堿法提取夏枯草膳食纖維的工藝優(yōu)化及其性能測定

郭艷峰 淮亞紅

摘 要 以夏枯草殘渣為原料，研究堿液浸提法制備不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維的工藝流程，并對膳食纖維的性能進行測定?？疾炝弦罕?、堿液質(zhì)量濃度、提取溫度及時間對提取率的影響。正交試驗優(yōu)化出的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶20、堿液質(zhì)量濃度15 mg/mL、水解時間2.5 h、提取溫度40℃。在此條件下，不溶性膳食纖維的提取率為60%，可溶性膳食纖維的提取率為13.55%。性能測定結(jié)果顯示：不溶性膳食纖維的持水力為7.27 g/g，膨脹力為17.33 mL/g；在胃環(huán)境（pH 2）和腸道環(huán)境（pH 7）中，可溶性膳食纖維對膽酸鈉的吸附率分別為13.26和86.38 mg/g。該法對夏枯草膳食纖維的提取率高，產(chǎn)品色澤好，性能好，可廣泛用于功能食品的開發(fā)。

關(guān)鍵詞 夏枯草 ；不溶性膳食纖維 ；可溶性膳食纖維 ；性能

分類號 TS201.23 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.03.015

Abstract The extraction of insoluble dietary fiber （IDF） and soluble dietary fiber （SDF） from Prunella vulgaris residue by NaOH， the paper investigated the effects of the ratio of liquid to solid， alkali concentration， its extraction time and temperature on the insoluble dietary fiber yield and soluble dietary fiber yield were studied. The optimal extraction technology was obtained by orthogonal methodology as follows： the ratio of material to solution was 1∶20， alkali concentration was 15 mg/mL， extraction time was 2.5 h， extraction temperature was 40℃. Water-holding capacity and swelling ratio of insoluble dietary fiber were 7.27 g/g and 17.33 mL/g respectively. The adsorption capacity of soluble dietary fiber for bile acid was 86.38 mg/g in the small intestine （pH 7） and 13.26 mg/g in the stomach （pH 2）.

Keywords Prunella vulgaris ； insoluble dietary fiber （IDF） ； soluble dietary fiber （SDF） ； functional testing

膳食纖維是不被胃與小腸消化吸收的非淀粉多糖及木質(zhì)素的一類高分子碳水化合物的總稱，對人體有積極的調(diào)節(jié)作用，被稱為“第七類營養(yǎng)素”[1-2]。膳食纖維可分為不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）。不溶性膳食纖維具持水作用和吸脹作用，攝入后可增加機體飽腹感和消化殘渣的濕潤度，可用于治療肥胖、緩解便秘及相關(guān)功能食品的開發(fā)[2]?？扇苄陨攀忱w維能吸附重金屬、膽汁酸、膽固醇，對治療多種富貴病有重要作用[3-6]。

夏枯草（Prunella vulgaris L.）又名夏枯花，屬唇形科（Labiatae）夏枯草屬（Prunella）植物，于未枯前采帶花的果穗入藥，味辛苦性寒，入肝膽經(jīng)，具有清肝火散郁結(jié)之功，集補瀉消散于一體[7-8]。2010年3月5日衛(wèi)生部批準夏枯草作為涼茶飲料原料使用[9]。夏枯草渣是夏枯草的活性成分經(jīng)提取后剩余的廢棄物，含有豐富的膳食纖維。本研究擬用堿化學處理法從夏枯草殘渣中對可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維進行提取，并對膳食纖維的性能進行檢測，以期對夏枯草渣中膳食纖維的提取、膳食纖維功能性食品的開發(fā)提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑

試材為夏枯草渣，在廣東省中山市不二碗涼茶店收集夏枯草渣，烘干粉碎經(jīng)40目篩而制成。氫氧化鈉、無水乙醇、鹽酸、醋酸、鄰苯二甲醛、硫酸、糠醛、均為國產(chǎn)分析純。膽酸鈉為生化試劑。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BSA224S電子天平（賽多利斯科學儀器（北京）有限公司）、HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州奧華儀器有限公司）、電爐、TGL-16G高速離心機（上海安亭科學儀器廠）、SHz-mB循環(huán)水式真空泵（臨海市譚氏真空設(shè)備有限公司）、101-1A電熱鼓風恒溫干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）、PHS-3C型精密酸度計（上海盛磁儀器有限公司）、78-179-1磁力加熱攪拌器電爐（金華市科析儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 膳食纖維的制備

取0.5 g夏枯草殘渣，水洗2～3次后擠干水分，樣品用水浸泡30 min，然后用40℃溫水洗滌（除去可溶性糖分）；加入一定體積（料液比：1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35）的NaOH溶液（質(zhì)量濃度5、10、15、20、25 mg/mL），在一定溫度下（40、50、60、70、80℃）水解一段時間（1、1.5、2、2.5、3 h）。然后進行固液分離，濾渣水洗至中性，干燥，得水不溶性膳食纖維。分離的液體用醋酸中和（醋酸調(diào)pH），減壓濃縮至粘稠狀液體，冷卻至室溫。按照V（樣品）∶V（乙醇）=1∶4 的比例加入95%的乙醇溶液，充分靜止后，離心分離，得到固體的可溶性膳食纖維。

1.2.2 膳食纖維性能的測定

參照雷登鳳等[10-15]對不溶性膳食纖維性能測定方法對夏枯草的不溶性膳食纖維進行性能測定：準確稱取0.500 0 g過40目篩的膳食纖維，在25℃ 下用蒸餾水飽和2 h，濾紙上瀝干到不滴水，將結(jié)合了水的膳食纖維移至潔凈表面皿上稱重，換算成每克纖維的持水力。不溶性膳食纖維吸脹作用的測定：0.100 0 g膳食纖維放到10 mL的量筒中，讀取干品體積（mL），然后用蒸餾水浸泡，室溫下放置24 h后，讀取不溶性膳食纖維在量筒中自由膨脹的體積（mL），換算成每克膳食纖維的膨脹力。

可溶性膳食纖維膽酸鈉吸附能力的測定，參照王磊等[3]測定椪柑可溶性殘渣吸附膽酸鈉的方法，借助紫外-可見分光光度計測定膽酸鈉620 nm處的吸光度來測定夏枯草可溶性膳食纖維對膽汁酸的吸附能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維的提取

2.1.1 浸提溫度對膳食纖維提取率的影響

采用料液比1∶15、5 mg/mL NaOH溶液作為浸提溶液，于40～80℃條件下浸提1 h，實驗結(jié)果如表1所示。隨著溫度的上升，夏枯草可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的提取率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。二者均在50℃時提取率最高，故選取40、50、60℃為正交試驗的3個水平（表1）。

2.1.2 堿液質(zhì)量濃度對膳食纖維提取率的影響

采用不同質(zhì)量濃度的NaOH溶液，按料液比1∶15，50℃下浸提1 h，實驗結(jié)果如表2。隨堿液濃度增加，膳食纖維提取率先增加后減少。不溶性膳食纖維提取率最高的堿液濃度為10 mg/mL，可溶性膳食纖維提取率最高的堿液濃度為20 mg/mL。綜合考慮二者的提取率，選取10、15、20 mg/mL為正交試驗的3個水平（表2）。

2.1.3 料液比對膳食纖維提取率的影響

采用不同的料液比于堿液濃度15 mg/mL、50℃下浸提1 h，實驗結(jié)果如表3。隨著料液比的增加，夏枯草可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的提取率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。水溶性與不溶性膳食纖維均在料液比為1∶20時提取率最大，故選取1∶15、1∶20、1∶25作為優(yōu)化實驗的3個水平（表3）。

2.1.4 水解時間對膳食纖維提取率的影響

采用不同的水解時間，于料液比1∶20、15 mg/mL、50℃下浸提，實驗結(jié)果如表4。隨著提取時間的增加，夏枯草可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的提取率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢。不溶性膳食纖維提取率最高的水解時間為1.5 h，可溶性膳食纖維提取率最高時的水解時間為2.0 h。綜合二者的提取率，選取1.5、2.0、2.5 h作為正交試驗優(yōu)化的3個水平（表4）。

2.2 正交試驗結(jié)果

單因素試驗結(jié)果表明，料液比、濃度、時間、溫度是影響水不溶性膳食纖維提取率的主要因素。因此采用L9（34）正交表進行參數(shù)優(yōu)化試驗，因素水平設(shè)定如下：料液比（1∶15、1∶20、1∶25）、堿液質(zhì)量濃度（10、15、20 mg/mL）、水解時間（1.5、2.0、2.5 h）、溫度（40、50、60℃）。試驗結(jié)果如表5。

從表5可以看出，對夏枯草膳食纖維提取率影響最大的因素是水解時間，其次是料液比和溫度，堿液濃度對提取率的影響最小，即D>B>C>A。綜合可溶性膳食纖維的提取率和不溶性膳食纖維的提取率，夏枯草膳食纖維提取的最佳提取條件為：料液比1∶20、堿液濃度15 mg/mL、水解時間2.5 h、提取溫度40℃，即A2B2C3D1。在此條件下，不溶性膳食纖維的提取率為60%，可溶性膳食纖維的提取率為13.55%。

2.3 不溶性膳食纖維性能檢測

對夏枯草的不溶性膳食纖維持水力及膨脹力檢測結(jié)果顯示，持水力為7.27 g/g，膨脹力為17.33 mL/g。

2.4 可溶性膳食纖維吸附能力檢測

2.4.1 膽汁酸的工作曲線

以吸光度值為縱坐標，以膽酸鈉濃度為橫坐標，繪制標準曲線（圖1）。標準曲線的線性回歸方程為y=5.58x+0.02，R2=0.994。

2.4.2 可溶性膳食纖維對膽酸鈉的吸附能力

分別取膳食纖維于不同pH下檢測，所有試驗數(shù)據(jù)均為3次平均值，結(jié)果如圖2。在pH 2的情況下，不溶性膳食纖維對膽酸鈉的吸附量為13.26 mg/g；在pH7的情況下，不溶性膳食纖維對膽酸鈉的吸附量為86.38 mg/g。對人體而言，一般胃酸的pH約為2，小腸內(nèi)pH約為7。本實驗結(jié)果表明，夏枯草不溶性膳食纖維在小腸環(huán)境中對膽酸鈉的吸附率高，對人體膽酸鈉的排出有促進效果。

3 討論與結(jié)論

鑒于可溶性膳食纖維對人體健康，特別是減低現(xiàn)代文明病的改善效果顯著，本研究中對提取條件的優(yōu)化主要以可溶性膳食纖維的提取率為主。本實驗方法提取夏枯草不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維的最優(yōu)條件為：料液比1∶20、堿液濃度15 mg/mL、水解時間2.5 h、提取溫度40℃。在此條件下，不溶性膳食纖維的提取率為60%，可溶性膳食纖維的提取率為13.55%。提取得到的夏枯草不溶性膳食纖維的持水力為7.27 g/g，膨脹力為17.33 mL/g。產(chǎn)品無澀味，色澤良好，可廣泛用于焙烤食品中。可溶性膳食纖維對膽酸鈉的吸附率在pH為7的條件下顯著高于pH為2時的吸附率，表明膳食纖維在小腸內(nèi)對膽汁酸的效果佳。

從夏枯草殘渣中提取膳食纖維，可增加其綜合利用途徑，提高夏枯草的利益價值，促進規(guī)?；N植，提高種植業(yè)與加工業(yè)的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益，促進地方農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展。

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