橘皮中可溶性膳食纖維理化性質(zhì)的研究

郝曉華， 羅曉敏， 羅淑政， 宿 婧

（忻州師范學(xué)院生物系，山西忻州 034300）

我國南方盛產(chǎn)柑橘，果肉可食用或生產(chǎn)橘汁，但是橘皮多數(shù)作為廢棄物丟掉。 橘皮經(jīng)微生物分解后腐爛發(fā)臭, 柑橘果皮渣的污染情況愈加嚴(yán)重（臧玉紅，2006），資源無法充分利用，橘皮的處理成為困擾生產(chǎn)廠家的一大難題。

膳食纖維（DF）是以多糖為主體的物質(zhì)，但不能被腸胃消化吸收， 攝入一定的膳食纖維不僅能有效刺激腸道蠕動， 還能清除腸道內(nèi)對身體有害的物質(zhì)（馬昱陽等，2020），預(yù)防膽結(jié)石、便秘、直腸癌、冠心病等疾病的發(fā)生。橘皮中含有許多的膳食纖維，分為不可溶性和可溶性（王海娟等，2020）?？扇苄陨攀忱w維（SDF）是指不能被人體消化酶所分解的多糖類物質(zhì)。 不可溶性膳食纖維（IDF）是指不溶于水且不易被人體所消化的一類膳食纖維（宋康等，2020）。本試驗通過堿法提取干燥橘皮中含有的可溶性膳食纖維， 研究堿液濃度、 浸提時間、浸提溫度、料液比對SDF 提取率的影響，選擇出最佳條件堿法提取橘皮SDF，并對其持水力、溶脹性、脂肪結(jié)合能力、還原力這些理化性質(zhì)進(jìn)行測定，旨在為充分開發(fā)利用橘皮資源提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 本研究所用橘子購買于超市，試驗前事先用蒸餾水對橘皮進(jìn)行清洗并晾干， 再用粉碎機(jī)粉碎成粉末。

1.2 試驗試劑及儀器 氫氧化鈉、 磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鐵氰化鉀、氯化鈉、無水乙醇、磷酸二氫鉀、三氯乙酸、醋酸、鹽酸、蒸餾水、植物油（非轉(zhuǎn)基因玉米胚芽油， 食品級）； 酚酞指示劑；pH 6.6的磷酸鹽緩沖劑；維生素（Vc）。 所有化學(xué)試劑均為常規(guī)且為分析純。

萬分之一電子天平、電熱恒溫振蕩水槽、低速離心機(jī)、調(diào)溫電熱套、密封型手提式粉碎機(jī)、紫外可見分光光度計、數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 橘皮堿法提取工藝流程 清潔橘皮-干燥橘皮-粉碎-堿法提取 （單因素試驗）-收集濾液-酸中和-醇沉淀干燥沉淀物-烘干-稱重-橘皮SDF-正交試驗，驗證正交試驗結(jié)果，得到最佳提取條件，然后按照試驗步驟對其各項理化性質(zhì)進(jìn)行研究。

準(zhǔn)確稱取2 g 橘皮粉，料液比為1:10 ～1:70，將其和質(zhì)量濃度為20 ～50 mg/mL 的NaOH 溶液混合，進(jìn)行水浴加熱，加熱溫度為30 ～90 ℃，水浴加熱時間為1 ～7 h， 對上清液中和 （使用醋酸），使用電熱套將其減壓濃縮，直至其液體呈黏稠狀，將其冷卻，直至其溫度到室溫。 再加入無水乙醇（10 倍體積）后靜置，使用離心機(jī)將其進(jìn)行分離。分離成功后干燥，進(jìn)行稱量，干燥再稱量，直至其恒重為止，就可得到可溶性膳食纖維（SDF）（郭艷峰等，2017；戴余軍等，2014），此時為固體狀態(tài)。

1.4 橘皮SDF 提取率的計算及數(shù)據(jù)處理

1.5 橘皮SDF 提取的單因素試驗 試驗選取浸提溫度、浸提橘皮時堿液的濃度、料液比、浸提橘皮的時間4 個因素對可溶性膳食纖維提取率的影響進(jìn)行研究。

1.5.1 料液比對提取率的影響 準(zhǔn)備7 份粉碎好的橘皮粉， 每份 2 g， 根據(jù)料液比為 1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70（g/mL）的比例分別加入質(zhì)量濃度為20 mg/mL 的NaOH 溶液， 充分?jǐn)嚢?，于事先?zhǔn)備好50 ℃水浴槽中水浴1 h。 再4200 r/min離心分離3 min，對上清液中和（使用醋酸），使用電熱套將其濃縮， 直至其液體呈黏稠狀， 將其冷卻，直至其溫度到室溫。 樣品：無水乙醇按照1:10的比例，充分靜置，使用離心機(jī)將其進(jìn)行分離，將上清液舍棄，將下層沉淀物置于干燥箱中干燥后，得到可溶性膳食纖維（SDF），分別稱取不同比例的料液比所制得的SDF 質(zhì)量，比較不同料液比對于SDF 提取率的影響。

1.5.2 堿液濃度對提取率的影響 稱取粉碎好的橘皮粉 7 份，每份 2 g，按照料液比 1:40（g/mL）分別加入質(zhì)量濃度 20、25、30、35、40、45、50 mg/mL的NaOH 溶液，充分?jǐn)嚢瑁谑孪葴?zhǔn)備好50 ℃水浴槽中水浴1 h。 其余步驟參照上述料液比對提取率影響方法進(jìn)行操作。 最后再分別稱取不同堿液濃度所制得的SDF 質(zhì)量，考察不同堿液濃度對于SDF 提取率的影響。

1.5.3 浸提溫度對提取率的影響 稱取粉碎好的橘皮粉 7 份，每份 2 g，按照料液比 1:40（g/mL）分別加入質(zhì)量濃度20 mg/mL 的NaOH 溶液，充分?jǐn)嚢瑁芤悍謩e置于 30、40、50、60、70、80、90 ℃的恒溫水浴槽條件下水浴1 h。 其余步驟參照上述料液比對提取率影響的方法進(jìn)行操作。 最后再分別稱取不同浸提溫度所制得的SDF 質(zhì)量，比較不同浸提溫度對SDF 提取率的影響。

1.5.4 浸提時間對提取率的影響： 稱取粉碎好的橘皮粉 7 份，每份 2 g，按照料液比 1:40（g/mL）分別加入質(zhì)量濃度20 mg/mL 的NaOH 溶液，充分?jǐn)嚢?，將溶液置于事先?zhǔn)備好50 ℃恒溫水浴槽中分別水浴 1、2、3、4、5、6、7 h， 其余步驟參照上述料液比對提取率影響的方法進(jìn)行操作。 最后再分別稱取不同浸提時間所制得的SDF 質(zhì)量，比較不同浸提時間對SDF 提取率的影響。

1.6 橘皮可溶性膳食纖維（SDF）的理化性質(zhì)測定

1.6.1 持水力測定 參考周淑儀等（2019）、李偉偉等（2018）的方法略做修改，取0.5 g 已粉碎好的可溶性膳食纖維，放入到15 mL 離心管中，并加入蒸餾水7.5 mL，將其充分混合均勻，放入恒溫水浴槽中（37 ℃）水浴，水浴時間為 12 h，再 4000 r/min離心15 min,小心倒出上清液，用濾紙上干燥剩余部分并稱重。

持水力/（g/g）=（樣品濕重-樣品干重）/樣品干重。

1.6.2 脂肪結(jié)合能力測定 參考仝文玲等（2019）、王彩虹（2018）的方法略做修改，稱取 0.5 g的可溶性膳食纖維（m0），加入 HCl 溶液（0.1 mol/L）100 mL，充分溶解，再加10 g 植物油，再將其充分混勻，于事先準(zhǔn)備好的37 ℃恒溫水浴槽分別振蕩水浴 0、30、60 min，4000 r/min 離心 15 min， 小心除去上層未結(jié)合的油，去除游離的植物油，稱重得出 m1、m2、m3，做平行的試驗 3 次。

脂肪吸附量/（g/g）=（mn-m0）/m0。

1.6.3 溶脹力測定 參考徐守梁等（2020）的方法略做修改，準(zhǔn)備10 mL 的量筒，放入提取的膳食纖維1.5 g 并記錄體積，再加入蒸餾水5 mL，浸泡12 h，記錄體積。 設(shè)浸泡后的體積為V1，浸泡前干品體積為V2，干品質(zhì)量為m3。

溶脹力/（mL/g）=（V1-V2）/m3。

1.6.4 還原力測定 參考蔣緯等（2019）的方法略做修改。 試驗組： 將提取的可溶性膳食纖維加蒸餾水充分混勻，配制成5 mg/mL SDF 溶液，在試管中依次加入樣品溶液2 mL， 鐵氰化鉀溶液（1%）2.5 mL、磷酸鹽緩沖液（pH=6.6）2.5 mL 并充分混和均勻，置于事先準(zhǔn)備好的50 ℃恒溫水浴槽中水浴20 min。隨后加入三氯乙酸（0.1%）2 mL 充分混和均勻，將其靜置5 min 后，測定吸光度（紫外分光光度計的波長為700 nm）。

陽性對照組:移取 Vc 溶液（5 mg/mL）2 mL 于試管中，加入鐵氰化鉀溶液（1%）2.5 mL、磷酸鹽緩沖液（pH=6.6）2.5 mL，并將其充分混和均勻，置于事先準(zhǔn)備好的50 ℃恒溫水浴槽中水浴20 min。再加入2 mL 0.1%三氯乙酸， 并將其充分混和均勻，靜置5 min，測定吸光度（設(shè)置波長為700 nm）。

陰性對照組： 試驗基本流程和陽性對照組相同，但Vc 被等體積蒸餾水替換。 用其在分光光度計調(diào)零調(diào)百，測定陰性和陽性對照組的吸光度值。

2 試驗結(jié)果

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 料液比試驗結(jié)果 由圖1 可知，當(dāng)料液比增大時，橘皮SDF 的提取率先上升后下降。 主要原因是當(dāng)料液比增大時，細(xì)胞壁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的滲透壓隨之不斷升高，這是橘皮SDF 浸出的有利條件。 當(dāng)料液比大于1:40 后，提取率開始下降，可能是因為當(dāng)料液比逐漸增大時，雜質(zhì)浸出增多，提取率下降。綜合考慮溶劑損耗量，進(jìn)行正交試驗時取1:20、1:30、1:40 這三個水平。

圖1 料液比對橘皮SDF 提取率的影響

2.1.2 浸提溫度試驗結(jié)果 如圖2 所示， 當(dāng)浸提溫度增加時，橘皮SDF 提取率先增加后下降。 當(dāng)溫度由30 ℃升溫至70 ℃時，橘皮SDF 提取率在不斷地增大，是因為分子的運(yùn)動受溫度的影響，溫度升高，分子運(yùn)動速率加快，因此SDF 的提取率得以提高。但溫度大于70 ℃后，SDF 提取率并沒有繼續(xù)增高反而降低，可能因為過高的溫度，降解了橘皮SDF 中的部分成分，所以提取率下降。 正交試驗時選取浸提的溫度為60、70 、80 ℃這三個水平。

圖2 浸提溫度對橘皮SDF 提取率的影響

2.1.3 浸提時間試驗結(jié)果 如圖3 所示， 當(dāng)浸提橘皮的時間增加時，橘皮SDF 提取率是先升高后下降?？赡苁且驗殡S著浸提時間的增加，橘皮SDF逐漸浸出，在4 h 時達(dá)到最大。 超過4 h 后提取量減小， 推測浸提橘皮的時間過長造成了已經(jīng)浸出的橘皮SDF 分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變或被破壞，且時間過長容易造成雜質(zhì)成分的析出， 造成提取液黏稠度增大，雜質(zhì)過多，使得抽取難度增加，降低了提取率。綜合考慮后續(xù)提取工作量等方面，選擇浸提時間為3、4、5 h 作為正交試驗的三個水平。

圖3 浸提時間對橘皮SDF 提取率的影響

2.1.4 堿液濃度試驗結(jié)果 由圖4 可知， 在試驗范圍內(nèi)，隨著堿液濃度的增加，橘皮SDF 提取率呈先增后減的變化趨勢。 當(dāng)?shù)陀?5 mg/mL 時，橘皮SDF 提取率隨著堿液濃度的增加而增大； 當(dāng)高于35 mg/mL 時，橘皮SDF 提取率隨著堿液濃度的增加而減少。當(dāng)橘皮SDF 提取率達(dá)到最大值時，堿液濃度為35 mg/mL。在堿液濃度35 mg/mL 之前其細(xì)胞解離程度隨著堿液濃度的增大而升高， 其產(chǎn)出的SDF 也就越多。 但當(dāng)濃度高于35 mg/mL 時，會導(dǎo)致已析出來的SDF 發(fā)生降解，進(jìn)而導(dǎo)致提取率下降。 因此做正交試驗的三個NaOH 堿液濃度水平為 30、35、40 mg/mL。

圖4 堿液濃度對橘皮SDF 提取率的影響

2.2 橘皮SDF 提取工藝的正交設(shè)計及結(jié)果 由單因素試驗結(jié)果可知，不同因素對橘皮SDF 提取率的影響有所不同。 為了考察試驗因素對試驗結(jié)果的綜合影響，選取料液比（A）、浸提橘皮的時間（B）、浸提橘皮所用堿液的濃度（C）、浸提橘皮的溫度（D）為考察因素，用 SPSS 20.0 設(shè)計 L9（34）正交試驗（表1），通過比較橘皮SDF 的提取率，得出提取橘皮可溶性膳食纖維最好的條件。

表1 橘皮SDF 提取工藝L9（34）因素水平

由表2 可知，橘皮SDF 最低提取率為3.7%，最高提取率為9.1%，相差2.5 倍，說明各種因素的組合對提取結(jié)果影響很大。 因素D 的極差（R）在4 個因素中最大，說明其對橘皮SDF 提取率影響最明顯。 根據(jù)R 值，得到影響提取率的因素為D＞A>B=C。

表2 橘皮SDF 堿法提取工藝正交試驗結(jié)果

綜上所述，可確定橘皮SDF 提取的最佳條件為A2B3C2D2， 即橘皮中提取SDF 最好的條件為料液比 1:30（g/mL）、浸提時間 5 h、浸提溫度 70 ℃、堿液濃度35 mg/mL。為了進(jìn)一步考察該工藝是否可作為最優(yōu)選擇，進(jìn)行驗證試驗。

2.3 驗證試驗 準(zhǔn)確稱取橘皮粉3 份，每份各2 g，根據(jù)上述提取最佳條件（A2B3C2D2）進(jìn)行重復(fù)性驗證試驗， 測得提取率分別為9.13%、9.31%、9.25%，平均提取率為9.23%，三次重復(fù)試驗SDF 提取率較接近，沒有明顯差異，且得到平均提取率高于正交設(shè)計表中的最高值，說明該提取工藝可靠。

2.4 橘皮可溶性膳食纖維（SDF）的理化性質(zhì)測定結(jié)果

2.4.1 持水力和溶脹性的測定結(jié)果與分析 可溶性膳食纖維來源和制備形式不同， 持水力及溶脹性會有所差異， 其范圍大致在纖維自重的1.5 ～2.5 倍。 由測定可得，橘皮 SDF 持水力為 1.21 g/g，溶脹性為2.32 mL/g， 持水力為纖維自重的1.2倍，溶脹力為纖維自重的2.3 倍。

2.4.2 脂肪結(jié)合能力的測定結(jié)果與分析 由表3可知，在0 ～30 min 橘皮SDF 脂肪吸附量增加的幅度較大，在 30 ～ 60 min 未增加，0.5 h 后吸附平衡。脂肪結(jié)合能力會受時間的影響，脂肪吸附量達(dá)到飽和也就意味著反應(yīng)到達(dá)平衡。

表3 橘皮SDF 脂肪結(jié)合能力測定結(jié)果

2.4.3 還原力的測定結(jié)果與分析 鐵氰化鉀的三價鐵被抗氧化劑還原成二價鐵， 二價鐵進(jìn)一步再和三氯化鐵反應(yīng)生成墨綠色的普魯士藍(lán)， 該顏色在波長為700 nm 時有最大吸光度， 使用此性質(zhì)可以間接反映抗氧化劑的還原能力， 即吸光度越大表示還原能力越強(qiáng)。由表4 可得，橘皮可溶性膳食纖維具備一定的還原能力， 但還原能力小于Vc，是Vc 還原力的53.06%。

表4 橘皮SDF 還原力的測定結(jié)果

3 結(jié)論

本試驗采用堿法提取橘皮中的SDF， 運(yùn)用單因素試驗結(jié)合正交試驗， 測定橘皮中SDF 的提取率，確定最好的提取SDF 的條件。且對SDF 的持水力、溶脹性、脂肪結(jié)合能力、還原力這些理化性質(zhì)進(jìn)行測定。本研究最終結(jié)果表明，橘皮中提取可溶性纖維最好的條件為料液比（1:30） g/mL、浸提時間5 h、浸提溫度70 ℃、堿液濃度35 mg/mL，在該條件下，平均提取率高達(dá)9.23%。

在理化性質(zhì)試驗中， 橘皮SDF 的持水力為0.91 g/g； 橘皮脂肪結(jié)合量在 0 ～ 30 min 增幅較大，在 30 ～ 60 min 幾乎未增加，表明 30 min 已達(dá)到吸附平衡；溶脹性為2.32 mL/g，還原力測定中橘皮可溶性膳食纖維具備一定的還原能力，為Vc還原力的53.06%。

目前， 橘皮膳食纖維的主要提取方法為酶解法、固態(tài)發(fā)酵法等，關(guān)于橘皮可溶性膳食纖維堿法提取工藝及其性質(zhì)研究還鮮有報道。 研究堿法提取橘皮中的可溶性膳食纖維含量及其理化性質(zhì)，為橘子果皮的綜合開發(fā)利用提供理論支持和技術(shù)指導(dǎo)作用。