曾慧婷 鄭亞倩 戴迪 何小群 陳超 王小青，5 虞金寶，4 李晶#

（1 江西省中醫(yī)藥研究院 南昌 330046；2 江西中醫(yī)藥大學 南昌 330004；3 江西省中藥資源保護與開發(fā)利用工程研究中心 南昌 330046；4 江西省中藥原料質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)服務(wù)中心 南昌 330046；5 中藥材種質(zhì)選育繁育重點研究室 江西南昌 330046）

膳食纖維（Dietary Fiber,DF）為來源于植物細胞壁中不易被消化的食物營養(yǎng)素，被譽為人體健康所必需的“第七大營養(yǎng)素”，其主要成分包括了所有不可消化的多糖，如纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、樹脂、低聚糖及果膠等[1]。已有研究表明，膳食纖維具有輔助降低罹患肥胖癥、糖尿病、高脂血癥、冠心病及胃腸道等疾病風險的功效。天然膳食纖維根據(jù)其來源可分為蔬菜纖維、水果纖維、谷物類纖維、豆類纖維等；根據(jù)其溶解性可分為可溶性膳食纖維（SDF）和不可溶性膳食纖維（IDF）兩類，SDF 可溶于水且能被大腸中微生物發(fā)酵分解，具有抗氧化、調(diào)節(jié)糖脂代謝和腸道微生態(tài)平衡等生物學功能；IDF 不溶于水且不能被大腸微生物分解，具有降低膽固醇、預防便秘、降低血糖及吸附金屬離子等功能特性[2～4]。

粉葛為豆科植物甘葛藤（Pueraria thomsoniiBenth.）的干燥根，具有解肌退熱、生津止渴、透疹、升陽止瀉、通經(jīng)活絡(luò)、解酒毒等功效[5]。粉葛具有良好的食用價值，于2018 年被國家衛(wèi)生健康委員會列為藥食同源品種，每年產(chǎn)量巨大，江西為粉葛主產(chǎn)區(qū)之一，年產(chǎn)量約達一萬噸[6]。古代關(guān)于葛及粉葛的應(yīng)用記載主要集中在紡織和傳統(tǒng)醫(yī)藥方面，隨著粉葛在保健養(yǎng)生應(yīng)用中的提升及種植規(guī)模的不斷擴大，其產(chǎn)業(yè)化過程中產(chǎn)生的廢棄物葛渣主要以粗放低值化利用方式如肥料化、栽培基質(zhì)、飼料化等為主，或未得到有效利用而廢棄，造成嚴重的資源浪費和生態(tài)環(huán)境污染。前期研究表明，廢棄的葛根渣尚含有豐富的黃酮類成分，主要為葛根素、大豆苷和大豆苷元[7～8]，此外，還含有生物堿類、甾體類、糖類以及氨基酸類等多種資源性化學成分。近年來研究報道，葛根渣中含有70%以上的總膳食纖維，是良好的天然膳食纖維來源[9～10]。本研究以江西省橫峰縣所產(chǎn)粉葛提取葛粉后的廢棄葛渣為研究對象，采用苯酚-硫酸法、酸堿處理對葛根渣中的多糖和粗纖維含量進行測定，并采用酶法制備膳食纖維，確定其最佳提取工藝參數(shù)，為葛根渣資源價值發(fā)現(xiàn)及資源利用效率提升提供科學依據(jù)?，F(xiàn)報道如下：

1 材料

1.1 儀器 UA-2600i 可見紫外分光光度計（島津）；CXC-06 粗纖維測定儀（浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司）；TSF-50A-1 水分快速測定儀（上海佑科儀器儀表有限公司）；LD4-2A 型低速離心機（北京京立離心機有限公司）；Direct-Q8 UV 超純水制備系統(tǒng)（廈門精藝興業(yè)科技有限公司）；SX-4-10 箱式電阻爐（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；BGZ-70 電熱鼓風干燥箱（上海博迅醫(yī)療生物儀器股份有限公司）；KQ-250DB 型數(shù)控超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）；AG-135 型電子天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司] ；XMTD-7000 電熱恒溫水浴鍋（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；BC3-1 超微粉碎機（河北本辰科技有限公司）；YF-1000 型高速中藥粉碎機（浙江瑞安市永歷制藥機械有限公司）。

1.2 試劑與樣品 無水葡萄糖（Glc，批號：110833-202109） 購于中國食品藥品檢定研究院；α-淀粉酶（枯草桿菌）50 U/mg、糖化酶100 U/mg、木瓜蛋白酶800 U/mg 均購于上海源葉生物科技有限公司；蒸餾水（Direct-Q8 UV 超純水制備系統(tǒng)自制）；乙醇、丙酮、硫酸等試劑均為分析純。葛根渣樣品為粉葛（P.thomsoniiBenth.）經(jīng)渣漿分離機提取葛粉后所得的固體廢棄物，由橫峰縣葛峰葛業(yè)種植專業(yè)合作社提供。葛根渣處理：將基地收集的葛根渣樣品水洗、除雜，于50℃鼓風干燥后，經(jīng)超微粉碎機粉碎成纖維狀粗粉，不過篩。

2 試驗方法

2.1 葛根渣中多糖含量測定

2.1.1 對照品溶液制備 取無水葡萄糖對照品適量，精密稱定，加水制成每1 mL 含100 μg 的溶液，即得。

2.1.2 標準曲線的制備 精密量取對照品溶液0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL，分別置于10 mL 具塞試管中，各加水補至1.0 mL，精密加入5%苯酚溶液1 mL（臨用配制），搖勻，再精密加硫酸5 mL，搖勻，置沸水浴中加熱20 min，取出，置冰浴中冷卻5 min，以相應(yīng)試劑為空白，照紫外-可見分光光度法（2020 年版《中華人民共和國藥典》四部通則0401），在488 nm 波長處測定吸光度值。以質(zhì)量濃度為橫坐標（X），吸光度值為縱坐標（Y），繪制葡萄糖標準曲線，得線性方程Y=0.008 1X+0.015 2，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 5。表明葡萄糖濃度在20.08～100.40 μg/mL 范圍內(nèi)與吸光度線性關(guān)系良好。

2.1.3 供試品溶液的制備 精密稱取葛根渣樣品1 g，精密稱定，加水200 mL，加熱回流2 h，放冷，轉(zhuǎn)移至250 mL 量瓶中，用少量水分次洗滌容器，洗液并入同一量瓶中，加水至刻度，搖勻，濾過，精密量取續(xù)濾液2 mL，置50 mL 離心管中，精密加入無水乙醇10 mL，搖勻，冷藏1 h，取出，離心（轉(zhuǎn)速為6 500 r/min）20 min，棄去上清液（必要時濾過），沉淀加80%乙醇洗滌2 次，每次8 mL，離心，棄去上清液，沉淀加熱水溶解，轉(zhuǎn)移至25 mL 量瓶中，放冷，加水至刻度，搖勻，即得。

2.1.4 多糖含量測定 精密吸取上述供試品溶液1 mL，置10 mL 具塞試管中，照“2.1.2”項方法，自“精密加入5%苯酚溶液1 mL”起，依法測定吸光度，從標準曲線上讀出供試品溶液中無水葡萄糖的量，以干基計算，即得。

2.2 葛根渣中粗纖維含量測定 采用《植物類食品中粗纖維的測定》[11]法，并應(yīng)用CXC-06 粗纖維測定儀測定粗纖維含量（以干基計）。

2.3 葛根渣中膳食纖維提取工藝研究 單因素試驗各參數(shù)參考相關(guān)研究報道[12]。

2.3.1 不溶性膳食纖維的制備 稱取10 g 烘干粉碎的葛根渣樣品，以20 倍水溶解，加入α-淀粉酶和糖化酶的混合酶在60℃條件下酶解一定時間，煮沸滅酶后過濾，棄去濾液，保留濾渣。再加入中性蛋白酶在55℃條件下酶解一定時間，煮沸滅酶后過濾，并用蒸餾水洗滌濾渣，然后再將濾渣用乙醇和丙酮洗滌，除去脂肪，清洗、烘干、粉碎過60 目篩，即得葛根渣不溶性膳食纖維。

2.3.2 膳食纖維膨脹力的測定 準確稱取葛根渣膳食纖維0.3 g，置于量筒中，加入10 mL 蒸餾水，振蕩均勻后室溫放置24 h，讀取液體中膳食纖維的體積，計算膨脹力。葛根渣膳食纖維提取以總膳食纖維（TDF）得率（%）和膨脹力為指標，考察酶解工藝參數(shù)。TDF 提取率%=干燥后TDF 的質(zhì)量÷干燥原料質(zhì)量×100%。膨脹力=[膨脹后纖維體積（mL）－干品體積（mL）] ÷樣品干質(zhì)量（g）。

2.3.3 單因素試驗設(shè)計 （1）復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加比例考察。稱取10g 葛根渣樣品共7 份，α-淀粉酶與糖化酶的比例分別為1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6、1∶7，總添加量為3%，加20 倍水；在60℃的條件下恒溫水浴60 min，煮沸滅酶，加入0.15%木瓜蛋白酶；在55℃的條件下恒溫水浴60 min；煮沸滅酶后過濾，然后再將濾渣分別用乙醇和丙酮洗滌，除去脂肪，清洗、烘干。取出后粉碎，過60 目篩，測定膨脹力。（2）復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加總量考察。稱取10 g 葛根渣樣品共7 份，α-淀粉酶、糖化酶的比例為1∶4，總添加量分別為1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%，加20 倍水；在60℃的條件下恒溫水浴60 min，煮沸滅酶，加入0.15%木瓜蛋白酶；在55℃的條件下恒溫水浴60 min；煮沸滅酶后過濾，然后再將濾渣分別用乙醇和丙酮洗滌，除去脂肪，清洗、烘干。取出后粉碎，過60 目篩，測定膨脹力。（3）復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的酶解時間考察。稱取10 g 葛根渣樣品共7 份，α-淀粉酶、糖化酶的比例為1∶4，總添加量為3%，加20 倍水；在60℃的條件下分別恒溫水浴30、45、60、75、90、105、120 min，煮沸滅酶，加入0.15%木瓜蛋白酶；在55℃的條件下恒溫水浴60 min；煮沸滅酶后過濾，然后再將濾渣分別用乙醇和丙酮洗滌，除去脂肪，清洗、烘干。取出后粉碎，過60 目篩，測定膨脹力。（4）復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的酶解溫度考察。稱取10 g 葛根渣樣品共7 份，α-淀粉酶、糖化酶的比例為1∶4，總添加量為3%，加20 倍水；分別在45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃的條件下恒溫水浴60 min，煮沸滅酶，加入0.15%木瓜蛋白酶；在55℃的條件下恒溫水浴60min；煮沸滅酶后過濾，然后再將濾渣分別用乙醇和丙酮洗滌，除去脂肪，清洗、烘干。取出后粉碎，過60 目篩，測定膨脹力。（5）蛋白酶用量的考察。稱取10 g葛根渣樣品共7 份，α-淀粉酶、糖化酶的比例為1∶4，總添加量為3%，加20 倍水；在60℃的條件下恒溫水浴60 min，煮沸滅酶，分別加入0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%木瓜蛋白酶；在55℃的條件下恒溫水浴60 min；煮沸滅酶后過濾，然后再將濾渣分別用乙醇和丙酮洗滌，除去脂肪，清洗、烘干。取出后粉碎，過60 目篩，測定膨脹力。

3 結(jié)果與分析

3.1 葛根渣中多糖和粗纖維含量測定 葛根渣中多糖和粗纖維含量測定結(jié)果。見表1。根據(jù)干物質(zhì)計算，葛根渣中多糖含量為10.30%，粗纖維含量為15.58%。

表1 葛根渣中多糖和粗纖維含量測定（%）

3.2 葛根渣膳食纖維提取工藝研究

3.2.1 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加比例考察復合酶添加比例對葛根渣中膳食纖維提取率及膨脹力的影響。見圖1。結(jié)果顯示，隨著復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）添加比例升高，TDF 得率呈先升后降的趨勢，二者比例在1∶3 時TDF 得率最高，為71.79%，且膨脹力最大（7.87）。因此，復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加比例以1∶3 最佳。

圖1 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加比例考察

3.2.2 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加總量考察復合酶添加總量對葛根渣中膳食纖維提取率及膨脹力的影響如圖2 所示。由圖可知，隨著復合酶添加總量的增大，TDF 得率分別為69.35%、69.23%、68.23%、69.37%、70.14%、68.22%、67.19%，總體變化趨勢不明顯，添加總量在5%時得率最高（70.14%）。不同復合酶添加總量條件下所得到的膳食纖維膨脹力呈先升后降的趨勢，以復合酶添加總量為4%時膨脹力最大，基于獲取高品質(zhì)膳食纖維以及經(jīng)濟最優(yōu)的角度，綜合考量下選擇復合酶添加總量4%。

圖2 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的添加總量考察

3.2.3 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的酶解時間考察復合酶酶解時間對葛根渣中膳食纖維提取率及膨脹力的影響如圖3 所示。結(jié)果顯示，不同酶解溫度下TDF 得率分別71.16%、71.51%、71.79%、72.76%、71.20%、71.50%、71.50%，總體變化趨勢差異較小，以酶解時間為75 min 時的TDF 得率最高（72.76%），且膨脹力最大（8.20），選擇酶解時間為75 min。

圖3 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的酶解時間考察

3.2.4 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的酶解溫度考察溫度對酶活性影響具有雙重性，本研究分梯度考察不同酶解溫度下對復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）活性的影響。隨著酶解溫度的升高，TDF 得率和膨脹力總體趨勢先升后降，在酶解溫度為65℃時最大，TDF 得率為72.26%，膨脹力為9.18，酶活力隨著溫度升高而增大，達到最適溫度后隨溫度升高酶活力逐漸降低。復合酶酶解溫度對葛根渣中膳食纖維提取率及膨脹力的影響如圖4 所示。

圖4 復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）的酶解溫度考察

3.2.5 蛋白酶用量的考察 本研究以木瓜蛋白酶作為酶制劑，通過考察木瓜蛋白酶添加總量，結(jié)果顯示，木瓜蛋白酶不同添加總量條件下TDF 得率分別為 71.67% 、70.15% 、72.75% 、72.30% 、72.09% 、73.18%、72.23%，膨脹力分別為5.57、5.25、5.90、5.25、5.25、6.89、5.90。蛋白酶添加總量為0.3%時膳食纖維提取率及膨脹力最大，故確定蛋白酶添加總量為0.3%。蛋白酶用量對葛根渣中膳食纖維提取率及膨脹力的影響如圖5 所示。

圖5 蛋白酶用量的考察

4 討論

多糖具有增強免疫力、降血糖、抗腫瘤、抗氧化等多種生物學功能，葛根渣本身為粉葛根提取葛粉后的殘渣，尚存有一定量的多糖成分[12～13]。粗纖維是膳食纖維的一部分，主要指植物組織用一定濃度的酸、堿、醇和醚等試劑，在一定溫度條件下，經(jīng)過一定時間的處理后所剩下的殘留物，其主要成分是纖維素和木質(zhì)素。研究表明，葛根渣中果膠和木質(zhì)素含量較高，葛根渣纖維在強力、吸水性和染色性方面不及苧麻和亞麻纖維，但手感較它們?nèi)彳沎14]。本研究中分別采用通過苯酚-硫酸法、酸堿消煮法對葛根渣中的多糖和粗纖維含量進行測定，得到葛根渣中多糖含量為10.30%，粗纖維含量為15.58%，表明廢棄的葛根渣中多糖和粗纖維含量豐富，結(jié)果可為后續(xù)葛根渣的資源循環(huán)利用途徑提供了數(shù)據(jù)支撐。此外，關(guān)于葛根渣中膳食纖維的報道亦較多，主要圍繞葛根渣中膳食纖維制備工藝研究、葛根渣膳食纖維降血糖、增強免疫等藥理活性研究以及采用發(fā)酵法應(yīng)用于食品開發(fā)等方面。本研究通過傳統(tǒng)復合酶法制備總膳食纖維，得到酶法制備葛根渣中總膳食纖維的最佳工藝條件為：復合酶（α-淀粉酶、糖化酶）添加比例1∶3、添加總量4%、酶解時間75 min、酶解溫度65℃，蛋白酶添加總量為0.3%，該工藝參數(shù)的確定可為后期葛根渣膳食纖維的轉(zhuǎn)化增效及精細高值化利用提供參考。

本研究前期圍繞粉葛資源產(chǎn)業(yè)化過程中所產(chǎn)生的非藥用部位（莖、葉和花）、工業(yè)廢水、固體廢棄物（須根、葛根頭、葛渣）等，對其黃酮類資源性化學成分進行分析，結(jié)果顯示，除葛花外，粉葛廢棄物（葛根渣、葛莖、根皮、須根、葛根頭和廢水）中黃酮類成分種類基本一致，主要為葛根素、大豆苷、染料木苷、大豆苷元[7]。葛根渣作為具有一定資源化潛力的藥食兩用藥渣，可基于轉(zhuǎn)化增效資源化利用模式，采用提取富集、生物轉(zhuǎn)化、發(fā)酵轉(zhuǎn)化等技術(shù)，提升其資源性物質(zhì)的利用效率，以獲得如蛋白飼料、有機肥料、生物能源等高附加值產(chǎn)品?；诰毟咧蒂Y源化利用模式，通過提取富集、糖化處理等方法和技術(shù)，從葛根渣中獲得具有潛在利用價值的資源性化學成分，進一步開發(fā)成各類精細高值化產(chǎn)品如醫(yī)藥中間體、保健產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、香精香料等，并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化[15]。作者常年致力于中藥資源化學與資源循環(huán)利用研究，后期將針對葛根渣中的黃酮類資源性化學成分進行提取富集研究，以期使葛根渣的資源循環(huán)利用進一步綜合化、合理化、高值化，對延伸粉葛資源產(chǎn)業(yè)鏈和綠色發(fā)展具有重要意義。