雷福紅 歐陽吾樂 楊亞晉 馬思雨 李恩良 郭愛偉

（1.西南林業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，云南 昆明 650233；2.西岐桫欏省級自然保護(hù)區(qū)管護(hù)局，云南 普洱 654800）

膳食纖維被定義為不能被人和動(dòng)物內(nèi)源消化酶消化的食物成分，主要存在于植物細(xì)胞壁中，包括多糖、寡糖、木質(zhì)素等[1]。按膳食纖維溶解性，可將膳食纖維分為不溶性膳食纖維（IDF）和可溶性膳食纖維（SDF）[2]。目前的研究表明，膳食纖維對人和動(dòng)物腸道健康具有重要的生理功能，膳食纖維具有降血糖、降血脂、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)、減肥、預(yù)防糖尿病和癌癥等諸多生理功能[3-5]，被稱為人類的“第七大營養(yǎng)素”。

云南是竹類資源最豐富的地區(qū)之一，竹類有25屬200余種，有“竹類故鄉(xiāng)”之譽(yù)，現(xiàn)有天然竹林面積有25萬hm2[6-8]，豐富的竹類資源為提取竹葉膳食纖維提供了保障。相比較其他纖維類型，竹葉纖維具有許多優(yōu)勢，如流動(dòng)性好，顆粒表面積大，結(jié)構(gòu)松散，其持水力、膨脹率高等特點(diǎn)[9-10]，具有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用價(jià)值。目前膳食纖維的提取方法有化學(xué)法、酶解法、化學(xué)-酶結(jié)合法、生物發(fā)酵法等，這幾種膳食纖維的提取方法都有很好的應(yīng)用前景，但考慮到提取成本和提取的纖維含量，其中化學(xué)法和酶法的應(yīng)用最為廣泛[11]。其中化學(xué)法提取膳食纖維方法簡單、快捷以及成本低等特點(diǎn)，是提取膳食纖維常見的一種方法。目前，從竹葉中提取膳食纖維的報(bào)道較少，本研究以慈竹竹葉為原料，用堿處理提取慈竹竹葉纖維，通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，篩選出慈竹竹葉膳食纖維提取的最優(yōu)工藝組合，分析了竹葉纖維中的不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維，為竹葉纖維的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

研究所用慈竹（Neosinocalamus affinis）竹葉采自西南林業(yè)大學(xué)竹園，將采集的慈竹竹葉在實(shí)驗(yàn)室陰干后粉碎，過40目篩，放置于4 ℃儲(chǔ)藏備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 單因素試驗(yàn)

選取NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)、溫度、料液比和時(shí)間4個(gè)因素做單因素試驗(yàn)，每個(gè)因素設(shè)4個(gè)水平（如表1），每個(gè)水平做3個(gè)重復(fù)。

表1 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 1 Single factor experiment design

1.2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選用溫度、時(shí)間、NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)、料液比4個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)3個(gè)水平，采用4因素3水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)[12]，按L9（34）正交表試驗(yàn)共9種組合（表2），每個(gè)組合做3個(gè)重復(fù)，對試驗(yàn)效果較佳的組合進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證試驗(yàn)做3個(gè)重復(fù)。

表2 正交試驗(yàn)因素及水平Table 2 Factors and levels of the orthogonal experiment

1.3 測定指標(biāo)及方法

稱取一定量的干竹葉粉（含水為(7.3±0.2)%），按以上單因素和正交試驗(yàn)的方法提取竹葉纖維，提取后的竹葉纖維用蒸餾水沖洗至中性，放入65 ℃恒溫干燥箱中干燥8 h，然后回潮使其與周圍環(huán)境的空氣濕度保持平衡后稱量，再將其放入65 ℃烘箱內(nèi)烘2 h，再回潮和稱量，2次質(zhì)量之差小于0.5 g時(shí)為提取的竹葉纖維（含水為(7.0±0.1)%），并稱取一定量的竹葉纖維分析其膳食纖維的組成類型，竹葉纖維中粗纖維（CF）、SDF和IDF的測定方法參考AOAC推薦的方法[13]，用FT 122纖維測定儀（FOSS，丹麥）測定。按公式（1）～（2）計(jì)算竹葉纖維的提取率和可溶性纖維和不溶性纖維的比值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，正交試驗(yàn)結(jié)果采用General Linear Model中的Univarate進(jìn)行多因素重復(fù)試驗(yàn)的方差分析。結(jié)果用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知，隨NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)的增加，竹葉纖維中CF含量有增加的趨勢，NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)，提取的竹葉纖維中CF含量最高為75.87%，繼續(xù)增加NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)，竹葉纖維中的CF有下降的趨勢；當(dāng)料液比為1∶15時(shí)提取的竹葉纖維中CF含量最高為76.37%；提取時(shí)間18 h時(shí)，提取的竹葉纖維中CF的含量最高為76.20%，增加提取時(shí)間其竹葉纖維中CF開始下降；隨著溫度的升高，提取的竹葉纖維中CF的含量逐漸升高，40 ℃時(shí)達(dá)到最大值為75.93%，超過40 ℃時(shí)竹葉纖維中的CF含量開始下降。

圖1 不同因素對竹葉纖維中粗纖維含量的影響Fig.1 Effects of different factors on the content of crude fiber in bamboo leaves

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，按照極差的大小，確定影響竹葉纖維中CF含量的主次順序?yàn)镈＞B＞A＞C，即溫度＞料液比＞NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)＞提取時(shí)間，以提取的竹葉纖維中CF為考察指標(biāo)，慈竹竹葉膳食纖維提取的最佳工藝組合為A2B2C1D3，并做驗(yàn)證試驗(yàn)得到最優(yōu)條件下提取的竹葉纖維中CF含量為(82.27±0.35)%，正交試驗(yàn)結(jié)果表明，影響提取竹葉纖維中CF含量因素的主次順序?yàn)闇囟龋玖弦罕龋緯r(shí)間＞NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)，這與極差分析結(jié)果相一致，溫度、料液比、NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)、提取時(shí)間4個(gè)因素對竹葉纖維中CF含量的影響差異極顯著（P＜0.01）（表4）。綜合以上因素，慈竹竹葉纖維提取的最佳工藝組合為A2B2C1D3，即NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為10%、料液比為1∶15、提取時(shí)間為17 h、溫度為42 ℃，對此最佳工藝組合進(jìn)行驗(yàn)證，獲得慈竹纖維中CF含量為(82.27±0.35)%，竹葉纖維的提取率為(34.58±0.29)%。

表3 竹葉纖維提取的正交試驗(yàn)組合及其結(jié)果Table 3 Results of orthogonal experiments on the extraction of bamboo leaf fiber

表4 竹葉纖維提取的正交試驗(yàn)方差分析Table 4 Variance analysis of orthogonal experiment on the extraction of bamboo leaf fiber

2.3 慈竹竹葉纖維中SDF和IDF

由圖2可知，在最佳工藝下得到的竹葉纖維 中SDF含 量 為(12.86±0.26)%，IDF占(76.11±0.44)%，其 中SDF占14.45%，IDF占85.55%，SDF/IDF為0.17。

圖2 慈竹竹葉膳食纖維組成Fig.2 Dietary fiber composition of N.affinis leaves

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)，料液比為1∶15，提取時(shí)間為18 h，溫度為40 ℃時(shí)提取的竹葉纖維中CF含量最高，而正交試驗(yàn)表明，慈竹竹葉纖維提取的最優(yōu)工藝為NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)10%，料液比為1∶15，提取時(shí)間為17 h，溫度為42 ℃，最佳工藝條件下慈竹竹葉纖維的提取率為(34.58±0.29)%，竹葉纖維中CF含量為(82.27±0.35)%。研究表明，NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)高于14%時(shí)，提取的膳食纖維中纖維含量降低，可能是高濃度堿使部分纖維降解而導(dǎo)致的[14]，這與本研究結(jié)果相一致，本試驗(yàn)提取的慈竹葉膳食纖維的最佳NaOH溶液質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為10%，質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)超過10%后，提取的膳食纖維中CF含量下降；料液比也會(huì)影響膳食纖維的提取，研究表明，料液比大于1∶20時(shí)，提取的膳食纖維中纖維顯著降低，說明堿液的加入量對于纖維素含量增加的促進(jìn)作用存在飽和點(diǎn)，超過該飽和點(diǎn)纖維素可能會(huì)由于被堿液部分降解而導(dǎo)致其含量降低[15]，本研究表明，當(dāng)料液比為1∶15時(shí)提取的膳食纖維中CF的含量最高為76.37%，料液比過高或過低均會(huì)影響膳食纖維的提取效果；提取時(shí)間也會(huì)影響膳食纖維的提取，因?yàn)槔w維素是一種高聚合度物質(zhì)，提取纖維所需的時(shí)間較長，與其本身的性質(zhì)息息相關(guān)。陳雪峰等[16]研究表明，提取蘋果渣纖維素15 h以后，提取的膳食纖維中纖維素含量顯著增加，20 h時(shí)纖維素含量最高，表明提取纖維15 h后有效反應(yīng)才真正開始。本研究通過正交試驗(yàn)確定的慈竹的最佳提取時(shí)間為17 h，與其結(jié)果相一致；提取溫度也會(huì)影響膳食纖維的提取，研究表明，較低的提取溫度有利于膳食纖維的提取，過高溫度會(huì)使膳食纖維潤脹程度降低，堿反應(yīng)活性隨之下降，致使纖維含量也下降[16]，陳姍姍等[17]研究表明，堿液浸提法提取花生殼膳食纖維，其最佳提取溫度為40 ℃，與本研究結(jié)果一致。

膳食纖維的生理功能與其中IDF與SDF的比例有關(guān)系，膳食纖維中IDF和SDF在體內(nèi)的生理功能不盡相同，IDF表現(xiàn)為增加糞便體積、減少腸道運(yùn)輸時(shí)間，其持水能力，吸油能力和毒素吸附能力較強(qiáng)[18-19]。而SDF除具有較好的溶脹性外，還是一類可發(fā)酵的膳食纖維，其在后腸中被微生物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs，包括乙酸、丙酸和丁酸）和氣體，SCFAs可修復(fù)腸黏膜，通過激活G蛋白偶聯(lián)受體（GPCR）和抑制組蛋白去乙酰化酶（HDACs）基因表達(dá)，使促炎因子基因表達(dá)下調(diào)，從而抑制腸道的炎癥反應(yīng)[20]，改善人和動(dòng)物腸道健康。因此，膳食纖維中有一定比例的SDF對人和動(dòng)物腸道健康有益。本研究提取的慈竹竹葉纖維中SDF含量為(12.86±0.26)%，IDF含量為(76.11±0.44)%。有研究表明，優(yōu)質(zhì)膳食纖維中IDF和SDF的組成比例適宜，一般膳食纖維中含有30%～50%的SDF和50%～70%的IDF被認(rèn)為是一個(gè)較好的比例[21]。Rosell等[22]研究了幾種商業(yè)纖維的纖維組成，結(jié)果表明菊粉中97%為SDF，瓜爾膠中SDF為85%，蘋果膳食纖維中SDF為15%，IDF為45%，燕麥纖維中SDF為5%，IDF為85%，小麥纖維中SDF為2.5%，IDF為94.5%。Li等[23]用水提法提取了竹筍的膳食纖維，結(jié)果表明，提取的竹筍膳食纖維中IDF含量為(73.4±0.89)%，SDF含量為(1.12±0.29)%，IDF占膳食纖維的98.50%，SDF占1.50%。李楊等[24]研究表明，生物解離法提取的大豆膳食纖維純度可高達(dá)82.58%，SDF約占總膳食纖維含量的60%，提取的纖維屬于優(yōu)質(zhì)膳食纖維。Felisberto等[10]用3種幼竹稈作為一種潛在的膳食纖維源，結(jié)果表明，其竹纖維中總纖維為64.12%～90.21%，其中IDF為在62.54%～89.79%，表明幼竹竿膳食纖維中以IDF為主，SDF較少。許多研究證實(shí)，甜菜漿是膳食纖維組成比較適宜的一種優(yōu)質(zhì)纖維，其包含13.1%～28.6%的SDF，46.9%～68.9%的IDF，其SDF和IDF組成比例適宜[25]，被廣泛應(yīng)用到人類和寵物食品中。而本研究提取的慈竹竹葉 纖 維 中SDF為(12.86±0.26)%，IDF為(76.11±0.44)%，是一種具有開發(fā)價(jià)值的膳食纖維。