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        玉木耳根膳食纖維提取工藝優(yōu)化及理化性質(zhì)測(cè)定

        2019-11-14 06:53:46司風(fēng)玲劉小裕鄧俊林
        食品與發(fā)酵工業(yè) 2019年20期
        關(guān)鍵詞:堿液木耳水力

        司風(fēng)玲,劉小裕,鄧俊林

        (重慶師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院,重慶,401331)

        膳食纖維(dietary fiber,DF),根據(jù)其在水中的溶解性可以分為不可溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,IDF)和可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF),且都具有預(yù)防肥胖[1]、降低血清膽固醇含量和餐后血糖含量[2]、抗腫瘤[3],且能夠預(yù)防和治療糖尿病[4]及心血管疾病[5]等藥用功效。膳食纖維的正常攝入已成為日常飲食中不可或缺的組成部分。膳食纖維的提取方法主要可以分為化學(xué)分離法、機(jī)械分離法、膜分離法及化學(xué)試劑和酶結(jié)合分離法這四類[6-7],其中最常用的提取方法是化學(xué)分離法中的堿法和酶法。與酶法提取相比,堿法提取由于操作簡(jiǎn)單、成本較低且易于控制,因此是膳食纖維提取最廣泛使用的方法[8]。

        木耳作為一種廣泛食用的大型真菌,其種類較多,但我國(guó)常見(jiàn)的食用種類僅為毛木耳(Auriculariacornea)與黑木耳(Auriculariaheimuer)兩種[9]。玉木耳(Auriculariacorneavar. Li)是吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)李玉院士團(tuán)隊(duì)馴化已形成穩(wěn)定遺傳的毛木耳自然突變純白色菌株[10]。玉木耳子實(shí)體通體潔白如玉、口感爽脆、營(yíng)養(yǎng)豐富,富含多糖、膳食纖維、氨基酸與各種微量元素[11-12]。而玉木耳根卻因其口感粗糙、易攜帶栽培時(shí)的雜質(zhì),常被作為廢物丟棄。這既沒(méi)有充分合理利用資源,又對(duì)環(huán)境造成了污染。因此,本實(shí)驗(yàn)以玉木耳根作為原料,采用堿法提取其中膳食纖維,通過(guò)設(shè)計(jì)單因素實(shí)驗(yàn)分別考察料液比、浸提溫度、浸提時(shí)間和堿液濃度4個(gè)因素對(duì)玉木耳根膳食纖維提取率的影響,并在此基礎(chǔ)上,采用響應(yīng)面法來(lái)確定提取的最佳工藝。且最終測(cè)定了其持水力、持油力、膨脹性、吸附膽固醇、膽酸鈉與亞硝酸根離子等多方面的理化性質(zhì),為玉木耳根膳食纖維的提取方法和應(yīng)用選擇提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        玉木耳根,來(lái)自吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)李玉院士團(tuán)隊(duì);膽固醇標(biāo)準(zhǔn)液、牛黃膽酸鈉標(biāo)準(zhǔn)品,索萊寶生物科技有限公司;鄰苯二甲醛(OPA)等試劑,均為分析純,重慶川東試劑公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        FW100-高速萬(wàn)能粉碎機(jī),天津泰斯特儀器有限公司;TY92-ⅡN-超聲波細(xì)胞破碎儀,寧波新芝生物科技股份有限公司;ML503-精密電子天平,梅特勒-托利多(常州)精密儀器有限公司;3K15-臺(tái)式冷凍離心機(jī),德國(guó)SIGAM公司;RE-52AA-旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器,上海亞榮生化儀器廠;RaedMax-1800-可見(jiàn)光吸收型全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀,上海閃譜生物科技有限公司;100目濾篩,勝迪公司等。

        1.3 方法

        1.3.1 玉木耳根膳食纖維制備

        玉木耳根清洗,在55℃烘箱中 24 h烘干、高速粉碎機(jī)粉碎過(guò)100目篩,稱取5.000 g樣品,按一定料液比加入一定濃度的NaOH堿液,在一定浸提時(shí)間和溫度條件,抽濾得到濾液和濾渣。濾液調(diào)節(jié)至pH=7、濃縮至原液體積的1/5,加入4倍體積95%乙醇沉淀,抽濾得到沉淀為玉木耳根可溶性膳食纖維。濾渣調(diào)節(jié)至pH=7、抽濾得到沉淀,將濾渣用水洗,乙醇洗脫干燥后即為玉木耳根不可溶膳食纖維。

        1.3.2 單因素試驗(yàn)

        選擇料液比(1∶120、1∶160、1∶200、1∶240、1∶280(g∶mL))、堿液濃度為NaOH質(zhì)量濃度(0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 g/L)、浸提溫度(60、70、80、90、100℃)、浸提時(shí)間(60、120、180、240、300 min)4個(gè)因素做單因素試驗(yàn),考察各單因素對(duì)玉木耳根中SDF和IDF得率的影響,確定相關(guān)的提取工藝。

        1.3.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

        以料液比、堿液濃度、浸提時(shí)間和浸提溫度作為考察因素,設(shè)計(jì)4因素3水平的正交試驗(yàn),每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次,取平均值作為結(jié)果,對(duì)堿法提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

        表1 工藝優(yōu)化L9(34)正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and their levels in L9(34)orthogonal array design

        玉木耳根SDF和IDF提取計(jì)算如公式(1)和(2):

        (1)

        (2)

        1.3.4 玉木耳根膳食纖維理化性質(zhì)測(cè)定

        1.3.4.1 持水力、持油力和膨脹力測(cè)定

        參照CHAU等[13]方法進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)膳食纖維樣品進(jìn)行精準(zhǔn)稱重,并且在100 mL燒杯里置入1.000 g樣品,而后加入50 mL去離子水,室溫振蕩勻稱,再將其安靜置放2 h,通過(guò)0.75 mm尼龍網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾,一直到不再有水滴下,即可對(duì)樣品濕重量加以稱重。持水力計(jì)算如公式(3)所示:

        (3)

        按照SANGNARK等[14]的方法進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)膳食纖維樣品進(jìn)行精準(zhǔn)稱重,并且在100 mL燒杯里置入1.000 g樣品,而后加入25 g食用花生油,并將其混合勻稱,在37℃的環(huán)境中安靜置放1 h,在完成2 500 g/min離心20 min后,將上層油清除,再將殘?jiān)坞x的花生油通過(guò)濾紙吸取干凈,對(duì)吸附花生油之后的樣品重量加以記載,持油力計(jì)算如公式(4)所示:

        (4)

        按照FEMENIA等[15]的方法進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)膳食纖維樣品進(jìn)行精準(zhǔn)稱重,并且在25 mL刻度試管里置入1.000 g樣品,對(duì)樣品最初的體積加以記載,而后將20 mL去離子水加入其中,并將其混合勻稱,在室溫中安靜置放24 h,將其膨脹后的體積加以記載,膨脹力計(jì)算如式(5)所示:

        (5)

        1.3.4.2 吸附膽固醇能力測(cè)定

        在去離子水當(dāng)中置入新鮮的雞蛋蛋黃,充分?jǐn)嚢柚螳@取10%的雞蛋黃乳液。分別精準(zhǔn)稱重1.00 g的SDF和IDF過(guò)50目篩的粉末,并將其置入100 mL的錐形瓶里,將25 g蛋黃乳液加入其中,調(diào)整溶液體系pH=2.0(模擬人體胃液環(huán)境)和pH=7.0(模擬人體小腸環(huán)境),放置于180 r/min的水浴振蕩器中,37℃振蕩 4 h,3 000r/min離心30 min,吸取 0.1 mL上清液,在550 nm波長(zhǎng)下對(duì)定膽固醇含量進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候選擇使用OPA法[16]。單股陳吸附能力計(jì)算如公式(6)所示:

        膽固醇吸附能力/(mg·g-1)=

        (6)

        1.3.4.3 吸附膽酸鈉能力測(cè)定

        分別精準(zhǔn)稱重1.000 g的SDF和IDF過(guò)50目篩的粉末,并將其置入250 mL的錐形瓶里,加入含有0.20 g膽酸鈉的0.15 mo1/L NaCl溶液100 mL并調(diào)節(jié)pH值7.0和2.0,通過(guò)電磁攪拌器進(jìn)行2 h的充分?jǐn)嚢?,并將其置?7℃恒溫環(huán)境當(dāng)中,而后借助移液管獲取1 mL樣品溶液,在620 nm波長(zhǎng)下測(cè)定膽酸鈉的含量[17]。膽固醇吸附能力計(jì)算如公式(7)所示:

        膽酸鈉吸附能力/(mg·g-1)=

        (7)

        胖捕頭“啪”地一拍桌子站起來(lái),胖老婆與胖女兒躲到他身后,捕頭喝道:“你們想干什么!光天化日之下,還有沒(méi)有王法!”袁安聽(tīng)著,心里想,其實(shí)應(yīng)該說(shuō)是“光天化月”之下吧。

        (8)

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        各試驗(yàn)組重復(fù)3次,試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17軟件完成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)分析處理。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 膳食纖維提取工藝單因素試驗(yàn)結(jié)果

        2.1.1 料液比對(duì)膳食纖維含量的影響

        由圖1可知,當(dāng)料液比達(dá)到1∶160時(shí)玉木耳根SDF和IDF提取率可達(dá)到最大,分別為38%和59%,從而玉木耳根總膳食纖維提取率最高,當(dāng)料液比增大時(shí),玉木耳根SDF和IDF提取率減少,在提取過(guò)程中對(duì)溶液的浪費(fèi)相應(yīng)增加。

        圖1 料液比對(duì)SDF和IDF的影響Fig.1 Effects of solid-liquid ratio on SDF and IDF contentof A. cornea var. Li root注:圖中不同大小寫(xiě)字母表示各處理組差異顯著。下同。

        2.1.2 堿液濃度對(duì)膳食纖維含量的影響

        由圖2可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)NaOH堿液質(zhì)量濃度為0.5~1 g/L的時(shí)候,玉木耳根SDF和IDF的提取率與堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正比,達(dá)到1 g/L堿液濃度時(shí)提取率最大分別為35.67%和56%,玉木耳根總膳食纖維提取率最多。當(dāng)其濃度為1.5~2.5 g/L的時(shí)候,玉木耳根膳食纖維提取率出現(xiàn)下滑,然而其總提取效率也高于75%。

        圖2 堿液濃度對(duì)SDF和IDF的影響Fig.2 Effects of alkali solution concentration onSDF and IDF content of A. cornea var. Li root

        2.1.3 提取溫度對(duì)膳食纖維含量的影響

        由圖3可以發(fā)現(xiàn),在提取溫度上升的過(guò)程中,玉木耳根SDF和IDF的提取率先快速上漲,而后又緩緩下降。當(dāng)溫度為60~70℃時(shí),二者的提取效率上升,而當(dāng)70℃的時(shí)候,二者的提取效率達(dá)到峰值,分別是35%與55%,而玉木耳根總膳食纖維的提取效率則高達(dá)90%,溫度在70℃以上,隨著溫度升高,提取率反而下降。由于玉木耳根膳食纖維在高溫當(dāng)中會(huì)被損壞,所以導(dǎo)致提取效率下降。

        圖3 提取溫度對(duì)SDF和IDF的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on SDFand IDF content of A. cornea var. Li root

        2.1.4 提取時(shí)間對(duì)膳食纖維含量的影響

        由圖4可以發(fā)現(xiàn),在浸提時(shí)間不斷延長(zhǎng)的過(guò)程中,玉木耳根SDF和IDF的提取效率先出現(xiàn)上升,而后又緩緩下降,其峰值出現(xiàn)于180 min的時(shí)候。當(dāng)其處于60~180 min時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),二者的含量持續(xù)上升,并達(dá)到峰值,分別是35%與53.67%,而總膳食纖維的提取效率則為88.67%;在浸提時(shí)間處于180~300 min時(shí),其膳食纖維含量逐步減少。所以選取180 min為最合適的提取時(shí)間。

        圖4 提取時(shí)間對(duì)SDF和IDF的影響Fig.4 Effect of extraction time on SDF andIDF content of A. cornea var. Li root

        2.2 膳食纖維提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果

        玉木耳根膳食纖維提取的正交試驗(yàn)的極差分析和方差分析結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。極差分析表2顯示,影響玉木耳根SDF得率的最佳條件為:A3B3C2D3,即料液比為1∶200,NaOH堿液質(zhì)量濃度為1.5 g/L,浸提時(shí)間為160 min,浸提溫度為80℃,在此最佳條件下SDF的得率為22.21%;而影響IDF得率的最佳條件為:A3B3C2D1,即料液比為1∶200 (g∶mL),NaOH堿液濃度為1.5%,浸提時(shí)間為160 min,浸提溫度為60℃,在此最佳條件下IDF的得率為37.52%。

        表2 玉木耳根膳食纖維L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 L9(34) orthogonal array design arrangement and experimental results

        表3 方差分析表Table 3 Table of variance analysis

        2.3 玉木耳根膳食纖維性質(zhì)測(cè)定

        由表4可得出,玉木耳根IDF的持水力、持油力和膨脹力約為SDF的3.4倍、1.5倍和1.9倍,持油力顯著高于已報(bào)道黑木耳水提法、纖維素酶法和堿法提取IDF,持水力和膨脹力與之相當(dāng)[20-22],持水力通常與其分子中親水基團(tuán)的暴露量有關(guān),親水基團(tuán)暴露得越多,持水力越高[23]。玉木耳根SDF持油力顯著高于已報(bào)道脫色木耳SDF和木耳SDF的指標(biāo)水平[20],持油力和膨脹力均高于纖維素酶法提取黑木耳SDF,持水力與之相當(dāng)[21]。人們常吃富含膳食纖維的食物,其持油、持水和膨脹的特性可以增加飽腹感從而減少進(jìn)食和熱量的吸收。

        表4 玉木耳根膳食纖維持水性、持油性和膨脹性對(duì)比Table 4 Water-holding capacity,oilr-holding capacity,swelling capacity of dietary fiber from A. cornea var. Li root

        注:P<0.05,不同字母表示各組差異水平顯著。下同。

        表5 玉木耳根膳食纖維吸附能力Table 5 Adsorbability of dietary fiber from A. cornea var. Li root

        3 結(jié)論

        采用堿法對(duì)玉木耳根中的膳食纖維進(jìn)行提取,并借助單因素實(shí)驗(yàn)對(duì)料液比、堿液質(zhì)量濃度、溫度和時(shí)間進(jìn)行了考察,通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)可溶性和不可溶性膳食纖維提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,并且SDF與IDF最佳提取條件。其中SDF的最優(yōu)提取工藝為料液比1∶200,NaOH堿液質(zhì)量濃度1.5 g/L,浸提時(shí)間160 min,浸提溫度80℃,得率為22.21%;而IDF的最佳提取工藝為料液比1∶200,NaOH堿液質(zhì)量濃度1.5 g/L,浸提時(shí)間160 min,浸提溫度60℃,得率為37.52%。

        在最佳提取條件下,玉木耳根SDF的持水力為7.84 g/g,比報(bào)道的香菇SDF(6.32 g/g)、銀耳SDF(7.26 g/g)等持水力好,比黑木耳SDF(7.92 g/g)持水力略低[22],玉木耳根SDF的持油力(3.2 g/g)高于香菇SDF(2.63 g/g)和銀耳SDF(2.25 g/g),玉木耳根SDF膨脹力為9.1 mL/g,均高于香菇SDF和銀耳SDF[24]。而玉木耳根CIDF的持水力、持油力和膨脹力分別為26.46 g/g、4.86 g/g和17.9 mL/g。玉木耳根SDF和IDF對(duì)于膽酸鈉的吸附分別為10.72%和19.92%,均高于黑木耳SDF(3.01%)和IDF(5.12%),而其在中性環(huán)境下玉木耳根SDF對(duì)亞硝酸根離子吸附15.55 mg/kg遠(yuǎn)高于黑木耳SDF(2.81 mg/kg),在酸性環(huán)境下玉木耳根IDF對(duì)膽固醇吸附能力(10.71 mg/kg)高于黑木耳IDF(7.32 mg/kg)[22]。本次研究利用堿法制備玉木耳根的膳食纖維具有良好的實(shí)際操作性,且提取出的膳食纖維品質(zhì)優(yōu)良,因而本研究可為玉木耳根的開(kāi)發(fā)利用提供應(yīng)用依據(jù)。

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