胡蘿卜膳食纖維提取工藝研究

韋琴 黃婉星

（武漢工商學院，湖北武漢 430065）お

摘要 ［目的］優化胡蘿卜渣膳食纖維的提取工藝。 ［方法］采用單因素試驗，確定酸提胡蘿卜渣中水溶性膳食纖維的最佳工藝條件；用中性蛋白酶去除以上殘渣中的蛋白質，通過單因素、正交試驗，確定α駁矸勖柑崛∷不溶性膳食纖維的最佳工藝條件。［結果］胡蘿卜渣中水溶性膳食纖維的最佳提取條件是：pH為3，水浴溫度為90 ℃，水浴時間為80 min，最佳料液比為1∶10 g/ml，此條件下水溶性膳食纖維的提取率為5.42%；水不溶性膳食纖維的最佳提取工藝條件是：pH為6，水浴溫度70 ℃，水浴時間60 min，加α駁矸勖噶0.6%，此條件下水不溶性膳食纖維的提取率為77.63%。［結論］該方法可為進一步優化膳食纖維提取工藝條件提供科學依據。

關鍵詞 胡蘿卜渣；膳食纖維；提取工藝

中圖分類號 SB631.2文獻標識碼 A文章編號 0517-6611（2014）19-06379-03

お

The Extraction Process of Carrot Dietary Fiber

WEI Qin et al

(Wuhan Technology and Business University, Wuhan, Hubei 430065)

Abstract ［Objective］ To optimize the extraction technology of carrot pomace dietary fiber. ［Method］ By single factor experiment, the optimum process conditions of acid瞖xtracting soluble dietary fiber of carrot pomace were determined; the protein in residue was removed by the neutral protease, and the optimum process conditions of alpha amylase 瞖xtracting insoluble dietary fiber were obtained by single factor and orthogonal test. ［Result］ The best condition of soluble dietary fiber is as follows: pH 3, water bath temperature 90 ℃, water bath time 80 min, the best material liquid ratio 1∶10 g/ml, the extraction yield of soluble dietary fiber under such condition is 5.42%; the best condition of insoluble dietary fiber is as follows : pH 6, water bath temperature 70 ℃, water bath time 60 min, plus alpha amylase 0.6%, the extraction yield of insoluble dietary fiber under such condition is 77.63%. ［Conclusion］ The study can provide scientific basis for further optimizing the process conditions of dietary fiber.

Key words Carrot pomace; Dietary fiber; Extraction technique

作者簡介 韋琴（1981- ），女，湖北天門人，講師，碩士，從事天然產物提取研究。

收稿日期 20140528

胡蘿卜富含胡蘿卜素，食用后經消化分解成維生素A，有防止夜盲癥和呼吸道疾病的作用［1］。胡蘿卜的營養價值很高，大部分營養物質是無氮浸出物，蛋白質含量也較其他塊根為多［2］。膳食纖維是一種不易被消化的食物營養素，指不能被人體消化道酵素分解的多糖類及木質素，主要包括木質素、碳水化合物、纖維素3個部分［3］，一般按溶解性分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維2類［4］。膳食纖維是除礦物質、脂類、蛋白質、維生素、碳水化合物、水之后的營養素，被稱為“第七營養素”，國際上提取膳食纖維的方法大致有6種：粗分離法、膜分離法、生物發酵法、化學法、酶-化學試劑結合法以及酶法［5］。酶法提取的膳食纖維中淀粉、蛋白質的去除率較高，而且對產物的破壞性很小，為制備純度較高的膳食纖維，一般采用酶法［6］。筆者以胡蘿卜渣為原材料，探討酸法提取水溶性膳食纖維、酶解法提取水不溶性膳食纖維的最佳工藝條件，以期為胡蘿卜膳食纖維提取提供科學依據。

1 材料與方法

1.1材料

1.1.1 研究對象。胡蘿卜購于白沙洲農產品大市場，將胡蘿卜洗凈去皮，于DS1高速組織搗碎機，過濾去除胡蘿卜汁，得胡蘿卜渣。

1.1.2 主要試劑。α駁矸勖福3 000~5000 U/g），北京雙旋微生物培養基制品廠；中性蛋白酶（60 000 U/g），武漢市華順生物技術有限公司。

1.1.3 主要儀器。TD25瞁S臺式低速離心機，HH2恒溫水浴鍋，DHS25型酸度計，DS1高速組織搗碎機，RE52CS旋轉蒸發儀，DL1萬用電爐，G2X9420MBE電熱恒溫鼓風干燥箱，AUY120電子分析天平。

1.2 方法

1.2.1 水溶性膳食纖維的提取單因素試驗。

1.2.1.1

pH對水溶性膳食纖維得率的影響。5份5 g胡蘿卜渣，按料液比為1∶10 g/ml，分別加入pH為1、2、3、4、5的鹽酸溶液50 ml，90 ℃水浴80 min，過濾，用旋轉蒸發儀將濾液減壓濃縮至原體積的1/4，加入50 ml的無水乙醇，5 000 r/min離心15 min后得到沉淀，烘干后即得水溶性膳食纖維，稱重并計算得率。5 g胡蘿卜渣濕樣烘干后得到玏1。

水溶性膳食纖維得率=水溶性膳食纖維重量 玏1×100%

1.2.1.2 溫度對水溶性膳食纖維得率的影響。

5份5 g胡蘿卜渣，按料液比為1∶10 g/ml，加入“1.2.1.1”的最適pH的鹽酸溶液50 ml，分別在60、70、80、90、100 ℃下水浴80 min，后與“1.2.1.1”方法相同。

1.2.1.3 提取時間對水溶性膳食纖維得率的影響。

5份5 g胡蘿卜渣，按料液比為1∶10 g/ml，加入“1.2.1.1”的最適pH的鹽酸溶液50 ml，在“1.2.1.2”的最佳水浴溫度下分別水浴60、70、80、90、100 min，后與“1.2.1.1”方法相同。

1.2.1.4 料液比對水溶性膳食纖維得率的影響。

5份5 g胡蘿卜渣，分別按料液比為1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/ml，加入“1.2.1.1”的最適pH的鹽酸溶液30、40、50、60、70 ml，在“1.2.1.2”的最佳提取溫度、“1.2.1.3”的最佳提取時間下水浴，后與“1.2.1.1”方法相同。

1.2.2 水不溶性膳食纖維的提取單因素試驗。

1.2.2.1

pH對水不溶性膳食纖維得率的影響。

5份5 g胡蘿卜渣（最佳工藝條件酸提后所得到的，下同），分別加入pH為4、5、6、7、8的蒸餾水50 ml，加入0.6％的α駁矸勖福80 ℃水浴80 min酶解，加入0.3％的中性蛋白酶，調節pH為6.5，70 ℃水浴60 min，煮沸1 min滅酶，5 000 r/min離心15 min后得到沉淀，烘干后即得水不溶性膳食纖維，稱重并計算得率。5 g酸提取后的胡蘿卜濾渣濕樣烘干后得┑姜玏2。

水不溶性膳食纖維得率=水不溶性膳食纖維重量 玏2×100%

1.2.2.2 酶解溫度對水不溶性膳食纖維得率的影響。

5份5 g胡蘿卜渣，加入“1.2.2.1”的最適pH的蒸餾水50 ml，加入0.6％的α駁矸勖福分別在60、70、80、90、100 ℃下水浴80 min，后與“1.2.2.1”方法相同。

1.2.2.3

酶解時間對水不溶性膳食纖維得率的影響。5份5 g胡蘿卜渣，加入“1.2.2.1”的最適pH的蒸餾水50 ml，加入0.6％的α駁矸勖福在“1.2.2.2”的最佳酶解溫度下分別水浴60、70、80、90、100 min，后與“1.2.2.1”方法┫嗤。

1.2.2.4 加酶量對水不溶性膳食纖維得率的影響。

5份5 g胡蘿卜渣，加入“1.2.2.1”的最適pH的蒸餾水50 ml，加α駁矸勖赴湊0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的濃度加入，在“1.2.2.2”的最佳提取溫度、“1.2.2.3”的最佳酶解時間下水浴，后與“1.2.2.1”方法相同。

1.2.3 水不溶性膳食纖維的提取正交試驗。

根據“1.2.2”單因素試驗結果，選取影響因素pH、酸解溫度、酶解時間、加酶量4個因素的3個水平采用L9（34）進行正交試驗，正交試驗因素水平見表1。

表1 水不溶性膳食纖維提取正交試驗因素水平設計

水平 因素 溫度（A）∥℃ pH（B） 加α駁矸勖噶開ぃ–）∥% 時間（D）min

1 65 5.5 0.5 50

2 70 6.0 0.6 60

3 75 6.5 0.7 70

1.2.4

驗證性試驗。根據單因素試驗得到水溶性膳食纖維的最佳工藝條件，在此條件下根據3次平行試驗計算得

率；根據單因素、正交試驗得出的水不溶性膳食纖維的

最優提取工藝條件，在此條件下根據3次平行試驗計算┑寐省＊

2 結果與分析

2.1 水溶性膳食纖維的提取單因素試驗

2.1.1

pH對水溶性膳食纖維得率的影響。由圖1可看出，水溶性膳食纖維的得率在pH 1~3的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是當pH小于3時，酸度太強，水解太強烈使提取率下降；當pH大于3時，由于酸解強度較弱，水解不夠充分，故而提取率下降。因此酸提時最適的pH為3。

圖1 pH對水溶性膳食纖維得率的影響

2.1.2 溫度對水溶性膳食纖維得率的影響。由圖2可看出，水溶性膳食纖維的得率在水浴溫度為60~90 ℃的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是當溫度大于90 ℃時，部分水溶性膳食纖維的結構被破壞，故而提取率下降。因此酸提時的最佳水浴溫度為90 ℃。

圖2 溫度對水溶性膳食纖維得率的影響

2.1.3 提取時間對水溶性膳食纖維得率的影響。由圖3可看出，水溶性膳食纖維的得率在水浴時間為60~80 min的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是當水浴時間小于80 min時，隨著時間的增加，水溶性膳食纖維逐漸被充分溶解，提取率隨之提高；而當提取時間大于80 min時，酸液作用于底物中的膳食纖維，導致其過度酸解，故而提取率下降。因此酸提時的最佳水浴時間為80 min。

圖3 時間對水溶性膳食纖維得率的影響

2.1.4 料液比對水溶性膳食纖維得率的影響。由圖4可看出，水溶性膳食纖維的得率在料液比為1∶6~1∶10g/ml的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是當料液比小于1∶10 ゞ/ml時，隨著提取液的增多，水溶性膳食纖維逐漸被充分溶解，提取率隨之提高；而當料液比大于1∶10 g/ml時，提高液體用量對提取率影響不大。因此酸提時的最佳料液比為1∶10 ゞ/ml。

圖4 料液比對水溶性膳食纖維得率的影響

由以上結果得知，用酸提法提取水溶性膳食纖維的最佳作用條件是pH為3，水浴溫度為90 ℃，水浴時間為80 min，最佳料液比為1∶10 g/ml。

2.2 水不溶性膳食纖維的提取單因素試驗。

2.2.1

pH對水不溶性膳食纖維得率的影響。由圖5可看出，水不溶性膳食纖維的得率在pH 4~6的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是α駁矸勖傅幕钚栽趐H為6時最強，淀粉的溶解度也最大，pH高于或低于這個值，淀粉的溶解度都會減小，從而造成提取率下降。因此酶解時最適的pH為6。

圖5 pH對水不溶性膳食纖維得率的影響

2.2.2

酶解溫度對水不溶性膳食纖維得率的影響。由圖6可看出，水不溶性膳食纖維的得率在酶解溫度為50~70 ℃的時候漸漸上升，之后逐漸下降。因此酶解時最適的溫度為70 ℃。

圖6 溫度對水不溶性膳食纖維得率的影響

2.2.3酶解時間對水不溶性膳食纖維得率的影響。由圖7可看出，水不溶性膳食纖維的得率在酶解時間為40~60 min的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是當酶解時間小于60 min時，淀粉的酶解不夠充分，提取率降低。因此酶解時最適的酶解時間為60 min。

圖7 酶解時間水不溶性對膳食纖維得率的影響

2.2.4 加酶量對水不溶性膳食纖維得率的影響。由圖8可看出，水不溶性膳食纖維的得率在加酶量為0.2%~0.6%的時候漸漸上升，之后逐漸下降。原因是當加酶量小于0.6%時，隨著加酶量的增多，淀粉逐漸被充分溶解，提取率隨之提高；而當加酶量大于0.6%時，提取率變化不明顯。因此酶解時的最佳加酶量為0.6%。

圖8 加酶量對水不溶性膳食纖維得率的影響

2.3 水不溶性膳食纖維的提取正交試驗 正交試驗結果見表2。由表2可知，酶法提取水不溶性膳食纖維的最佳作用

條件是A2B2C2D2，即溫度為70 ℃，pH 6.0，加酶量為0.6%，酶解時間為60 min。4個因素對提取率的影響順序由小到大為：加酶量＜酶解時間＜酶解溫度＜pH。由此可知，pH對水不溶性膳食纖維提取率的影響最大。

表2 水不溶性膳食纖維提取正交試驗結果分析

試驗號因素溫度（A） pH（B） 加α駁矸勖噶浚–） 時間（D）得率%

1 1 1 1 1 74.10

2 1 2 2 2 77.21

3 1 3 3 3 74.65

4 2 1 2 3 74.98

5 2 2 3 1 77.83

6 2 3 1 2 76.42

7 3 1 3 2 74.96

8 3 2 1 3 77.03

9 3 3 2 1 75.74

K1 222.96 224.04 227.55 224.82

K2 229.23 232.07 227.93 228.59

K3 227.73 226.81 227.44 226.66

R 2.09 2.68 0.17 1.26

2.4 驗證性試驗 根據“2.1”得到的最佳提取條件，經3次平行試驗，結果見表3，水溶性膳食纖維得率為5.42%。

表3 提取水溶性膳食纖維的驗證性試驗編號 殘渣重量∥g 得率∥%1 0.334 5.422 0.334 5.423 0.335 5.43平均值 - 5.42根據“2.3”得到的最佳提取條件A2B2C2D2，經3次平行試驗，結果見表4，水不溶性膳食纖維得率為77.63%。表4 提取水不溶性膳食纖維的驗證性試驗編號 殘渣重量∥g 得率∥%1 0.479 6 77.732 0.478 3 77.523 0.479 1 77.65平均值 - 77.633 結論與討論由試驗結果可知，提取水溶性膳食纖維的最佳工藝條件為料液比1∶10 g/ml，加入pH為3的鹽酸溶液，90 ℃水浴80 min，濾液濃縮后加入50 ml的無水乙醇，離心，沉淀烘干后稱重，在此條件下測得水溶性膳食纖維得率為5.42%；提取水不溶性膳食纖維的最佳工藝條件為pH調節到6.0，加入α駁矸勖0.6％，水浴70 ℃，60 min，再加入中性蛋白酶0.3％，調節pH為6.5，70 ℃水浴60 min酶解去蛋白，煮沸1 min滅酶，離心，沉淀烘干后稱重，在此條件下所得水不溶性膳食纖維得率為77.63%。在提取水溶性膳食纖維過程中，水浴后加入乙醇沉淀，因水溶性膳食纖維含量少，濃度較低，直接加入乙醇時用量很大，為節省資源，故先將溶液減壓濃縮至原體積的1/4，提高濃度后再加入乙醇沉淀；在提取水不溶性膳食纖維過程中，采用中性蛋白酶水解法去除了水不溶性膳食纖維里的蛋白質，且酶法方法溫和，對產物破壞力小，去除率較高。與參考文獻［7］提取的水不溶性膳食纖維得率69.12%相比，此次研究77.63%的提取率比之高出8.51個百分點，說明酶法提取水不溶性膳食纖維相比其他方法有一定的優勢，包括操作簡單、提取率高、產物品質好等。采用該工藝制備的胡蘿卜渣可溶性膳食纖維溶解性良好，不溶性膳食纖維提取率高，對同行膳食纖維的提取研究工作有一定的參考價值。同時深入研究該課題建議是將胡蘿卜中提取的膳食纖維進一步應用于面包、餅干、飲料等多種食品加工中，開發出形式、風味多樣，食用方便且美味的膳食纖維食品。參考文獻［1］ 楊月欣，王光亞.實用食物營養成分分析手冊［M］.北京：中國輕工業出版社，2002：80.［2］葛可佑.中國營養科學全書［M］.北京：人民出版社，2004：240-245.［3］SONG X Y，HE G Q，RUAN H，et al.Preparation and properties of octenyl succinic anhy dride modified early indicia rice starch［J］.Starch，2006，58（2）：109-117.［4］劉忠萍，華聘聘.大豆膳食纖維研究［J］.糧食與油脂，2009，9（8）：11-12.ぃ5］KOROSKENY B，MCCARTHY S.PMicrowave瞐ssisted solvent瞗ree or aqueous瞓ased synthesis of biodegradable polymers［J］.Journal of Polymer and The Environment，2002，10（11）：93-104.［6］鄭建仙，高孔榮.論膳食纖維［J］.食品與發酵工業，1994，13（4）：32-38.［7］邵煥霞.胡蘿卜渣中膳食纖維提取工藝研究［J］.食品與發酵科技，2009，45（4）：4-18.