紅棗膳食纖維的提取研究

王紅 高冬

【摘要】以紅棗為原料，采用酶解法提取紅棗中的膳食纖維，然后對其提取工藝參數(shù)進行正交優(yōu)化。以膳食纖維提取率為考察指標(biāo)，通過單因素試驗，對纖維素酶用量、木聚糖酶用量、酶解的時間、溫度進行了探討，通過正交試驗對其優(yōu)化，同時對酶解法所提取的紅棗膳食纖維的持水性、膨脹率以及抗氧化性進行測定?？寡趸詼y定結(jié)果表明：紅棗膳食纖維對自由基有較好清除作用。

【關(guān)鍵詞】紅棗；膳食纖維；酶解法；提取率

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.06.019

The Microbiological Inspection Technology in Food Testing

WANG Hong， GAO Dong

（Fushun Inspection， Examination & Certification Centre， Fushun 113008， China）

Abstract： Jujube was used as raw material to extract dietary fiber from jujube by enzymolysis， and the extraction process parameters were optimized by orthogonal design. Taking the extraction rate of dietary fiber as a reference， the amount of cellulase， xylanase， enzymolysis time， temperature， were discussed by single factor test. At the same time， the water holding capacity， swelling rate and antioxidant activity of dietary fiber extracted by enzymatic hydrolysis were determined. The results of antioxidant activity showed that dietary fiber of jujube had a good scavenging effect on free radicals.

Key words： Jujube； dietary fiber； enzymolysis； extraction rat

膳食纖維是對食物中不易消化的植物成分的總稱，這些植物成分不能被人體胃腸道的消化酶分解。一般來說，膳食纖維作為一種不易被胃腸道直接消化吸收，不能直接產(chǎn)生人體能量的天然多糖，其包括眾多物質(zhì)（如纖維素、半纖維素、低聚糖、多糖、果膠等）[1-2]。當(dāng)人體攝入膳食纖維含量高的食物后，能夠增加人體腸道的體積，進而降低血糖血脂的水平，維持人體健康。按照是否溶于水對膳食纖維進行分類，可分為水溶性和水不溶性兩種[3]，其中受到廣泛關(guān)注的是水溶性膳食纖維。水溶性膳食纖維雖然不能直接向人體產(chǎn)生能量，但它具有潤腸通便、調(diào)節(jié)血脂、調(diào)節(jié)腸道菌群的功效[4]，此外還有降低血液中膽固醇含量、保護肝臟、減脂瘦身、抑菌消炎、抗氧化等功能，對人體有很好的調(diào)節(jié)作用。同時，膳食纖維可以減少“三高”，減少對重金屬的吸收，從而預(yù)防冠心病、糖尿病、心腦血管病等疾病。

紅棗又稱大棗，它具有多種生理保健功能，深受人們的喜愛。研究表明，紅棗中富含豐富的膳食纖維，是提取膳食纖維的良好原料?，F(xiàn)在國內(nèi)針對紅棗膳食纖維主要有以下幾種提取方法：物理法、化學(xué)分離法、生物技術(shù)法、化學(xué)-酶組合法。

1.1試驗材料及設(shè)備儀器

試驗材料：紅棗（市售）；纖維素酶（食品級）；木聚糖酶（食品級）；VC（食品級）；乙醚（分析純）；磷酸緩沖溶液（分析純）；氫氧化鈉（分析純）；無水乙醇（分析純）。

儀器設(shè)備：樣品打碎器（FP3010）；真空干燥箱（BZF-50）；電熱鼓風(fēng)干燥箱（BGZ-140）；高速冷凍離心機（CF16RN）；電子天平（ML204T/02）；多參數(shù)測定儀（S220-Bio）；紫外可見分光光度計（UV-2600）；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（EV241）。

1.2試驗方法

1.2.1紅棗膳食纖維的提取工藝流程

1）樣品制備：將挑選好的紅棗進行清洗并去核，于50℃真空干燥箱中干燥10～14 h至恒重，將干燥后的紅棗放入粉碎機，將紅棗打碎，打碎后的紅棗用60目篩進行篩選，備用。

2）乙醚去脂：稱取10.0 g經(jīng)過粉碎機粉碎后的紅棗粉末，在室溫條件下，加入乙醚溶液（按1∶8的料液比），將加入乙醚后的溶液立即進行封口處理（目的：防止乙醚揮發(fā)）。同樣溫度條件下放置12 h，去除脂類物質(zhì)（目的：便于后續(xù)試驗操作，增加紅棗膳食纖維得率）。

3）調(diào)節(jié)溶液pH：向樣品中加入蒸餾水（按1∶15的料液比），加入蒸餾水后，調(diào)整溶液的pH為5.0作為試驗反應(yīng)的條件，加入纖維素酶、木聚糖酶，進行酶解反應(yīng)，在溫度保持60℃情況下水浴1 h。

4）水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維的分離：將經(jīng)過酶解后的物質(zhì)（混合物）從水浴鍋中取出，并立即冷卻。將冷卻好的混合物放入離心機中，進行下一步離心分離（轉(zhuǎn)速為3500 r/min，時間15 min）操作。經(jīng)過離心操作，上清液與沉淀物分離，沉淀物需要用無水乙醇沖洗3次（增加溶解量，可溶性膳食纖維中的纖維素溶于乙醇），將沖洗后的洗滌液并入上清液，向沉淀物中再次加入無水乙醇，浸泡，過夜，干燥稱重。該沉淀物為紅棗不溶性膳食纖維。

5）乙醇沉淀：將并入洗滌液后的上清液利用減壓濃縮設(shè)備進行減壓濃縮處理，再用4倍體積的無水乙醇對經(jīng)過減壓濃縮處理后的膳食纖維進行沉淀。12 h后，利用離心機（轉(zhuǎn)速3500 r/min）離心1 min，對剩下的固體進行干燥、粉碎、過60目篩、稱重，得水溶性膳食纖維。

1.2.2紅棗膳食纖維提取工藝單因素試驗

1）纖維素酶加入量的篩選：選擇相對紅棗樣品總質(zhì)量的木聚糖酶加入量為0.8%，酶解溫度條件為60℃，酶解時長60 min，pH=5.0，設(shè)置梯度相對紅棗樣品總質(zhì)量的纖維素酶加入量分別為0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、1.5%。

2）木聚糖酶加入量的篩選：加入相對紅棗樣品總質(zhì)量0.9%的纖維素酶的量，酶解溫度條件為60℃，酶解時長60 min，pH=5.0，設(shè)置相對紅棗樣品總質(zhì)量的木聚糖酶加入量分別為0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%。

3）酶解時間的選擇范圍：選擇相對紅棗樣品總質(zhì)量的纖維素酶和木聚糖酶加入量分別為0.9%、0.8%，酶解溫度條件為60℃，pH=5.0，放入恒溫水浴箱中進行水浴。水浴時設(shè)置酶解時長梯度分別為40、50、60、70、80、90 min。

4）酶解溫度的選擇范圍：選擇相對紅棗樣品總質(zhì)量的纖維素酶和木聚糖酶加入量分別為0.9%、0.8%，設(shè)置酶解時長60 min，pH=5.0，設(shè)置酶解溫度條件分別為50、52、54、56、58、 60℃。

1.2.3正交試驗設(shè)計

1.2.4紅棗膳食纖維得率的測定

1.2.7紅棗膳食纖維抗氧化性的研究

DPPH·被廣泛用于評價物質(zhì)的抗氧化活性。當(dāng)人體自由基過量時，會加速人體細(xì)胞衰老，嚴(yán)重的可引起慢性疾病。有研究表明，對于在預(yù)防和治療某些疾病方面，清除體內(nèi)多余的自由基還是有必要的。清除自由基的一種常用的方法是在體外進行抗氧化。

2.1纖維素酶添加量對紅棗膳食纖維得率的影響

從圖1可以看出，當(dāng)纖維素酶加入量在0%～1.5%時，紅棗膳食纖維得率呈現(xiàn)出先高后低。當(dāng)纖維素酶添加量為1.2%左右時，紅棗膳食纖維得率達到最大值36.1 mg/g；當(dāng)纖維素酶添加量增加到1.5%時，紅棗膳食纖維得率呈下降趨勢。但與添加量1.2%組差異不顯著。這可能是纖維素酶濃度達到一定值后，底物濃度相對不能飽和，導(dǎo)致酶的作用受阻[8]。同時，也可以看出利用雙酶法提取紅棗膳食纖維，其得率要高于單一木聚糖酶提取法（纖維素酶添加量為0時），因此選擇用于進一步優(yōu)化試驗的纖維素酶添加量為0.9%～1.5%。

2.2木聚糖酶添加量對紅棗膳食纖維得率的影響

由圖2可知，當(dāng)木聚糖酶加入量在0%～1.0%時，紅棗膳食纖維得率變化趨勢為先上升后下降，最后近于平穩(wěn)。當(dāng)加入0.6%的木聚糖酶時，膳食纖維得率達到最大值，為36.3 mg/g；木聚糖酶添加量增至0.8%時，紅棗膳食纖維得率開始降低，但與0.6%添加量組差異不顯著，可能是由于木聚糖酶濃度達到了一定值，底物濃度相對不能飽和導(dǎo)致酶作用受阻。同時，也可以看出雙酶法提取紅棗膳食纖維，其得率要高于單一纖維素酶（木聚糖酶添加量為0時）提取法，因此選擇用于進一步優(yōu)化試驗的木聚糖酶添加量為0.4%～0.8%。

2.3酶解時間對紅棗膳食纖維得率的影響

由圖3可以看出，隨著酶解時間的增加，紅棗膳食纖維提取率顯著提高。70 min時達到最大值36.6%，但在70 min以后趨于平緩，繼續(xù)酶解至90 min時，紅棗膳食纖維得率雖有提高，但與70 min樣品組差異不顯著。分析其原因可能是在90 min時酶與底物結(jié)合很充分，已完全反應(yīng)。但考慮到酶解時間的增加會帶來能源浪費，所以用于進一步優(yōu)化試驗的酶解時間選擇60～80 min。

2.4酶解溫度對紅棗膳食纖維得率的影響

通過圖4可以看出，在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)，當(dāng)酶解溫度不斷升高，紅棗膳食纖維得率先增加后減少。當(dāng)酶解溫度上升到60℃時，紅棗膳食纖維得率達到最大值，為36.5 mg/g；當(dāng)溫度持續(xù)升高超過60℃，紅棗膳食纖維得率趨勢圖出現(xiàn)了下降。其原因可能是酶的活性在溫度過高的情況下出現(xiàn)衰減，抑制了酶解反應(yīng)，導(dǎo)致酶解反應(yīng)進行不充分，使紅棗膳食纖維得率下降。從統(tǒng)計學(xué)角度看，55℃至65℃樣品組之間出現(xiàn)紅棗膳食纖維得率最大值，且55℃樣品組與60℃樣品組存在顯著差異。故選擇酶解溫度55～65℃用于進一步優(yōu)化試驗。

2.5紅棗膳食纖維提取的正交試驗優(yōu)化

通過上述單因素試驗確定影響紅棗膳食纖維得率大小的4種主要因素為：纖維素酶加入量、木聚糖酶加入量、酶解時間、酶解溫度。在單因素試驗中設(shè)置條件為：纖維素酶加入量0.9%、木聚糖酶加入量0.8%、酶解時間60 min、酶解溫度60℃。通過正交試驗對最終結(jié)果進行優(yōu)化分析由表2得到的正交優(yōu)化結(jié)果顯示，4種主要影響因素對最終結(jié)果影響的大小順序為A>D>C>B，即纖維素酶加入量的影響最大，木聚糖酶加入量的影響最小，確定最優(yōu)組合為A2D2C3B2。當(dāng)纖維素酶加入量為1.2%、木聚糖酶加入量為0.6%、酶解溫度為60℃、酶解時間70 min條件下，紅棗可溶性膳食纖維得率最高，最高值為36.6%。

2.6持水率與膨脹率測定分析

2.6.1紅棗膳食纖維持水率的測定

在正交優(yōu)化試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，測定紅棗膳食纖維的持水力。結(jié)果顯示，持水力為435.2%。通過此結(jié)果可以看出，紅棗膳食纖維具有較高持水力。

2.6.2紅棗膳食纖維膨脹率的測定

在正交優(yōu)化試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，測定紅棗膳食纖維膨脹力大小，結(jié)果為15.6 mL/g。通過測定結(jié)果可以看出，單位體積內(nèi)紅棗膳食纖維具有高膨脹率。

2.7紅棗膳食纖維對DPPH·的清除作用

由圖5可以看出，紅棗膳食纖維和VC對DPPH·的清除能力與質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出較強的依賴關(guān)系。結(jié)果顯示，在濃度0.4～0.9 mg·mL-1之內(nèi)，紅棗可溶性膳食纖維和VC對DPPH·清除率呈現(xiàn)的趨勢大致相同，兩者都隨著溶液濃度的增加而增強。在相同濃度下分別測定紅棗可溶性膳食纖維和VC對DPPH·的清除能力，結(jié)果表明紅棗膳食纖維對DPPH·的清除能力強于VC。結(jié)果表明，在0.4～0.9 mg·mL-1濃度范圍內(nèi)兩者呈劑量-效應(yīng)關(guān)系。紅棗膳食纖維抗氧化活性較高，該結(jié)論與其他研究結(jié)果相一致。

試驗通過正交優(yōu)化處理，分析了紅棗膳食纖維的酶解法提取條件的最適工藝，利用單因素試驗和正交優(yōu)化試驗確定紅棗膳食纖維的最佳提取條件，即加入1.2%的纖維素酶，加入0.6%的木聚糖酶，酶解時間70 min，酶解溫度60℃，料液比1∶15（g/mL），酶解pH值為5.0。在優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上，紅棗膳食纖維得到了最大提取率，為36.6%。此方法的提取工藝穩(wěn)定性高，產(chǎn)品得率高。經(jīng)過測定其持水力為435.2%，膨脹力為15.6 mL/g。利用VC做試驗對照，對紅棗膳食纖維樣品進行DPPH·的清除能力試驗。結(jié)果顯示，紅棗膳食纖維和VC具有相同趨勢的清除率，紅棗膳食纖維對DPPH·的清除能力強于VC，顯示了其較高的抗氧化活性。試驗的研究成果旨在以酶法提取紅棗中膳食纖維工藝的產(chǎn)業(yè)化以及為紅棗加工企業(yè)膳食纖維產(chǎn)業(yè)化開辟新的途徑提供一定的理論支撐。

【參考文獻】

[1]曲鵬宇，李丹，李志江，等.膳食纖維功能、提取工藝及應(yīng)用研究進展[J].食品研究與開發(fā)，2018，19（12）：218-224.

[2]尹蓉，張倩茹，李小平，等.紅棗膳食纖維生物功能及提取工藝概述[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2019，25（4）：151-153.

[3]姚慧慧，王燕，趙傳文.小麥麩皮膳食纖維及其在食品中的應(yīng)用研究進展[J].糧食與油脂，2018（31）：15-17.

[4]吳洪斌，王永剛，劉成江，等.新疆紅棗多糖酶法提取工藝研究[J].食品工業(yè)科技，2012（5）：292-295，313.

[5]鄭剛，郭小佩，趙國華，等.制備工藝對番茄皮膳食纖維理化性質(zhì)的影響[J].食品科學(xué)，2010，31（16）：24-28.

[6]楊申明，王波，王振吉，等.金雀花總黃酮提取工藝優(yōu)化及抗氧化性研究[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2015，27（2）：278-284.

[7]劉芬，朱順妮，徐忠斌，等.超聲輔助熱水浸提小球藻多糖及抗氧化活性測定[J].中國釀造，2020，39（2）：177-181.

[8]李鉉軍，崔勝云.抗壞血酸清除DPPH自由基的作用機理[J].食品科學(xué)，2011，32（1）：86-90.

【作者簡介】

王紅，女，1985年出生，碩士，研究方向為食品檢驗和質(zhì)量管理。高冬，女，1981年出生，碩士，研究方向為食品檢驗和質(zhì)量管理。

（編輯：李加鵬）