黃秋葵可溶性和不溶性膳食纖維的提取工藝優(yōu)化

李永平 黃春容 康玉妹 馬慧斐 薛珠政 朱海生

摘?要：為優(yōu)化黃秋葵膳食纖維的提取工藝，以黃秋葵為原料，采用酸解法提取黃秋葵可溶性膳食纖維，以及酶解法提取黃秋葵不溶性膳食纖維，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定黃秋葵可溶性、不溶性膳食纖維的最佳工藝條件。結(jié)果表明：酸解法提取黃秋葵可溶性膳食纖維得率的最主要影響因素為料液比，其次是pH值、提取時(shí)間、提取溫度，優(yōu)化最佳提取條件為料液比1∶30?（g/mL）、pH值7.0、提取溫度100℃、提取時(shí)間100 min，此工藝下黃秋葵中可溶性膳食纖維得率可達(dá)13.52%;酶法提取黃秋葵不溶性膳食纖維得率影響較大的影響因素是pH和酶解溫度，優(yōu)化最佳提取條件為溫度為60℃、pH 5.0、加酶量為0.7%、酶解時(shí)間為60 min。此工藝條件下得率可達(dá)37.82%。應(yīng)用優(yōu)化條件測試6個黃秋葵品種的可溶性膳食纖維得率均在13%以上，不溶性膳食纖維平均得率為36.15%。該提取優(yōu)化條件的提取工藝得率較高，可為黃秋葵膳食纖維的提取提供參考。

關(guān)鍵詞：黃秋葵;膳食纖維;提取;測定

中圖分類號：S 649???文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???文章編號：0253-2301（2021）09-0001-07

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.09.001

Optimization of Extraction Process of Soluble and Insoluble DietaryFiber from Abelmoschus Esculentus

LI Yong?ping??HUANG Chun?rong??KANG Yu?mei??MA Hui?fei?XUE Zhu?zheng??ZHU Hai?sheng

（1. Vegetable Laboratory， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian 350013， China;

2. Crop Research Institute， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian 350013， China;

3. Luoyuan County Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Fuzhou， Fujian 350699， China）

Abstract： In order to optimize the extraction process of dietary fiber from Abelmoschus esculentus， by using Abelmoschus esculentus as the raw material， the soluble dietary fiber was extracted from Abelmoschus esculentus by acid hydrolysis method and the insoluble dietary fiber was extracted from Abelmoschus esculentus by enzymatic hydrolysis method. The optimum technological conditions of the soluble and insoluble dietary fiber in Abelmoschus esculentus were determined by using the single factor experiment and orthogonal experiment. The results showed that the ratio of solid to liquid was the most important factor affecting the yield of soluble dietary fiber extracted from Abelmoschus esculentus by acid hydrolysis method， followed by the value of pH， extraction time and extraction temperature. The optimal extraction conditions were as follows： the solid?liquid ratio 1∶30?（g/mL）， pH 7.0?， extraction temperature 100℃， and extraction time 100 min. And the yield of soluble dietary fiber from Abelmoschus esculentus could reach 13.52?% under these conditions. PH and enzymatic hydrolysis temperature were the most influential factors on the yield of insoluble dietary fiber from Abelmoschus esculentus. The optimal extraction conditions were as follows： temperature 60℃， pH 5.0?， enzyme dosage

0.7?% and enzymatic hydrolysis time 60 min. And the yield could reach 37.82?% under these conditions. By using the optimized conditions， the yield of soluble dietary fiber in the six varieties of Abelmoschus esculentus were measured to be above 13%， while the average yield of insoluble dietary fiber was measured to be 36.15?%. The extraction yield of dietary fiber from Abelmoschus esculentus under the optimized conditions was higher， which could provide reference for the extraction of dietary fiber from Abelmoschus esculentus.

Key words： Abelmoschus esculentus; Dietary fiber; Extraction; Determination

隨著人們生活水平的提高，飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，膳食纖維的攝入量逐漸降低，易引發(fā)肥胖、糖尿病、心血管疾病等問題[1] 。因?yàn)樯攀忱w維對于人類健康的重要性，它又被稱為“第七大營養(yǎng)素” [2] 。膳食纖維（dietary fiber，DF），是指不能被人類的胃腸道中消化酶所消化和人體吸收利用的植物細(xì)胞壁的非α葡?聚糖多糖。它不僅能促進(jìn)腸胃蠕動，幫助營養(yǎng)代謝吸收，還擁有超強(qiáng)吸水功能和吸附官能團(tuán)，可將人體多余的營養(yǎng)和有害、有毒的物質(zhì)排出體外。它分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）與不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）?？扇苄陨攀忱w維在介入人體血液和體液循環(huán)過程中清潔血液和各個臟器;不可溶性膳食纖維可加快食物通過胃腸道的速度，減少廢棄物在腸道的滯留時(shí)間，可預(yù)防便秘同時(shí)減弱細(xì)菌排出的毒素的危害。

黃秋葵AbelmoschusesculcntusL屬錦葵科秋葵屬。原產(chǎn)于非洲的東部地區(qū)，20世紀(jì)初由印度引入我國，現(xiàn)在種植面積逐年擴(kuò)大。黃秋葵果實(shí)脆嫩多汁，滑潤不膩，風(fēng)味獨(dú)特，富含蛋白質(zhì)、維生素、礦物鹽、糖聚合體等各種營養(yǎng)物質(zhì)，是一種具有較高營養(yǎng)價(jià)值、保健功能的新型蔬菜[3-4] ，被譽(yù)為“植物偉哥”[5] 。膳食纖維提取方法有粗分離法、膜分離法、生物發(fā)酵法、化學(xué)法、酶化?學(xué)法和酶法等[6] 。酶法可較好的祛除淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，保持較好的纖維結(jié)構(gòu)，可制備高純度的膳食纖維[7] 。秋葵莢中的膳食纖維含量豐富，韋鷺等[8] 應(yīng)用酸水解提取秋葵可溶性膳食纖維中水溶性膳食纖維的得率為12.65%;王琰等[9] 應(yīng)用酶重?量法測定秋葵莢中的SDF含量為8.41%，IDF含量為35.08%，其含量遠(yuǎn)高于一般植物。本研究采用酸解法提取黃秋葵SDF以及酶解法提取黃秋葵IDF，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，確定最佳工藝條件以獲得較高的得率，為秋葵可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維的提取及生產(chǎn)中的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1?材料與方法

1.1 ?材料與試劑

1.1.1?植物材料?黃秋葵品種：綠白1號、綠箭、綠如意、臺灣五星、水果秋葵、莆田長秋葵均取于福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所蔬菜資源庫，選取綠白1號花后7 d健康果莢為優(yōu)化提取工藝的材料，各品種健康的花后7 d果莢作為測定材料。

1.1.2?試驗(yàn)試劑與儀器?α淀?粉酶、中性蛋白酶均購自北京索萊寶科技有限公司，無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈉購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。臺式低速離心機(jī)，科大中佳SC3610?高速離心機(jī)，DK8D?恒溫水浴鍋（上海一恒科學(xué)儀器有限公司），MP511酸度計(jì)（上海三信儀器有限公司），MM400混合冷凍混合球磨儀（德國RETSCH），RV 10 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（德國IKA），DL1?萬用電爐，DHG9145A?電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司），AR2140電子分析天平（美國Adventurer）。

1.2?酸解法提取黃秋葵SDF工藝優(yōu)化

1.2.1?黃秋葵SDF的提取流程?選取花后7 d健康新鮮黃秋葵-烘干-粉碎過40目篩，稱取5 份，每份1 g干粉，-80℃熱水沖洗3～4次-酸水解（按一定料液比、調(diào)節(jié)pH值，水浴加溫）-離心（3000??r·min-1??，10 min）過濾取濾液-等電點(diǎn)沉淀蛋白（調(diào)節(jié)pH至4.7，靜置10 min）-醇沉（4倍體積乙醇）-過濾-95%乙醇洗滌-烘干-成品[10] 。

1.2.2?黃秋葵SDF提取單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)?在相同條件（料液比1∶30、pH為7的溶液，80℃水浴100 min）下分別設(shè)置提取溫度（60℃、70℃、80℃、90℃、100℃）、提取時(shí)間（90、100、110、120、130 min）、料液比（g/mL）（1∶20、1∶25、1∶30?、1∶35、1

∶40）、pH值（5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）優(yōu)化黃秋葵SDF的提取條件。

1.2.3?黃秋葵SDF提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)?根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，通過四因素三水平正交試驗(yàn)優(yōu)化料液比、pH值、提取溫度、提取時(shí)間，以得到最佳提取工藝，正交試驗(yàn)因素和水平見表1。

1.3?酶解法提取黃秋葵IDF工藝優(yōu)化

1.3.1?黃秋葵IDF的提取流程?選擇花后7 d健康新鮮黃秋葵-烘干-粉碎過篩-沖洗-酸水解-離心取濾渣-酶解（調(diào)節(jié)pH、α淀粉酶）水浴-滅酶（加入0.3%中性蛋白酶，調(diào)節(jié)pH 6.5，70℃水浴60 min，煮沸1 min）-離心（5000??r·min-1??，15 min）-干燥-成品。

1.3.2?黃秋葵IDF提取單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)?在相同條件下分別設(shè)置α淀?粉酶濃度（0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%）、酶解溫度（40℃、50℃、60℃、70℃、80℃）、酶解時(shí)間（40、60、80、100、120 min）、pH值（4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0）對黃秋葵IDF得率的影響。

1.3.3?黃秋葵IDF提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)?依據(jù)黃秋葵IDF單因素試驗(yàn)結(jié)果，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝。以pH值、α淀?粉酶濃度、中性蛋白酶濃度、酶解溫度為評價(jià)因素，以IDF的得率為評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素和水平見表2。

1.4?測定驗(yàn)證試驗(yàn)

用上述試驗(yàn)優(yōu)化的提取條件，應(yīng)用優(yōu)化的提取工藝，測定綠白1號Lvbaiyihao、綠如意Lvruyi、臺灣五星Taiwan five stars、水果秋葵Fruit Abelmoschusesculentus、綠箭Green arrow、莆田長秋葵PutianAbelmoschusesculentus等6個黃秋葵品種可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維，驗(yàn)證方法的可行性。

1.5?數(shù)據(jù)處理分析與驗(yàn)證

SDF得率=SDF重量/干燥后秋葵的質(zhì)量×100%

IDF得率=IDF重量/干燥后秋葵的質(zhì)量×100%

2?結(jié)果與分析

2.1?黃秋葵SDF酸解法提取工藝優(yōu)化

2.1.1?料液比對黃秋葵SDF提取得率的影響?由圖1A可知，提取液量加大，有利于黃秋葵SDF溶解，提取率也就提高;而當(dāng)料液（g/mL）比大于 1∶30?時(shí)，SDF已充分溶解并且發(fā)生水解，SDF的得率開始下降。由此可知，酸提法料液比為1∶30提取率較高。

2.1.2?pH對黃秋葵SDF提取得率的影響?由圖1B可知，SDF的得率呈先上升后下降趨勢，峰值出現(xiàn)在 pH 7處。較低pH的溶液分子間氫鍵的作用力強(qiáng)，果膠分子延展度變強(qiáng)，溶液黏稠度增強(qiáng)，SDF無法充分溶出與分離[11，8] ;pH大于6.0溶液黏度迅速下降[11] ，SDF較易溶解、分離，當(dāng)pH大于7.0，有部分SDF發(fā)生水解，得率有部分損失（圖1B）。因此，選擇pH為6.0～?8.0作正交試驗(yàn)水平。

2.1.3?水浴溫度對黃秋葵SDF提取得率的影響?由圖1C可知，水浴溫度為60～?90℃黃秋葵SDF得率的緩慢增高，高于90℃得率減少，可能由于溫度過高有部分SDF的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化水解引起的（圖1C）。故選擇80～?100℃作正交試驗(yàn)水平。

2.1.4?提取時(shí)間對黃秋葵提取SDF得率的影響?由圖1D可知，水浴時(shí)間90～?110 min時(shí)SDF的得率逐漸上升，隨后下降，可能由于長時(shí)間提取物發(fā)生水解，導(dǎo)致提取率下降。因此水浴時(shí)間為 110 min較合適。

2.1.5?黃秋葵SDF提取正交試驗(yàn)結(jié)果?由表3可知，黃秋葵中水溶性膳食纖維得率的最主要的因素為料液比，其次是pH值、提取時(shí)間、提取溫度影響，最佳條件為料液比（g/mL）1∶30、pH值7.0、提取溫度100℃、提取時(shí)間100 min。

2.2?黃秋葵IDF酶解法提取工藝優(yōu)化

2.2.1?pH值對黃秋葵IDF提取得率的影響?α?淀粉酶的活性與溶液pH值關(guān)系密切，pH值4～5時(shí)，α淀粉酶活性迅速增強(qiáng)，淀粉的溶解度也增大，IDF的得率快速上升。α淀?粉酶活性在pH值大于6急劇回落（圖2A）。因此酶解時(shí)最適的pH為5。

2.2.2?加酶量對黃秋葵IDF提取得率的影響?由圖2B可看出，IDF的得率在酶濃度0.4%～0.5%緩慢上升，0.5%～0.6%上升速率加快，隨后得率下降。

2.2.3?酶解溫度對黃秋葵IDF提取得率的影響?由圖2C知，不溶性膳食纖維的得率在酶解溫度為40～60℃的時(shí)候快速上升，60～70℃下降較快，高于70℃變化不大。因此酶解溫度60℃左右較為適宜。

2.2.4?酶解時(shí)間對黃秋葵IDF提取得率的影響?由圖2D知，水浴40～80 min淀粉逐漸水解，80 min淀粉已水酶較充分，因此IDF的得率先緩慢升高，80 min時(shí)達(dá)到最高。故選擇60～100 min作正交試驗(yàn)水平。

2.2.5?黃秋葵IDF提取正交試驗(yàn)結(jié)果?從正交試驗(yàn)結(jié)果（表4）可知，溶液pH是影響IDF提取率的最主要因素，酶解溫度對提取率的影響也較大，淀粉酶濃度的影響最小。酶解法提取IDF的條件優(yōu)化工藝為：含0.7%α淀?粉酶溶液，pH調(diào)至5.0，60℃水浴酶60 min。

2.3?驗(yàn)證試驗(yàn)及含量測定

用上述試驗(yàn)優(yōu)化的提取條件，測定6個黃秋葵品種可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維結(jié)果如表5，6個測試品種的可溶性膳食纖維得率均在13%以上，平均為13.61%;不溶性膳食纖維平均得率為36.15%。

3?結(jié)論與討論

膳食纖維（Dietary Fiber，DF）是一類食物中不能被人體小腸內(nèi)生物酶水解的碳水化合物[12] 。膳食纖維在人體內(nèi)有重要生理作用，被作為防治糖尿病、心腦血管病、便秘、癌癥、肥胖的必需品[13-15] 。膳食纖維研究已是最活躍的課題之一。提取膳食纖維的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)， 酶法通常與化學(xué)法結(jié)合使用，此法原料利用率高，產(chǎn)物純度高，在生產(chǎn)加工中，較為廣泛的應(yīng)用[16] 。韋鷺等[8] 應(yīng)用酸水解法提取黃秋葵可溶性膳食纖維的得率為12.65%。王琰等[9] 應(yīng)用酶重量法測試黃秋葵膳食纖維含量，結(jié)果SDF含量8.41%，IDF含量為35.08%。本研究應(yīng)用酸解提取黃秋葵的可溶性纖維，酶解法提取黃秋葵的不溶性纖維?？扇苄岳w維的得率超過13%，不溶性纖維的得率超過36%，酸解與酶解法聯(lián)合使用，有利于提高膳食纖維的提取率。

試驗(yàn)通過單因素和正交試驗(yàn)方法優(yōu)化了黃秋葵膳食纖維提取工藝，酸解法提取可溶性膳食纖維優(yōu)化條件為料液比（g/mL）1∶30、pH值7.0、提取溫度100℃、提取時(shí)間100 min。酶法提取黃秋葵IDF的優(yōu)化條件，酶解溶液pH 5.0，酶濃度0.7%，水浴溫度60℃，酶解時(shí)長60 min;較韋鷺等[8] 研究得到酸水解法提取秋葵中可溶性膳食纖維的優(yōu)化工藝條件為料液比（g/mL）1∶15、pH 7.0、提取溫度80℃、提取時(shí)間110 min，有所不同，可能與試驗(yàn)選擇的品種及果實(shí)的采收時(shí)間有關(guān)。不同品種和采收時(shí)間的黃秋葵的膠物質(zhì)及纖維含量不同[17-18] 。膠狀物質(zhì)含量多，需提取液的體積較大才可使原料在溶液中充分溶脹，與提取液較完全的接觸，有利于提取出的可溶性膳食纖維。若提取液不足，秋葵中的膠狀成分與水結(jié)合活化能增大，果膠流動的阻力加大，流動性降低，溶液變得更加黏稠，SDF難分離，造成得率較少[11] 。

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（責(zé)任編輯：柯文輝）