赤峰地區(qū)苦菜中可溶性膳食纖維的提取工藝

于曉偉，周迎芳，董彥飛

（赤峰學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

苦菜（Sonchus OleraceusL），學(xué)名為敗醬草[1]，屬于菊科植物[2]。廣泛分布于我國西北、華北、華中、東北等地區(qū)[3]，在田間、荒地、山坡、草叢中均可生長。我國民間食用苦菜已有2 000 a 以上歷史，而且苦菜的營養(yǎng)價(jià)值比較高，含有豐富的蛋白質(zhì)、糖、食物纖維、鈣、鐵、錳等礦物元素?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，苦菜還具有抗癌抗腫瘤、保肝治肝和抗菌抗病毒等功效，藥理作用非常廣泛。目前關(guān)于苦菜的研究主要有苦菜的成分分析、分類鑒定、生物活性作用等[4-7]，其中生物活性主要以苦菜黃酮類物質(zhì)為主，但是，目前關(guān)于苦菜膳食纖維的研究仍然是空白。

膳食纖維被稱為第七大類營養(yǎng)素，它是由10 個(gè)甚至10 個(gè)以上單元體組成不能被人體小腸內(nèi)酶水解的碳水化合物的聚合物[8-9]，研究表明，膳食纖維具有多種生理功能，例如降血脂、調(diào)節(jié)血糖、預(yù)防結(jié)腸癌、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫等[10]，因此，近年來受到越來越多的關(guān)注。根據(jù)膳食纖維的水溶性，可將其分為可溶性膳食纖維（SDF）和不可溶性膳食纖維（IDF）[11]，尤其是可溶性膳食纖維，因其較好的溶解性，從而可作為增稠劑、乳化劑等應(yīng)用于飲料、乳制品中[12]。

赤峰地區(qū)的苦菜來源非常豐富，但是只有極少部分被人采摘食用，很大一部分都在田間自然枯萎，造成資源的極大浪費(fèi)。而且目前沒有關(guān)于苦菜中膳食纖維提取的研究，因此，為充分利用資源、提高苦菜的經(jīng)濟(jì)效益和苦菜的使用價(jià)值，對(duì)苦菜中膳食纖維進(jìn)行提取，以期為食品或藥品應(yīng)用純天然添加劑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 參試材料

試驗(yàn)所用苦菜均采自赤峰市松山區(qū)，實(shí)驗(yàn)前將苦菜曬干、研磨、過100 目篩子備用。

試劑：耐高溫淀粉酶、堿性蛋白酶、淀粉葡糖苷酶、MES、Tris、過氧化氫、氫氧化鈉、鹽酸、乙酸、去離子水。儀器：磁力加熱攪拌器（S21-2），高速離心機(jī)（DD-5M）、電熱恒溫水浴鍋（HHS）、數(shù)顯水浴恒溫振蕩器（SHZ-B）、電熱鼓風(fēng)干燥箱（CS101-AB）、分析天平、酸度計(jì)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1原材料的堿性處理稱取5 g 處理過的原材料，以1 ∶30（g/mL）的料液比，加入用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值至10 的一定濃度的過氧化氫溶液，在磁力攪拌器上反應(yīng)1 h，反應(yīng)結(jié)束后用鹽酸溶液調(diào)節(jié)至中性，抽濾，濾渣用去離子水多次洗滌，于60℃的烘箱中干燥。用于可溶性膳食纖維（SDF）的提取。

1.2.2可溶性膳食纖維（SDF）的提?。?）將1 g處理過的苦菜添加到100 mL、pH 值8.2 的MES-Tris緩沖液中，在磁力攪拌器中攪拌1.5 h，使樣品完全分散。（2）酶解：參照GB/T 5009.00—2088 的方法。加100 μL 熱穩(wěn)定α-淀粉酶溶液，用錫箔紙蓋住燒杯，于95℃的電熱恒溫水浴鍋中反應(yīng)35 min。冷卻后加入100 μL（50 mg/mL）蛋白酶溶液，蓋上錫箔紙，在60℃下的振蕩器中連續(xù)反應(yīng)30 min，隨后用3 mol/L乙酸溶液調(diào)節(jié)pH 值至4.5。最后加入100 μL 淀粉葡糖苷酶溶液，繼續(xù)在60℃下的振蕩器中連續(xù)反應(yīng)30 min。（3）抽濾，保留濾液，并用40 mL 的70℃去離子水洗滌濾餅2 次，合并濾液，加入4 倍體積60℃的95%乙醇溶液，室溫下沉底1 h，既得可溶性膳食纖維。（4） SDF 提取率=SDF 的質(zhì)量/樣品質(zhì)量×100%。（5）取1 g 未處理過的苦菜原料，重復(fù)上面的可溶性膳食纖維的提取步驟。

1.2.3單因素設(shè)計(jì)試驗(yàn)在提取的試驗(yàn)過程中，不同的試驗(yàn)條件使得可溶性膳食纖維（SDF）的提取率不盡相同。通過提取試驗(yàn)條件的對(duì)比，影響因素主要包括過氧化氫濃度、料液比、反應(yīng)時(shí)間和pH 值。

1.2.4Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以過氧化氫濃度（A）、料液比（B）、反應(yīng)時(shí)間（C）、pH 值（D）為自變量，可溶性膳食纖維提取率（Y）為響應(yīng)值，采用Box-Behnken 設(shè)計(jì)法對(duì)苦菜中膳食纖維的提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及因素水平見表 1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與因素水平

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用Origin Pro 8.0 和Design Expert 11 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，建立方程模型和作圖。每次試驗(yàn)處理均重復(fù)3 次，取其平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1過氧化氫濃度對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響圖1為當(dāng)溶液的pH值為10、料液比為1∶30（g/mL）、反應(yīng)時(shí)間為1.5 h 和過氧化氫濃度分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%時(shí)SDF 提取率的趨勢(shì)圖。可以看到隨著過氧化氫濃度的增加，SDF 的提取率首先呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)過氧化氫濃度達(dá)到20%時(shí)，SDF 的提取率達(dá)到最大值5.25%。但當(dāng)過氧化氫的濃度繼續(xù)增大時(shí)，SDF 的提取率逐漸下降。說明當(dāng)過氧化氫濃度足夠大時(shí)，導(dǎo)致了反應(yīng)的過于激烈，進(jìn)而影響反應(yīng)效果。

2.1.2料液比對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響圖2 為當(dāng)溶液的pH 值為10、過氧化氫濃度為20%、反應(yīng)時(shí)間為1.5 h 和料液比分別為1 ∶20、1 ∶30、1 ∶40、1 ∶50、1 ∶60、1 ∶70 時(shí)SDF 提取率的趨勢(shì)圖。可以看到隨著料液比的變化，SDF 的提取率首先呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，當(dāng)料液比為1 ∶60 時(shí)，SDF 的提取率達(dá)到最大值4.94%。隨后伴隨著料液比的繼續(xù)增大，提取率不斷下降，說明適宜的料液比有利于溶液與原材料的充分接觸以及有效的反應(yīng)，過多會(huì)導(dǎo)致提取劑的浪費(fèi)，過少同樣會(huì)使原料不能夠與提取液充分的接觸，從而影響提取效率。

2.1.3反應(yīng)時(shí)間對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響圖3 為當(dāng)溶液的pH 值為10、過氧化氫濃度為20%、料液比為1 ∶60 和反應(yīng)時(shí)間分別為0.5、1.0、1.5、 2.0 h 時(shí)SDF 提取率的趨勢(shì)圖。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為1.0 h 時(shí)提取率為4.98%。隨著時(shí)間的延長，提取率不升反降，說明時(shí)間過長對(duì)反應(yīng)影響很小。

2.1.4反應(yīng)pH值對(duì)可溶性膳食纖維（SDF）提取率的影響圖4 為當(dāng)溶液的過氧化氫濃度為20%、料液比為1 ∶60、反應(yīng)時(shí)間為1 h 和反應(yīng)溶液的pH 值分別為8、9、10、11、12 時(shí)SDF 提取率的趨勢(shì)圖。當(dāng)pH 值為9 時(shí)，提取率為5.45%。

以未經(jīng)處理過的苦菜為原料的可溶性膳食纖維的提取率為1.25%。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及結(jié)果利用Design Expert 11 軟件里的 Box-Behnken 設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，其響應(yīng)值及方差分析結(jié)果見表2。對(duì)表2 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到總SBF得率(Y)和編碼自變量 A、B、C、D 的回歸方程：Y=5.56-0.002 5A-0.031B+0.005C+0.098 6D-0.002 5AB- 0.027 5AC-0.022 5AD-0.025 0BC-0.049 2BD-0.022 5CD+ 0.009 7A2-0.103 2B2+0.021 0C2-0.369 4D2。

由響應(yīng)面方差分析表可知，該方程模型極顯著（P＜0.01），說明所得方程擬合較好，回歸顯著。方程模型的校正相關(guān)系數(shù)R2=0.874 5，校正絕對(duì)系數(shù)=0.749 0，說明實(shí)驗(yàn)因素A、B、C、D 對(duì)SDF 提取率影響顯著。其中D、D2的P值＜0.000 1，說明對(duì)SDF 提取率影響極顯著。根據(jù)回歸方程中各項(xiàng)系數(shù)的絕對(duì)值表示各因素對(duì)響應(yīng)值影響的大小、正負(fù)表示對(duì)響應(yīng)值影響的方向的原理[13]，得到影響苦菜總黃酮得率的因素大小依次為 pH 值(D)＞料液比(B) ＞ 反應(yīng)時(shí)間(C)＞過氧化氫濃度(A)。

2.2.2料液比pH值交互作用對(duì)SDF提取率的影響在Design Expert 11 軟件中因素的交互作用的顯著性是根據(jù)等高線的形狀來表現(xiàn)的[14]。一般等高線為橢圓形，且密集陡峭，說明因素的交互作用顯著；等高線為圓形，且稀疏平滑，說明因素的交互作用不顯著[15]。由圖 5 和圖6 可知，pH 值與料液比的等高線圖陡峭，說明兩者之間的交互作用顯著，響應(yīng)圖中存在最高點(diǎn)，說明SDF 提取率存在最大值。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

2.2.3驗(yàn)證試驗(yàn)響應(yīng)面優(yōu)化得到廢棄物中SDF 提取工藝條件為：過氧化氫濃度25%，料液比為1 ∶53.7，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，pH 值為10.09，此條件下，可溶性膳食纖維的提取率為5.63%。為便于實(shí)際操作，將條件調(diào)整為過氧化氫濃度為25%，料液比為1 ∶54，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，pH 值為10.1，此條件下可溶性膳食纖維的提取率為5.61%±0.03%，證明該方程可靠、有效，可用于模擬廢棄物中可溶性膳食纖維的提取工藝。

3 結(jié) 論

試驗(yàn)確定了堿性過氧化氫法提取苦菜中的可溶性膳食纖維的最佳反應(yīng)條件為過氧化氫濃度為25%，料液比為1 ∶54，反應(yīng)時(shí)間為1.5 h，pH 值為10.1，此條件 下可溶性膳食纖維的提取率為5.61%±0.03%，相比與未經(jīng)過堿性處理的苦菜產(chǎn)率有了很大的提高。此結(jié)果為苦菜可溶性膳食纖維的開發(fā)應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。