白蘿卜不溶性膳食纖維的酸法提取及其理化性質(zhì)研究

郭趙瑞 ，張小康 ，周苗苗 ，歐陽(yáng)真 ，鄧祥宜 ，*

（1.武漢設(shè)計(jì)工程學(xué)院食品與生物科技學(xué)院，湖北 武漢 430205；2.武漢市農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜科學(xué)研究所，湖北 武漢 430065）

膳食纖維被稱(chēng)為人體“第七營(yíng)養(yǎng)素”，是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等組成的不能被人體消化吸收的成分，具有較強(qiáng)的抗氧化性[1-3]，如蘆筍可溶性膳食纖維的1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基清除率為14.23%[2]，金針菇、大麥苗、魔芋、西蘭花老莖的膳食纖維DPPH 自由基清除率達(dá)39%~70.0%[3]。膳食纖維還能促進(jìn)腸胃蠕動(dòng)，改善腸道菌群，調(diào)節(jié)血糖血脂，防治結(jié)腸癌等[4]。目前，膳食纖維主要從植物中獲取，如豆類(lèi)[5]、小麥[6]、玉米[7]等，廣泛應(yīng)用于烘焙食品、飲料、肉制品、保健食品等領(lǐng)域[8]。對(duì)膳食纖維品質(zhì)的考察主要集中在持水力、膨脹力、持油力、抗氧化性等方面[3，9-13]。

白蘿卜是一種常見(jiàn)的、具食療藥理功能的根莖類(lèi)蔬菜，富含多種維生素、不飽和脂肪酸、人體必需氨基酸以及大量的膳食纖維[4，14]。目前，白蘿卜主要以鮮食或腌制為主，已有關(guān)于白蘿卜汁飲品的研究報(bào)道[4，14-15]，但對(duì)其加工副產(chǎn)品（殘?jiān)┲猩攀忱w維的利用尚未見(jiàn)報(bào)道。膳食纖維分為水溶性和水不溶性兩類(lèi)[16-17]。白蘿卜渣（干基）中的膳食纖維主要以不溶性的形式存在，其中，不溶性膳食纖維占干基的52.27%，可溶性膳食纖維占干基的9.08%[4]。本試驗(yàn)以檸檬酸溶液為提取劑，以抗氧化性（DPPH 自由基清除率）為主要指標(biāo)，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化白蘿卜不溶性膳食纖維的提取條件，以期為白蘿卜深加工后殘?jiān)睦锰峁﹨⒖肌?/p>

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

白蘿卜粉的制備：參考薛山[1]和楊曉寬等[2]的方法，將市售新鮮白蘿卜洗凈、切片，60 ℃烘箱中烘至恒重，粉碎機(jī)中粉碎，過(guò)60 目篩，裝袋，于干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

無(wú)水乙醇和檸檬酸（分析純），均為天津市凱通化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品；DPPH（純度≥98%），上海金穗生物科技有限公司產(chǎn)品。

1.1.2 儀器與設(shè)備

Eppendorf 5424 型高速離心機(jī)，Eppendorf 中國(guó)有限公司；DHG-9140 A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；FA 2014 B 型電子天平，上海越平科技儀器有限公司；HH-S2 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司；722 型可見(jiàn)光分光光度計(jì)，天津市普瑞斯儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不溶性膳食纖維的提取及指標(biāo)測(cè)定

不溶性膳食纖維的提取參考楊曉寬等[2]的方法，略有改動(dòng)。白蘿卜烘干粉末0.5 g，檸檬酸溶液水浴浸提，5 000 r/min 離心30 min，取沉淀水洗至pH 接近中性，恒溫干燥，即為不溶性膳食纖維（粗品），隨即測(cè)定DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率。

DPPH·清除率的測(cè)定：參考王崇隊(duì)等[3]和徐楊郁青等[18]的方法，略有改動(dòng)。取 3 只試管，編號(hào)為 1、2、3，分別在1、2 號(hào)試管中加水2 mL；1 號(hào)試管中準(zhǔn)確稱(chēng)取10 mg 待測(cè)不溶性膳食纖維，加0.2 mmol/L DPPH 溶液2 mL，避光，25 ℃水浴 30 min，離心取上清，測(cè)其在570 nm 處的吸光值 Ai；2 號(hào)試管中準(zhǔn)確稱(chēng)取 10 mg 待測(cè)不溶性膳食纖維，加無(wú)水乙醇2 mL，相同條件測(cè)吸光值A(chǔ)b；3 號(hào)試管加DPPH 和無(wú)水乙醇各2 mL，相同條件測(cè)吸光值A(chǔ)c，試驗(yàn)重復(fù)2 次，結(jié)果取平均值。DPPH·清除率和膳食纖維得率的計(jì)算公式分別為：

DPPH·清除率（%）=[1-（Ai-Ab）/Ac]×100

膳食纖維得率（%）=膳食纖維質(zhì)量/白蘿卜粉質(zhì)量×100

1.2.2 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)單因素試驗(yàn)考察液料比（10∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1（mL/g））、檸檬酸濃度（0.01%、0.1%、1%、3%、5%）、水浴溫度（40、50、60、70、80 ℃）和水浴時(shí)間（15、30、60、90、120 min）對(duì)白蘿卜不溶性膳食纖維得率及對(duì)DPPH·清除率的影響，其余條件為單因素最優(yōu)水平。

1.2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)L9(34)正交試驗(yàn)對(duì)白蘿卜不溶性膳食纖維提取的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2.4 不溶性膳食纖維的理化性質(zhì)測(cè)定

參考楊曉寬等[2]和李琳等[19]的方法并略有改動(dòng)，具體方法如下。

1.2.4.1 持水力

稱(chēng)取不溶性膳食纖維0.3 g 于10 mL 離心管中，準(zhǔn)確稱(chēng)其質(zhì)量記為M1，再加入8 mL 蒸餾水，室溫放置24 h 后，5 000 r/min 離心15 min，小心棄上清液，稱(chēng)重記為M2，持水力計(jì)算公式為：

持水力（g/g）=（M2-M1）/0.3

1.2.4.2 膨脹力

稱(chēng)取不溶性膳食纖維0.5 g 于10 mL 量筒中，記錄體積V1，再加入8 mL 蒸餾水振蕩至粉末充分浸潤(rùn)。室溫放置24 h 后，記錄體積V2，膨脹力計(jì)算公式為：

膨脹力（mL/g）=（V2-V1）/0.5

1.2.4.3 持油力

稱(chēng)取不溶性膳食纖維0.3 g 于10 mL 離心管中，準(zhǔn)確稱(chēng)其質(zhì)量記為M3，再加入8 mL 大豆油，室溫放置 24 h 后，5 000 r/min 離心 30 min，棄上清稱(chēng)重，記為M4，持油力計(jì)算公式為：

持油力（g/g）=（M4-M3）/0.3

1.2.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 軟件進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 最適液料比的確定

由圖1 可見(jiàn)，隨著液料比的增加，不溶性膳食纖維的 DPPH·清除率增加，當(dāng)液料比為 30∶1（mL/g）時(shí)，清除率達(dá)到最大，為63.67%；繼續(xù)增加液料比，DPPH·清除率稍有下降。不溶性膳食纖維的得率隨液料比的增加而下降，當(dāng)液料比為 30∶1（mL/g）時(shí)，得率為39.16%；之后繼續(xù)增加液料比，得率基本保持恒定，其變化趨勢(shì)與酸棗不溶性膳食纖維提取類(lèi)似，酸棗膳食纖維提取時(shí)，不溶性膳食纖維得率也呈現(xiàn)先下降后平穩(wěn)的規(guī)律[20]。根據(jù) DPPH·清除率，選擇 30∶1（mL/g）為最佳液料比。

圖1 液料比對(duì)DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.1 Effect of liquid-powder ratio on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

2.1.2 最適檸檬酸濃度的確定

圖2 檸檬酸濃度對(duì)DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.2 Effect of citric acid concentration on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

由圖2 可見(jiàn)，當(dāng)檸檬酸濃度從0.01%增加到0.1%時(shí)，DPPH·清除率達(dá)到最大，為62.09%，此時(shí)得率為39.75%；繼續(xù)增加檸檬酸濃度，DPPH·清除率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，得率也逐漸下降，這與紅雪茶渣不溶性膳食纖維隨酸濃度增加得率逐漸下降的變化趨勢(shì)相似，紅雪茶渣不溶性膳食纖維提取時(shí)，得率隨酸濃度的增加呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，鹽酸濃度為0.15 mol/L 時(shí)得率最大[21]。本試驗(yàn)中，若采用高濃度酸提取，將會(huì)使后續(xù)去除殘留檸檬酸（水洗至近中性）時(shí)的水洗次數(shù)增加，導(dǎo)致不溶性膳食纖維少量損失。因此，選擇0.1%為最佳檸檬酸濃度。

2.1.3 最適溫度的確定

由圖3 可見(jiàn)，隨著水浴溫度的升高，不溶性膳食纖維的DPPH·清除率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。當(dāng)溫度為50 ℃時(shí)，DPPH·清除率達(dá)到最大，為63.4%，之后，隨著溫度的升高DPPH·清除率逐漸下降。不溶性膳食纖維的得率在溫度為40~50 ℃時(shí)相近，50 ℃時(shí)，得率為39.51%；之后，得率隨溫度升高逐漸下降，這與紅雪茶渣不溶性膳食纖維得率的變化趨勢(shì)相似，紅雪茶渣不溶性膳食纖維的得率隨溫度的升高先上升后下降，60 ℃時(shí)達(dá)到峰值[21]。可能的原因是隨溫度的升高，不溶性膳食纖維會(huì)發(fā)生部分溶解，從而影響得率和DPPH·清除率[21]。因此，選擇50 ℃為最佳水浴溫度。

圖3 水浴溫度對(duì)DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.3 Effect of water bath temperature on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

2.1.4 最適時(shí)間的確定

由圖4 可見(jiàn)，水浴時(shí)間在15~30 min 時(shí)，不溶性膳食纖維的DPPH·清除率和得率變化不大，30 min時(shí)，DPPH·清除率達(dá)到最高，為67.86%，此時(shí)得率為39.60%；隨水浴時(shí)間的延長(zhǎng)，DPPH·清除率持續(xù)下降，得率在60 min 后基本不變。白蘿卜不溶性膳食纖維得率的變化與涼茶殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維得率的變化趨勢(shì)相似，涼茶殘?jiān)蝗苄陨攀忱w維得率隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先緩慢上升后下降的趨勢(shì)[22]。根據(jù)DPPH·清除率，選擇30 min 為最佳水浴時(shí)間。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取4 個(gè)因素進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

圖4 水浴時(shí)間對(duì)DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.4 Effect of water bath time on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

由表1 可見(jiàn)，各因素對(duì)DPPH·清除率影響的大小次序依次為：水浴溫度＞水浴時(shí)間＞液料比＞檸檬酸濃度。DPPH·清除率最高的4 個(gè)因素的優(yōu)水平組合是：A2B2C2D2，即水浴溫度 50 ℃，水浴時(shí)間 30 min，檸檬酸濃度 0.1%，液料比 30∶1（mL/g）。對(duì)優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，不溶性膳食纖維得率和DPPH·清除率平均值分別為39.72%和65.33%，所得膳食纖維有較強(qiáng)的抗氧化性，證明正交試驗(yàn)結(jié)果可靠，所得工藝參數(shù)為本試驗(yàn)中提取不溶性膳食纖維的最佳工藝。

表1 L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 1 L9（34）design and result of orthogonal test

2.3 理化指標(biāo)

由表2 白蘿卜不溶性膳食纖理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果表明：白蘿卜不溶性膳食纖維持水力為6.48 g/g，膨脹力為4.4 mL/g，持油力為2.12 g/g。其中，持水力和膨脹力兩指標(biāo)值較西方國(guó)家常用的標(biāo)準(zhǔn)麩皮膳食纖維的對(duì)應(yīng)指標(biāo)（持水力4 g/g，膨脹力4 mL/g）高[23-24]。

表2 不溶性膳食纖維理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 2 Determination of physicochemical properties of insoluble dietary fiber

3 結(jié)論

上述試驗(yàn)結(jié)果表明：在液料比30∶1(mL/g)時(shí)，以0.1%的檸檬酸溶液為提取劑，50 ℃水浴30 min，不溶性膳食纖維的DPPH·清除率最高，為65.33%。該條件下，白蘿卜不溶性膳食纖維的得率39.72%，持水力6.48 g/g，膨脹力4.4 mL/g，持油力2.12 g/g。持水力和膨脹力優(yōu)于一些文獻(xiàn)中報(bào)道的其他不溶性膳食纖維，如大豆皮[9]、紅雪茶渣[10]、薇菜[11]等。持油力指標(biāo)也較地瓜渣不溶性膳食纖維[12]、馬鈴薯渣水不溶性膳食纖維[13]等性質(zhì)優(yōu)良。利用酸法提取抗氧化性白蘿卜不溶性膳食纖維是一種簡(jiǎn)單且效果較好的方法，有一定的應(yīng)用前景。