紅花籽粕可溶性膳食纖維的提取及其生理活性研究

蘇遠(yuǎn) 肖林霞

摘要：隨著社會(huì)發(fā)展，對(duì)膳食纖維的研究逐漸深入，膳食纖維的生理活性和作用機(jī)理都成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。在很多調(diào)味品中已經(jīng)證實(shí)膳食纖維具有多種生理活性功能，在預(yù)防人類糖尿病、心臟病和高血壓等方面均有良好的功效，這和膳食纖維本身具有的功效密不可分。紅花籽粕是由紅花籽榨油之后產(chǎn)生的大量廢棄物，之前常被用于動(dòng)物飼料，利用率低。該研究基于此，利用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法對(duì)紅花籽粕中膳食纖維提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，紅花籽粕中膳食纖維最佳的提取工藝為料液比例1∶23.1（g/mL）、酶添加量2.2%、提取時(shí)間2.1 h、微波功率301 W，在該條件下，紅花籽粕膳食纖維提取率為20.11%。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)；正交試驗(yàn)；響應(yīng)面法；膳食纖維

中圖分類號(hào)：TS201.2? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1000-9973（2023）04-0085-05

Abstract： With the development of society， the research on dietary fiber has been gradually deepened， and the physiological activity and action mechanism of dietary fiber have become research hotspots at home and abroad. It has been confirmed that dietary fiber has a variety of physiological activity functions in many condiments， and has good effects in preventing human diabetes， heart disease and hypertension， which is inseparable from the efficacy of dietary fiber itself. Safflower seed meal is a large amount of waste produced after oil extraction from safflower seeds. It has been used as animal feed before， and its utilization rate is low. Based on this， the extraction process of dietary fiber from safflower seed meal is optimized by single factor test and response surface method. The results show that the optimal extraction process of dietary fiber from safflower seed meal is solid-liquid ratio of 1∶23.1 （g/mL）， enzyme addition amount of 2.2%， extraction time of 2.1 h and microwave power of 301 W. Under such conditions， the extraction yield of dietary fiber from safflower seed meal is 20.11%.

Key words： single factor test; orthogonal test; response surface methodology; dietary fiber

紅花籽中富含脂肪酸和亞油酸[1-2]，這些物質(zhì)是人體必需的脂肪酸，具有美容和保健等生物功效[3]。紅花籽油也具有降血脂、降膽固醇和軟化血管等多種生物功效。

紅花籽粕是紅花籽經(jīng)過榨油之后的一種副產(chǎn)物[4]，顏色為淡褐色至暗褐色，具有豐富的化學(xué)成分[5]，主要包括紅花籽蛋白[6]、5-羥色胺、膳食纖維和黃酮類化合物，目前紅花籽粕主要添加于動(dòng)物飼料中，大部分紅花籽粕被丟棄，沒有得到很好的開發(fā)利用[7-8]，造成資源浪費(fèi)的同時(shí)也污染了環(huán)境[9]。相關(guān)研究表明，紅花籽粕可以提取紅花籽粕油作為食品添加劑，用于制作酥餅，不僅可以使酥餅更加酥軟，而且能增加酥餅中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[10]。

膳食纖維是一種混合物質(zhì)，其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要成分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和樹膠等，這些成分不能夠被人體吸收，且被稱為“第七營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”[11]。膳食纖維又被分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，不溶性膳食纖維可以通過增加腸道蠕動(dòng)，從而達(dá)到預(yù)防人體肥胖的效果[12]；可溶性膳食纖維主要包括果膠、低聚乳糖和低聚果糖等糖類物質(zhì)，這些物質(zhì)具有降血糖、降膽固醇、降血壓和預(yù)防人類心臟病等多種生物活性功效[13]。

隨著人們生活飲食結(jié)構(gòu)的改變，人體糖尿病和心血管疾病均易發(fā)生，所以預(yù)防人類疾病的功能性食物越來越受到人們的關(guān)注和喜愛[14]。本研究基于此，采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法對(duì)紅花籽粕中膳食纖維提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，旨在為開發(fā)紅花籽粕的功能和價(jià)值研究提供更多理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

紅花籽粕、纖維素酶、乙醇、氫氧化鈉、氯化鈉、水楊酸、過氧化氫、甘油三酯、高密度脂蛋白、酵母、食用鹽、白糖和黃油。

1.2 試驗(yàn)器材

離心機(jī)、干燥箱、微波爐、冰箱、電子天平、質(zhì)構(gòu)儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 紅花籽粕中膳食纖維的制作

將紅花籽粕烘干，直到質(zhì)量不發(fā)生改變，烘干后的紅花籽粕使用粉碎機(jī)磨碎，之后過60目篩，干燥2 h，將粉末裝入自封袋中，取一定量的紅花籽粕粉，以石油作為萃取劑，對(duì)紅花籽粕粉進(jìn)行脫脂處理，干燥后稱取重量。取干燥后的紅花籽粕粉末，加入溶劑制作成一定濃度的混合液，放入微波振蕩儀中反應(yīng)一段時(shí)間，調(diào)節(jié)pH為6，加入一定量的纖維素酶反應(yīng)一段時(shí)間，過濾，濃縮，在5 000 r/min的條件下離心10 min，于60 ℃的條件下干燥，獲得紅花籽粕膳食纖維。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

取2 g紅花籽粕膳食纖維，研究料液比例（g/mL）1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35；酶添加量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%；提取時(shí)間0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h和微波功率100，200，300，400，500，600 W對(duì)紅花籽粕膳食纖維提取率的影響。

1.3.3 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)料液比例、酶添加量、提取時(shí)間和微波功率4個(gè)變量因子對(duì)膳食纖維提取率的影響進(jìn)行研究，以膳食纖維的提取率作為響應(yīng)值進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面分析，響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)因素及水平表見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比例對(duì)紅花籽粕膳食纖維提取率的影響

由圖1可知，隨著料液比例的不斷增加，紅花籽粕膳食纖維提取率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)料液比例為1∶25時(shí)，紅花籽粕膳食纖維提取率最高，為14.23%。當(dāng)料液比例小于1∶25時(shí)，紅花籽粕中膳食纖維提取率隨著料液比例的增加而增大。當(dāng)料液比例大于1∶25時(shí)，紅花籽粕中膳食纖維提取率隨著料液比例的增加而逐漸減小。當(dāng)紅花籽粕濃度太大時(shí)，不能充分地溶解于水中，酶不能與紅花籽粕充分地混合，導(dǎo)致紅花籽粕中的膳食纖維不能夠充分地溶解出來。當(dāng)紅花籽粕逐漸被稀釋時(shí)，反應(yīng)體系中的酶也逐漸被稀釋，從而降低了紅花籽粕中膳食纖維的溶出[15]。所以，選用1∶25作為最佳料液比例。

2.1.2 酶添加量對(duì)紅花籽粕膳食纖維提取率的影響

由圖2可知，酶的添加量不同，也會(huì)造成紅花籽粕中膳食纖維提取率的差異。當(dāng)酶的添加量為0.5%時(shí)，紅花籽粕膳食纖維的提取率最低，為11.8%，隨著酶添加量逐漸增加，紅花籽粕膳食纖維提取率也逐漸增大至14.2%，之后隨著酶添加量持續(xù)增加，膳食纖維的提取率開始下降，但是下降速度較緩。這是由于當(dāng)酶的添加量較少時(shí)，紅花籽粕不能充分地與酶結(jié)合，導(dǎo)致紅花籽粕中的膳食纖維提取率較低，隨著酶添加量逐漸增加，紅花籽粕開始充分地與酶結(jié)合，膳食纖維提取率逐漸增加。當(dāng)酶的添加量大于2%時(shí)，隨著酶添加量的增加，紅花籽粕中的膳食纖維提取率開始降低，這是由于紅花籽粕充分地與酶結(jié)合，使得紅花籽粕達(dá)到飽和狀態(tài)，部分膳食纖維發(fā)生水解，從而導(dǎo)致紅花籽粕中的膳食纖維提取率降低[16]。

2.1.3 提取時(shí)間對(duì)紅花籽粕膳食纖維提取率的影響

由圖3可知，提取時(shí)間不同，紅花籽粕膳食纖維提取率也會(huì)存在一定的差異。隨著提取時(shí)間的增長(zhǎng)，紅花籽粕中的膳食纖維提取率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)提取時(shí)間為2 h時(shí)，紅花籽粕中的膳食纖維提取率最高，為14.5%。當(dāng)提取時(shí)間為0.5～2 h時(shí)，紅花籽粕中的膳食纖維提取率隨著提取時(shí)間的增加而增加。隨著提取時(shí)間的增加，紅花籽粕中的膳食纖維提取率逐漸降低。這是由于酶解時(shí)間過短，紅花籽粕中的膳食纖維不能得到有效提取，導(dǎo)致反應(yīng)機(jī)率降低[17]。若不斷增加紅花籽粕的反應(yīng)時(shí)間，則又會(huì)產(chǎn)生較多雜質(zhì)，從而抑制膳食纖維產(chǎn)生，造成膳食纖維提取率降低。

2.1.4 微波功率對(duì)紅花籽粕膳食纖維提取率的影響

由圖4可知，微波功率對(duì)紅花籽粕中的膳食纖維提取率存在一定程度的影響，當(dāng)微波功率小于400 W時(shí)，紅花籽粕中膳食纖維提取率隨著微波功率的增加而逐漸增加。當(dāng)微波功率大于400 W時(shí)，紅花籽粕中的膳食纖維提取率隨著微波功率的增加而逐漸減小。這是由于隨著微波功率的增加，反應(yīng)體系中的分子運(yùn)動(dòng)速度快，從而產(chǎn)生較多膳食纖維[18]。隨著微波功率的持續(xù)增加，反應(yīng)體系的溫度也快速增加，導(dǎo)致酶活性受到影響，從而影響了紅花籽粕中膳食纖維的提取率[19]。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果分析

2.2.1 響應(yīng)面優(yōu)化及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以料液比例、酶添加量、提取時(shí)間和微波功率4個(gè)影響因子為變量因子，紅花籽粕膳食纖維提取率作為響應(yīng)值。響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

由表2可知，對(duì)4個(gè)影響因素進(jìn)行響應(yīng)面分析，紅花籽粕中膳食纖維提取率為10.33%～21.23%，4個(gè)影響因素均會(huì)對(duì)紅花籽粕中膳食纖維提取率產(chǎn)生影響。

根據(jù)分析軟件Design-Expert 12對(duì)表2中的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得回歸方程：Y=20.12－0.41A+1.03B+0.21C+0.031D－1.53AB+1.74AC－2.01AD－0.06BC+1.41BD+0.11CD－4.42A2－3.41B2－3.81C2－2.95D2。由F值可知，4個(gè)影響因素對(duì)紅花籽粕中膳食纖維提取率影響的順序?yàn)锽>A>C>D，即酶添加量>料液比例>提取時(shí)間>微波功率。

2.2.2 響應(yīng)面及等高線分析

4個(gè)影響因素對(duì)紅花籽粕膳食纖維提取率的影響的響應(yīng)面及等高線見圖5。研究結(jié)果表明，料液比例、酶添加量、提取時(shí)間和微波功率對(duì)紅花籽粕中膳食纖維的提取率均會(huì)產(chǎn)生一定程度的影響。

經(jīng)過Design-Expert 12分析，獲得紅花籽粕膳食纖維提取的最佳工藝為料液比例1∶23.1（g/mL）、酶添加量2.2%、提取時(shí)間2.1 h、微波功率301 W，在該條件下，紅花籽粕膳食纖維提取率為20.11%。

2.3 紅花籽粕和其膳食纖維對(duì)膽固醇吸附能力測(cè)定

膳食纖維的表面具有活性基團(tuán)，對(duì)機(jī)體的膽固醇具有吸附功效，減少機(jī)體內(nèi)的膽固醇含量，降低膽固醇在機(jī)體內(nèi)的作用，從而預(yù)防人類心腦血管、動(dòng)脈硬化等多種疾病。試驗(yàn)過程中設(shè)計(jì)pH值為2和7，分別模擬了人體胃液和小腸中的環(huán)境。對(duì)比紅花籽粕和紅花籽粕膳食纖維對(duì)膽固醇吸附能力的影響，見圖6。

由圖6可知，無論在pH 2還是pH 7的環(huán)境中，紅花籽粕中的膳食纖維對(duì)膽固醇的清除能力均高于紅花籽粕。紅花籽粕在pH 2和pH 7的條件下，膽固醇吸附量分別為2.12 mg/g和4.31 mg/g；紅花籽粕膳食纖維在pH 2和pH 7的條件下，膽固醇吸附量分別為6.15 mg/g和8.25 mg/g。兩種樣品的膽固醇吸附率在pH 7下均高于pH 2下。這是由于大量的氫離子存在，導(dǎo)致紅花籽粕樣品和膽固醇都帶有正電荷，從而相互排斥，降低了兩種物質(zhì)對(duì)膽固醇的吸附能力[20]。

3 小結(jié)

通過對(duì)紅花籽粕中膳食纖維提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，以膳食纖維提取率作為指標(biāo)，對(duì)影響紅花籽粕膳食纖維的料液比例、酶添加量、提取時(shí)間和微波功率進(jìn)行單因素影響試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，在不同的條件下，紅花籽粕中的膳食纖維提取率不同。通過響應(yīng)面法對(duì)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，最終確定紅花籽粕中膳食纖維最佳提取工藝為料液比例1∶23.1（g/mL）、酶添加量2.2%、提取時(shí)間2.1 h、微波功率301 W，在該條件下，紅花籽粕膳食纖維提取率為20.11%。最后比較紅花籽粕和其膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附效果，紅花籽粕膳食纖維的吸附率遠(yuǎn)高于紅花籽粕。

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