麥馨允，蘇仕林，曾維標(biāo)，覃貴惠

（1.百色學(xué)院農(nóng)業(yè)與食品工程學(xué)院，廣西百色 533000；2.龍邦海關(guān)，廣西百色 533800）

蕨菜 （Pteridium aquilinum var.latiusculum） 為多年生落葉草本植物蕨的嫩苗，屬于鳳尾蕨科（Pteridium aquilinum L.）[1]。蕨菜含有豐富的膳食纖維，鮮蕨菜中膳食纖維的含量高達(dá)1.4%[2]。膳食纖維是不能被人體小腸的內(nèi)源性酶消化吸收、聚合度在10或10以上的碳水化合物聚合物[3]，具有乳化性、持水性、持泡性等性質(zhì)，高的持水能力避免食品脫水收縮，增加食品的黏度，減少熱量，賦予食品良好的感官性狀和質(zhì)構(gòu)，還可作為功能性食品組分[4-5]。按照溶解性差異分類，膳食纖維可分為可溶性膳食纖維（SDF） 和不溶性膳食纖維（IDF）。

百色市的蕨菜資源很豐富，現(xiàn)在已知的蕨類植物就有246種[6]。蕨菜離體后，其葉柄基部快速向上纖維化，而纖維化的部分恰是形態(tài)最粗壯、營養(yǎng)最豐富的，該部分不能食用，加工前必須切除[7]，蕨菜的纖維化導(dǎo)致資源的利用率低。從纖維化的蕨菜中提取膳食纖維并應(yīng)用到食品生產(chǎn)中，不僅提高蕨菜產(chǎn)品的附加值，還能調(diào)節(jié)居民的膳食營養(yǎng)，兼具經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

選取桂西蕨菜為研究材料，用超聲波輔助酸法進(jìn)行蕨菜中SDF的提取，通過單因素試驗和正交設(shè)計，優(yōu)化超聲波輔助酸法提取蕨菜SDF工藝參數(shù)（檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)、料液比、提取時間、提取溫度、超聲功率），為蕨菜膳食纖維的提取提供一定的實踐指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蕨菜，百色當(dāng)?shù)夭烧赊В?jīng)干燥粉碎后過80目篩，得試驗用蕨菜粉；檸檬酸（AR），廣州新建精細(xì)化工廠提供；無水乙醇（AR）。

1.2 主要儀器及設(shè)備

FA1204B型電子天平，上海安亭電子儀器廠產(chǎn)品；KQ-200KDB型高功率數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；臺式數(shù)顯低速離心機(jī)，湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司產(chǎn)品；GZX-9030型電熱鼓風(fēng)干燥箱，韶關(guān)市泰宏醫(yī)療器械有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

準(zhǔn)確稱取2 g蕨菜粉，放入200 mL具塞錐形瓶中，按一定料液比加入一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的檸檬酸溶液，進(jìn)行一定時間的超聲波提取，提取結(jié)束后以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心15 min，取上清液，在上清液中加入4倍體積無水乙醇靜置2 h，然后進(jìn)行抽濾，于105℃下干燥濾渣至恒質(zhì)量，則得到SDF。蕨菜中SDF得率的計算如下：

1.3.1 單因素試驗

（1）檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)單因素試驗。在固定料液比 1∶13（g∶mL），提取時間 70 min，提取溫度60℃，超聲功率140 W的條件下，選擇不同檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，2%，3%，4%，5%進(jìn)行試驗，根據(jù)SDF得率大小來確定檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

（2）料液比單因素試驗。在固定檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，提取時間70 min，提取溫度60℃，超聲功率140 W的條件下，選擇不同料液比1∶7，1∶10，1∶13，1∶16，1∶19（g∶mL） 進(jìn)行試驗，根據(jù)SDF得率大小來確定料液比。

（3）提取時間單因素試驗。在固定檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，料液比1∶16（g∶mL），提取溫度60℃，超聲功率140 W的條件下，選擇不同提取時間50，60，70，80，90 min進(jìn)行試驗，根據(jù)SDF得率大小來確定提取時間。

（4）提取溫度單因素試驗。在固定檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，料液比1∶16（g∶mL），提取時間60 min，超聲功率140 W的條件下，選擇不同提取溫度40，50，60，70，80℃進(jìn)行試驗，根據(jù)SDF得率大小來確定提取溫度。

（5）超聲功率單因素試驗。在固定檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%，料液比1∶16（g∶mL），提取時間60 min，提取溫度60℃的條件下，選擇不同超聲功率100，120，140，160，180 W進(jìn)行試驗，根據(jù)SDF得率大小來確定功率。

1.3.2 正交試驗

在單因素試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，選擇合理范圍內(nèi)的料液比、超聲功率、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)和提取溫度水平進(jìn)行L9（34）正交設(shè)計，以SDF得率作為試驗指標(biāo)，對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

正交設(shè)計因素與水平設(shè)計見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)單因素試驗

檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對SDF得率的影響見圖1。

圖1 檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對SDF得率的影響

由圖1可知，在檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～3%時，SDF得率隨檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而逐漸增高；當(dāng)檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時，達(dá)到SDF得率最大值，為4.09%。當(dāng)檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于3%時，隨著檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，SDF得率下降幅度較大。這可能是因為果膠的水解反應(yīng)在不同的酸性條件下反應(yīng)程度不同，檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低，則酸性太弱，水解反應(yīng)進(jìn)行得較緩慢；檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，酸性太強(qiáng)，水解反應(yīng)會過于強(qiáng)烈以至于會造成果膠脫脂裂解現(xiàn)象，從而導(dǎo)致SDF得率減少[8]。故較為合適的檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%。

2.1.2 料液比單因素試驗

料液比對SDF得率的影響見圖2。

圖2 料液比對SDF得率的影響

由圖2可知，在料液比為1∶7～1∶16時，隨著料液比的增加，SDF得率也逐漸增大，這可能是因為加大了溶劑提取量，蕨菜粉在溶液中的分散程度增大，接觸面積也越大，溶劑中的SDF濃度與蕨菜粉邊界層的濃度差增大，SDF由蕨菜粉向溶劑中的擴(kuò)散速度更快。當(dāng)料液比為1∶16時SDF得率達(dá)到最大值，為5.22%。當(dāng)料液比大于1∶16時，SDF得率逐漸下降，可能由于溶劑量過大，影響了超聲波的效果。故較為合適的料液比為1∶16（g∶mL）。

2.1.3 提取時間單因素試驗

提取時間對SDF得率的影響見圖3。

圖3 提取時間對SDF得率的影響

由圖3可知，當(dāng)提取時間為50～60 min時，隨著提取時間的延長，SDF得率有較大幅度的提高；當(dāng)提取時間為60 min時，SDF得率達(dá)到最高，為4.69%；當(dāng)提取時間超過60 min后，SDF得率緩慢遞減。這可能是因為SDF的主要成分為果膠，而果膠中的原果膠溶解性較差，若提取時間太短，則不能將原果膠充分溶解出來；但是，如果提取時間過長，果膠被解脂裂解的量會增加，且在水溶液中的果膠部分會被氫離子水解導(dǎo)致果膠產(chǎn)量的降低[9]。故較為合適的提取時間為60 min。

2.1.4 提取溫度單因素試驗

提取溫度對SDF得率的影響見圖4。

圖4 提取溫度對SDF得率的影響

由圖4可知，在提取溫度為60℃時出現(xiàn)SDF得率峰值；而當(dāng)提取溫度大于60℃后，SDF得率有所下降。這是由于SDF的主要成分為天然果膠和β-葡聚糖，提取溫度過高會破壞其分子的結(jié)構(gòu)，因此SDF得率會降低[9]。故較為合適的提取溫度為60℃。

2.1.5 超聲功率單因素試驗

超聲功率對SDF得率的影響見圖5。

由圖5可知，為超聲功率對SDF得率的影響。應(yīng)用超聲波輔助技術(shù)進(jìn)行提取試驗是近幾年興起的一種提取技術(shù)，是基于超聲波特殊的物理性質(zhì)。主要是利用超聲波在液體物質(zhì)中所產(chǎn)生的介質(zhì)中傳播的一種具有彈性的物質(zhì)機(jī)械波，聲波不同，工作的頻率也不同[10]。這種機(jī)械波在介質(zhì)中傳播會產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)和強(qiáng)烈的空化效應(yīng)、攪拌等的特殊作用[11]，這些特殊作用能夠有效地破壞物質(zhì)的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。在提取物質(zhì)的過程中，物質(zhì)因超聲波產(chǎn)生的振動作用而細(xì)化，同時亦可使作用的物質(zhì)變成乳濁液，溶劑就可以讓待測液中的提取成分迅速溶解出來，從而有效加快物質(zhì)的提取過程，提高物質(zhì)的得率，縮短了物質(zhì)提取的時間[12]。在超聲功率為100～140 W時，隨著超聲功率的升高，SDF得率逐漸增大；當(dāng)超聲功率為160 W時SDF得率達(dá)到最大得率值，為4.96%。這可能是由于在適當(dāng)功率范圍內(nèi)，超聲功率的增大，SDF在溶劑中的擴(kuò)散速率也增大；而當(dāng)超聲功率大于160 W后，SDF得率則隨著功率的升高反而逐漸下降，這說明蕨菜中SDF的結(jié)構(gòu)會被高功率的超聲波作用所破壞，從而造成了SDF得率的下降。故較為合適的超聲功率為160 W。

圖5 超聲功率對SDF得率的影響

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

由單因素試驗分析可以得知，提取時間60 min以后，繼續(xù)延長提取時間對SDF得率的影響不大，因此正交試驗不考慮提取時間，進(jìn)行正交試驗時將提取時間固定在60 min，進(jìn)一步優(yōu)化料液比（A）、超聲功率（B）、檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）、提取溫度（D） 的參數(shù)。

L9（34）正交試驗結(jié)果見表2。

由表2可知，通過極差分析，得出了4個因素的極差由大到小的順序為 RD＞RB＞RA＞RC，由此可知，影響蕨菜中SDF得率的因素的主次順序為提取溫度＞超聲功率＞料液比＞檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)。根據(jù)，可知 A 因素的優(yōu)水平是 A3；同理可知B3，C1，D2為各因素的優(yōu)水平。因此，在60 min的提取時間條件下，得出超聲波輔助檸檬酸法提取蕨菜中SDF的最優(yōu)組合為A3B3C1D2。

根據(jù)正交試驗得到的最佳組合A3B3C1D2進(jìn)行驗證試驗，得到蕨菜中SDF的平均得率較高，為5.76%。因此，采用超聲波輔助檸檬酸法進(jìn)行提取的最佳提取工藝條件為提取時間60 min，料液比1∶19（g∶mL），超聲功率180 W，檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，提取溫度60℃。

表2 L9（34）正交試驗結(jié)果

3 結(jié)論

蕨菜中膳食纖維含量較高，研究超聲波輔助酸法提取蕨菜中SDF，得出影響蕨菜中SDF得率的因素主次順序為提取溫度＞超聲功率＞料液比＞檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)；最佳提取的工藝條件為提取時間60 min，料液比1∶19（g∶mL），超聲功率180 W，檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，提取溫度60℃。因此，利用超聲輔助檸檬酸進(jìn)行提取可以顯著提高蕨菜中SDF的得率。