單平陽 王磊 石可歆 孟哲 黃月 鄭素榮

摘要 [目的]比較分析花生殼膳食纖維的提取方法、理化和功能特性。[方法]以花生殼為原料，分別采用直接水提法（W）、乳酸菌發(fā)酵法（F）和擠壓膨化法（E）提取花生殼可溶性膳食纖維（SDF），詳細比較它們的各種理化和功能特性。[結(jié)果]W-SDF、F-SDF和E-SDF的溶解性分別為2.07%、3.74%和4.72%，持水力分別為8.63、12.84和15.28 g/g，持油力分別為2.32、3.07和4.17 g/g，膨脹力分別為11.73、13.85和16.23 mL/g，乳化活性分別為408.3、 528.4和604.6 mL/L，乳化穩(wěn)定性分別為428.7、489.3和563.8 mL/L，最小凝膠濃度分別為13.19%、 10.24%和8.92%；在腸道環(huán)境（pH 7.0）中，對重金屬Pb吸附能力分別為178.6、243.6、308.1 μmol/g，對As的吸附能力分別為143.5、200.4、276.5 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為49.3、103.8、169.3 μmol/g；在胃環(huán)境（pH 2.0）中，W-SDF、F-SDF、E-SDF對重金屬Pb的吸附能力分別為52.9、106.3、178.5 μmol/g，對As的吸附能力分別為60.3、98.4、164.2 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為32.7、50.2、89.7 μmol/g。[結(jié)論]研究結(jié)果可為花生殼膳食纖維的功能改性及綜合利用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 花生殼；可溶性膳食纖維；提取方法；理化特性；功能特性

中圖分類號 TS201.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0089-03

Study on Physicochemical and Functional Properties of Soluble Dietary Fiber from Peanut Shell

SHAN Ping-yang1， WANG Lei1*， SHI Ke-xin2 et al

（1. Tangshan Food and Drug Administration， Tangshan， Hebei 063000； 2. College of Food Science and Engineering， Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hunan 410000）

Abstract [Objective] To study extraction methods， physicochemical and functional properties of soluble dietary fiber（SDF） from peanut shell.[Method] With peanut shell as raw material， SDF was extracted from peanut shell by water extraction（W）， lactic acid bacteria fermentation（F） and extrusion（E）， the physicochemical and functional properties were compared in detail.[Result] The result showed that the solubility， water holding capacity， oil holding capacity and swelling force of W-SDF， F-SDF and E-SDF were （2.07%， 3.74% and 4.72%）， （8.63， 12.84 and15.28 g/g）， （2.32， 3.07 and 4.17 g/g）， （11.73， 13.85 and 16.23 mL/g）， respectively； The emulsifying property， emulsifying stability and minimum gel concentration were （408.30， 528.40 and 604.60 mL/L）， （428.70， 489.30 and 563.80 mL/L）， （1319%， 10.24% and 8.92%）， respectively； The binding capacities for heavy metal ion Pb， As and Cu were （178.6， 243.6， 308.1 μmol/g）， （143.5， 200.4， 276.5 μmol/g）， （49.3， 103.8， 169.3 μmol/g） at pH 7.0 and （52.9， 106.3， 178.5 μmol/g）， （603， 98.4， 164.2 μmol/g）， （32.7， 50.2， 89.7 μmol/g） at pH 2.0， respectively.[Conclusion] The research can provide a reference for functional modifications and utilization of dietary fiber from peanut shell.

Key words Peanut shell；Soluble dietary fiber；Extraction method；Physicochemical property；Functional property

近年來，膳食纖維在食品營養(yǎng)和臨床醫(yī)學(xué)上的重要作用越來越受到人們的關(guān)注，被稱為人類“第七大營養(yǎng)元素”[1-3]。膳食纖維雖不具營養(yǎng)價值，但其具有的物化特性使之具有獨特的生理功能和營養(yǎng)保健作用。按其溶解性的不同大致分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）兩類[4-8]。可溶性膳食纖維較不溶性膳食纖維在生理功能方面更能發(fā)揮其代謝作用，在促進腸道益生菌的生長，預(yù)防糖尿病、肥胖病、冠心病、動脈硬化、高血脂等方面具有特殊的功效[9-15]。

我國是世界花生生產(chǎn)、消費和出口大國，種植面積和年產(chǎn)量均居世界前列?；ㄉa(chǎn)業(yè)每年會產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品，如花生粕、花生渣、花生殼、花生莖葉等，它們是潛在的膳食纖維資源。如果這部分資源不能被充分利用，就會造成嚴重的資源浪費，也會對環(huán)境造成污染。因此，將花生產(chǎn)業(yè)的這些副產(chǎn)品加工成天然的膳食纖維，不僅可以提高花生產(chǎn)業(yè)的附加值，還會帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益[16]。筆者對花生膳食纖維的提取方法、理化和功能特性做了詳細的比較分析，提出花生膳食纖維作為一種功能食品在我國具有廣泛的開發(fā)應(yīng)用前景。

1 材料與方法

1.1 材料

供試花生殼由唐山潤澤糧油食品有限公司提供。

可溶性膳食纖維產(chǎn)品：

①W-SDF。花生殼經(jīng)過耐高溫α-淀粉酶除淀粉和中性蛋白酶除蛋白后，直接用水浸提，上清液醇沉，離心得到SDF，干燥粉碎后過80目篩，為白色粉末。

②F-SDF。花生殼經(jīng)過耐高溫α-淀粉酶除淀粉和中性蛋白酶除蛋白后，與水以1∶15（V/V）調(diào)配，經(jīng)膠體磨磨漿2次，滅菌后接種保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，于42 ℃發(fā)酵至pH 4.0，調(diào)pH為中性，上清液醇沉離心，凍干得到發(fā)酵SDF。

③E-SDF：花生殼經(jīng)過耐高溫α-淀粉酶除淀粉和中性蛋白酶除蛋白后，在溫度110 ℃、物料水分15%、螺桿轉(zhuǎn)速90 r/min條件下經(jīng)雙螺桿擠壓機處理，用水浸提，上清液醇沉離心，干燥得到SDF。

1.2 方法

1.2.1 持水力（WHC）的測定。

持水力是指不受外力（除重力和大氣壓力）作用下，一定量的樣品所結(jié)合的水量。具體操作如下：準確稱取1.0 g樣品于50 mL離心管中，加入20 mL去離子水，混合均勻后置于4 ℃條件下放置24 h后在4 200 r/min離心15 min，稱重。

1.2.2 持油力（OHC）的測定。

持油力是指一定量的樣品所能結(jié)合的橄欖油量。具體操作如下：準確稱取1.0 g樣品于50 mL離心管中，加入10 mL橄欖油，混合均勻后置于4 ℃條件下放置1 h后在4 200 r/min離心15 min，稱重。

1.2.3 膨脹力（SC）的測定。

膨脹力是指一定量的樣品浸沒在過量水中，達到平衡時所占的體積與其實際所占體積的差值。具體操作如下：準確稱取0.2 g樣品置于帶刻度試管中并記錄其體積，加入5.0 mL蒸餾水，混合均勻后在4 ℃條件下放置18 h，記錄樣品吸水后的體積。

1.2.4 可溶解性（WS）的測定。

具體操作如下：稱取1 g 左右樣品于離心管，按1∶10的比例加入蒸餾水，混合均勻后，室溫下靜置1 h后，在3 000 r/min的條件下離心10 min，收集上清液和殘渣，分別干燥，稱重。

1.2.5 乳化特性（EA）的測定。

具體操作如下：準確稱取20 g 樣品溶解于1 L去離子水中，在2 000 r/min高速剪切2 min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳狀液放入15 mL帶刻度試管中，3 000 r/min離心分離10 min。記錄乳狀液體積。

1.2.6 乳化穩(wěn)定性（ES）的測定。

具有操作如下：準確稱取2.0 g 樣品溶解于1 L去離子水中，在2 000 r/min高速剪切2min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳狀液在80 ℃下加熱30 min，冷卻至室溫，3 000 r/min離心分離10 min。記錄乳狀液體積。

1.2.7 最小凝膠濃度（LGC）的測定。

具體操作如下：分別用去離子水配成濃度為2%、4%、6%、8%、10%、12%和14%的樣品溶液，取5 mL樣品溶液放入試管中，100 ℃水浴1 h，然后冰浴1 h。LGC以試管反轉(zhuǎn)時樣品溶液不發(fā)生滑落為準。

1.2.8 重金屬吸附能力（BC）評價。

具體操作如下：250 mL三角瓶中分別加入10 mmol/L的重金屬溶液[Pb（NO3）2、CuSO4、NaAsO2]和1.0 g 膳食纖維樣品，為了體外模擬胃和腸道的環(huán)境，pH分別調(diào)至2.0和7.0，于37 ℃，120 r/min振蕩3 h，在吸附結(jié)束后，為了沉淀樣品，向2 mL樣品收集液中加入8 mL無水乙醇，4 000 r/min離心10 min，上清液采用原子吸收法測定殘留重金屬離子濃度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Design-Expert 7.0 進行試驗設(shè)計和數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方法對SDF的WHC、OHC、SC和WS的影響

從表1可以看出，花生殼SDF經(jīng)乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理后其理化特性均有所提高。W-SDF的WS、WHC、DHC、SC為2.07%、8.63 g/g、2.32 g/g、11.73 mL/g；F-SDF的這幾個指標分別提高到3.74%、12.84 g/g、3.07 g/g、13.85 mL/g；E-SDF提高到4.72%、15.28 g/g、4.17 g/g、1623 mL/g。研究結(jié)果表明，E-SDF樣品在WS、WHC、DHC、SC方面都顯著高于W-SDF和F-SDF樣品。其原因是由于擠壓膨化處理時，物料組織呈海綿狀，體積增大，一些結(jié)構(gòu)組織如纖維束等被破壞，內(nèi)含物暴露，有利于目的物的溶出，使得果膠類可溶性膳食纖維的含量增加，結(jié)合水分子的能力提高。同時，纖維素、半纖維素等大分子物質(zhì)被截斷，產(chǎn)生了各種小分子片段，可能使膳食纖維的一些親水性活性位點暴露出來，有利于水分子的結(jié)合，膳食纖維顆粒的數(shù)量增加，溶于水后顆粒膨脹、伸展產(chǎn)生更大的容積，從而導(dǎo)致改性后SDF的WS、WHC、SC增大。

2.2 不同提取方法對SDF的EA、ES、LGC的影響

EA是表示某種物質(zhì)能夠促進2種不相混溶的液體溶解或分散能力的大小。ES是指限制乳液發(fā)生破裂的能力[17]。表2可知，W-SDF的EA和ES分別為408.3和428.7 mL/L；F-SDF的EA和ES增加到528.4和489.3 mL/L；E-SDF的EA和ES增加到604.6和563.8 mL/L，均達到顯著差異水平（P<0.05）。與處理前SDF相比，擠壓膨化處理后的SDF可作為一種良好的乳化劑，用于保持理化穩(wěn)定性和較長貨架期的功能食品[18]。而且擁有較高乳化活性的SDF對維持人體健康非常有利，由于膽汁酸是合成膽固醇的前體物質(zhì)，通過對小腸中膽汁酸的吸附可減少血液中膽固醇的含量[17，19]。LGC是判斷物質(zhì)膠凝化能力大小的指標。從表2可以看出，乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理顯著降低了LGC，從未處理的13.19%減小到10.24%和8.92%，說明乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理增加了花生殼SDF的黏度。

2.3 不同提取方法對SDF重金屬吸附能力的影響

Pb、As和Cu是一類危害人體健康的化學(xué)物質(zhì)，由于環(huán)境的污染，很多食物中都能檢測到這些重金屬元素，它們不易排出，都有在生物體內(nèi)富集的潛在危機，其量達到一定程度可導(dǎo)致中毒甚至癌癥。膳食纖維對重金屬離子的束縛主要依靠化學(xué)吸附，同時也存在物理吸附?；瘜W(xué)吸附主要依靠纖維中來自糖醛酸的羧基和木質(zhì)素的酚酸等基團與重金屬離子結(jié)合，因此受pH的影響較大，pH升高，這些基團解離增多，可以和帶正電的重金屬陽離子以離子鍵結(jié)合；反之，羧基解離減少，可能降低了吸附效果，即酸性環(huán)境不利于膳食纖維對重金屬離子的吸附；物理吸附則是范德華力作用的結(jié)果，受溫度影響，反應(yīng)速率一般很快[20]。

由表3可見，對同一種重金屬離子的吸附過程中，pH 70條件下比pH 2.0條件下吸附效果好，說明小腸環(huán)境更適合膳食纖維對重金屬離子的吸附。

該試驗在體外模擬腸道環(huán)境條件下（pH 7.0），W-SDF對Pb、As和Cu的吸附能力分別為178.6、143.5和49.3 μmol/g，其中對Pb的吸附作用最強，對As的吸附作用次之，對Cu的吸附作用較弱。SDF經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理后，吸附重金屬離子作用都有所增強，F(xiàn)-SDF對Pb、As和Cu的吸附能力分別為243.6、200.4和103.8 μmol/g，E-SDF對Pb、As和Cu的吸附能力分別為308.1、276.5和1693 μmol/g。在胃環(huán)境條件下（pH 2.0），SDF對Cu的吸附作用較弱，但對Pb和As的吸附作用卻遠遠強于對Cu的吸附作用。在pH 2.0條件下，E-SDF對重金屬的吸附能力均高于W-SDF和F-SDF。該研究結(jié)果表明，花生殼SDF經(jīng)擠壓膨化處理后，樣品顆粒高度破碎，比表面積增加，組織松散，使SDF與重金屬離子接觸更充分從而增強對重金屬離子的吸附作用。Agnieszka等[21]研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維對金屬離子的吸附能力與它的化學(xué)成分以及特殊成分的比例有關(guān)，同一膳食纖維對不同金屬離子的吸附能力也不同。Sangnark等[22]研究表明，纖維素和木質(zhì)素具有束縛重金屬離子的能力，它們的這種能力與它們的來源以及粒度大小有關(guān)。

3 結(jié)論

該試驗得出，3種提取方法得到的花生殼水溶性膳食纖維W-SDF、F-SDF和E-SDF的溶解性分別為2.07%、374%和4.72%，持水力分別為8.63、12.84和15.28 g/g，持油力分別為2.32、3.07和4.17 g/g，膨脹力分別為11.73、1385和16.23 mL/g。乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理提高了花生殼SDF的溶解性、持水力、持油力和膨脹力。

3種提取方法得到的花生殼水溶性膳食纖維W-SDF、F-SDF和E-SDF的乳化活性分別為408.3、 528.4和604.6 mL/L，乳化穩(wěn)定性分別為428.7、489.3和563.8 mL/L，最小凝膠濃度分別為13.19%、 10.24%和892%。乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理后，增強了花生殼SDF的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，降低了最小凝膠濃度。

試驗結(jié)果表明，對同一種重金屬離子的吸附過程中，pH 7.0條件下比pH 2.0條件下吸附效果更好。在腸道環(huán)境（pH 7.0）中，3種提取方法得到的花生殼水溶性膳食纖維W-SDF、F-SDF和E-SDF對重金屬Pb的吸附能力分別為178.6、243.6、308.1 μmol/g，對As的吸附能力分別為1435、200.4、276.5 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為49.3、103.8、169.3 μmol/g。在胃環(huán)境（pH 2.0）中，W-SDF、F-SDF、E-SDF對重金屬Pb的吸附能力分別為52.9、106.3、178.5 μmol/g，對As的吸附能力分別為60.3、98.4、1642 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為32.7、50.2、89.7 μmol/g。乳酸菌發(fā)酵和擠壓膨化處理后，花生殼SDF對重金屬離子的吸附能力有所提高。

參考文獻

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