槲葉中膳食纖維的提取

◎ 林以琳，侯笑林

（青島工學(xué)院食品工程學(xué)院，山東 青島 266300）

槲樹形大如荷葉，為多年生灌木，木不成材[1]。槲樹的葉、皮和種子都有藥用價(jià)值，其中槲葉氣味甘、苦、平，無(wú)毒，具有止血、止渴、利小便的功效。

膳食纖維對(duì)于預(yù)防疾病和保障人體健康有很重要的作用，是理想的功能性保健食品原料，被醫(yī)學(xué)界、營(yíng)養(yǎng)學(xué)專家稱為繼六大營(yíng)養(yǎng)素之后的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”[2-3]。通常采用酶解法，再加入適量的乙醇洗滌，從而將膳食纖維沉淀出來(lái)。

本試驗(yàn)采用超聲輔助酶堿法提取槲葉可溶性膳食纖維，目的在于探究槲葉可溶性膳食纖維的最佳提取工藝參數(shù)，充分挖掘槲葉的藥用價(jià)值，進(jìn)而加快槲葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為槲葉可溶性膳食纖維的深入研究、實(shí)現(xiàn)槲葉的生產(chǎn)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

槲葉，采自臨沂市沂南縣荒山，新鮮、成熟度好、無(wú)糜爛。

1.2 試驗(yàn)方法

將槲葉粉按1∶12的料液比加入石油醚浸泡12 h，脫脂，自然揮干石油醚。按照一定的料液比加入蒸餾水，在一定的溫度條件下超聲一定的時(shí)間。調(diào)節(jié)溶液pH和溫度，加入一定量的纖維素酶進(jìn)行酶解。沸水浴條件下滅酶10 min。按照一定料液比加入一定濃度的NaOH溶液，在一定時(shí)間和溫度條件下水浴提取。在3 000 r/min條件下離心5 min，抽濾。取濾液進(jìn)行濃縮，加4倍體積無(wú)水乙醇靜置15 h。離心，濾渣于65 ℃烘箱中干燥至恒重，稱量得SDF。

SDF提取率（%）=提取的SDF質(zhì)量/槲葉樣品質(zhì)量×100%

2 超聲酶解過(guò)程單因素試驗(yàn)

2.1 料液比對(duì)提取率的影響

取預(yù)處理的槲葉粉2.00 g，分別按1∶10、1∶15、1∶20、1∶25和1∶30的料液比加入蒸餾水，超聲12 min。調(diào)節(jié)pH至5，加入1.5%的纖維素酶，50 ℃水浴提取60 min，滅酶。

2.2 超聲時(shí)間對(duì)提取率的影響

取預(yù)處理的槲葉粉2.00 g，按最佳料液比加入蒸餾水，分別超聲3、6、9、12 min和15 min。調(diào)節(jié)pH至5，加入1.5%的纖維素酶，50 ℃水浴提取60 min，滅酶。

2.3 酶添加量對(duì)提取率的影響

取預(yù)處理的槲葉粉2.00 g，在最佳料液比和超聲時(shí)間條件下，分別加入0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的纖維素酶，調(diào)節(jié)pH至5，于50 ℃水浴提取60 min，滅酶。

2.4 酶解時(shí)間對(duì)提取率的影響

取預(yù)處理的槲葉粉2.00 g，在最佳料液比、超聲時(shí)間和酶用量條件下，調(diào)節(jié)pH至5，50 ℃水浴中分別酶解40、50、60、70 min和80 min，滅酶。

2.5 超聲酶解過(guò)程正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行四因素三水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，按照正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn)，見表1，確定最佳的超聲酶解提取工藝參數(shù)。

表1 超聲酶解過(guò)程正交試驗(yàn)因素水平表

3 堿解過(guò)程單因素試驗(yàn)

3.1 料液比對(duì)提取率的影響

向最佳超聲酶解提取條件下制得的溶液中，按料液比為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30和1∶35加入0.5%NaOH溶液，60 ℃水浴提取90 min。

3.2 堿液濃度對(duì)提取率的影響

向最佳超聲酶解提取條件下制得的溶液中，按最佳料堿比分別加入濃度為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%NaOH溶液，60 ℃水浴提取90 min。

3.3 堿解溫度對(duì)提取率的影響

向最佳超聲酶解提取條件下制得的溶液中，按最佳料堿比加入最佳濃度的NaOH溶液，分別設(shè)置提取溫度為40、50、60、70 ℃和80 ℃，水浴提取90 min。

3.4 堿解時(shí)間對(duì)提取率的影響

向最佳超聲酶解提取條件下制得的溶液中，按最佳料堿比加入最佳濃度的NaOH溶液，在最佳水浴條件下分別堿解30、50、70、90 min和110 min。

3.5 堿解過(guò)程正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行四因素三水平的正價(jià)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，按照正交試驗(yàn)表進(jìn)行試驗(yàn)，見表2，確定最佳的堿解提取工藝參數(shù)。

表2 堿解過(guò)程正交試驗(yàn)因素水平表

4 結(jié)果與分析

4.1 超聲酶解過(guò)程單因素結(jié)果分析

由圖1可知，當(dāng)料液比增大至1∶20時(shí)，原料吸水溶脹充分，底物和酶能充分接觸反應(yīng)，可溶性膳食纖維的提取率增加，達(dá)到最大值。

圖1 料液比對(duì)槲葉SDF提取率的影響圖

由圖2可知，槲葉可溶性膳食纖維提取率隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸升高，當(dāng)超聲時(shí)間為9 min時(shí)達(dá)到最大。由于超聲波作用時(shí)間較短，原料不能得到充分的破碎，大分子物質(zhì)纖維素和蛋白質(zhì)水解不完全，內(nèi)含的可溶性膳食纖維不能得到充分解離，提取率較低。

圖2 超聲時(shí)間對(duì)槲葉SDF提取率的影響圖

由圖3看出，當(dāng)纖維素酶添加量為1.0%時(shí)，提取率達(dá)到最大。在纖維素酶添加量較低時(shí)，由于底物濃度較大，被纖維素酶完全作用；纖維素酶添加量較高時(shí)，酶與底物接觸面積過(guò)剩，降低了反應(yīng)速度。

圖3 酶添加量對(duì)槲葉SDF提取率的影響圖

從圖4看出，在反應(yīng)初期，隨著酶解時(shí)間的增加，槲葉的可溶性膳食纖維提取率逐漸增大，當(dāng)酶解時(shí)間延長(zhǎng)至50 min時(shí)，可溶性膳食纖維提取率為2.53%；在酶解反應(yīng)初期，底物中有大量不溶性膳食纖維，纖維素酶使不溶性的纖維素分子間價(jià)鍵斷裂，生產(chǎn)可溶性膳食纖維；隨著反應(yīng)時(shí)間增加，提取率增加。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)槲葉SDF提取率的影響圖

4.2 超聲酶解過(guò)程正交試驗(yàn)優(yōu)化

由表3可知，槲葉可溶性膳食纖維提取工藝的最佳工藝條件：料液比1∶20，超聲時(shí)間6 min，纖維素酶添加量1.5%，纖維素酶的作用時(shí)間60 min。在此條件下，槲葉可溶性膳食纖維的得率為7.86%。

表3 超聲酶解過(guò)程正交試驗(yàn)結(jié)果表

4.3 堿解過(guò)程單因素試驗(yàn)結(jié)果

由圖5看出，當(dāng)料液比達(dá)到1∶35時(shí)，可溶性膳食纖維提取率達(dá)到最大值35.51%。由于水量較少時(shí)，槲葉粉末濃度較大，液體流動(dòng)性差，堿與底物難以充分反應(yīng)，影響底物的堿解效率。

圖5 料液比對(duì)槲葉可溶性膳食纖維提取率的影響圖

從圖6可知，隨著堿液濃度的增加，槲葉可溶性膳食纖維得率呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，且當(dāng)堿液濃度為0.4%時(shí)提取率達(dá)到最大。NaOH溶液的作用是破壞纖維素與半纖維素之間的氫鍵，增加溶解度，當(dāng)堿液濃度較低時(shí)，提供的介質(zhì)環(huán)境不足以使半纖維素與纖維素之間的氫鍵破壞。

圖6 堿液濃度對(duì)槲葉可溶性膳食纖維提取率的影響圖

由圖7可知，當(dāng)堿解溫度在40～60 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，槲葉中可溶性山膳食纖維提取率逐漸增大。這是由于半纖維素與纖維素之間有較強(qiáng)的氫鍵，提取過(guò)程中破壞氫鍵需要有較強(qiáng)能量，溫度升高，有利于氫鍵的破壞，使半纖維素的溶解加快。

圖7 堿液溫度對(duì)槲葉可溶性膳食纖維提取率的影響圖

從圖8可以看出，隨著堿解時(shí)間的增加，槲葉中可溶性膳食纖維提取率逐漸增大，且在90 min時(shí)達(dá)到最高值；當(dāng)堿解時(shí)間超過(guò)90 min時(shí)，由于堿液與原料的反應(yīng)時(shí)間越來(lái)越充分，堿液開始水解膳食纖維，使得可溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，導(dǎo)致提取率降低。

圖8 堿解時(shí)間對(duì)槲葉可溶性膳食纖維提取率的影響圖

4.4 堿解過(guò)程正交試驗(yàn)優(yōu)化

由表4可知，槲葉可溶性膳食纖維提取工藝的最佳工藝條件：料液比1∶35，堿液濃度0.5%，堿解溫度70 ℃，堿解時(shí)間90 min。在此條件下，槲葉可溶性膳食纖維的得率為27.93%。

表4 堿解過(guò)程正交試驗(yàn)結(jié)果表

5 結(jié)論

超聲酶解過(guò)程最佳提取工藝為料液比1∶20、超聲時(shí)間6 min、酶添加量1.5%、酶解時(shí)間60 min，槲葉中可溶性膳食纖維的得率為7.86%。

堿解過(guò)程最佳提取條件為料液比1∶35、堿液濃度0.5%、堿解溫度70 ℃、堿解時(shí)間90 min，槲葉中可溶性膳食纖維的得率為27.93%。