響應面法優化棗渣可溶性膳食纖維提取工藝的研究

王莉 山東省德州職業技術學院

紅棗營養價值較高，含有18種氨基酸，含有多種維生素與粘液質，富含磷、鋅等礦物元素，具有較高的滋補價值。但在紅棗食品的傳統加工過程中，會產生很多棗渣，之前棗渣一般以下腳料的形式直接丟棄掉，不僅造成了資源浪費而且可能會造成環境污染。棗渣里面有著諸多膳食纖維，從棗渣里面提取膳食纖維，可以合理利用棗資源，提高棗產品加工產業多元化程度。

一、紅棗及其功能活性

棗原本產自于中國，其栽培歷史大概有三千多年，因為棗抗逆性較強，棗果很容易成熟，營養價值相當高，具備很高的經濟和社會效益，在中國獲得了大范圍栽種，主要產自黃河中下游地區，比如河南、山東、山西的等地。并且在歐洲溫帶地區與南亞等也有栽種。中國是紅棗生產國家，棗樹栽培規模與產量占全球90%以上，紅棗生產與加工發展潛能和經濟效益是不可忽視的。

紅棗有著非常豐富的營養成分，果肉里面有很多蛋白質與多糖等元素，具備多種維生素，含有18種氨基酸，在這之中有8種為必需氨基酸，同時還具備含量極高的CAMP與EGB等物質，有著藥用功效與價值。再者，棗多糖有抗脂質過氧化與加強機體免疫力等功效，能夠有效調整細胞生長與衰老。

二、棗渣提取膳食纖維的方法

目前國外與國內已有的以棗渣為原料的膳食纖維提取方式，如化學方式、酸法與酶法、膜分離法等，而酸法與酶法是十分常見的。現如今研究生產多數采取的是化學法加以提取，該種方式能耗不高、工藝十分簡單，設施設備維護便捷，多運用在化工與食品公司生產中。可是有著很多問題，提取率不高、產品質地缺乏均衡性、出水率較差等。經過對當前提取膳食纖維的工藝研究，借助工廠榨棗汁產生的棗渣，將提取膳食纖維工藝加以優化，明晰棗渣中提取膳食纖維的工藝。[1]

此次借助化學試劑提取方式加上酶法提取方式提取棗渣里面的膳食纖維，分別開展PH值、時間、料液比與溫度單因素試驗，獲取到適合的條件，進而分別開展正交試驗優化工藝條件，計算得率且根據提取的膳食纖維膨脹性與持水力測定等，將提取方案加以優化。

（一）實驗技術路線

首先，棗渣―搗碎―酸解―分離―乙醇清洗―抽濾―干燥―稱重―可溶性膳食纖維含量。

其次，酸解濾渣―α淀粉酶解―過濾―烘干―滅酶―稱重―不溶性膳食纖維含量。

而膳食纖維提取率就等于M1+M2/m＊100%。

1.酸法提取SDF可溶性膳食纖維。提取1克的棗渣，標記成m，添加HCL溶液，過濾以后使用乙醇沉淀濾液，進而開展二次過濾，把濾渣清洗好且烘干，稱得質量M1，就是SDF質量。

2.酶法IDF不溶性膳食纖維提取。把酸洗以后的濾渣加以a-淀粉酶解，過濾以后把濾渣進行烘干，然后加以滅酶，稱出質量標記為M2，也就是水IDF。

（二）酸法SDF提取工藝條件的確定

以上兩個過程分別開展1∶3/1∶6/1∶9/1∶12/1∶15的料液比，2 0/4 0/6 0/8 0攝氏度的溫度，20/40/60/80/100/120分鐘的時間、2/4/6/8的PH值單因素試驗，獲得合適條件以后開展正交試驗將工藝參數加以優化。

單因素試驗就是：1.PH。于溫度是80攝氏度的情況下，料液比為1∶10，時間是100分鐘，將pH作為單變量，分別開展1/2/3/4的pH開展SDF提取實驗。完成狀況：膳食纖維得率伴隨pH增加而增加，于pH值是3的時候，得率達到最大值以后下降。如此可以判斷出pH值為3時膳食纖維得率是最大的。

2.料液比。使用HCL溶液把pH值調整至3，水浴溫度是80攝氏度，時間設置是100分鐘，將料液比作為單變量，分別開展1∶3/1∶6/1∶9/1∶12/1∶15的SDF提取實驗。完成狀況：SDF得率伴隨料液比提升而提升，獲得最大值以后逐漸下降，如此判斷出料液比是1∶9的時候提取率是最高的。

3.溫度。使用HCL溶液把pH至調整至3，而料液比則設置為1∶9，時間設置是100分鐘，將溫度作為單變量，分別開展20/40/60/80攝氏度的SDF提取實驗。完成狀況：于20/40/60/80攝氏度范圍以內，SDF得率先提升，然后慢慢下降，在70攝氏度時達到了最大值。所以可以判斷出70攝氏度時提取膳食纖維的最佳溫度。

4.提取時間。于溫度在70攝氏度的情況下，料液比設置為1∶9.pH值是3，將提取時間作為單變量，分別開展20/40/60/80/100/120分鐘的提取時間開展SDF提取實驗。完成狀況：得率伴隨提取時間延伸而有所增加，在100分鐘的時候達到了最大值，隨后膳食纖維得率逐漸下滑。可以判斷出100分鐘提取時間是提取SDF的最佳時間。

（三）酶法提取IDF單因素試驗

酸解過程根據以上方案展開，酶法提取IDF分別開展溫度與加酶量、PH值與酶解時間單因素試驗。

單因素試驗就是：①溫度。酸解過程根據以上方案展開，酶解中使用氫氧化鈉溶液把pH值調整至6，添加酶量0.5%，時間設置100分鐘，將溫度作為單變量，分別開展20/40/60/80攝氏度的IDF提取實驗。完成狀況：溫度于20到80攝氏度的范疇時，IDF得率先提升，隨后下滑，在60攝氏度的時候，IDF得率達到最高，能夠判斷出IDF酶解溫度最佳是60攝氏度。②PH值。酸解過程根據以上方案展開，酶解中添加α-淀粉酶的酶量是0.5%，酶解溫度是60攝氏度，把pH值作為單變量，分別開展pH值是4/5/6/7/8的酶解過程，時間設置為100分鐘。完成狀況就是pH值在4到8的范疇以內，IDF得率先提升后下滑，在pH值是6的時候，IDF得率達到最高，能夠判斷出DIF酶解pH最佳值是6。③加酶量。酸解過程依據以上方案展開，酶解中添加a_淀粉酶酶量設定成單變量，分別提取0.2%/0.3%/0.4%/0.5%/0.6%，酶解溫度是60攝氏度，于pH值是6的情況下酶解時間為100分鐘。完成狀況：加酶量在0.6%以內持續提升的階段，DIF得率先增加后下降，于加酶量是0.5%的時候，DIF得率達到最高，判斷出IDF加酶量最佳是0.5%。④酶解時間。酸解過程根據以上方案展開，酶解中添加a_淀粉酶0.5%，酶解溫度是60攝氏度，于pH值是6的情況下分別酶解20/40/60/80/100/120分鐘。完成狀況：酶解時間是120攝氏度范疇因為，IDF得率先增加后下降，在酸解100分鐘的時候，IDF得率達到最高，可以判斷出IDF酸解時間最佳是100分鐘。

綜上所述，獲得的成果包含了：第一，將酸法SDF提取工藝優化了。第二，將酶法IDF提取工藝優化了。

三、棗渣膳食纖維提取工藝優化方法

（一）材料和方法

1.材料和試劑。棗渣，氫氧化鈉與乙醇、檸檬酸與纖維素酶等都是分析純。

2.儀器設備：SB-07A多功能粉碎機；RE-52A旋轉蒸發儀；電熱保溫干燥箱與真空干燥箱、HH-2數顯恒溫水浴鍋與數字酸度計等。

4.實驗方式。（1）單因素實驗。選擇對棗渣SDF提取率有較大影響的三個因素，也就是時間、溫度與加酶量，根據以上工藝提取棗渣SDF。第一，加酶量單因素實驗：取得2克棗渣，總計6份，加水量是20倍，同時調pH值4.8，加酶量分別是0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1%，在35攝氏度情況下攪拌水解一小時，按照1.3中的工藝步驟提取，將SDF得率作為重要指標，觀察加酶量對于膳食纖維提取效果帶來的影響。第二，酶解時間：取2克棗渣，總計6份，加水量是20倍，同時采用4.8的pH值，加酶量是0.9%，根據1.3中的工藝步驟在45攝氏度下分別水解30/60/90/120/150/180分鐘，將SDF得率作為重要指標，觀察酶解時間膳食纖維提取效果影響。第三，酶解溫度。提取2克的棗渣，總計6份，加水量是20倍，采用4.8pH值，加酶量是0.9%，分別于30/35/40/45/50/55攝氏度下攪拌水解120分鐘，以此明晰提取膳食纖維最合適的溫度。（2）響應面法優化。基于單因素實驗，按照Box-Behnken中心組合設計基本原理，采用加酶量、酶解溫度與時間三個因素來探索棗渣SDF提取工藝，將SDF得率Y作為響應值，借助軟件設計出三個因素與三水平的響應面實驗。

（二）結果分析

1.單因素實驗。經過實驗獲得棗渣SDF提取工藝里面的纖維素酶合適的添加量是0.9%，而酶解時間最合適的是120分鐘，酶解溫度是45攝氏度。

2.響應面實驗結果分析。根據加酶量、酶解時間與溫度和水平設計方案，可以得到水平設計為-1、0、1時，加酶量分別是0.8%/0.9%/1%；酶解時間分別是90/120/150分鐘；酶解溫度分別是40/45/50攝氏度。借助軟件對相關實驗數據加以多元回歸擬合，可以獲得棗渣SDF得率對加酶量A、酶解時間B與溫度C的二次多項回歸模型。

3.響應面分析過程中對實驗結果展開二次模型方差擬合，回歸方程之中各大變量對響應值影響情況是由F值檢驗判定的，概率P值小，那么對應變量明顯程度就更大，經過響應面方差分析，可以發現，這一模型F值是7.7，表示模型是顯著的，僅有0.65%可能是因為干擾導致的，該校正決定系數是R2Adj是0.7921，表示該模型擬合度甚佳，各大因素中一次方項A極明顯，二次方項A2/B2/C2都很明顯，交互作用項均不明顯。與此同時，經過有關等高線形狀可以反映交互效應強弱，橢圓形代表兩個因素交互作用明顯，圓心則和其相反，如此看來加酶量、酶解時間與溫度三者間的相互作用對SDF得率影響并不十分明顯，并且伴隨加酶量的增加，棗渣里面的SDF得率也會隨之而加大。

結束語：棗渣膳食纖維提取工藝是多種多樣的，并且膳食纖維提取劃分成可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維兩種，因此，對于這兩種方式需要使用不同的方法加以提取。在現代社會發展中，膳食纖維提取工藝并不十分成熟，還需要加以優化，因而本次采用響應面法將棗渣SDF提取工藝加以優化，并得到了響應面優化后的最合適的浸提工藝參數條件pH值是4.8，料液比為1∶20，纖維素酶添加量是0.95%，酶解時間與溫度分別是122分鐘、45攝氏度，在這樣的情況下棗渣中SDF得率是4.91703%。