葵花籽殼水溶性膳食纖維的提取工藝優(yōu)化及抗氧化活性

臧延青，葛德鵬

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶163319）

葵花籽殼水溶性膳食纖維的提取工藝優(yōu)化及抗氧化活性

臧延青，葛德鵬

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江大慶163319）

以葵花籽殼為原料，提取水溶性膳食纖維，研究提取液濃度、料液比、浸提溫度及浸提時(shí)間對(duì)提取率的影響，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化工藝條件，并對(duì)其體外抗氧化性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，提取最佳工藝條件為料液比1∶30、氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)9.5%、浸提溫度40℃、浸提時(shí)間30min，葵花籽殼水溶性膳食纖維提取率可達(dá)21.32%?？ㄗ褮に苄陨攀忱w維對(duì)1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、超氧陰離子自由基（O2-·）和羥自由基（·OH）表現(xiàn)了良好的清除能力，其清除率在樣品濃度為1.0mg/mL時(shí)分別為86.67%、70.32%和76.33%。

水溶性膳食纖維，葵花籽殼，提取，自由基，抗氧化活性

隨著人們健康意識(shí)的增強(qiáng)以及消費(fèi)觀念的改變，食品的功能性被逐漸認(rèn)識(shí)。膳食纖維（dietary fiber，DF）被譽(yù)為繼蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、水、礦物質(zhì)和維生素之后的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”［1］。根據(jù)水溶性，膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和非水溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）兩大類。研究表明，膳食纖維可以應(yīng)用于焙烤食品、飲料、乳制品及面粉改良［2-5］。此外，膳食纖維還具有多種健康功效，連續(xù)攝入膳食纖維可以預(yù)防及治療下列疾?。汗谛牟?、中風(fēng)、高血壓、糖尿病、肥胖、消化道功能紊亂、結(jié)腸癌等［6-10］，且水溶性膳食纖維所具備的生理功能優(yōu)于非水溶性膳食纖維［11］。自90年代以來(lái)，膳食纖維受到不同領(lǐng)域科學(xué)家的廣泛關(guān)注。

我國(guó)是世界第四大葵花籽（Helianthus annuus）生產(chǎn)大國(guó)，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2011年公布的全國(guó)葵花籽產(chǎn)量為231.28萬(wàn)t。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于葵花籽仁的健康功效已經(jīng)做了廣泛的研究，但是占種子重量的20%～50%的葵花籽殼的研究和開(kāi)發(fā)利用報(bào)道較少?？ㄗ褮さ膩?lái)源豐富，若能對(duì)其進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)，既可以促進(jìn)資源利用，又能夠減少焚燒處理對(duì)環(huán)境的污染。

本研究利用正交實(shí)驗(yàn)法優(yōu)化葵花籽殼水溶性膳食纖維的提取工藝，并進(jìn)一步測(cè)定其抗氧化活性，旨在加強(qiáng)對(duì)葵花籽殼水溶性膳食纖維的功能性研究，為葵花籽殼作為功能性食品的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮葵花籽2013年產(chǎn)于黑龍江省哈爾濱市，品種為龍食葵1號(hào)，取殼，40℃干燥，粉碎后過(guò)40目篩，干燥密封備用；DPPH日本Ruitaibio公司；氫氧化鈉，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鈉，水楊酸，焦性沒(méi)食子酸，抗壞血酸，鄰苯三酚，硫酸銨，硫酸亞鐵，雙氧水，石油醚，無(wú)水乙醇，95%乙醇，鹽酸天津市大茂化學(xué)試劑廠。

DGG-9140B型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海森信公司；TD5A離心機(jī)長(zhǎng)沙英泰儀器有限公司；HH-1數(shù)顯恒溫水浴鍋江蘇省榮華儀器制造有限公司；722S分光光度計(jì)上海分析儀器總廠；PHS-3C pH計(jì)上海虹益儀器儀表有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1SDF提取工藝流程樣品→脫脂→去木質(zhì)素→去淀粉→離心分離→去蛋白→醇析→離心分離→干燥→SDF

以下單因素與正交實(shí)驗(yàn)中所采用原料都是脫脂及去木質(zhì)素后的預(yù)處理原料。

1.2.2單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.2.1NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響浸提溫度為40℃，料液比1∶40，浸提時(shí)間30min，分別加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.5%、6.5%、7.5%、8.5%、9.5%的NaOH溶液，研究NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響。

1.2.2.2浸提溫度對(duì)提取率的影響NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5%，料液比1∶40，浸提時(shí)間30min，浸提溫度設(shè)置20、30、40、50、60℃五個(gè)水平，研究浸提溫度對(duì)提取率的影響。

1.2.2.3料液比對(duì)提取率的影響浸提溫度為40℃，浸提時(shí)間30min，NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5%，料液比設(shè)置1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60g/mL五個(gè)水平，研究料液比對(duì)提取率的影響。

1.2.2.4浸提時(shí)間對(duì)提取率的影響NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.5%，浸提溫度為40℃，料液比1∶40，浸提時(shí)間設(shè)置10、30、50、70、90min，研究浸提時(shí)間對(duì)提取率的影響。

1.2.3正交實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）、料液比（g/mL）、浸提溫度（℃）、浸提時(shí)間（min）為自變量，SDF提取率為指標(biāo)，建立四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，因素水平見(jiàn)表1。

表1　正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal array design

1.2.4DPPH自由基清除率測(cè)定以50%乙醇為溶劑配制成2.5×10-5mol/L DPPH自由基溶液，加入4mL待測(cè)液，以蒸餾水代替待測(cè)液作空白實(shí)驗(yàn)，25℃水浴反應(yīng)30min，在517nm處測(cè)定吸光值，按下式計(jì)算清除率［12-14］。

式中：A1為4mL DPPH溶液+4mL SDF；A2為4mL SDF+4mL 95%乙醇；A3為4mL DPPH溶液+4mL蒸餾水。

1.2.5O2-·清除率測(cè)定采用鄰苯三酚自氧化法生成O2-·，取待測(cè)液2mL，加入pH8.0的0.05mmol/L磷酸緩沖液6mL，25℃水浴15min，然后在指定試管中加入相應(yīng)量的鄰苯三酚，混合均勻，室溫靜置5min，以蒸餾水作空白對(duì)照，在530nm處測(cè)量吸光值，按下式計(jì)算清除率［15］。

式中：A1為6mL磷酸緩沖液+2mL SDF+2mL鄰苯三酚的吸光值；A2為6mL磷酸緩沖液+2mL SDF+2mL無(wú)水乙醇的吸光值；A3為6mL磷酸緩沖液+2mL無(wú)水乙醇+2mL鄰苯三酚的吸光值。

1.2.6 ·OH清除率測(cè)定參考Fenton反應(yīng)體系，在反應(yīng)體系（水楊酸-乙醇溶液9mmol/L，F(xiàn)e2+9mmol/L，H2O28.8mmol/L）中加入不同濃度的SDF溶液，以蒸餾水為空白對(duì)照，在510nm處測(cè)量吸光值，按照下式計(jì)算清除率［16］。

式中：A1為2.0mL水楊酸-乙醇+2.0mL FeSO4+ 2.0mL SDF+2.0mL H2O2的吸光值；A2為2.0mL FeSO4+ 2.0mL SDF+2.0mL H2O+2.0mL H2O2的吸光值；A3為2.0mL水楊酸-乙醇+2.0mL FeSO4+2.0mL H2O+2.0mL H2O2的吸光值。

1.2.7SDF的純度測(cè)定按照美國(guó)分析化學(xué)家協(xié)會(huì)（Association of Official Analytic Chemists，AOAC）993.19標(biāo)準(zhǔn)的方法，稱適量產(chǎn)物進(jìn)行灰分的測(cè)定［17-19］，另取適量產(chǎn)物通過(guò)凱氏定氮法進(jìn)行蛋白質(zhì)殘留量檢測(cè)，然后進(jìn)行純度計(jì)算。

1.3數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用SPSS11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行，采用t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

圖1　NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SDF提取率的影響Fig.1　The effect of NaOH concentration on extraction rate of SDF

2　結(jié)果與分析

2.1單因素對(duì)SDF提取的影響

2.1.1NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)提取率的影響由圖1可知，隨著NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，SDF的提取率也會(huì)隨之增加，當(dāng)NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)8.5%時(shí)達(dá)到最大提取率14.32%，之后隨著NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，SDF提取率出現(xiàn)下降的趨勢(shì)?？赡苡捎趬A濃度過(guò)高，破壞了SDF的結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其提取率下降。綜上所述，NaOH溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)選為8.5%。

2.1.2料液比對(duì)SDF提取率的影響由圖2可知，隨著料液比的增加，SDF的提取率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)料液比為1∶40時(shí)，SDF提取率達(dá)到最大值13.41%，之后緩慢下降?？赡苁且?yàn)镹aOH溶液越大SDF的提取就越充分，當(dāng)達(dá)到料液比為1∶40時(shí)已接近將原料中的SDF全部溶出，因此SDF提取率緩慢下降，但提取溶劑用量過(guò)大不利于提取。綜上所述，選定最佳料液比為1∶40。

圖2　料液比對(duì)SDF提取率的影響Fig.2　The effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of SDF

2.1.3浸提溫度對(duì)SDF提取率的影響由圖3可知，提取溫度在40℃以下時(shí)，隨著溫度的升高，對(duì)提取率的影響較大，提取率隨溫度升高而升高。但當(dāng)大于40℃后，提取率緩慢下降。可能是由于溫度過(guò)高時(shí)，SDF的結(jié)構(gòu)被破壞而導(dǎo)致提取率降低。綜上所述，選定40℃為最佳提取溫度。

圖3　浸提溫度對(duì)SDF提取率的影響Fig.3　The effect of extraction temperature on extraction rate of SDF

2.1.4浸提時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響由圖4可知，提取溫度低于30min時(shí)，隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng)，SDF的提取率會(huì)呈上升趨勢(shì)，超過(guò)30min后，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，SDF的提取率出現(xiàn)了緩慢的下降趨勢(shì)?？赡苁怯捎趬A解時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成某些成分輕度水解，導(dǎo)致提取率略有降低。綜上所述，選定提取時(shí)間30min為最優(yōu)提取時(shí)間。

2.2正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和直觀結(jié)果分析見(jiàn)表2。由表2可知，NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）對(duì)于SDF提取率的影響最大，各因素的影響程度依次為A＞B＞C＞D，即NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞浸提溫度＞料液比＞浸提時(shí)間?？ㄗ褮ぶ蠸DF的最佳提取條件是A2B2C1D2，用該優(yōu)化提取條件對(duì)樣品進(jìn)行SDF的提取，提取率為17.52%，反復(fù)驗(yàn)證均低于A3B2C1D3條件下的提取率21.32%。綜合上述原因，選取A3B2C1D3為最優(yōu)提取條件，即NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.5%，浸提溫度為40℃，料液比為1∶30，浸提時(shí)間為50min。

圖4　浸提時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響Fig.4　The effect of extraction time on extraction rate of SDF

表2　正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2　Orthogonal array design and results

2.3SDF體外抗氧化活性

2.3.1SDF對(duì)DPPH自由基的清除由圖5可知，質(zhì)量濃度在0.2～1.0mg/mL范圍內(nèi)，SDF對(duì)DPPH自由基的清除率隨濃度增加而加強(qiáng)，當(dāng)質(zhì)量濃度1.0mg/mL時(shí)清除率為86.67%，之后清除率的變化趨于平緩。各濃度SDF的清除效果與相同濃度的VC相比無(wú)顯著差異。

2.3.2SDF對(duì)O2-·的清除由圖6可知，隨著SDF樣品濃度的增加，對(duì)O2-·的清除能力也在增強(qiáng)，在SDF質(zhì)量濃度1.0mg/mL時(shí)達(dá)70.32%，之后均趨于平緩。低濃度的SDF樣品對(duì)O2-·清除能力略低于同濃度VC，但濃度1.0mg/mL之后兩者相近。各濃度SDF對(duì)O2-·的清除能力與相同濃度的VC無(wú)顯著差異。

圖5 清除DPPH自由基實(shí)驗(yàn)Fig.5　The scavenging ability of SDF against DPPH free radicals

圖6　清除O2-·實(shí)驗(yàn)Fig.6　The scavenging ability of SDF against superoxide radicals

2.3.3SDF對(duì)·OH的清除由圖7可知，隨著SDF樣品濃度的增加，對(duì)·OH的清除效果也在增強(qiáng)，當(dāng)SDF濃度達(dá)到1.0mg/mL時(shí)，清除能力為76.33%。SDF對(duì)·OH清除能力在濃度大于等于0.6mg/mL時(shí)顯著（p＜0.05）低于同濃度的VC。

圖7　清除羥自由基實(shí)驗(yàn)Fig.7　The scavenging ability of SDF against·OH

2.4SDF的純度測(cè)定結(jié)果

由實(shí)驗(yàn)方法1.2.7測(cè)定結(jié)果可知，所提取SDF的純度為86.17%。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)葵花籽殼SDF的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，得出最佳提取條件為：NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.5%，浸提溫度為40℃，料液比為1∶30，浸提時(shí)間為50min。在此條件下，葵花籽殼中SDF的提取率為21.32%。對(duì)最優(yōu)條件下提取的葵花籽殼中SDF（純度為86.17%）進(jìn)行體外抗氧化實(shí)驗(yàn)。由結(jié)果可知，SDF對(duì)DPPH自由基和O2-·自由基的清除效果均呈現(xiàn)正相關(guān)的線性關(guān)系，且清除效果與相同濃度的VC的清除效果接近；對(duì)·OH自由基的清除能力略低于同濃度的VC?？ㄗ褮DF具有良好的體外抗氧化活性，本研究能為其作為功能性食品來(lái)源的應(yīng)用提供理論依據(jù)，為葵花籽殼的有效利用開(kāi)拓廣泛的前景。

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Study on the extraction of soluble dietary fiber from sunflower seed shells and its antioxidant activity

ZANG Yan-qing，GE De-peng
（College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319，China）

The optimization of extraction technology of soluble dietary fiber（SDF）in sunflower seed shells and its anti-oxidative activities were studied.Results showed that the optimized extraction conditions were as follows: solid-liquid ratio 1∶30，extraction solvent 9.5%NaOH，extraction temperature 40℃，extraction time 30min.Under these conditions，the extraction rate of SDF was 21.32%.The SDF showed strong scavenging activities on 1，1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical（DPPH），superoxide radical（O2-·）and hydroxyl radical（·OH）methods，the scavenging rates for the radicals were 86.67%，70.32%and76.33%，respectively，when the concentration was 1.0mg/mL.

soluble dietary fiber；sunflower seed shells；extraction；free redical；antioxidant activity

TS201.1

B

1002-0306（2015）10-0307-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.056

2014-07-31

臧延青（1974-），女，博士，講師，主要從事功能性食品方面的研究。

黑龍江省科技廳“海外學(xué)人”（1253HQ0012）。