堿法提取桑椹果渣中不溶性膳食纖維工藝研究

程水明，陳亨堅(jiān)，林朝霞，曾霞，周?chē)?guó)鈺

（廣東石油化工學(xué)院果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，廣東茂名525000）

堿法提取桑椹果渣中不溶性膳食纖維工藝研究

程水明，陳亨堅(jiān)，林朝霞，曾霞，周?chē)?guó)鈺

（廣東石油化工學(xué)院果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，廣東茂名525000）

以釀酒后桑椹果渣為原料，使用糖化酶對(duì)桑椹果渣進(jìn)行去糖、堿提，通過(guò)單因素及正交試驗(yàn)進(jìn)行桑椹果渣中不溶性膳食纖維的提取工藝條件優(yōu)化，并對(duì)提取物進(jìn)行理化特性研究。結(jié)果表明，桑椹果渣中不溶性膳食纖維最佳提取條件為：堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、堿提時(shí)間2.0 h、堿提溫度60℃、料液比1∶12（g∶mL），在此優(yōu)化條件下，不溶性膳食纖維提取率達(dá)28.77%，其吸水膨脹性為4.81 mL/g、持水性5.23 g/g、持油性1.6 g/g。

桑椹果渣；不溶性膳食纖維；堿法提取

桑椹（Fructus mori）為桑科（Moraceae）植物桑（Morus albaL.）的干燥果穗，具有滋陰補(bǔ)血及生津潤(rùn)燥的功效，用于治療肝腎陰虛、眩暈耳鳴、心悸失眠、須發(fā)早白、糖尿病、內(nèi)熱消渴、腸燥便秘等癥［1-2］。桑椹柔軟，含水量高，不易貯藏或運(yùn)輸，極易腐爛。目前對(duì)桑椹的利用主要集中在農(nóng)產(chǎn)品資源的加工，可加工為桑椹果汁、桑椹果酒、桑椹奶茶、桑椹果醋等［3-7］。然而桑椹在被用于榨汁及釀酒后會(huì)產(chǎn)生大量的果渣，果渣被直接丟棄，造成較大資源浪費(fèi)［8］。膳食纖維是一種以多糖為主的高分子物質(zhì)，雖不能被胃腸道消化吸收，也不能產(chǎn)生能量，但膳食纖維具有相當(dāng)重要的生理作用，能夠改善人身體營(yíng)養(yǎng)情況，加強(qiáng)人體對(duì)疾病的抵抗能力，能有效預(yù)防一些疾?。?-10］。膳食纖維按其溶解性可分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）。IDF不溶于水但可吸水膨脹，并能被大腸中某些微生物發(fā)酵分解，分解產(chǎn)物主要有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等。IDF能加快腸胃蠕動(dòng)，促使排便，清除體內(nèi)垃圾，預(yù)防及改善便秘，促進(jìn)雙歧桿菌的發(fā)酵作用，改善消化吸收功能，增加腸道內(nèi)的益生菌，促進(jìn)腸道內(nèi)的有益菌群生長(zhǎng)，吸附及排出腸內(nèi)的有害物質(zhì)，增強(qiáng)免疫力等［11-14］。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水不溶性膳食纖維的提取方法主要有酶試劑法、化學(xué)分離法、化學(xué)試劑與酶試劑結(jié)合法、膜分離法等。本研究主要采用化學(xué)試劑法中的堿法提取水不溶性膳食纖維，與酸法提取相比，堿法提取較大的優(yōu)點(diǎn)是堿可以去除果渣中的部分色素，以便后期的脫色處理；而相比于酶試劑法和膜分離法，堿法提取比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，符合實(shí)際生產(chǎn)的需求［15-17］。

桑椹果渣中含有大量膳食纖維，從中提取不溶性膳食纖維是廢棄物資源綜合利用的有效措施。國(guó)內(nèi)外對(duì)桑椹果渣中不溶性膳食纖維研究較少［18］，本研究主要采用單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化堿法提取桑椹果渣中不溶性膳食纖維的提取工藝，并測(cè)定其理化性質(zhì)，旨在對(duì)桑椹廢棄資源及副產(chǎn)品加工提供理論依據(jù)，為桑椹果渣中不溶性膳食纖維的制備及其工業(yè)化提供了新手段。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

桑椹：由廣東省粵西蠶桑實(shí)驗(yàn)基地提供，品種為“大十”，果實(shí)釀酒后果渣經(jīng)曬干粉碎備用。

糖化酶（100 U/mg）：上海如吉生物科技有限公司；氫氧化鈉、結(jié)晶酚、3，5-二硝基水楊酸：上海潤(rùn)捷化學(xué)試劑有限公司；濃鹽酸：廣州市東紅化工廠；酒石酸鉀鈉、無(wú)水亞硫酸鈉：天津市大茂化學(xué)試劑廠。所有試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋、80-2電動(dòng)離心機(jī)：常州澳華儀器有限公司；V-5000紫外分光光度計(jì)：上海元析儀器有限公司；D2F-6050型真空干燥箱：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；FA2104電子天平：上海度平儀器儀表有限公司；DF-15粉碎機(jī)：浙江溫嶺市林大機(jī)械有限公司；雷磁PHS-3C pH計(jì)：上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司。

1.3方法

1.3.1果渣不溶性膳食纖維提?。?9-20］

稱(chēng)10g桑椹果渣粉于250mL錐形瓶，加純化水100 mL，糖化酶0.03 g/kg，置于60℃水浴60 min，100℃水中滅酶5 min，過(guò)濾，濾渣加4%NaOH（料液比1∶10（g∶mL）），密封，置90℃水浴2 h，過(guò)濾，洗滌至中性，60℃烘干得不溶性膳食纖維。不溶性膳食纖維提取率的計(jì)算公式如下：

1.3.2單因素試驗(yàn)

以堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%）、堿提溫度（60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）、堿提時(shí)間（1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h、3.5 h）、料液比（1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14（g∶mL））為單因素試驗(yàn)影響因素，以不溶性膳食纖維提取率為考察指標(biāo)，考察各單因素對(duì)桑椹果渣中不溶性膳食纖維提取率的影響。

1.3.3正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定堿提濃度、堿提溫度、堿提時(shí)間、料液比為影響因子，采用4因素3水平正交試驗(yàn)，以提取率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察桑椹果渣中不溶性膳食纖維最佳提取工藝條件。

1.3.4不溶性膳食纖維的理化性質(zhì)的測(cè)定

（1）吸水膨脹性測(cè)定

取烘干后經(jīng)粉碎機(jī)粉碎、過(guò)40目篩的不溶性膳食纖維粉末0.1 g置于直徑1 cm帶刻度試管中，測(cè)定不溶性膳食纖維體積，按料液比1∶20（g∶mL）加入純化水，充分混勻，平衡后置室溫放置24 h，測(cè)定吸水后不溶性膳食纖維體積，吸水膨脹性（swelling capacity，SWC）的計(jì)算公式如下：式中：V1為吸水前不溶性膳食纖維體積，mL；V2為吸水后不溶性膳食纖維體積，mL；W為不溶性膳食纖維粉末質(zhì)量，g。

（2）持水性測(cè)定

取烘干、粉碎、過(guò)40目篩的不溶性膳食纖維粉末0.1 g置于直徑1cm帶刻度試管中，混勻，室溫靜置24 h，4 500 r/min離心10 min，棄上清液，測(cè)定沉淀物質(zhì)量，持水性（water holding capacity，WHC）計(jì)算公式如下：

式中：W1為不溶性膳食纖維粉末質(zhì)量，g；W2為沉淀物質(zhì)量，g。

（3）持油性測(cè)定

取烘干、粉碎、過(guò)40目篩的不溶性膳食纖維粉末0.1 g置于直徑1 cm帶刻度試管中，按1∶20（g∶mL）比例加入花生油，充分混勻，室溫放置30 min，1 500 r/min離心10 min后棄上清，測(cè)定沉淀質(zhì)量，持油性（oil holding capacity，OHC）的計(jì)算公式如下：

式中：W1為不溶性膳食纖維粉末的質(zhì)量，g；W2為沉淀物的質(zhì)量，g。

2　結(jié)果與分析

2.1堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)不溶性膳食纖維提取率影響

堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖1。

圖1　堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)不溶性膳食纖維提取率影響Fig.1 Effect of alkali concentration on the extraction rate of insoluble dietary fiber

由圖1可知，在堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%～2.0%時(shí)，提取率隨堿濃度的增加而增大，由于堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加使得不溶性膳食纖維的提取更加充分，從而使得提取率增大；當(dāng)堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，提取率達(dá)最大值，為18.62%；當(dāng)堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%～4.0%時(shí)提取率隨堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而下降，堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致部分不溶性膳食纖維水解，從而導(dǎo)致提取率降低。因此初步確定提取不溶性膳食纖維堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%。

2.2堿提溫度對(duì)不溶性膳食纖維提取率影響

堿提溫度對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖2。

圖2　堿提溫度對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.2 Effect of alkali extraction temperature on the extraction rate of insoluble dietary fiber

由圖2可知，不溶性膳食纖維提取率在溫度為60～70℃時(shí)隨提取溫度的升高而增加；當(dāng)提取溫度為70℃時(shí)，提取率達(dá)最大值，為17.50%；繼續(xù)增加提取溫度，提取率隨溫度升高而下降，這可能是由于隨著溫度的升高，部分不溶性膳食纖維被水解，從而導(dǎo)致提取率下降。因此初步確定堿提溫度為70℃。

2.3堿提時(shí)間對(duì)不溶形膳食纖維提取率影響

堿提時(shí)間對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖3。

圖3　堿提時(shí)間對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.3 Effect of alkali extraction time on the extraction rate of insoluble dietary fiber

由圖3可知，在提取時(shí)間為1.5～2.5 h時(shí)，不溶性膳食纖維提取率隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，隨著時(shí)間的增加，堿提取不溶性膳食纖維更加充分，使得提取率增加；當(dāng)提取時(shí)間為2.5 h時(shí)，提取率達(dá)最大值，為14.44%；當(dāng)提取時(shí)間為2.5～3.5 h時(shí)，不溶性膳食纖維提取率隨堿提時(shí)間增加而減少，提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可能導(dǎo)致部分不溶性膳食纖維水解，從而導(dǎo)致提取率下降。因此初步確定堿提時(shí)間為2.5 h。

2.4料液比對(duì)不溶性膳食纖維提取率影響

料液比對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖4。

由圖4可知，當(dāng)料液比為1∶6～1∶10（g∶mL）時(shí)，不溶性膳食纖維提取率隨料液比增大而上升，隨著料液比的增加，不溶性膳食纖維的提取更加充分，從而使得提取率增加；當(dāng)料液比為1∶10（g∶mL）時(shí)，提取率達(dá)最大值，為22.61%；當(dāng)料液比為1∶12～1∶14（g∶mL）時(shí)，提取率隨料液比增大而下降，當(dāng)料液比過(guò)大時(shí)，由于堿的用量過(guò)多，可能導(dǎo)致不溶性膳食纖維水解，特別是在料液比為1∶14（g∶mL）時(shí)，由于堿的量增加的太多，導(dǎo)致提取率急劇下降。因此初步確定提取料液比為1∶10（g∶mL）。

圖4　料液比對(duì)不溶性膳食纖維提取的影響Fig.4 Effect of material-liquid ratio on the extraction rate of insoluble dietary fiber

2.5正交試驗(yàn)結(jié)果

綜合單因素試驗(yàn)結(jié)果，以不溶性膳食纖維提取率（Y）為考察指標(biāo)，對(duì)堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)、堿提料液比、堿提溫度和堿提時(shí)間進(jìn)行4因素3水平正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)，以期得出最佳提取工藝條件，正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表1　不溶性膳食纖維提取條件優(yōu)化正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments for insoluble dietary fiber extraction conditions optimization

表2　不溶性膳食纖維提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for insoluble dietary fiber extraction conditions optimization

由表2可知，4個(gè)因素對(duì)不溶性膳食纖維提取率的影響大小為A＞C＞D＞B，即堿提溫度影響最大，其次是料液比、堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)，最后是堿提時(shí)間。根據(jù)分析結(jié)果得出最優(yōu)組合為A1B2C3D1，即堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、堿提時(shí)間2.0 h、堿提溫度60℃、堿提料液比1∶12（g∶mL），在此最佳提取條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，不溶性膳食纖維提取率達(dá)28.77%，提取效果最好。

表3　正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments results

由表3可知，堿提溫度、堿提時(shí)間、料液比和堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)4個(gè)因素對(duì)不溶性膳食纖維提取的影響都極顯著（P＜0.01）。

2.6不溶性膳食纖維理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

不溶性膳食纖維的吸水膨脹性的大小關(guān)系到其對(duì)腸道蠕動(dòng)的刺激，持水性則與糖尿病的預(yù)防和治療有重要關(guān)系，持油性則體現(xiàn)在對(duì)人體脂肪代謝的調(diào)節(jié)作用，因此測(cè)定其幾個(gè)性質(zhì)，可以看出其是否能夠比較好的被人體所利用。在最佳提取條件下堿法提取桑葚果渣中不溶性膳食纖維，測(cè)得桑椹果渣中不溶性膳食纖維的吸水膨脹性為4.81 mL/g，持水性為5.23 g/g，持油性1.6 g/g。

3　結(jié)論

本研究旨在優(yōu)化桑椹果渣中不溶性膳食纖維堿法提取工藝，通過(guò)糖化酶對(duì)釀酒后桑椹果渣進(jìn)行去糖，降低桑椹果渣中不溶性膳食纖維的黏度，用NaOH溶液為提取劑，以桑椹膳食纖維提取率為考察指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)得到不溶性膳食纖維堿法提取最佳工藝條件為堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，料液比1∶12（g∶mL），堿提溫度為60℃，堿提時(shí)間為2.0 h，在此條件下，桑椹果渣中不溶性膳食纖維的提取率可以達(dá)到28.77%。同時(shí)對(duì)所提取的不溶性膳食纖維理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果為吸水膨脹性為4.81 mL/g，持水性為5.23 g/g，持油性1.6 g/g。為桑椹果渣中不溶性膳食纖維的制備及其工業(yè)化奠定了理論基礎(chǔ)。

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CHENG Shuiming，CHEN Hengjian，LIN Zhaoxia，ZENG Xia，ZHOU Guoyu
（Technology Development Center of Fruit and Vegetable Processing and Storage Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology，Maoming 525000，China）

With the mulberry pomace from mulberry wine making as raw material，mulberry pomace was desaccharified by glucoamylase and extracted by alkali.The extraction conditions of insoluble dietary fiber from mulberry pomace were optimized by single factor and orthogonal experiments，and the physical and chemical characteristics of extracts were researched.The results show that the optimum extraction conditions of insoluble dietary fiber from mulberry pomace were alkali concentration 1.5%，extraction time 2.0 h，extraction temperature 60℃，material-liquid ratio 1∶12（g∶ml）. Under the conditions，the extraction rate of insoluble dietary fiber was up to 28.77%，and its swelling capability，water holding capacity and oil holding capacity were 4.81 ml/g，5.23 g/g and 1.6 g/g，respectively.

mulberry pomace；insoluble dietary fiber；alkali extraction

TS202.3

0254-5071（2016）06-0105-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.06.022

2016-03-02

廣東省創(chuàng)新強(qiáng)校計(jì)劃項(xiàng)目（643085）；廣東高校果蔬加工與貯藏工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心開(kāi)放基金（2015A001）

程水明（1966-），男，教授，博士，研究方向?yàn)槲⑸飳W(xué)與食品生物技術(shù)。