陳致印，胡一鴻，金晨鐘，朱定萍，王 瓊

（1.湖南人文科技學(xué)院生命科學(xué)系，湖南 婁底 417000；2.平?jīng)鍪挟a(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，甘肅 平?jīng)?744000）

膳食纖維是人體平衡膳食結(jié)構(gòu)的必需營養(yǎng)素之一，不能被人體內(nèi)消化酶分解和吸收，稱為“第七營養(yǎng)素”，對人體具有重要的生理功能[1-2]，如降低便秘、腸癌、肥胖癥、II型糖尿病和冠心病等慢性病的發(fā)生率。膳食纖維按其水溶性可分為不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）兩類?？扇苄陨攀忱w維在許多方面的生理功能比不溶性膳食纖維更強(qiáng)[3]，其應(yīng)用范圍更為廣泛。因此，可溶性膳食纖維的制備具有特別重要的意義。

香芋（Eolocasia esculenta schott）屬天南星科芋屬，為多年生單子宿根性草本植物，是熱帶亞太地區(qū)重要塊莖類作物之一[4]。香芋引進(jìn)我國種植已久[5]，資源極為豐富，營養(yǎng)物質(zhì)含量也高。香芋除了富含蛋白質(zhì)、鈣、磷、鐵、鉀、鎂、鈉、胡蘿卜素、煙酸、B族維生素、皂角等多種成分外，還含有大量可溶性膳食纖維成分，如黏液多糖、黏液皂素、堿性物質(zhì)等成分，具有重要的生理功能[6]。多年來，人們對香芋的研究主要集中在栽培方面，有關(guān)其深加工研究報(bào)道很少，目前仍沒有對其可溶性膳食纖維提取方法的研究報(bào)道。本試驗(yàn)以香芋為原料，探討提取其中水溶性膳食纖維的方法，以期為香芋資源的深度開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

香芋（購于當(dāng)?shù)厥袌觯?；纖維素酶（20 000 U/g）（山東棗莊杰諾生物酶有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)葡聚糖Dextran 2000（瑞典Phamrmacia公司）；氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、等藥品均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

F160型粉碎機(jī)（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；R-201L旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（西安常儀儀器設(shè)備有限公司）；PHBJ-260便攜式pH計(jì)（上海將來實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；HH-8型恒溫水浴鍋（江蘇宏華儀器廠）；GZX-DH.300-BS-II電熱恒溫干燥箱（上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠）；臺(tái)式離心機(jī)Thermo Scientific（Heraeus Megafuge 1.0 R）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 香芋→恒溫干燥（60℃）→粉碎→過篩（60目）→加水（香芋粉∶純凈水＝1∶40）→調(diào)pH值→纖維素酶酶解→恒溫水解→高溫滅酶（90℃，10 min）→冷卻→離心分離→

1.3.2 提取率測定方法 可溶性膳食纖維烘干至恒重，稱取質(zhì)量，其與干樣品重的比值即為提取率，計(jì)算公式為：

1.3.3 性能測定方法 持水力（Water holding capacity,WHC）測定：準(zhǔn)確稱取250 mg過40目篩的樣品，放入離心管中，加入25 mL去離子水，振蕩后在室溫下靜置60 min。離心（15 min,3 000 g），除去上清液，稱重，換算成每克干樣品保持水的量（g/g干物質(zhì)）:

膨脹力（Swelling,SW）測定：稱取1.00 g過40目篩的樣品，放入20 mL的具塞刻度玻璃試管中，加入20 mL去離子水，振勻后在室溫（20℃）下放置16 h，觀察樣品在試管中的自由膨脹體積（mL）。按下面公式計(jì)算每克樣品的膨脹力（mL/g）：

1.3.4 單因素試驗(yàn)和正交設(shè)計(jì)試驗(yàn) 分別選取水浴溫度，pH值，提取時(shí)間，以及酶用量先進(jìn)行單因素試驗(yàn)。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用4因素3水平L9（34）設(shè)計(jì)（表1）進(jìn)行正交試驗(yàn)。

表1 試驗(yàn)選取因素及水平

2 結(jié)果與分析

2.1 提取因素對香芋可溶性膳食纖維提取率的影響

2.1.1 單因素試驗(yàn) 圖1顯示，提取溫度在35～55℃時(shí)，可溶性膳食纖維提取率隨溫度的升高而升高；當(dāng)提取溫度高于55℃時(shí)，可溶性膳食纖維提取率隨著溫度的升高而降低。這是由于可溶性膳食纖維主要成分為天然果膠和β-葡聚糖，如果膠、瓜爾豆膠、卡拉膠、黃原膠、甘露糖、葡聚糖、海藻酸鈉、真菌多糖等，提取溫度過高，會(huì)使其本身分子結(jié)構(gòu)受到破壞，從而降低提取率[7]。因此，提取溫度控制在55℃左右較為適宜。

圖2顯示，隨著pH值的升高，可溶性膳食纖維提取率有所上升，至pH值為5.5達(dá)到最大，之后隨著pH值的升高提取率下降。這可能因?yàn)槊甘且环N特殊的蛋白質(zhì)分子，其催化能力與pH值密切相關(guān)，當(dāng)pH值超過酶活性的最佳范圍時(shí)，提取效率有所下降。

圖3顯示，可溶性膳食纖維提取率隨酶解時(shí)間延長而增加，但當(dāng)酶解時(shí)間超過120 min后提取率增加的趨勢減緩。這可能是因?yàn)樵谔崛∵^程中有效成分的濃度差是提取的推動(dòng)力，在提取初期，濃度差大，提取速率快，產(chǎn)物增加得也快[8]；隨著提取時(shí)間的延長，溶劑中有效成分濃度增大，與固相中的濃度差逐漸變小，推動(dòng)力也就變小，所以提取率減緩，直至提取達(dá)到平衡，產(chǎn)物濃度也趨于恒定[8]。因此試驗(yàn)選定最佳酶解時(shí)間為120 min。

圖4顯示，隨著酶濃度的增加，可溶性膳食纖維提取率逐漸增加，當(dāng)酶濃度達(dá)到2.5%時(shí)其提取率最高，達(dá)33.4%；隨著酶濃度的進(jìn)一步的增加得率反而減少?？赡苁怯捎谙阌笾泻写罅坎蝗苄岳w維，酶濃度過低，不溶性纖維水解不完全，而酶濃度過高，使膳食纖維中可溶性纖維素等生理活性物質(zhì)分解，造成提取率降低，所以纖維素酶的濃度以2.5%為最宜。

圖1 溫度對提取率的影響

圖2 pH值對提取率的影響

圖3 時(shí)間對提取率的影響

圖4 酶用量對提取率的影響

2.1.2 正交試驗(yàn) 綜合考慮多因素相互作用對于香芋水溶性膳食纖維提取的影響，根據(jù)單因素的試驗(yàn)結(jié)果，采用L9（34）正交設(shè)計(jì)對香芋水溶性膳食纖維提取的條件進(jìn)行優(yōu)化，重復(fù)2次，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理

根據(jù)極差分析，影響香芋水溶性膳食纖維得率的各因素主次關(guān)系依次為：水浴溫度（D）＞pH值（B）＞酶用量（A）＞提取時(shí)間（C），水浴溫度影響最大，水浴時(shí)間影響最小，最優(yōu)組合為A1B1C3D2，即酶用量為2.0%，pH值為4.5，水浴時(shí)間150 min，水浴溫度為55℃。這與正交試驗(yàn)中的最高提取率組合A3B1C3D2水平不一致，故需要驗(yàn)證試驗(yàn)。兩次驗(yàn)證試驗(yàn)得到的水溶性膳食纖維提取率分別為39.86%和39.90%，高于正交試驗(yàn)中的最高提取率組合A3B1C3D2，因此采用A1B1C3D2組合，水溶性膳食纖維提取率能達(dá)到39.88%。

2.2 香芋可溶性膳食纖維性能

研究水溶性膳食纖維物理特性，能夠判斷香芋纖維生理性能。在最佳提取工藝條件制備下，香芋可溶性膳食纖維的溶脹性為8.53±0.32 mL/g（n=3），明顯高于豆渣的溶脹性6.33 mL/g，說明香芋纖維在增加糞便體積、稀釋潛在致癌物方面的生理功能具有更明顯的優(yōu)勢。香芋纖維持水力為4.24±0.26 g/g（n=3），低于大豆纖維 5.56 g/g[9]，說明香芋纖維在增加水相體積，降低吸收速度和減少腸內(nèi)吸收部位方面不及大豆纖維優(yōu)越。

3 討論

采用纖維素酶提取香芋中可溶性纖維，利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，對影響其提取結(jié)果的相關(guān)因素進(jìn)行試驗(yàn)和探討，通過極差分析和驗(yàn)證試驗(yàn)得出，提取香芋可溶性膳食纖維的最佳工藝為：酶用量為2.0%，pH值為4.5，水浴時(shí)間150 min，水浴溫度為55℃，可溶性膳食纖維提取率能達(dá)到39.88%。其提取率明顯高于豆渣纖維的提取率13.7%，也高于花生纖維的提取率6.98%[10]。這可能是由于香芋原料中淀粉含量相對較高，或者香芋纖維的提取工藝較為優(yōu)越。

香芋纖維溶脹性為8.53±0.32 mL/g，高于豆渣；持水力為4.24±0.26 g/g，低于大豆纖維。這可能是由于香芋纖維黏多糖的黏度較差所致，可以通過添加蔗糖、明礬、硼砂和pH值改變其黏度[10]，使其獲得更好的生理性能。

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