān)脼V紙吸干游離的花生油，稱(chēng)濕樣重量。按下式計(jì)算對(duì)不飽和脂肪酸的吸附力（g/g）：

吸油量=[濕樣重（g）－樣品干重（g）]/樣品干重（g）

3 結(jié)果與分析

3.1 單因素試驗(yàn)

3.1.1 酸的種類(lèi)對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響

酸的種類(lèi)對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 酸的種類(lèi)對(duì)SDF提取率的影響Table1 Effect of the type of acid on productivity of SDF

由表1可知，鹽酸的提取率最高，而且提取耗酸量較少、成本低。檸檬酸的提取率雖然提取率也挺高，但耗酸量也最大、成本高。醋酸的提取率低且提取的產(chǎn)品有刺激性氣味。綜合考慮SDF的提取率和成本的問(wèn)題，選擇鹽酸為最佳。

3.1.2 料液比對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響

料液比對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 料液比對(duì)SDF提取率的影響Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on productivity of SDF

由圖1可看出：雪蓮果中SDF的提取率在料液比從1∶5增加到1∶10時(shí)增大到最高點(diǎn)，在1∶15時(shí)有呈下降趨勢(shì)，在1∶20時(shí)有略有增加，之后又減小，但變化幅度不大?？紤]到增大水料比會(huì)加大提取液濃縮的難度，也會(huì)增加乙醇沉淀時(shí)的用量，因此，選用最佳料液比為1∶10。

3.1.3 pH對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響

pH對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 pH對(duì)SDF提取率的影響Fig.2 Effect of pH on productivity of SDF

由圖2可發(fā)現(xiàn)：pH在2.0～7.0范圍內(nèi)，SDF的提取率隨著pH上升而增加，在pH6.0時(shí)提取率最大。說(shuō)明雪蓮果中SDF在弱酸性條件下溶出較多。因此pH以 6.0較為適宜。

3.1.4 時(shí)間對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響

時(shí)間對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響Fig.3 Effect of time on productivity of SDF

由圖3分析可知：提取時(shí)間在30min～120min范圍內(nèi)，提取率隨提取時(shí)間延長(zhǎng)呈上升的趨勢(shì)，提取時(shí)間120min時(shí)達(dá)最大值，此后時(shí)間延長(zhǎng)，提取率反而有所減小。可能長(zhǎng)時(shí)間的提取會(huì)對(duì)部分SDF結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致提取率下降。所以提取時(shí)間選取120min。

3.1.5 溫度對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響

溫度對(duì)雪蓮果SDF提取率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 溫度對(duì)SDF提取率的影響Fig.4 Effectof tem peratureon p roductivity of SDF

由圖4知，隨著提取溫度增大，其提取率先增大然后又下降，在70℃時(shí)提取率最大。其原因可能是：部分SDF耐熱性較差，如果處理溫度過(guò)高，會(huì)引起結(jié)構(gòu)破壞，從而使產(chǎn)率下降。因此選擇提取的最佳溫度為70℃。

3.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果確定影響雪蓮果SDF提取率的主要因素為提取溫度、時(shí)間、pH及料液比，因素水平見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表Table2 Factor and level of orthogonal experiment

在最佳水平條件下上下各選一個(gè)水平即三水平，選L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，并確定最佳提取條件。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table3 Design and results of orthogonal experiment

由表3中可知，各因素的影響順序?yàn)锳＞B＞C＞D，即影響雪蓮果SDF的提取率最顯著因素為料液比，其次為提取溫度和提取時(shí)間，pH的影響較小。各因素的最佳水平為：A（料液比/（g/g））選取1∶5，B（溫度/℃）取80℃，C（時(shí)間/min）取120min，D（pH）取6.0為好，即A1B3C2D2是雪蓮果SDF的提取的最佳參數(shù)。由于得出的最佳參數(shù)未在正交試驗(yàn)表中出現(xiàn)，所以需要再進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table4 Results of the test and verify

從表4可知，在最佳參數(shù)條件下雪蓮果SDF提取率平均值為5.43%，高于正交試驗(yàn)的最大提取率，說(shuō)明得到的最佳參數(shù)確為最優(yōu)，即料液比1∶5、提取溫度80℃、提取時(shí)間120min、pH6.0。

3.3 理化特性的研究

3.3.1 物理特性

實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，雪蓮果SDF為淡黃色粉末，味微甜，無(wú)臭，熱穩(wěn)定性好，暴露空氣中易受潮，有良好的水溶性，但不溶于乙醇、丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑。

3.3.2 化學(xué)特性

SDF能增加人體排泄物的體積，縮短腸內(nèi)的通過(guò)時(shí)間，增強(qiáng)消化道功能來(lái)解除便秘，減少吸收或吸附食物中致癌物質(zhì)對(duì)人體危害，或延長(zhǎng)葡萄塘的吸收速度，結(jié)合或放出礦物質(zhì)和通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生揮發(fā)性短鏈脂肪酸，阻止膽固醇吸收，促進(jìn)糞便內(nèi)中性膽固醇排同時(shí)明顯降低食物熱能、糖、脂肪，從而減少心血管疾病的發(fā)生。水溶性纖維素具有較強(qiáng)的吸水膨脹性，使人具有增加飽腹感、能適當(dāng)減少進(jìn)食量，也使人不易產(chǎn)生饑餓感，達(dá)到減肥的目的。膳食纖維的作用與其持水力、膨脹力有密切的關(guān)系。對(duì)雪蓮果SDF的理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 SDF的理化性質(zhì)Table5 Physical and chemical characteristics of SDF

由表5可知，雪蓮果SDF的持水力、膨脹力、結(jié)合水力、對(duì)不飽和脂肪酸的吸附作用能力都較好。說(shuō)明雪蓮果SDF對(duì)于預(yù)防便秘、結(jié)腸癌和減少肥胖的發(fā)生具有積極的作用。

4 結(jié)論

通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定水浴法提取雪蓮果SDF的最佳工藝條件為：料液比（g/g）選取1∶5，溫度為80℃，時(shí)間為120min，pH為6.0。在此條件下雪蓮果SDF的提取率可達(dá)到5.43%。特性研究結(jié)果表明，雪蓮果SDF有較好的理化特性，可作為功能食品基料應(yīng)用于食品生產(chǎn)中，具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。

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Studies on the Extraction and Characteristics of Water-soluble Dietary Fiber from Yacon

ZHANG Hui-xiang，YANG shi-jun，ZHENG Wei-chan
（Guangxi Scientific Experiment Center of Mining，Metallurgy and Environment，College of Chemistry and Bioengineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，Guangxi，China）

Yacon as the experimental raw material in the paper，the hot water extraction technologies of watersoluble dietary fiber from yacon were optimized by single factor and orthogonal experiments.The main factors affecting on the extraction rate of water-soluble dietary fiber in the yacon，acid types，solid-liquid ratio，time，temperature.Experiments showed that the optimal condition were using hydrochloric acid extraction，the ration of raw material1∶5，pH6.0，extraction time 120min，extraction temperature 80℃，under these conditions the yacon water-soluble dietary fiber extraction rate of5.43%.The order of factors solid to liquid ratio＞extraction temperature＞reaction time＞pH value.Yacon water-soluble dietary fiber of water holding capacity，swelling power，combined with hydraulic were 2.676 g/g，1.904 mL/g，1.545 g/g，and unsaturated fatty acid absorption edge was 1.370 g/g.

Yacon；water-soluble dietary fiber；extraction process；characteristics

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.010.004

2013-05-14

廣西礦業(yè)與環(huán)境科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心資助項(xiàng)目（一般項(xiàng)目KH2011YB017）

張會(huì)香（1975—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：天然產(chǎn)物研究與開(kāi)發(fā)。