梅新+涂艷華++何建軍+施建斌++張金木+陳學(xué)玲+蔡芳++王少華++蔡沙

摘要：為研究過(guò)氧化氫對(duì)葛渣膳食纖維的改性作用，以葛根加工淀粉后的殘?jiān)鼮樵?，采用單因素與正交試驗(yàn)，以可溶性膳食纖維得率以及不溶性膳食纖維膨脹力為指標(biāo)，得出了過(guò)氧化氫改性制備葛渣膳食纖維的最佳工藝條件，即H2O2體積分?jǐn)?shù)0.3%，pH為12，溫度為90 ℃，時(shí)間為75 min，得到可溶性膳食纖維得率最高為52.16%，不溶性膳食纖維膨脹力為7.01 mL/g。

關(guān)鍵詞：葛渣；膳食纖維；得率；膨脹力

中圖分類(lèi)號(hào)：R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）24-6553-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.24.057

膳食纖維是一類(lèi)以非消化性多糖為主的高分子化合物，包括果膠、纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，也包含改性多糖和寡糖等[1]，其在人類(lèi)小腸中不能被消化吸收，但在大腸中能部分或全部發(fā)酵。膳食纖維是一種復(fù)雜的混合物，根據(jù)其溶解性的不同可分為可溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維兩種。可溶性膳食纖維（SDF，Soluble Dietary Fiber）是指能溶于水，其水溶液能被4倍體積的95%乙醇沉淀，且不被人體消化道吸收的那部分膳食纖維[2，3]；水不溶性膳食纖維（IDF，Insoluble Dietary Fiber）是指不溶于水，且不被人體消化道的酶消化吸收的那部分膳食纖維，主要是細(xì)胞壁的組成成分，包括纖維素、木質(zhì)素、植物蠟等[4，5]。膳食纖維雖不能被人體內(nèi)消化酶消化吸收，但卻是人體平衡膳食結(jié)構(gòu)必需的營(yíng)養(yǎng)素之一，與碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)、水這六大營(yíng)養(yǎng)素具有完全不同的生理作用而被營(yíng)養(yǎng)家稱(chēng)之為“第七大營(yíng)養(yǎng)素”。其不僅具有持水性、持油性、吸水膨脹等作用，同時(shí)具有多種生物功能，如降低血清中膽固醇含量，防治高血壓、心臟病、動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病，可以降低餐后血清葡萄糖水平和胰島素響應(yīng)，調(diào)節(jié)糖尿病人的血糖水平等功效[6]。

葛根是一種藥食同源的天然植物，在中國(guó)素有“南葛北參”之稱(chēng)，且葛根資源豐富，目前國(guó)內(nèi)主要以開(kāi)發(fā)葛根粉、葛根飲料、黃酮浸膏等粗放型生產(chǎn)狀態(tài)為主[7-9]。葛根加工淀粉后得到的殘?jiān)诵〔糠钟脕?lái)造紙和做飼料外，大多都沒(méi)得到充分的利用，而葛渣中富含70%以上的總膳食纖維，是一種非常好的天然膳食纖維來(lái)源。本試驗(yàn)采用過(guò)氧化氫對(duì)葛渣膳食纖維改性，改善可溶性膳食纖維得率以及不溶性膳食纖維膨脹力，此操作不僅過(guò)程簡(jiǎn)單，成本較低，而且過(guò)氧化氫在處理過(guò)程中會(huì)被完全分解，產(chǎn)物中無(wú)其他殘留，對(duì)葛根進(jìn)行綜合利用，大大提高葛根的經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設(shè)備

葛渣由湖北山友特色農(nóng)業(yè)有限責(zé)任公司提供。

30%過(guò)氧化氫溶液、氫氧化鈉、鹽酸、95%乙醇、石油醚、濃硫酸、硫酸鉀、硫酸銅等均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

FW-100萬(wàn)能粉碎機(jī)（天津市泰斯特有限公司）；TB-114分析天平（北京賽多利斯有限公司）；K9840自動(dòng)凱氏定氮儀（海能儀器有限公司）；SX2-4-10MP箱式電阻爐（上海-恒科技有限公司）；SHA-B恒溫震蕩器（常州國(guó)華有限公司）；100目篩（浙江上虞市龍翔精密儀器廠(chǎng)）；pH計(jì)[梅特勒-托利多（上海）有限公司]；LXJ-ⅡB離心機(jī)（上海安亨科學(xué)儀器廠(chǎng)）；RE-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠(chǎng)）；LGJ-25C冷凍干燥機(jī)（北京四環(huán)科學(xué)儀器廠(chǎng)）。

1.2 方法

1.2.1 葛渣膳食纖維的制備 稱(chēng)取一定量的葛渣，加入到過(guò)氧化氫溶液中進(jìn)行改性，調(diào)節(jié)pH至中性，旋蒸得到濃縮液。往濃縮液中加入4倍體積的95%乙醇沉淀2 h，抽濾得到殘?jiān)礊榭偵攀忱w維（TDF）；將濃縮液抽濾，分離得到殘?jiān)蜑V液，用少量的去離子水洗滌殘?jiān)俅纬闉V得到殘?jiān)礊椴蝗苄陨攀忱w維（IDF）；合并兩次濾液，加入4倍體積的95%乙醇沉淀2 h，抽濾得到殘?jiān)礊榭扇苄陨攀忱w維（SDF）。將收集到的殘?jiān)鋬龈稍?4 h，稱(chēng)重后粉碎過(guò)100目篩備用。

1.2.2 葛渣膳食纖維中基本成分分析 葛渣膳食纖維中的淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、脂肪、灰分、水分含量分別參照GB/T 5009.9-2008、GB/T 5009.5-2010、GB/T 5009.88-2014、GB/T 5009.6-2003、GB/T 5009.4-2010、GB 5009.3-2010標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.3 葛渣改性工藝探討

1）單因素試驗(yàn)。以SDF得率以及IDF膨脹力為指標(biāo)，對(duì)影響SDF得率以及IDF膨脹力的因素如H2O2體積分?jǐn)?shù)（0、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%）、料水比（1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30）（g∶mL，下同）、pH（4、6、7、8、10、12）、溫度（40、50、60、70、80、90 ℃）、時(shí)間（30、45、60、75、90 min）等進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

在單因素試驗(yàn)過(guò)程中，探討某一單因素時(shí)，其他各因素水平分別為H2O2體積分?jǐn)?shù)0.3%、料水比1∶20、pH 10、溫度60 ℃、時(shí)間60 min。

2）正交試驗(yàn)。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，確定葛渣改性最優(yōu)工藝。因素與水平見(jiàn)表1。

1.2.4 膳食纖維的測(cè)定 可溶性膳食纖維（SDF）得率：過(guò)氧化氫改性后的樣品，收集SDF以及TDF殘?jiān)鋬龈稍锖蠓鬯閭溆谩?/p>

不溶性膳食纖維的膨脹力：膨脹力與膳食纖維潤(rùn)腸通便的生理功能密切相關(guān)[10]，可以膨脹力為指標(biāo)反映不溶性膳食纖維的生理特性。稱(chēng)取不溶性膳食纖維0.5 g，置于裝有10 mL水的具塞量筒中，振蕩均勻后室溫放置24 h，讀液體中膳食纖維的體積[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 葛渣膳食纖維中基本成分分析

葛渣膳食纖維中基本成分如表2所示，從表2中可以看出，葛渣膳食纖維中總膳食纖維、水分、蛋白質(zhì)以及脂肪，其含量分別為76.41%、9.75%、4.81%和2.68%。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 H2O2體積分?jǐn)?shù) H2O2體積分?jǐn)?shù)對(duì)葛渣膳食纖維的影響如圖1所示。從圖1可以看出，膳食纖維的得率隨著H2O2體積分?jǐn)?shù)的升高呈兩次先上升后下降的變化趨勢(shì)，H2O2體積分?jǐn)?shù)為0.3%左右時(shí)，膳食纖維得率最高，隨著H2O2體積分?jǐn)?shù)的繼續(xù)升高，葛渣中膳食纖維等大分子降解成單糖、低聚糖等小分子物質(zhì)溶于乙醇而被除去[12]，因而膳食纖維的得率有所下降，因此，H2O2體積分?jǐn)?shù)可選擇0.2%～0.4%。由圖1還可看出，膳食纖維的膨脹力隨著H2O2體積分?jǐn)?shù)呈持續(xù)上升的變化趨勢(shì)，在H2O2體積分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)最大，為4.03 mL/g。

2.2.2 料水比 料水比對(duì)葛渣膳食纖維的影響如圖2所示。從圖2可以看出，膳食纖維的得率隨著溶劑的增大呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，在料水比為1∶20時(shí)達(dá)到最大，為10.81%，之后明顯降低，這是因?yàn)檫^(guò)多的溶劑，會(huì)使?jié)饪s時(shí)間延長(zhǎng)，可能導(dǎo)致可溶性膳食纖維部分水解成小分子而溶于乙醇，使其得率降低，因此本試驗(yàn)將料水比固定為1∶20比較合適。由圖2還可看出，膳食纖維的膨脹力先升高后降低，之后有所回升，在料水比1∶20時(shí)最大，為3.19 mL/g。

2.2.3 pH pH對(duì)葛渣膳食纖維的影響如圖3所示。從圖3可以看出，膳食纖維的得率隨著pH的增大呈逐漸上升的變化趨勢(shì)，這是因?yàn)閴A性環(huán)境會(huì)破壞半纖維素和纖維素之間的氫鍵，有助于葛渣細(xì)胞壁中的半纖維素的溶出，其水溶性增加，提高了可溶性膳食纖維的含量[13]，因此得率上升。由圖3還可看出，隨著pH的升高，膳食纖維膨脹力也隨之增大，但pH過(guò)高會(huì)使溶液黏度增大難于過(guò)濾，使液渣難以分離，因此選擇pH 10～12。

2.2.4 溫度 溫度對(duì)葛渣膳食纖維的影響如圖4所示。從圖4可以看出，膳食纖維的得率隨著溫度的升高呈逐漸上升的變化趨勢(shì)，這是因?yàn)楦邷貤l件下，纖維素與半纖維素氫鍵更容易被破壞，從而使可溶性膳食纖維增多。由圖4還可看出，隨著溫度的升高，膳食纖維膨脹力也隨之增大，但溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致可溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)的破壞，故可選擇溫度為70～90 ℃。

2.2.5 時(shí)間 時(shí)間對(duì)葛渣膳食纖維的影響如圖5所示。從圖5可以看出，膳食纖維的得率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，這是因?yàn)榭扇苄陨攀忱w維隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)能逐漸溶解于堿液中，但長(zhǎng)時(shí)間處于堿性環(huán)境下，會(huì)使一部分可溶性膳食纖維降解成小分子物質(zhì)而溶于乙醇，降低了可溶性膳食纖維的得率。由圖5還可看出，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，膳食纖維膨脹力也呈先增大后減小的變化趨勢(shì)，因此時(shí)間選擇為45～75 min。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以SDF的得率為指標(biāo)，對(duì)H2O2體積分?jǐn)?shù)、pH、溫度、時(shí)間等進(jìn)行4因素3水平正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，4個(gè)因素對(duì)SDF得率影響大小順序?yàn)椋簆H>溫度>H2O2體積分?jǐn)?shù)>時(shí)間，各因素理論最優(yōu)水平組合為A2B3C3D3，即為H2O2體積分?jǐn)?shù)0.3%，pH 12，溫度90 ℃，時(shí)間75 min，在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測(cè)得該組合下葛渣膳食纖維的得率為52.16%，明顯高于組合3中的49.91%。由此，葛渣改性最優(yōu)工藝為H2O2體積分?jǐn)?shù)0.3%，pH 12，溫度90 ℃，時(shí)間75 min。

3 結(jié)論

通過(guò)采用最佳工藝條件即H2O2體積分?jǐn)?shù)為0.3%，pH為12，溫度為90 ℃，時(shí)間為75 min，對(duì)葛渣膳食纖維進(jìn)行改性，得到可溶性膳食纖維高達(dá)52.16%，不溶性膳食纖維的膨脹力為7.01 mL/g，可見(jiàn)過(guò)氧化氫改性葛渣膳食纖維，不僅能提高可溶性膳食纖維的得率，而且也提高了不溶性膳食纖維的膨脹力，使膳食纖維的性能得到相應(yīng)的改善，這為葛渣膳食纖維產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了一定的理論依據(jù)。

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