超聲輔助堿法提取五花茶渣中水不溶性 膳食纖維

◎ 李 妍，馬金魁，容敏靖

（肇慶學院 食品與制藥工程學院，廣東 肇慶 526061）

膳食纖維是指不能被人體小腸消化吸收且對人體具有健康意義的多糖類物質[1]，其中水不溶性膳食纖維（IDF）占天然纖維的66%～75%[2]，主要成分包括纖維素、半纖維素及木質素等，其保健功能可預防及減輕便秘、改善腸道菌群等[3]。

五花茶是一種廣東地區(qū)流行的傳統(tǒng)涼茶，其五花并沒有固定的組成。本試驗采用較為廣泛的配方，即由金銀花、菊花、槐花、木棉花、雞蛋花所組成的五花[4]。人們煮五花茶主要是為熬出湯汁食用，茶渣被大量丟棄，忽略了其中的膳食纖維具有回收利用價值。關于五花茶的研究，主要有綠原酸檢測[5]、黃酮提取[6]、滅菌技術[7]等。郭艷峰等[8]分別以涼茶金錢草和淡竹葉殘渣為原料，采用堿法提取其中的水不溶性膳食纖維，二者的IDF提取率均在60%以上。常用的IDF提取方法有化學法、酶法和生物發(fā)酵法等[9]。其中堿提取法具有制取方便、成本低等特點[10]，同時可以利用超聲波的空穴效應和機械效應提高提取效率[11]，故本試驗采用超聲波結合堿法提取五花茶渣中的水不溶性膳食纖維，并檢測其水合性質。

1 材料與方法

1.1 材料

五花茶干品為袋裝（規(guī)格60 g/袋），購于廣東何氏涼茶；氫氧化鈉，分析純；無水乙醇，分析純。

1.2 儀器

AR224CN電子分析天平，奧豪斯儀器（常州）有限公司；pHS-3C電子pH計，上海雷磁儀器廠；800Y高速多功能粉碎機，永康市鉑歐五金制品有限公司；SB-5200 DTD超聲波清洗機，上海錦屏儀器儀表有限公司；DGX-9143 B-1電熱恒溫鼓風干燥箱，常州智博瑞儀器制造有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 水不溶性膳食纖維提取操作流程

流程：五花茶干品→預處理→超聲輔助堿提取→乙醇浸泡→洗滌至中性→烘干→稱重。

1.3.2 操作要點

（1）五花茶預處理。將五花茶料先用蒸餾水浸洗5 min，過濾后按照1∶35的料水比加水煲煮 20 min，取濾渣，于65 ℃烘箱干燥，粉碎備用。

（2）超聲輔助堿提取。用氫氧化鈉配制pH值為11.4的堿液，按照1∶15的料液比，在一定條件下進行超聲提取。

（3）乙醇浸泡及洗滌烘干。提取后的溶液以1∶4的體積比加入無水乙醇，浸泡1 h，然后進行過濾，取濾渣。將濾渣用95%的乙醇洗滌至中性過濾，取濾渣，烘干冷卻后稱重。

1.3.3 五花茶渣提取條件單因素試驗

（1）提取時間的選擇。精確稱取1.5 g五花茶渣，加入30 mL pH為11.4的堿液，溫度35 ℃、功率120 W，于不同提取時間（5 min、15 min、30 min、45 min、60 min）下進行超聲提取，計算IDF得率。

（2）提取功率的選擇。精確稱取1.5 g五花茶渣，加入30 mL pH為11.4的堿液，溫度35 ℃提取時間 20 min，于不同功率（80 W、100 W、120 W、140 W、160 W）下進行超聲提取，計算IDF得率。

（3）提取溫度的選擇。精確稱取1.5 g五花茶渣，加入30 mL pH為11.4的堿液，功率120 W，提取時間20 min，于不同溫度（30 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃）下進行超聲提取，計算IDF得率。

（4）得率計算。根據(jù)公式（1）計算得率。

1.3.4 五花茶渣提取條件優(yōu)化正交試驗

在單因素試驗的基礎上，為確定最佳試驗條件，選取提取時間、功率、溫度3個因素進行正交試驗設計[12]。

1.3.5 五花茶渣膳食纖維水合性質測定

（1）膨脹率的測定。準確稱取膳食纖維1.0 g置于量筒中，加入40 mL蒸餾水，振蕩均勻后于室溫靜置10 h后讀取量筒中纖維物料的體積，根據(jù)公式（2）計算膨脹率[13]。

（2）持水率的測定。準確稱取膳食纖維1.0 g置于量筒中，加入40 mL蒸餾水，振蕩均勻后于室溫靜置5 h，過濾，稱取保留在濾紙上的濕樣品質量[12]，根據(jù)公式（3）計算持水率。

2 結果與分析

2.1 提取時間對IDF得率的影響

隨處理時間的延長，IDF得率呈現(xiàn)先升后降的趨勢，見圖1。當處理時間為15 min時，IDF得率最高。推測隨著提取時間的增加，由于熱的作用導致物料中的大分子物質溶脹，有利于提取膳食纖維；而繼續(xù)延長提取時間也可能由于熱的作用使膳食纖維發(fā)生變化，導致得率下降[14]。

圖1 提取時間對五花茶渣IDF提取的影響圖

2.2 提取功率對IDF得率的影響

隨著功率的增加，IDF得率呈現(xiàn)先升后降的趨勢，見圖2。當提取功率為120 W時，其得率最高。當超聲波達到一定功率時，其產(chǎn)生的空穴效應以及機械效應能破壞茶料細微結構，使多酚類等成分物質更快地溶出和擴散，故得率較高；當超聲功率太大，則導致料液的局部溫度過高，容易破壞膳食纖維分子，使得率降低[14]。

圖2 處理功率對五花茶渣IDF提取率的影響圖

2.3 提取溫度對IDF得率的影響

隨著溫度的增加，IDF得率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，見圖3。當溫度為45 ℃時，其得率最高。在堿性環(huán)境中，當處于較高溫度時膳食纖維分子的穩(wěn)定性較差，導致分子結構被破壞，使得率下降[14]。

圖3 提取溫度對五花茶渣IDF提取率的影響圖

2.4 提取條件的正交試驗

根據(jù)單因素試驗結果，選用正交表L9（33）設計試驗，因素水平表見表1，試驗方案及結果見表2。

表1 提取試驗因素水平表

表2 L9（33）試驗方案及結果表

根據(jù)表3方差分析結果，3個因素對得率的影響均不顯著（P＞0.05），主次順序是C＞B＞A，即提取時間＞提取功率＞提取溫度。綜合極差分析與方差分析結果得知，理論上最佳提取條件是A2B3C3，考慮A因素影響最小，在節(jié)約成本的前提下，可選擇A1B3C3，下面進行試驗驗證，平行測定3次，所得結果如表4。

表3 方差分析結果表

表4 理論最佳提取條件試驗結果表

結果表明：提取溫度為45 ℃下，超聲功率為 140 W，提取時間25 min的條件下，IDF得率最高，為62.58%，則確定此條件為最佳試驗條件。

2.5 水合性質的檢測

檢測五花茶渣IDF的膨脹率和持水率。結果得到膨脹率為12.29%，持水率為11.93%。

3 結論與討論

通過對五花茶茶渣膳食纖維的超聲堿法提取工藝的研究，確定五花茶渣IDF的最佳提取條件。當提取溫度為45 ℃，超聲功率為140 W，提取時間為25 min時，IDF得率最高，為62.58%。測定得到的膳食纖維膨脹率為12.29%，持水率為11.93%。通過此研究，可以為五花茶茶渣的回收利用提供路徑，同時也為后續(xù)在食品添加劑中的應用提供研究基礎，需要進一步探索其在具體食品中的應用效果。