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        紅棗中膳食纖維提取和降血糖活性研究

        2022-01-11 09:44:56張原振周武
        中國調(diào)味品 2022年1期
        關鍵詞:液料紅棗淀粉酶

        張原振,周武

        (1.江蘇徐州醫(yī)藥高等職業(yè)學校,江蘇 徐州 221000;2.杭州師范大學,杭州 310018)

        1 概述

        紅棗,在我國被廣泛栽培,特別是在寧夏、河南、河北和山東等地作為主要的經(jīng)濟作物栽培。我國紅棗栽培面積占全世界紅棗栽培面積的90%左右[1]。紅棗的營養(yǎng)成分豐富,具有較高的營養(yǎng)保健功效[2]。紅棗富含維生素C和維生素B、礦物質元素鐵、鋅、鈣和硒,這些物質在抗氧化、防治冠心病、高血壓、動脈硬化和貧血等方面有良好的功效[3-4]。

        我國是紅棗生產(chǎn)大國,每年產(chǎn)量為150萬噸左右,大部分的紅棗都以干品銷售,但是品質較差的紅棗占到20%左右,只能用于深加工[5]。紅棗膳食纖維作為紅棗的副產(chǎn)品被開發(fā),對紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有很重要的作用,同時也能夠增加紅棗種植戶的收入[6]。本研究通過對紅棗膳食纖維提取工藝進行優(yōu)化,為紅棗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了理論基礎[7]。同時對紅棗膳食纖維的降血糖活性進行了總結,為開發(fā)具有降血糖功效的紅棗膳食纖維保健品提供了理論基礎。

        2 材料與方法

        2.1 試驗材料和試劑

        紅棗:從農(nóng)貿(mào)市場購買的干紅棗,使用粉碎機將其粉碎,過60目篩,將過篩子后的紅棗粉裝入自封袋中進行保存。復合蛋白酶、α-淀粉酶、纖維素酶、無水乙醇、丙酮、氫氧化鈉、氯化鈉、甘油三脂、膽固醇和丙二醛。

        2.2 儀器與設備

        恒溫水浴鍋、pH計、烘箱、粉碎機、高壓蒸汽滅菌鍋、離心機、紫外分光光度計、電子天平、冰箱、檢測儀。

        2.3 試驗方法

        2.3.1 膳食纖維測定

        根據(jù)GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》方法進行測定。

        2.3.2 膳食纖維提取工藝流程

        紅棗粉碎→按照一定的液料比進行溶解→調(diào)節(jié)pH值為7→控溫超聲處理→加入復合蛋白酶→恒溫水浴鍋振蕩→高溫滅酶→加入α-淀粉酶→恒溫水浴鍋振蕩→高溫滅酶→加入無水乙醇進行醇沉→丙酮洗滌→冷凍干燥→獲得紅棗膳食纖維。

        2.3.3 膳食纖維提取試驗流程

        在分析天平上稱取重量為2 g的紅棗粉末樣品,研究液料比(30,35,40,45,50,mL/g)、α-淀粉酶用量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)、復合蛋白酶用量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)、超聲波功率(100,200,300,400,500 W)和超聲波時間(20,30,40,50,60 min)對紅棗膳食纖維得率的影響。

        紅棗膳食纖維得率=膳食纖維質量/紅棗樣品質量×100%。

        2.3.4 紅棗膳食纖維提取響應面優(yōu)化試驗

        通過單因素試驗獲得影響紅棗膳食纖維提取條件的范圍值,將液料比、α-淀粉酶用量、復合蛋白酶用量和超聲波功率4個影響因子作為響應面的變量,紅棗膳食纖維的得率作為響應值,進行四因素三水平的響應面分析[8-10]。本試驗中超聲波時間對紅棗膳食纖維的提取并無明顯的影響,所以在進行優(yōu)化試驗時,超聲波時間將不作為考慮的因素之一。

        3 試驗結果

        3.1 紅棗膳食纖維提取單因素試驗

        3.1.1 液料比對紅棗膳食纖維得率的影響

        控制其他變量α-淀粉酶用量為1.5%,蛋白酶用量為0.6%,超聲波功率為200 W,超聲波時間為30 min,在30 ℃的條件下,研究液料比對紅棗膳食纖維提取的影響,研究結果見圖1。

        由圖1可知,隨著液料比的增加,膳食纖維的得率呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。當液料比達到35(mL/g)時,膳食纖維的得率達到最高,為38%。當液料比低于30(mL/g)時,膳食纖維的得率隨著液料比的增高而增大,由于原料混合在液體中,混合越來越充分,使得反應越來越完善;當液料比大于40(mL/g)時,反應體系中的濃度變得越來越低,導致反應不充分[11],所以將30,35,40(mL/g)3個液料比作為優(yōu)化水平。

        圖1 液料比例對紅棗膳食纖維得率的影響Fig.1 The effect of the ratio of liquid to solid on the yield of dietary fiber from jujube

        3.1.2 α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

        控制其他變量液料比為35(mL/g),蛋白酶用量為0.6%,超聲波功率為200 W,超聲波時間為30 min,在30 ℃的條件下,研究α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維提取的影響,研究結果見圖2。

        圖2 α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

        由圖2可知,當α-淀粉酶用量小于1.5%時,紅棗膳食纖維的得率呈現(xiàn)增長的趨勢。當α-淀粉酶用量為1.5%時,紅棗膳食纖維的得率為38%。當膳食纖維的濃度超過1.5%時,紅棗膳食纖維的得率逐漸降低[12]。原因是膳食纖維中的一些成分是由α-糖苷鍵組成,當α-糖苷鍵濃度升高時,會抑制紅棗膳食纖維的得率,所以選擇1.0%、1.5%、2.0%的α-淀粉酶用量作為影響膳食纖維得率的3個水平進行優(yōu)化分析。

        3.1.3 蛋白酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

        控制其他變量液料比為35(mL/g),α-淀粉酶用量為1.5%,超聲波功率為200 W,超聲波時間為30 min,在30 ℃的條件下,研究蛋白酶用量對紅棗膳食纖提取的影響,研究結果見圖3。

        圖3 蛋白酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

        由圖3可知,當?shù)鞍酌赣昧康陀?.6%時,隨著蛋白酶用量逐漸增加,紅棗膳食纖維的得率也逐漸增加,當?shù)鞍酌赣昧吭?.6%時,紅棗膳食纖維的得率達到最高,為38%。當?shù)鞍酌笣舛瘸^0.6%時,膳食纖維的得率逐漸降低,由于蛋白酶濃度逐漸增加,反應體系中膳食纖維的碳氧鍵斷裂,造成膳食纖維的得率減少[13-14],所以選擇0.4%、0.6%、0.8% 3個水平進行優(yōu)化。

        3.1.4 超聲波功率對紅棗膳食纖維得率的影響

        控制其他變量液料比為35(mL/g),蛋白酶用量為0.6%,α-淀粉酶用量為1.5%,超聲波時間為30 min,在30 ℃的條件下,研究超聲波功率對紅棗膳食纖維提取的影響,結果見圖4。

        圖4 超聲波功率對紅棗膳食纖維得率的影響

        由圖4可知,隨著超聲波功率逐漸增加,紅棗膳食纖維的得率先增高后降低。當超聲波功率為200 W時,紅棗膳食纖維的得率為39%。當超聲波功率持續(xù)增高時,膳食纖維得率逐漸降低,可能是由于超聲波功率的增高,導致膳食纖維結構受到了破壞,從而使膳食纖維的得率降低[15],所以選擇超聲波功率100,200,300 W 3個水平作為優(yōu)化條件。

        續(xù) 表

        3.1.5 超聲波時間對紅棗膳食纖維得率的影響

        控制其他變量液料比為35(mL/g),蛋白酶用量為0.6%,超聲波功率為200 W,α-淀粉酶用量為1.5%,在30 ℃的條件下,研究超聲波時間對紅棗膳食纖維提取的影響,研究結果見圖5。

        圖5 超聲波時間對紅棗膳食纖維得率的影響

        由圖5可知,當超聲波時間小于30 min時,膳食纖維的得率呈現(xiàn)增加的趨勢,當超聲波時間為30 min時,膳食纖維的得率達到最高,為38%,當超聲波時間超過30 min時,膳食纖維的得率逐漸降低。當超聲波時間逐漸增加時,膳食纖維的結構也會受到破壞,造成膳食纖維降低[16-17]。通過比較發(fā)現(xiàn),超聲波時間對紅棗膳食纖維的得率影響并不明顯,所以優(yōu)化試驗將不分析超聲波時間對紅棗膳食纖維的影響。

        3.2 響應面優(yōu)化試驗結果分析

        由以上的單因素試驗結果可知,提取紅棗膳食纖維的最佳液料比為30~40(mL/g);α-淀粉酶用量為1.0%~2.0%;復合蛋白酶用量為0.2%~0.8%;超聲波功率為100~300 W。設計四因素三水平的紅棗膳食纖維優(yōu)化試驗方案(見表1),以獲得該區(qū)間內(nèi)的最優(yōu)膳食纖維提取條件。

        表1 紅棗膳食纖維優(yōu)化試驗因素與水平Table 1 The factors and levels of optimization test for dietary fiber from jujube

        根據(jù)Box-Behnken試驗設計原理,設計29組試驗,并計算出紅棗膳食纖維的得率,詳細信息見表2。

        表2 Box-Behnken試驗設計與結果Table 2 Box-Behnken experimental design and results

        利用Design-Expert對表2中的數(shù)據(jù)進行二次多項式擬合,得出紅棗中膳食纖維的得率模型,該模型的P值表現(xiàn)為極顯著(P<0.01),分析之后發(fā)現(xiàn)各個因素對紅棗中膳食纖維獲得率的影響大小依次是:超聲波功率>復合蛋白酶用量>液料比>α-淀粉酶用量。

        通過Design-Expert軟件分析,獲得紅棗中膳食纖維最佳提取工藝液料比35 (mL/g)、α-淀粉酶用量1.68%、復合蛋白酶用量0.45%、超聲波功率180 W和超聲波時間30 min為紅棗膳食纖維提取的最優(yōu)條件。

        3.3 紅棗膳食纖維降血糖活性研究現(xiàn)狀

        血糖的升高一直威脅著人體的健康,食物中的很多糖類主要是以淀粉的形式存在,淀粉中的物質能夠經(jīng)過α-淀粉酶水解之后,變成麥芽糖等二糖,二糖再經(jīng)過α-葡萄糖苷酶分解成為葡萄糖[18-19]。葡萄糖進入人體的血液,導致人體的血糖升高。

        紅棗膳食纖維中富含紅棗色素和紅棗可溶性膳食纖維,都可以抑制人體血液中葡萄糖的擴散速度和對淀粉的消化能力,從而改善機體內(nèi)血糖濃度,降低機體內(nèi)的血糖。

        4 小結

        通過對紅棗中膳食纖維提取工藝進行優(yōu)化,獲得了紅棗膳食纖維提取的最優(yōu)工藝:液料比為35(mL/g),α-淀粉酶用量為1.68%,蛋白酶用量為0.45%,超聲波功率為180 W和超聲波時間為30 min。同時紅棗膳食纖維的降血糖功效也是近些年研究的熱點,通過進行簡單的分析,也為紅棗膳食纖維在降低血糖方面開發(fā)保健品提供一定的理論基礎。

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