超聲結合酶法提取花生粕中水溶性膳食纖維及其功能性研究

宋慧，苗敬芝，董玉瑋

（徐州工程學院食品工程學院，江蘇徐州 221111）

膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在人體大腸能部分或全部發酵的可食用植物成分、碳水化合物及其相類似物質的總和[1]，是一種資源豐富，對人體具有多種生理功能的物質，對預防疾病和保障人體健康起著重要作用，是理想的功能性食品原料，被稱為繼碳水化合物、蛋白質、脂肪、維生素、礦物質和水之后的“第七大營養素”[2]。

膳食纖維根據其溶解性分為水溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF）。水溶性膳食纖維指不能被人體消化酶消化分解，可溶于熱水的非淀粉多糖，如果膠、部分半纖維素和植物膠等；水不溶性膳食纖維指不能被人體消化酶消化分解，且不溶于熱水的非淀粉多糖，如纖維素、部分半纖維素和木質素等。研究表明，水溶性膳食纖維可預防和治療心腦血管疾病、糖尿病、高血壓、改善腸道內微生物菌群、清楚外源有害物質、清楚體內自由基、抗氧化防衰老、抗癌防癌、增強機體免疫力等生理功效[3]。

花生粕是花生榨油后的副產物，營養豐富，含人體所必需的多種氨基酸，維生素、礦物質、多糖、膳食纖維[4]。水溶性膳食纖維提取方法常用有酸法、堿法、酶法和超聲法。本文以花生粕為原料，采用超聲結合酶法提取花生粕中水溶性膳食纖維，探討提取工藝條件，并對其功能性進行研究，為提高花生粕的附加值和綜合利用提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

花生粕：徐州市七里溝農貿市場。

酸性纖維素酶活力（ 40000 U/g）：天津市諾奧科技發展有限公司；95%乙醇、鹽酸、氫氧化鈉、醋酸、醋酸鈉、鄰苯三酚等為國產分析純試劑；三（羥甲基）胺基甲烷（tris）：生化試劑，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

THZ-82型數顯式電熱恒溫水浴鍋、GZX-DH-600型電熱恒溫干燥箱：上海躍進醫療器械廠；FA2140N型電子天平：上海精密科學儀器公司；PHS-3C精密pH計：上海雷磁儀器廠；SHB-ⅢS循環水式多用真空泵：鄭州長城科工貿有限公司；756紫外可見分光光度計：上海成光儀器有限公司；DL-5低速大容量離心機：上海安亭科學儀器廠制造。

1.3 方法

1.3.1 超聲水提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝流程

花生粕→干燥→粉碎，過60目→稱取1 g樣品→按一定固液比加去離子水→超聲→離心→過濾，取濾液，加入4倍體積95%的乙醇沉淀（2 h）→過濾→78%乙醇洗滌濾渣→干燥，稱重即得水溶性膳食纖維

1.3.2 超聲結合酶法提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝流程

花生粕→干燥→粉碎，過60目→稱取1 g樣品→按一定固液比加去離子水→加NaAc-HAc緩沖液調節pH→50℃，加酸性纖維素酶溶液→超聲→離心→過濾，取濾液，加入4倍體積95%的乙醇沉淀（2 h）→過濾→78%乙醇洗滌濾渣→干燥，稱重即得水溶性膳食纖維。

1.3.3 超聲水提法正交試驗

考察料液比、超聲時間、超聲功率三因素綜合效應對水溶性膳食纖維提取率的影響，確立三因素三水平的正交實驗因素水平，見表1。

表1 超聲水提法正交試驗因素水平表Table 1Levels of orthogonal test L9（34）of condition on ultrasound water extraction

1.3.4 超聲結合酶法正交試驗

考察料液比、超聲時間、加酶量、超聲功率四因素的綜合效應對水溶性膳食纖維提取率的影響，確立四因素三水平的正交實驗因素水平，見表2。

表2 超聲結合酶法提取正交試驗因素水平表Table 2 Levels of orthogonal test L9（34）of condition on ultrasound combined with enzyme extraction

1.3.5 水溶性膳食纖維提取率的計算

A1：4 mL Tris-HCl+1 mLSDF+2 mL 鄰苯三酚；A2：4 mL Tris-HCl+1 mLSDF+2 mL 蒸餾水；A3：4 mL Tris-HCl+1 mL蒸餾水+2 mL鄰苯三酚。

1.3.7 花生粕中水溶性膳食纖維的理化特性試驗1.3.7.1 水溶性膳食纖維持水力測定[6]

準確稱取花生粕水溶性膳食纖維1 g放入燒杯中，加入50 mL蒸餾水，于室溫下攪拌24 h，然后在 3000 r/min的條件下離心30 min，除去上清液，稱量樣品的濕重。

1.3.7.2 水溶性膳食纖維膨脹力測定[13]

準確稱取花生粕水溶性膳食纖維1 g置于量筒中，加入25 mL水，振蕩均勻后，室溫放置24 h。觀察可溶性膳食纖維樣品在試管中的自由膨脹體積（mL），換算成每克干物質的膨脹體積（mL）來表示。

2 結果與分析

2.1 超聲水提取可溶性膳食纖維單因素試驗結果

2.1.1 料液比的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，按照料液比 1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1 ∶35 g/mL 加入去離子水，超聲功率150 W條件下提取10 min。結果如圖1所示。

圖1 料液比對提取率的影響Fig.1 Effects of ratio of material to liquid on extraction rate of SDF

由圖1可看出，隨著料液比增加，可溶性膳食纖維得率逐漸增加，當料液比達到1∶25 g/mL時，提取率最大為10.62%，故料液比在1∶25 g/mL時為最佳的提取條件。

2.1.2 超聲時間的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶25 g/mL加入去離子水，超聲功率150 W條件下分別提取 10、15、20、25、30 min。結果如圖 2 所示。

圖2 超聲時間對提取率的影響Fig.2 Effects of extraction time on extraction rate of SDF

由圖2可看出，隨著超聲時間增加，提取率提高，當時間為25 min時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為10.43%，故超聲時間在25 min時為最佳的提取條件。

2.1.3 超聲功率的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶25 g/mL加入去離子水，超聲功率為100、125、150、175、200 W 條件下提取 25 min，如圖 3 所示。

圖3 超聲功率對提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic power on extraction of SDF

由圖3可看出，隨著超聲功率的增加，提取率提高，當功率為150 W時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為11.05%，故超聲功率在150 W時為最佳的提取條件。

2.2 超聲結合酶法提取可溶性膳食纖維單因素試驗

2.2.1 加酶量的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶25 g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調節pH為5，按1%、2%、3%、4%、5%量加入酸性纖維素酶，超聲功率150 W條件下提取25 min。結果如圖4所示。

圖4 加酶量對提取率的影響Fig.4 Effect of Enzyme volume on extraction of SDF

由圖4可看出，隨著纖維素酶加酶量增加，提取率逐漸提高，當酶量為2%時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為13.82%，故纖維素酶加酶量在2%時為最佳的提取條件。

2.2.2 料液比的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比依次為 1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30、1 ∶35 g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調節pH為5，超聲功率150 W條件下提取10 min。結果如圖5所示。

由圖5可看出，隨著料液比增加，可溶性膳食纖維得率逐漸增加，當料液比達到1∶20 g/mL時，提取率最大，可溶性膳食纖維提取率為10.32%，故料液比在1∶20 g/mL時為最佳的提取條件。

圖5 料液比對可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.5 The ratio of material to water on extraction of SDF

2.2.3 超聲時間的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶20g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調節pH為5，超聲功率150 W條件下分別提取10、15、20、25、30 min。結果如圖6所示。

圖6 超聲時間對提取率的影響Fig.6 Effect of ultrasonic time on extraction of SDF

由圖6可看出，隨著超聲時間增加，提取率提高，當時間為20 min時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為13.12%，故超聲時間在20 min時為最佳的提取條件。

2.2.4 超聲功率的確定

稱取樣品1 g，5份，分別放入5個50 mL燒杯中，料液比1∶20 g/mL，加入NaAc-HAc緩沖液調節pH為5，超聲功率為 100、125、150、175、200 W 條件下提取25 min。結果如圖7所示。

圖7 超聲功率對提取率的影響Fig.7 Effect of ultrasonic power on extraction of SDF

由圖7可看出，隨著超聲功率的增加，提取率提高，當功率為175W時，達到最高點，可溶性膳食纖維提取率為12.69%，故超聲時間在70%時為最佳的提取條件。

2.3 超聲水提取最佳工藝參數的確定

采用正交試驗，優化超聲水提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝條件，結果見表3。

表3 超聲水提法正交實驗結果Table 3 Results of orthogonal test of ultrasonic water extracting methods

由表3可知，各因素對提取率的影響順序為C＞A＞B，即功率＞料液比＞時間。最優水平組合是A3B2C2，即料液比1∶30 g/mL，超聲時間25 min，超聲功率150 W，按最優水平組合重復試驗，花生粕中水溶性膳食纖維提取率為12.56%。

2.4 超聲結合纖維素酶最佳工藝參數的確定

采用正交試驗，優化超聲結合法提取花生粕中水溶性膳食纖維工藝條件，結果見表4。

表4 超聲結合酶法正交實驗結果Table Results of orthogonal test of ultrasonic-enzymatic extracting methods

由表4可知，各因素對提取率的影響順序為C＞D＞B＞A，即加酶量﹥功率﹥時間﹥料液比。最優水平組合是A3B1C2D2，即料液比1∶25，超聲時間15 min，加酶量2%，超聲功率175 W，按最優水平組合重復試驗，花生粕中水溶性膳食纖維提取率為15.84%。

2.5 花生粕中可溶性膳食纖維對自由基的清除效果

圖8 SDF對清除能力Fig.8 Scavenging ability of SDF on

2.6 花生粕中可溶性膳食纖維的理化特性效果

2.6.1 可溶性膳食纖維持水力測定結果

稱取水溶性膳食纖維1 g放入燒杯中，加入50 mL蒸餾水，室溫下攪拌24 h，在 3000 r/min的條件下離心30 min，稱量樣品的濕重，結果見表5。

表5 花生粕水溶性膳食纖維的持水力測定結果Table 5 Results of retention ability of soluble dietary fiber of peanut meal

由表5可知，花生粕可溶性膳食纖維的持水力為404%，該指標與麩皮膳食纖維的持水力接近（400%）。說明花生粕可溶性膳食纖維的持水力較高，是一種較優良的食物纖維。

2.6 可溶性膳食纖維膨脹力測定結果

稱取花生粕水溶性膳食纖維1 g置于量筒中，加入25 mL水，振蕩均勻后，室溫放置24 h。觀察可溶性膳食纖維樣品在試管中的自由膨脹體積（mL），換算成每克干物質的膨脹體積（mL）。結果見表6。

表6 花生粕水溶性膳食纖維膨脹力測定結果Table 6 Results of expansibility of soluble dietary fiber of peanut meal

由表6可知，花生粕可溶性膳食纖維的膨脹力為2.70 mL/g，說明花生粕可溶性膳食纖維具有良好的保水能力。

3 結論

1）在單因素的基礎上，通過正交試驗，優化實驗條件，超聲水提取的最佳工藝條件為：料液比1∶30 g/mL，時間25 min，功率150 W，花生粕中可溶性膳食纖維提取率為12.56%；超聲結合纖維素酶的最佳工藝條件為：料液比 1∶25 g/mL，時間 15 min，加酶量 2%，功率175 W，花生粕中可溶性膳食纖維提取率為15.84%。

3）花生粕中可溶性膳食纖維的持水力為404%，溶脹力為2.70 mL/g。

說明從花生粕中提取的可溶性膳食纖維具有良好的生理活性，可作為功能性食品基料添加到食品中，既增加了產品的保健功能，同時又提高了花生粕的附加值，具有廣闊的市場前景。

[1] 史紅兵.蘋果渣制備膳食纖維的工藝研究[D].西北大學,2002：23-44

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[3] 韓俊娟,木泰華,張柏林.膳食纖維生理功能的研究現狀[J].食品科技,2008(6)：243-245

[4] 梅娜.花生粕化學成分的研究[D].西北農林科技大學,2007：4-5

[5] 李兆杰,薛長湖,陳磊,等.低分子量海帶巖藻聚糖硫酸醋的清除活性氧自由基和體內抗氧化作用[J].水產學報,2001,25(1)：64-68

[6] 華欲飛,顧玉興,王洪晶.功能性大豆膳食纖維的制備及性能研究[J].中國油脂,2004,29(10)：43-46