趙新宇，趙海琳，牟藤，李其久，李輝

遼寧大學(xué)生命科學(xué)院（沈陽(yáng) 110000）

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)民消費(fèi)水平和食品意識(shí)逐步提高，人們對(duì)食品的需求不僅是提供身體生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)素，且更注重食物在調(diào)節(jié)身體功能、促進(jìn)健康方面的作用。黑蒜（black garlic）是以新鮮生蒜為原料，經(jīng)歷1至1個(gè)半月的發(fā)酵，經(jīng)過(guò)滅菌處理包裝制成的食品，因蒜瓣呈黑色而得名，是一種具有保健功能的食品[1]。黑蒜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，富含鈣、鐵、鎂等微量元素及尼克酸，并含有豐富的膳食纖維。經(jīng)常食用黑蒜，可以起到增強(qiáng)免疫力、增強(qiáng)抗氧化能力、調(diào)節(jié)血糖、抑制血栓、抗癌防癌、排毒清腸等作用[2]。

膳食纖維（dietary fiber）是一種多糖，廣泛來(lái)源于果膠、藻膠、麥片、燕麥全谷類(lèi)食物、豆類(lèi)、蔬菜和水果等，被稱(chēng)為第七大營(yíng)養(yǎng)素[3-5]。研究證明，膳食纖維具有治療便秘、膽石癥等功效，能預(yù)防某些癌癥的發(fā)生，還能通過(guò)降低血液膽固醇以降低糖尿病、高血壓等疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[6-9]。因此，近年來(lái)膳食纖維的攝取逐漸受到人們關(guān)注[10-12]。在黑蒜的開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中，有大量的殘?jiān)粊G棄，或?qū)?dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)元素的大量浪費(fèi)，因黑蒜含有大量膳食纖維，故推測(cè)其榨汁殘?jiān)幸埠胸S富的膳食纖維可供提取利用。國(guó)內(nèi)對(duì)黑蒜殘?jiān)攀忱w維的提取研究還未開(kāi)展，試驗(yàn)以黑蒜榨汁殘?jiān)鼮樵希捎盟崽岱ê蛪A提法提取黑蒜榨汁殘?jiān)械纳攀忱w維，探究從殘?jiān)刑崛∩攀忱w維的最佳方案[13-17]，為黑蒜榨汁殘?jiān)纳罴庸すI(yè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黑蒜（遼寧大學(xué)生命科學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自制）；分無(wú)水乙醇（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鹽酸（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；氫氧化鈉（粒狀，分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

AQ-180E粉碎機(jī)（慈溪市耐歐電器有限公司）；HH-W420數(shù)顯三用恒溫水浴鍋（晶壇市晶玻實(shí)驗(yàn)儀器廠）；BPH-9042精密恒溫培養(yǎng)箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）；JW-3021HR高速冷凍離心機(jī)（安徽嘉文儀器裝備有限公司）；XD-52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海賢德實(shí)驗(yàn)儀器有限公司）；SHB-A循環(huán)水式真空泵（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；SHA-2恒溫?fù)u床（上海比朗儀器有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 黑蒜榨汁殘?jiān)墨@得

挑選優(yōu)質(zhì)的自制黑蒜，剝皮清洗后進(jìn)行粉碎，得到黑蒜蒜泥，采用一次浸提法，按照料水比，即黑蒜蒜泥∶蒸餾水=1∶6 g/mL進(jìn)行浸提，浸提溫度50 ℃，浸提時(shí)間20 min，得到黑蒜粗浸提汁。將上述黑蒜粗浸提汁經(jīng)0.075 0 mm孔徑（200目）濾網(wǎng)過(guò)濾后，將濾得殘?jiān)鼮r干備用。黑蒜粗浸提汁過(guò)濾后于10 000 r/min離心10 min，得到黑蒜浸提汁和沉淀物，其中離心沉淀與上述殘?jiān)旌?，置?0 ℃干燥箱內(nèi)恒溫干燥至質(zhì)量恒定，用粉碎機(jī)粉碎所得固體，并用60%乙醇以1∶20 g/mL在50 ℃下水浴90 min進(jìn)行醇析后過(guò)濾，對(duì)過(guò)濾殘?jiān)M(jìn)行干燥后粉碎從而制得粉末，即為黑蒜殘?jiān)勰鳛樘崛≡蟼溆肹18]。

1.2.2 酸提法提取黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維單因素試驗(yàn)

將上述黑蒜殘?jiān)勰┯洖樘崛∥?。將提取物1置于酸性水溶液中恒溫提取[19]，得到提取液后于5 000 r/min離心10 min，留取上清液。將濾得的沉淀放置于溫度40 ℃的恒溫干燥箱中進(jìn)行干燥，直至質(zhì)量恒定，進(jìn)行粉碎從而制得粉末，即為用于堿提法提取不可溶性膳食纖維的材料，記為提取物2備用。

利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將上一步離心后留存的上清液蒸發(fā)濃縮至原體積的1/4，用95%乙醇溶液進(jìn)行醇析，得到黑蒜殘?jiān)械目扇苄陨攀忱w維[20]。將分離所得膳食纖維置于40 ℃恒溫干燥箱中進(jìn)行干燥至質(zhì)量恒定，得到黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維。

分別以pH（1，2，3和4）、浸提液料比（10∶1，15∶1，20∶1，25∶1和30∶1 mL/g）、浸提溫度（60，70，80，90和100 ℃）和浸提時(shí)間（20，40，60，80和100 min）為影響因素，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究不同因素對(duì)黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取的影響[21]。

1.2.3 堿提法提取黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維單因素試驗(yàn)

將提取物2置于堿性水溶液中恒溫提取。將所得提取液進(jìn)行過(guò)濾，將濾液于5 000 r/min離心10 min，所得沉淀即為堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維。將分離所得膳食纖維置于40 ℃恒溫干燥箱中進(jìn)行干燥至質(zhì)量恒定，得到黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維。

分別以堿液濃度（3%，4%，5%，6%和7%）、浸提液料比（10∶1，15∶1，20∶1，25∶1和30∶1 mL/g）、浸提溫度（30，40，50，60和70 ℃）和浸提時(shí)間（20，40，60，80和100 min）為影響因素，通過(guò)單因素試驗(yàn)研究不同因素對(duì)黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取的影響。

1.2.4 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定主要影響因素，設(shè)計(jì)不同因素不同水平的正交試驗(yàn)，制作正交試驗(yàn)表，見(jiàn)表1，確定最佳提取條件。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平

2 結(jié)果與分析

2.1 不同因素對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的單因素試驗(yàn)結(jié)果影響

2.1.1 pH對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取l.00 g提取物1于5個(gè)250 mL錐形瓶中，分別加入20 mL的蒸餾水，混合均勻，分別調(diào)節(jié)pH為1，2，3和4后在80 ℃水浴中提取40 min，得到提取液，在5 000 r/min下離心10 min后取出上清液，利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)提取液進(jìn)行濃縮，用95%乙醇進(jìn)行醇析，得到黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維，得到最佳pH 1左右。對(duì)pH范圍進(jìn)行詳細(xì)考察，調(diào)節(jié)pH 0.5，1.0，1.5和2.0，再按照上述步驟進(jìn)行試驗(yàn)，確定最佳pH。

由圖1可知，進(jìn)一步確定pH 1時(shí)，酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率最高。pH過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)使提取的膳食纖維含量降低。原因可能是：酸度減小，水解反應(yīng)進(jìn)行緩慢，從而使黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率降低；過(guò)低的pH會(huì)加劇水解反應(yīng)的進(jìn)行，使得果膠脫脂并裂解，從而導(dǎo)致黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率降低。

圖1 pH對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率的影響

2.1.2 液料比對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物1于5個(gè)250 mL錐形瓶中，分別加入10，15，20，25和30 mL的蒸餾水，混合均勻，調(diào)節(jié)pH 1在80 ℃水浴中提取40 min，得到提取液，在5 000 r/min下離心10 min后保留上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)留存的上清液進(jìn)行濃縮，用95%乙醇溶液進(jìn)行醇析，得到黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維，得出最佳浸提液料比。

如圖2所示，液料比15∶1 mL/g時(shí)，黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率相對(duì)較高。因此當(dāng)具有足夠大的液料比時(shí)，才能保證黑蒜殘?jiān)锌扇苄陨攀忱w維得到充分水解[22]。但提取液濃度會(huì)因?yàn)橐毫媳冗^(guò)大而變小，增加果膠提取難度，而且在醇析時(shí)會(huì)增加乙醇用量，造成不必要的資源浪費(fèi)。

圖2 液料比對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率的影響

2.1.3 溫度對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物1于5個(gè)250 mL錐形瓶中，加入20 mL蒸餾水，混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1，分別在60，70，80，90和100 ℃水浴中提取40 min，得到提取液，在5 000 r/min下離心10 min后取出上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)提取液進(jìn)行濃縮，用95%乙醇進(jìn)行醇析，得到黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維，選出最佳提取溫度。

由圖3可知，80 ℃時(shí)，黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率相對(duì)較高。隨著溫度的增高，黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的提取率反而降低。原因可能是溫度較低時(shí)，水解反應(yīng)速度較慢，溫度較高時(shí)又會(huì)破壞果膠結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膳食纖維的提取率偏低。

圖3 溫度對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率的影響

2.1.4 水解時(shí)間對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物1于5個(gè)250 mL錐形瓶中，加入20 mL蒸餾水，混合均勻，調(diào)節(jié)pH為1，在80 ℃水浴中分別提取20，40，60，80和100 min得到提取液，在5 000 r/min下離心10 min后取出上清液，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀對(duì)提取液進(jìn)行濃縮，用95%乙醇進(jìn)行醇析，得到黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維，選出最佳的提取時(shí)間。

如圖4所示，水解時(shí)間60 min時(shí)，黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率相對(duì)較高。若時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，溶液中的氫離子可能會(huì)導(dǎo)致果膠的裂解，若時(shí)間較短，果膠不能被充分水解[23]，都可能導(dǎo)致黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的提取率降低。

圖4 時(shí)間對(duì)酸提黑蒜殘?jiān)扇苄陨攀忱w維提取率的影響

將酸提黑蒜殘?jiān)扇苄蕴嵘攀忱w維提取工藝的單因素最佳條件確定為浸提pH 1.0、浸提液料比15∶1 mL/g、浸提溫度80 ℃、浸提時(shí)間60 min。

2.2 堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 堿液濃度對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物2于5個(gè)250 mL錐形瓶中，分別加入25 mL 3%，4%，5%，6%和7%的NaOH溶液，混合均勻，在50 ℃水浴中提取60 min，在5 000 r/min下離心10 min，所得沉淀即為不溶性膳食纖維，選出最佳堿液濃度。

由圖5可知，堿液濃度5%時(shí)，不溶性膳食纖維的提取率較高。隨著堿液濃度增大，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率反而降低。其原因可能是堿液濃度過(guò)低時(shí)，膳食纖維水解不夠充分，而堿液濃度達(dá)到一定值時(shí)，不溶性膳食纖維會(huì)進(jìn)一步降解，從而生成小分子多糖、低聚糖等物質(zhì)，最終導(dǎo)致黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的提取率降低。

圖5 堿液濃度對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率的影響

2.2.2 液料比對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物2于5個(gè)250 mL錐形瓶中，分別加入10，15，20，25和30 mL 6%的NaOH溶液，混合均勻，在50 ℃水浴中提取60 min，過(guò)濾得濾液，在5 000 r/min下離心10 min，所得沉淀即為不溶性膳食纖維，選出最佳液料比。

如圖6所示，浸提液料比15∶1 mL/g時(shí)，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的提取率相對(duì)較高。隨著液料比的不斷增加，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率逐漸降低?？赡艿脑蚴且毫媳冗^(guò)大會(huì)導(dǎo)致纖維素發(fā)生水解反應(yīng)，造成不溶性膳食纖維損失，導(dǎo)致黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率下降。

2.2.3 溫度對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物2于5個(gè)250 mL錐形瓶中，加入20 mL 6%的NaOH溶液，混合均勻，分別在30，40，50，60和70 ℃水浴中提取60 min，在5 000 r/min下離心10 min，所得沉淀即為不溶性膳食纖維，選出最佳提取溫度。

由圖7可知：提取溫度在40～60 ℃時(shí)，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率隨著堿提取溫度的升高而提升；溫度在60～70 ℃時(shí)，不溶性膳食纖維提取率開(kāi)始下降?？赡艿脑蚴菧囟鹊纳邔?dǎo)致蛋白質(zhì)等物質(zhì)的溶解性增大，而半纖維素等物質(zhì)仍未被水解[24]，導(dǎo)致黑蒜殘?jiān)胁蝗苄陨攀忱w維提取率不斷升高。當(dāng)溫度逐漸升高，高于60 ℃時(shí)，一部分纖維素或半纖維素等物質(zhì)會(huì)隨著溫度升高逐步分解、轉(zhuǎn)化或散失，致使黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率不斷下降。

圖7 溫度對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率的影響

2.2.4 浸提時(shí)間對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的影響試驗(yàn)

分別取1.00 g提取物2于5個(gè)250 mL錐形瓶中，分別加入6%的20 mL NaOH溶液，混合均勻，置于50 ℃水浴中提取20，40，60，80和100 min，在5 000 r/min下離心10 min，所得沉淀即為不溶性膳食纖維，選出最佳提取時(shí)間。

由圖8可看出：浸提時(shí)間在20～40 min范圍內(nèi)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率增高；浸提時(shí)間40 min時(shí)，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率最高；在40～80 min范圍內(nèi)，黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率則迅速下降?？赡艿脑蚴墙釙r(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致堿溶性物質(zhì)的溶解，從而使黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維中的某些纖維素物質(zhì)溶解，使黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維純度下降[25-27]，將堿提黑蒜殘?jiān)扇苄蕴嵘攀忱w維提取工藝的單因素最佳條件確定為堿液濃度5%、浸提液料比15∶1 mL/g、浸提溫度60 ℃、浸提時(shí)間40 min。

圖8 時(shí)間對(duì)堿提黑蒜殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維提取率的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 酸提法正交試驗(yàn)結(jié)果

酸提法主要影響因素為pH、液料比、溫度、時(shí)間，設(shè)計(jì)四因素三水平的正交試驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表2。

表2 酸提法L9(34)正交試驗(yàn)因素水平

基于單因素試驗(yàn)，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。在所測(cè)范圍內(nèi)，提取溫度、提取時(shí)間對(duì)提取效果影響顯著（P＜0.05），其影響強(qiáng)弱順序?yàn)镃＞D＞A=B。最佳組合為A1B3C3D3，即pH 0.5的酸溶液、料液比20∶1 mL/g、提取溫度90 ℃、提取時(shí)間80 min，按該提取條件進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)得黑蒜殘?jiān)攀忱w維提取率為11.4%，結(jié)果高于正交表中任意組合，說(shuō)明在該組合條件下提取效果最佳。

表3 酸提法正交試驗(yàn)結(jié)果

2.3.2 堿提法正交試驗(yàn)結(jié)果

堿提法主要影響因素為堿液濃度、液料比、溫度、時(shí)間，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)，因素與水平見(jiàn)表4。

表4 堿提法L9(34)正交試驗(yàn)因素水平

基于單因素試驗(yàn)，進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。在所測(cè)范圍內(nèi)，堿濃度和液料比對(duì)提取效果影響顯著（P＜0.05），其影響強(qiáng)弱順序?yàn)锳＞B＞C＞D。最佳組合為A3B3C1D2，即6%堿溶液、液料比20∶1 mL/g、提取溫度50 ℃、提取時(shí)間40 min。按該提取條件進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)得不溶性膳食纖維提取量為38.4%，結(jié)果高于正交表中任意組合，說(shuō)明在該組合條件下提取效果最佳。

表5 堿提法正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

黑蒜中的微量元素含量較高，具有較好的抗氧化功效和食療保健療效，其發(fā)展前景相對(duì)較為廣闊。膳食纖維作為功能食品的基礎(chǔ)原料，已占據(jù)一定消費(fèi)市場(chǎng)，也存在不可估量的潛在價(jià)值[28]。對(duì)黑蒜榨汁殘?jiān)攀忱w維提取開(kāi)展深入試驗(yàn)研究，對(duì)黑蒜榨汁殘?jiān)纳罴庸ぜ百Y源化利用具有指導(dǎo)性意義[29]。試驗(yàn)探究黑蒜榨汁殘?jiān)攀忱w維的最佳提取工藝條件，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)不同的影響因素進(jìn)行分析。試驗(yàn)采用科學(xué)的研究方法，通過(guò)控制單一變量的原則，在對(duì)比大量試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上得出結(jié)論，結(jié)果表明：黑蒜榨汁殘?jiān)崽峥扇苄陨攀忱w維的最佳提取工藝條件為pH 0.5、液料比20∶1 mL/g、溫度90 ℃、時(shí)間80 min，在此條件下黑蒜榨汁殘?jiān)扇苄陨攀忱w維的提取率最高；黑蒜榨汁殘?jiān)鼔A提不溶性膳食纖維最佳提取工藝條件為堿液濃度6%、液料比20∶1 mL/g、提取溫度50 ℃、提取時(shí)間40 min，在此條件下黑蒜榨汁殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維的提取率最高。綜上，利用酸提法提取黑蒜榨汁殘?jiān)锌扇苄陨攀忱w維，堿提法提取黑蒜榨汁殘?jiān)胁蝗苄陨攀忱w維可行，這種方法不僅能充分利用資源，也能為食品工業(yè)提供原料，具有一定經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，這對(duì)黑蒜的綜合利用有較高的參考價(jià)值[30]。但是，黑蒜殘?jiān)械纳攀忱w維的功能和特性還有待研究。