超聲結(jié)合酶法提取花生粕中水溶性膳食纖維及其功能性研究

宋慧，苗敬芝，董玉瑋

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州 221111）

膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發(fā)酵的可食用植物成分、碳水化合物及其相類似物質(zhì)的總和[1]，是一種資源豐富，對人體具有多種生理功能的物質(zhì)，對預(yù)防疾病和保障人體健康起著重要作用，是理想的功能性食品原料，被稱為繼碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)和水之后的“第七大營養(yǎng)素”[2]。

膳食纖維根據(jù)其溶解性分為水溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF）。水溶性膳食纖維指不能被人體消化酶消化分解，可溶于熱水的非淀粉多糖，如果膠、部分半纖維素和植物膠等；水不溶性膳食纖維指不能被人體消化酶消化分解，且不溶于熱水的非淀粉多糖，如纖維素、部分半纖維素和木質(zhì)素等。研究表明，水溶性膳食纖維可預(yù)防和治療心腦血管疾病、糖尿病、高血壓、改善腸道內(nèi)微生物菌群、清楚外源有害物質(zhì)、清楚體內(nèi)自由基、抗氧化防衰老、抗癌防癌、增強機體免疫力等生理功效[3]。

花生粕是花生榨油后的副產(chǎn)物，營養(yǎng)豐富，含人體所必需的多種氨基酸，維生素、礦物質(zhì)、多糖、膳食纖維[4]。水溶性膳食纖維提取方法常用有酸法、堿法、酶法和超聲法。本文以花生粕為原料，采用超聲結(jié)合酶法提取花生粕中水溶性膳食纖維，探討提取工藝條件，并對其功能性進行研究，為提高花生粕的附加值和綜合利用提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生粕：徐州市七里溝農(nóng)貿(mào)市場。

酸性纖維素酶活力（ 40000 U/g）：天津市諾奧科技發(fā)展有限公司；95%乙醇、鹽酸、氫氧化鈉、醋酸、醋酸鈉、鄰苯三酚等為國產(chǎn)分析純試劑；三（羥甲基）胺基甲烷（tris）：生化試劑，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

THZ-82型數(shù)顯式電熱恒溫水浴鍋、GZX-DH-600型電熱恒溫干燥箱：上海躍進醫(yī)療器械廠；FA2140N型電子天平：上海精密科學(xué)儀器公司；PHS-3C精密pH計：上海雷磁儀器廠；SHB-ⅢS循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；756紫外可見分光光度計：上海成光儀器有限公司；DL-5低速大容量離心機：上海安亭科學(xué)儀器廠制造。

1.3 方法

1.3.1 超聲水提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝流程

花生粕→干燥→粉碎，過60目→稱取1 g樣品→按一定固液比加去離子水→超聲→離心→過濾，取濾液，加入4倍體積95%的乙醇沉淀（2 h）→過濾→78%乙醇洗滌濾渣→干燥，稱重即得水溶性膳食纖維

1.3.2 超聲結(jié)合酶法提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝流程

花生粕→干燥→粉碎，過60目→稱取1 g樣品→按一定固液比加去離子水→加NaAc-HAc緩沖液調(diào)節(jié)pH→50℃，加酸性纖維素酶溶液→超聲→離心→過濾，取濾液，加入4倍體積95%的乙醇沉淀（2 h）→過濾→78%乙醇洗滌濾渣→干燥，稱重即得水溶性膳食纖維。

1.3.3 超聲水提法正交試驗

考察料液比、超聲時間、超聲功率三因素綜合效應(yīng)對水溶性膳食纖維提取率的影響，確立三因素三水平的正交實驗因素水平，見表1。

表1 超聲水提法正交試驗因素水平表Table 1Levels of orthogonal test L9（34）of condition on ultrasound water extraction

1.3.4 超聲結(jié)合酶法正交試驗

考察料液比、超聲時間、加酶量、超聲功率四因素的綜合效應(yīng)對水溶性膳食纖維提取率的影響，確立四因素三水平的正交實驗因素水平，見表2。

表2 超聲結(jié)合酶法提取正交試驗因素水平表Table 2 Levels of orthogonal test L9（34）of condition on ultrasound combined with enzyme extraction

1.3.5 水溶性膳食纖維提取率的計算

A1：4 mL Tris-HCl+1 mLSDF+2 mL 鄰苯三酚；A2：4 mL Tris-HCl+1 mLSDF+2 mL 蒸餾水；A3：4 mL Tris-HCl+1 mL蒸餾水+2 mL鄰苯三酚。

1.3.7 花生粕中水溶性膳食纖維的理化特性試驗1.3.7.1 水溶性膳食纖維持水力測定[6]

準確稱取花生粕水溶性膳食纖維1 g放入燒杯中，加入50 mL蒸餾水，于室溫下攪拌24 h，然后在 3000 r/min的條件下離心30 min，除去上清液，稱量樣品的濕重。

1.3.7.2 水溶性膳食纖維膨脹力測定[13]

準確稱取花生粕水溶性膳食纖維1 g置于量筒中，加入25 mL水，振蕩均勻后，室溫放置24 h。觀察可溶性膳食纖維樣品在試管中的自由膨脹體積（mL），換算成每克干物質(zhì)的膨脹體積（mL）來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲水提取可溶性膳食纖維單因素試驗結(jié)果

2.1.1 料液比的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，按照料液比 1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1 ∶35 g/mL 加入去離子水，超聲功率150 W條件下提取10 min。結(jié)果如圖1所示。

圖1 料液比對提取率的影響Fig.1 Effects of ratio of material to liquid on extraction rate of SDF

由圖1可看出，隨著料液比增加，可溶性膳食纖維得率逐漸增加，當料液比達到1∶25 g/mL時，提取率最大為10.62%，故料液比在1∶25 g/mL時為最佳的提取條件。

2.1.2 超聲時間的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶25 g/mL加入去離子水，超聲功率150 W條件下分別提取 10、15、20、25、30 min。結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 超聲時間對提取率的影響Fig.2 Effects of extraction time on extraction rate of SDF

由圖2可看出，隨著超聲時間增加，提取率提高，當時間為25 min時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為10.43%，故超聲時間在25 min時為最佳的提取條件。

2.1.3 超聲功率的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶25 g/mL加入去離子水，超聲功率為100、125、150、175、200 W 條件下提取 25 min，如圖 3 所示。

圖3 超聲功率對提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on extraction of SDF

由圖3可看出，隨著超聲功率的增加，提取率提高，當功率為150 W時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為11.05%，故超聲功率在150 W時為最佳的提取條件。

2.2 超聲結(jié)合酶法提取可溶性膳食纖維單因素試驗

2.2.1 加酶量的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶25 g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調(diào)節(jié)pH為5，按1%、2%、3%、4%、5%量加入酸性纖維素酶，超聲功率150 W條件下提取25 min。結(jié)果如圖4所示。

圖4 加酶量對提取率的影響Fig.4 Effect of Enzyme volume on extraction of SDF

由圖4可看出，隨著纖維素酶加酶量增加，提取率逐漸提高，當酶量為2%時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為13.82%，故纖維素酶加酶量在2%時為最佳的提取條件。

2.2.2 料液比的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比依次為 1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30、1 ∶35 g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調(diào)節(jié)pH為5，超聲功率150 W條件下提取10 min。結(jié)果如圖5所示。

由圖5可看出，隨著料液比增加，可溶性膳食纖維得率逐漸增加，當料液比達到1∶20 g/mL時，提取率最大，可溶性膳食纖維提取率為10.32%，故料液比在1∶20 g/mL時為最佳的提取條件。

圖5 料液比對可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.5 The ratio of material to water on extraction of SDF

2.2.3 超聲時間的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶20g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調(diào)節(jié)pH為5，超聲功率150 W條件下分別提取10、15、20、25、30 min。結(jié)果如圖6所示。

圖6 超聲時間對提取率的影響Fig.6 Effect of ultrasonic time on extraction of SDF

由圖6可看出，隨著超聲時間增加，提取率提高，當時間為20 min時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為13.12%，故超聲時間在20 min時為最佳的提取條件。

2.2.4 超聲功率的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶20 g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調(diào)節(jié)pH為5，超聲功率為 100、125、150、175、200 W 條件下提取25 min。結(jié)果如圖7所示。

圖7 超聲功率對提取率的影響Fig.7 Effect of ultrasonic power on extraction of SDF

由圖7可看出，隨著超聲功率的增加，提取率提高，當功率為175W時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為12.69%，故超聲時間在70%時為最佳的提取條件。

2.3 超聲水提取最佳工藝參數(shù)的確定

采用正交試驗，優(yōu)化超聲水提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝條件，結(jié)果見表3。

表3 超聲水提法正交實驗結(jié)果Table 3 Results of orthogonal test of ultrasonic water extracting methods

由表3可知，各因素對提取率的影響順序為C＞A＞B，即功率＞料液比＞時間。最優(yōu)水平組合是A3B2C2，即料液比1∶30 g/mL，超聲時間25 min，超聲功率150 W，按最優(yōu)水平組合重復(fù)試驗，花生粕中水溶性膳食纖維提取率為12.56%。

2.4 超聲結(jié)合纖維素酶最佳工藝參數(shù)的確定

采用正交試驗，優(yōu)化超聲結(jié)合法提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝條件，結(jié)果見表4。

表4 超聲結(jié)合酶法正交實驗結(jié)果Table Results of orthogonal test of ultrasonic-enzymatic extracting methods

由表4可知，各因素對提取率的影響順序為C＞D＞B＞A，即加酶量﹥功率﹥時間﹥料液比。最優(yōu)水平組合是A3B1C2D2，即料液比1∶25，超聲時間15 min，加酶量2%，超聲功率175 W，按最優(yōu)水平組合重復(fù)試驗，花生粕中水溶性膳食纖維提取率為15.84%。

2.5 花生粕中可溶性膳食纖維對自由基的清除效果

圖8 SDF對清除能力Fig.8 Scavenging ability of SDF on

2.6 花生粕中可溶性膳食纖維的理化特性效果

2.6.1 可溶性膳食纖維持水力測定結(jié)果

稱取水溶性膳食纖維1 g放入燒杯中，加入50 mL蒸餾水，室溫下攪拌24 h，在 3000 r/min的條件下離心30 min，稱量樣品的濕重，結(jié)果見表5。

表5 花生粕水溶性膳食纖維的持水力測定結(jié)果Table 5 Results of retention ability of soluble dietary fiber of peanut meal

由表5可知，花生粕可溶性膳食纖維的持水力為404%，該指標與麩皮膳食纖維的持水力接近（400%）。說明花生粕可溶性膳食纖維的持水力較高，是一種較優(yōu)良的食物纖維。

2.6 可溶性膳食纖維膨脹力測定結(jié)果

稱取花生粕水溶性膳食纖維1 g置于量筒中，加入25 mL水，振蕩均勻后，室溫放置24 h。觀察可溶性膳食纖維樣品在試管中的自由膨脹體積（mL），換算成每克干物質(zhì)的膨脹體積（mL）。結(jié)果見表6。

表6 花生粕水溶性膳食纖維膨脹力測定結(jié)果Table 6 Results of expansibility of soluble dietary fiber of peanut meal

由表6可知，花生粕可溶性膳食纖維的膨脹力為2.70 mL/g，說明花生粕可溶性膳食纖維具有良好的保水能力。

3 結(jié)論

1）在單因素的基礎(chǔ)上，通過正交試驗，優(yōu)化實驗條件，超聲水提取的最佳工藝條件為：料液比1∶30 g/mL，時間25 min，功率150 W，花生粕中可溶性膳食纖維提取率為12.56%；超聲結(jié)合纖維素酶的最佳工藝條件為：料液比 1∶25 g/mL，時間 15 min，加酶量 2%，功率175 W，花生粕中可溶性膳食纖維提取率為15.84%。

3）花生粕中可溶性膳食纖維的持水力為404%，溶脹力為2.70 mL/g。

說明從花生粕中提取的可溶性膳食纖維具有良好的生理活性，可作為功能性食品基料添加到食品中，既增加了產(chǎn)品的保健功能，同時又提高了花生粕的附加值，具有廣闊的市場前景。

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