不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維化學組成和理化性質的影響

張建利 張正茂， 張芯蕊 朱玉萍郭怡琳 路永強 周發(fā)寶

(西北農林科技大學食品科學與工程學院1，楊凌 712100)(西北農林科技大學農學院2，楊凌 712100)

我國具有豐富的馬鈴薯資源，隨著產業(yè)結構的調整，馬鈴薯加工產業(yè)迅速發(fā)展，國內馬鈴薯行業(yè)每年大約會產生百萬噸馬鈴薯渣[1]，生產旺季，大量的馬鈴薯渣堆積在工廠，占用場地，腐敗變質后產生惡臭，當成廢渣作掩埋處理會造成地下水嚴重的污染[2]；目前馬鈴薯渣大多用于加工飼料，因此高效合理的利用馬鈴薯渣，既可有效利用資源，提高經濟效益，又能減少環(huán)境污染，具有一定的社會效益。膳食纖維被稱為“第七大營養(yǎng)素”[3]，合理攝入能降低膽固醇、血糖、血脂[4]，減少冠心病、中風、高血壓、糖尿病、肥胖和某些胃腸道疾病[5-6]，馬鈴薯渣中含有豐富的膳食纖維，總膳食纖維含量在27.72%～43.16%[7]；馬鈴薯膳食纖維外觀白色，持水力、膨脹力高，有良好的生理活性[8]，同時馬鈴薯膳食纖維中纖維素和半纖維素含量較高，木質素含量相對較低，具有更好的柔性,是制備高品質膳食纖維的良好原料[9]，因此利用馬鈴薯渣制備膳食前景光明廣闊。

Weimin Zhang以木瓜皮為原料，采用堿提和超聲波輔助堿提法提取膳食纖維，結果超聲波輔助堿提法獲得的膳食纖維純度更高，表現(xiàn)出更高的持水性、持油性和膨脹性[10]；Meng-mei Ma以孜然為原料，采用堿提法、酶解法和剪切乳化輔助酶解法提取膳食纖維，結果表明剪切乳化輔助酶解法提取的膳食纖維持水力、持油力、葡萄糖吸附能力最強[11]；全桂靜等采用篩法、酶法及酶堿法提取甘薯膳食纖維，酶法膳食纖維的提取率最高，持水和持油能力及膨脹性均最好[12]，綜上表明不同提取方法對膳食纖維具有不同的影響，但缺乏不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維影響的研究。目前常用的膳食纖維提取方法有化學法、酶法和化學-酶結合法，化學法操作簡單；酶法安全性強，效果好；化學-酶結合法在我國還屬于新工藝[13]。本研究通過酸解法、復合酶法、酶堿法對馬鈴薯渣(DPR)中的膳食纖維進行提取，研究不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維化學組成和理化性質的影響，以期為馬鈴薯膳食纖維研究提供理論依據(jù)，為今后馬鈴薯膳食纖維的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：陜西省子長縣薯業(yè)局；原料：夏波蒂；淀粉提取方法：沉淀分離法)；淀粉酶、蛋白酶(北京索萊寶科技有限公司)；所用化學試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

UV-1780紫外可見分光光度計(日本島津儀器有限公司)； KJELTEC-2300定氮儀(FOSS瑞典分析儀器公司)。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維提取方法1.3.1.1 酸解法

DPR→酸處理(料液比1∶15、硫酸濃度1.5%、溫度55 ℃、時間55 min)→抽濾水洗至中性、干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過100目篩→膳食纖維

1.3.1.2 復合酶法

DPR→調漿糊化(料水比1∶15、85 ℃糊化20 min)→復合酶處理(pH=7.5、淀粉酶∶蛋白酶=3∶1.5、添加量2.5%(相對于DPR質量)、溫度50 ℃、時間60 min)→抽濾水洗至中性、干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過100目篩→膳食纖維

1.3.1.3 酶堿法

DPR→調漿糊化(料水比1∶15、85 ℃糊化20 min)→淀粉酶處理(溫度60 ℃、pH=7、添加量0.9%(相對于DPR質量)、時間75 min)→滅酶→抽濾水洗至中性→堿處理(料液比1∶5、NaOH濃度1.5%(相對于DPR質量)、溫度60 ℃、時間60 min→抽濾水洗至中性，干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過100目篩→膳食纖維

以上三種方法中酸處理、復合酶處理、淀粉酶處理、堿處理的參數(shù)為通過正交實驗確定的最佳工藝參數(shù)。

1.3.2 化學組成的測定

水分測定參照GB 5009.3—2016；淀粉測定參照GB/T 5514—2008；脂肪測定參照GB 5009.6—2016；蛋白質測定參照GB 5009.5—2016；灰分測定參照GB 5009.4—2016；TDF、IDF、SDF測定參照GB/T 5009.88—2014

1.3.3 持水力的測定[14]

稱取樣品1.000 0 g(m0)，于50 mL水中，25 ℃攪拌2 h后，3 000 r/min條件下離心30 min，棄上清液，稱取殘渣的質量(m1/g)。

(1)

1.3.4 膨脹力的測定[15]

稱取樣品1.000 0 g(m/g)于25 mL量筒中，加水至15 mL刻度，搖勻后室溫放置24 h，測定膳食纖維膨脹后體積(V/mL)。

(2)

1.3.5 陽離子交換能力的測定[16]

稱取樣品0.500 0 g(m/g)于錐形瓶中，加入20 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，室溫靜置過夜。然后，過濾并用蒸餾水洗滌濾渣至濾液中不含氯離子為止。將濾渣轉移至三角瓶中，加入質量分數(shù)為5%的氯化鈉溶液100 mL，磁力攪拌30 min，使樣品分布均勻，以質量分數(shù)為0.5%的酚酞-乙醇溶液作為反應指示劑，0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液進行滴定，滴定樣品消耗氫氧化鈉溶液體積(V1/mL)；滴定空白樣消耗氫氧化鈉溶液體積(V0/mL)。

(3)

1.3.6 膽固醇吸附能力的測定

參考張華[11]方法稍有改動，取市售鮮雞蛋蛋黃，加9倍水攪打成乳液，稱取樣品0.500 0 g(m/g)于250 mL三角燒瓶中，加入30 mL乳液攪拌均勻，分別配制成pH=2.0和pH=7.0，37 ℃水浴2、4、6、8、10、12、24 h后，在3 800 r/min條件下離心15 min，分別取上清液1 mL，采用鄰苯二甲醛法，以膽固醇標品制備標準曲線y=11.977x+0.003 2(R2=0.999 7)，在550 nm波長處測定,吸附后上清液中含量 (m1/mg) ，吸附前蛋黃乳液膽固醇質量(m2/mg)。

(4)

1.3.7 NO2-吸附能力的測定[18]

稱取樣品1.000 0 g(m/g)于150 mL錐形瓶中，加入100 mL質量濃度為5 μg/mL的亞硝酸鈉溶液，分別配制成pH=2.0和pH=7.0。37 ℃水浴30、60、90、120、150、180 min后，3 800 r/min條件下離心15 min，分別取上清液5 mL，采用鹽酸萘乙二胺法，以亞硝酸鈉標品制備標準曲線y=0.998x-0.004 9(R2=0.999)，538 nm波長處測定，吸附前上清液中NO2-質量(m1/mg)，吸附后上清液中NO2-質量(m0/mg)。

(5)

1.4 分析方法

所有數(shù)據(jù)的測定重復3次，利用Excel2013處理數(shù)據(jù)、作圖，采用SPSS ANOVO中的Duncan(D)進行顯著性差異分析。

2 結果與討論

2.1 不同提取方法對膳食纖維化學組成的影響

由表1可知，三種方法對DPR中淀粉和蛋白質都起到了顯著的清除作用(P<0.05)，淀粉清除率在64.70%～74.86%；蛋白質清除率在52.48%～70.81%。不同提取方法提取的膳食纖維化學組成具有一定的差異：復合酶法提取的膳食纖維淀粉質量分數(shù)最低，TDF、SDF質量分數(shù)最高；酸解法提取的膳食纖維蛋白質質量分數(shù)最低。由于部分淀粉被包裹于纖維或果膠中，或有一些組織細胞未完全破碎，導致部分淀粉嵌于組織細胞中[19]，所以都有一定的淀粉殘余；復合酶法和酶堿法對馬鈴薯渣都進行了加熱糊化，加熱溫度較高，可能是因為蛋白質發(fā)生了凝固[20]不易被除去,導致最終提取膳食纖維中蛋白質質量分數(shù)較高。

表1 不同提取方法獲得的膳食纖維的化學組成/%

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)，DPR：干燥的馬鈴薯渣，C-DF：酸解法提取的膳食纖維，E-DF：復合酶法提取的膳食纖維，EA-DF：酶堿法提取的膳食纖維，下同。

2.2 不同提取方法對膳食纖維水合能力的影響

膳食纖維吸水后體積增大，對胃腸道產生容積作用，體積效應使人產生飽腹感而減少食物的攝入，同時加快排便速度減少其他物質的吸收，具有防止便秘、抑制肥胖等作用[21]。由表2可知，酸解法和復合酶法提取的膳食纖維具有較好的水合性質。水合能力與纖維IDF質量分數(shù)、化學結構和多孔性有關[22]，C-DF的持水力和膨脹力最高可能由于含有較高的IDF，也可能是酸水解對纖維結構有一定的破壞，造成纖維疏松多孔、體積蓬松，增大接觸面積所致[23-24]。

表2 不同提取方法獲得的膳食纖維的水合能力

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維陽離子交換能力的影響

膳食纖維中含有羧基和羥基類側鏈基團，這些基團可以和陽離子進行交換[25]，改變消化道的pH、滲透壓，影響氧化還原電位，從而形成一個理想緩沖體系；腸道中的K+、Na+與膳食纖維結合，被排除體外，降低了過量攝入Na+、K+而導致的多種疾病的發(fā)生[26]。從圖1可知E-DF陽離子交換能力最強，可能是由于E-DF纖維含量較高具有較多的羥基和羧基吸附基團，另一方面因為蛋白質和淀粉的清除率較高，暴露出更多的羥基和羧基，更易與陽離子進行交換。

圖1 不同提取方法獲得的膳食纖維的陽離子交換能力

2.4 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維吸附能力的影響

2.4.1 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維膽固醇吸附能力的影響

從圖2可知，膳食纖維對膽固醇的吸收主要在腸中，這與張洪微等[27]研究結果一致，可能是酸性條件下的氫離子更容易被膳食纖維上的·OH所吸附，削弱了膳食纖維對膽固醇的吸附。膳食纖維對膽固醇的吸附隨時間延長呈現(xiàn)先快后慢，最后趨于平衡的趨勢；吸附能力E-DF>EA-DF>C-DF。蘇玨[28]等認為SDF對膽固醇主要起吸收作用，IDF對網絡結構起穩(wěn)定作用。C-DF、EA-DF、E-DF的SDF含量依次增大，所以吸附膽固醇能力依次增強；雖然DPR的SDF含量高于C-DF，可能因為IDF含量較低不能提供穩(wěn)定的網絡結構，導致吸附作用最弱。

圖2 不同提取方法獲得的膳食纖維對膽固醇的吸附作用

2.4.2 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維NO2-吸附能力的影響

從圖3中可知，膳食纖維對NO2-的吸附發(fā)生在胃中，這與吳麗櫻等[29]等研究結果一致。莊遠紅等[30]等認為膳食纖維通過分子上的-OH和NO2-形成“膳食纖維-NO2-絡合物”來去除NO2-，堿性條件下絡合物解離。pH=2.0時膳食纖維對NO2-的吸附能力隨時間延長呈現(xiàn)出先快后慢，最后趨于平衡的趨勢：C-DF、E-DF、EA-DF分別在90、150、120 min吸附趨于平衡；NO2-吸附能力E-DF>EA-DF>C-DF。

圖3 不同提取方法獲得的膳食纖維對NO2-的吸附作用

3 結論

酸、堿和酶在清除蛋白質和淀粉的過程也會造成膳食纖維降解，影響膳食纖維的含量和網絡結構，最終導致不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維化學組成和理化性質影響很大。復合酶法提取的膳食纖維TDF和SDF質量分數(shù)最高；膨脹力同酸解法提取的膳食纖維無顯著性差異且高于酶堿法；陽離子交換能力、膽固醇和亞硝酸根吸附能力高于酸解法、酶堿法提取的膳食纖維。綜合考慮：復合酶法提取的膳食纖維純度高、性質優(yōu)，因此，復合酶法是提取馬鈴薯膳食纖維較好的方法。