張建利 張正茂， 張芯蕊 朱玉萍郭怡琳 路永強(qiáng) 周發(fā)寶

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，楊凌 712100)(西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院2，楊凌 712100)

我國(guó)具有豐富的馬鈴薯資源，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)馬鈴薯行業(yè)每年大約會(huì)產(chǎn)生百萬(wàn)噸馬鈴薯渣[1]，生產(chǎn)旺季，大量的馬鈴薯渣堆積在工廠，占用場(chǎng)地，腐敗變質(zhì)后產(chǎn)生惡臭，當(dāng)成廢渣作掩埋處理會(huì)造成地下水嚴(yán)重的污染[2]；目前馬鈴薯渣大多用于加工飼料，因此高效合理的利用馬鈴薯渣，既可有效利用資源，提高經(jīng)濟(jì)效益，又能減少環(huán)境污染，具有一定的社會(huì)效益。膳食纖維被稱為“第七大營(yíng)養(yǎng)素”[3]，合理攝入能降低膽固醇、血糖、血脂[4]，減少冠心病、中風(fēng)、高血壓、糖尿病、肥胖和某些胃腸道疾病[5-6]，馬鈴薯渣中含有豐富的膳食纖維，總膳食纖維含量在27.72%～43.16%[7]；馬鈴薯膳食纖維外觀白色，持水力、膨脹力高，有良好的生理活性[8]，同時(shí)馬鈴薯膳食纖維中纖維素和半纖維素含量較高，木質(zhì)素含量相對(duì)較低，具有更好的柔性,是制備高品質(zhì)膳食纖維的良好原料[9]，因此利用馬鈴薯渣制備膳食前景光明廣闊。

Weimin Zhang以木瓜皮為原料，采用堿提和超聲波輔助堿提法提取膳食纖維，結(jié)果超聲波輔助堿提法獲得的膳食纖維純度更高，表現(xiàn)出更高的持水性、持油性和膨脹性[10]；Meng-mei Ma以孜然為原料，采用堿提法、酶解法和剪切乳化輔助酶解法提取膳食纖維，結(jié)果表明剪切乳化輔助酶解法提取的膳食纖維持水力、持油力、葡萄糖吸附能力最強(qiáng)[11]；全桂靜等采用篩法、酶法及酶堿法提取甘薯膳食纖維，酶法膳食纖維的提取率最高，持水和持油能力及膨脹性均最好[12]，綜上表明不同提取方法對(duì)膳食纖維具有不同的影響，但缺乏不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維影響的研究。目前常用的膳食纖維提取方法有化學(xué)法、酶法和化學(xué)-酶結(jié)合法，化學(xué)法操作簡(jiǎn)單；酶法安全性強(qiáng)，效果好；化學(xué)-酶結(jié)合法在我國(guó)還屬于新工藝[13]。本研究通過(guò)酸解法、復(fù)合酶法、酶堿法對(duì)馬鈴薯渣(DPR)中的膳食纖維進(jìn)行提取，研究不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維化學(xué)組成和理化性質(zhì)的影響，以期為馬鈴薯膳食纖維研究提供理論依據(jù)，為今后馬鈴薯膳食纖維的開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：陜西省子長(zhǎng)縣薯業(yè)局；原料：夏波蒂；淀粉提取方法：沉淀分離法)；淀粉酶、蛋白酶(北京索萊寶科技有限公司)；所用化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-1780紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(日本島津儀器有限公司)； KJELTEC-2300定氮儀(FOSS瑞典分析儀器公司)。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維提取方法1.3.1.1 酸解法

DPR→酸處理(料液比1∶15、硫酸濃度1.5%、溫度55 ℃、時(shí)間55 min)→抽濾水洗至中性、干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過(guò)100目篩→膳食纖維

1.3.1.2 復(fù)合酶法

DPR→調(diào)漿糊化(料水比1∶15、85 ℃糊化20 min)→復(fù)合酶處理(pH=7.5、淀粉酶∶蛋白酶=3∶1.5、添加量2.5%(相對(duì)于DPR質(zhì)量)、溫度50 ℃、時(shí)間60 min)→抽濾水洗至中性、干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過(guò)100目篩→膳食纖維

1.3.1.3 酶堿法

DPR→調(diào)漿糊化(料水比1∶15、85 ℃糊化20 min)→淀粉酶處理(溫度60 ℃、pH=7、添加量0.9%(相對(duì)于DPR質(zhì)量)、時(shí)間75 min)→滅酶→抽濾水洗至中性→堿處理(料液比1∶5、NaOH濃度1.5%(相對(duì)于DPR質(zhì)量)、溫度60 ℃、時(shí)間60 min→抽濾水洗至中性，干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過(guò)100目篩→膳食纖維

以上三種方法中酸處理、復(fù)合酶處理、淀粉酶處理、堿處理的參數(shù)為通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定的最佳工藝參數(shù)。

1.3.2 化學(xué)組成的測(cè)定

水分測(cè)定參照GB 5009.3—2016；淀粉測(cè)定參照GB/T 5514—2008；脂肪測(cè)定參照GB 5009.6—2016；蛋白質(zhì)測(cè)定參照GB 5009.5—2016；灰分測(cè)定參照GB 5009.4—2016；TDF、IDF、SDF測(cè)定參照GB/T 5009.88—2014

1.3.3 持水力的測(cè)定[14]

稱取樣品1.000 0 g(m0)，于50 mL水中，25 ℃攪拌2 h后，3 000 r/min條件下離心30 min，棄上清液，稱取殘?jiān)馁|(zhì)量(m1/g)。

(1)

1.3.4 膨脹力的測(cè)定[15]

稱取樣品1.000 0 g(m/g)于25 mL量筒中，加水至15 mL刻度，搖勻后室溫放置24 h，測(cè)定膳食纖維膨脹后體積(V/mL)。

(2)

1.3.5 陽(yáng)離子交換能力的測(cè)定[16]

稱取樣品0.500 0 g(m/g)于錐形瓶中，加入20 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，室溫靜置過(guò)夜。然后，過(guò)濾并用蒸餾水洗滌濾渣至濾液中不含氯離子為止。將濾渣轉(zhuǎn)移至三角瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氯化鈉溶液100 mL，磁力攪拌30 min，使樣品分布均勻，以質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的酚酞-乙醇溶液作為反應(yīng)指示劑，0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液進(jìn)行滴定，滴定樣品消耗氫氧化鈉溶液體積(V1/mL)；滴定空白樣消耗氫氧化鈉溶液體積(V0/mL)。

(3)

1.3.6 膽固醇吸附能力的測(cè)定

參考張華[11]方法稍有改動(dòng)，取市售鮮雞蛋蛋黃，加9倍水?dāng)嚧虺扇橐?，稱取樣品0.500 0 g(m/g)于250 mL三角燒瓶中，加入30 mL乳液攪拌均勻，分別配制成pH=2.0和pH=7.0，37 ℃水浴2、4、6、8、10、12、24 h后，在3 800 r/min條件下離心15 min，分別取上清液1 mL，采用鄰苯二甲醛法，以膽固醇標(biāo)品制備標(biāo)準(zhǔn)曲線y=11.977x+0.003 2(R2=0.999 7)，在550 nm波長(zhǎng)處測(cè)定,吸附后上清液中含量 (m1/mg) ，吸附前蛋黃乳液膽固醇質(zhì)量(m2/mg)。

(4)

1.3.7 NO2-吸附能力的測(cè)定[18]

稱取樣品1.000 0 g(m/g)于150 mL錐形瓶中，加入100 mL質(zhì)量濃度為5 μg/mL的亞硝酸鈉溶液，分別配制成pH=2.0和pH=7.0。37 ℃水浴30、60、90、120、150、180 min后，3 800 r/min條件下離心15 min，分別取上清液5 mL，采用鹽酸萘乙二胺法，以亞硝酸鈉標(biāo)品制備標(biāo)準(zhǔn)曲線y=0.998x-0.004 9(R2=0.999)，538 nm波長(zhǎng)處測(cè)定，吸附前上清液中NO2-質(zhì)量(m1/mg)，吸附后上清液中NO2-質(zhì)量(m0/mg)。

(5)

1.4 分析方法

所有數(shù)據(jù)的測(cè)定重復(fù)3次，利用Excel2013處理數(shù)據(jù)、作圖，采用SPSS ANOVO中的Duncan(D)進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取方法對(duì)膳食纖維化學(xué)組成的影響

由表1可知，三種方法對(duì)DPR中淀粉和蛋白質(zhì)都起到了顯著的清除作用(P<0.05)，淀粉清除率在64.70%～74.86%；蛋白質(zhì)清除率在52.48%～70.81%。不同提取方法提取的膳食纖維化學(xué)組成具有一定的差異：復(fù)合酶法提取的膳食纖維淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，TDF、SDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高；酸解法提取的膳食纖維蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低。由于部分淀粉被包裹于纖維或果膠中，或有一些組織細(xì)胞未完全破碎，導(dǎo)致部分淀粉嵌于組織細(xì)胞中[19]，所以都有一定的淀粉殘余；復(fù)合酶法和酶堿法對(duì)馬鈴薯渣都進(jìn)行了加熱糊化，加熱溫度較高，可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)發(fā)生了凝固[20]不易被除去,導(dǎo)致最終提取膳食纖維中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

表1 不同提取方法獲得的膳食纖維的化學(xué)組成/%

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)，DPR：干燥的馬鈴薯渣，C-DF：酸解法提取的膳食纖維，E-DF：復(fù)合酶法提取的膳食纖維，EA-DF：酶堿法提取的膳食纖維，下同。

2.2 不同提取方法對(duì)膳食纖維水合能力的影響

膳食纖維吸水后體積增大，對(duì)胃腸道產(chǎn)生容積作用，體積效應(yīng)使人產(chǎn)生飽腹感而減少食物的攝入，同時(shí)加快排便速度減少其他物質(zhì)的吸收，具有防止便秘、抑制肥胖等作用[21]。由表2可知，酸解法和復(fù)合酶法提取的膳食纖維具有較好的水合性質(zhì)。水合能力與纖維IDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和多孔性有關(guān)[22]，C-DF的持水力和膨脹力最高可能由于含有較高的IDF，也可能是酸水解對(duì)纖維結(jié)構(gòu)有一定的破壞，造成纖維疏松多孔、體積蓬松，增大接觸面積所致[23-24]。

表2 不同提取方法獲得的膳食纖維的水合能力

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維陽(yáng)離子交換能力的影響

膳食纖維中含有羧基和羥基類側(cè)鏈基團(tuán)，這些基團(tuán)可以和陽(yáng)離子進(jìn)行交換[25]，改變消化道的pH、滲透壓，影響氧化還原電位，從而形成一個(gè)理想緩沖體系；腸道中的K+、Na+與膳食纖維結(jié)合，被排除體外，降低了過(guò)量攝入Na+、K+而導(dǎo)致的多種疾病的發(fā)生[26]。從圖1可知E-DF陽(yáng)離子交換能力最強(qiáng)，可能是由于E-DF纖維含量較高具有較多的羥基和羧基吸附基團(tuán)，另一方面因?yàn)榈鞍踪|(zhì)和淀粉的清除率較高，暴露出更多的羥基和羧基，更易與陽(yáng)離子進(jìn)行交換。

圖1 不同提取方法獲得的膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力

2.4 不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維吸附能力的影響

2.4.1 不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維膽固醇吸附能力的影響

從圖2可知，膳食纖維對(duì)膽固醇的吸收主要在腸中，這與張洪微等[27]研究結(jié)果一致，可能是酸性條件下的氫離子更容易被膳食纖維上的·OH所吸附，削弱了膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附。膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附隨時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)先快后慢，最后趨于平衡的趨勢(shì)；吸附能力E-DF>EA-DF>C-DF。蘇玨[28]等認(rèn)為SDF對(duì)膽固醇主要起吸收作用，IDF對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。C-DF、EA-DF、E-DF的SDF含量依次增大，所以吸附膽固醇能力依次增強(qiáng)；雖然DPR的SDF含量高于C-DF，可能因?yàn)镮DF含量較低不能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致吸附作用最弱。

圖2 不同提取方法獲得的膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附作用

2.4.2 不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維NO2-吸附能力的影響

從圖3中可知，膳食纖維對(duì)NO2-的吸附發(fā)生在胃中，這與吳麗櫻等[29]等研究結(jié)果一致。莊遠(yuǎn)紅等[30]等認(rèn)為膳食纖維通過(guò)分子上的-OH和NO2-形成“膳食纖維-NO2-絡(luò)合物”來(lái)去除NO2-，堿性條件下絡(luò)合物解離。pH=2.0時(shí)膳食纖維對(duì)NO2-的吸附能力隨時(shí)間延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先快后慢，最后趨于平衡的趨勢(shì)：C-DF、E-DF、EA-DF分別在90、150、120 min吸附趨于平衡；NO2-吸附能力E-DF>EA-DF>C-DF。

圖3 不同提取方法獲得的膳食纖維對(duì)NO2-的吸附作用

3 結(jié)論

酸、堿和酶在清除蛋白質(zhì)和淀粉的過(guò)程也會(huì)造成膳食纖維降解，影響膳食纖維的含量和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致不同提取方法對(duì)馬鈴薯膳食纖維化學(xué)組成和理化性質(zhì)影響很大。復(fù)合酶法提取的膳食纖維TDF和SDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高；膨脹力同酸解法提取的膳食纖維無(wú)顯著性差異且高于酶堿法；陽(yáng)離子交換能力、膽固醇和亞硝酸根吸附能力高于酸解法、酶堿法提取的膳食纖維。綜合考慮：復(fù)合酶法提取的膳食纖維純度高、性質(zhì)優(yōu)，因此，復(fù)合酶法是提取馬鈴薯膳食纖維較好的方法。