紅棗渣可溶性膳食纖維改性工藝及抗氧化活性研究

漆桐林，金倉

(黃河科技學(xué)院，鄭州 450063)

1 概述

紅棗屬于木本植物，我國是全球紅棗供應(yīng)主要的產(chǎn)地之一。紅棗的栽培至今已有近3000年的歷史，它具有較強(qiáng)的抗逆性，容易成熟，擁有較高的營養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在我國廣泛種植[1]。歐洲、南非和澳大利亞等地區(qū)也有紅棗的栽培，但是栽培面積較小[2]。我國是紅棗生產(chǎn)大國，紅棗的產(chǎn)量已經(jīng)占到了全世界的90%以上，但紅棗的深加工技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他產(chǎn)業(yè)，本研究基于此對紅棗的深加工技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究[3]。

紅棗營養(yǎng)豐富，其果肉中含有大量的氨基酸、多糖、礦物質(zhì)成分和微量元素，除此以外，還含有多種維生素、黃酮、腺苷、生物堿和多肽類物質(zhì)[4-5]，具有抗氧化、提高機(jī)體免疫力和清除體內(nèi)自由基的能力[6]。在《神農(nóng)本草經(jīng)》和《長沙解藥》中都指出了紅棗具有潤肺、降血壓和抗氧化等藥用功效，在調(diào)節(jié)細(xì)胞的衰老和凋亡、細(xì)胞內(nèi)生物酶活性和蛋白質(zhì)的合成方面具有顯著的效果[7]。

膳食纖維(dietary fiber)一詞在1972年被引入，之后1976年被定義為不能被人體消化吸收的一類多糖類碳水化合物和木質(zhì)素[8]。隨后1999年在美國谷物化學(xué)學(xué)會(huì)上，該詞語被重新定義：在人體小腸內(nèi)不能夠被吸收，而在人體大腸內(nèi)能夠被部分吸收或者全部吸收的食用植物性成分[9]，其成分包括纖維素、木質(zhì)素、半纖維素樹膠和果膠。膳食纖維的主要成分包括纖維狀碳水化合物、填充類化合物和基料類化合物[10-11]。

膳食纖維具有多種生理功能，越來越多的研究者致力于膳食纖維的研究與探索[12]。現(xiàn)在，關(guān)于膳食纖維的研究主要集中于不同膳食纖維的提取改性和膳食纖維在食品加工中的運(yùn)用[13]。膳食纖維包括水溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維，它們在人體中的生理功能和保健功效是不相同的[14]。我們先對大棗中的可溶性膳食纖維進(jìn)行改性研究，后期將會(huì)對大棗中的不溶性膳食纖維進(jìn)行改性研究。很多研究人員致力于加工食物的副產(chǎn)物，提取一些食物中的膳食纖維，其中包括從菠蘿皮、檸檬產(chǎn)物和柑橘渣中提取回收富含的功能性膳食纖維[15]，以增加這些經(jīng)濟(jì)作物的利用率和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，但是紅棗渣中的膳食纖維工藝研究較少，本研究基于此對紅棗渣中的可溶性膳食纖維改性工藝進(jìn)行研究[16]。同時(shí)也將膳食纖維與維生素C進(jìn)行DPPH自由基清除率的比較，研究膳食纖維的抗氧化活性。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

新鮮棗渣、纖維素酶、鹽酸、木糖酶、氫氧化鉀、硫酸鹽、硝酸銀和氯化鈉。

2.2 試驗(yàn)儀器

恒溫箱、粉碎機(jī)、蒸發(fā)儀、pH計(jì)、恒溫加熱攪拌器、恒溫干燥箱、分光光度計(jì)、干燥箱、電冰箱和電磁爐。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 紅棗渣膳食纖維改性工藝流程圖

圖1 紅棗渣膳食纖維改性工藝流程圖Fig.1 The modification process flow diagram of dietary fiber from jujube residue

2.3.2 紅棗渣膳食纖維操作流程說明

紅棗渣預(yù)處理：使用烘箱將紅棗渣在60 ℃的熱風(fēng)下進(jìn)行烘干，然后使用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，使用篩子進(jìn)行篩分，備用[17]。

紅棗渣懸浮液配制：按照一定的料液比，用水將棗渣粉調(diào)成懸浮液，使用氫氧化鉀或者鹽酸調(diào)節(jié)溶液的pH值至5.5～6.0。

酶解：在恒溫條件下攪拌酶解20 min，煮沸5 min進(jìn)行滅菌。

分離：酶解液在3000 r/min的轉(zhuǎn)速下[18]，使用離心機(jī)分離15 min，得到上清液和沉淀。

上清液濃縮：將離心得到的上清液，在60 ℃條件下濃縮至原始體積的20%。

醇沉：獲得濃縮液后，加入濃縮液體積4倍的乙醇，在-4 ℃冷藏4 h，使醇沉完全。

2.3.3 可溶性膳食纖維的測定

參考之前的研究，采用AOAC酶-重量法[19]。

2.3.4 抗氧化性測定(DPPH自由基清除率)

將紅棗渣可溶性膳食纖維和維生素C分別制成濃度為0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6 g/mL溶液待測。配制DPPH溶液(0.16 mmol/L)，放置于冰箱中待用[20]。使用1 mL樣品與1 mL濃度為0.16 mmol/L的DPPH溶液在20 ℃條件下反應(yīng)15 min。使用波長517 nm測定吸光度，用蒸餾水作為空白對照組，計(jì)算清除率。

3 結(jié)果與討論

3.1 紅棗渣粉碎的顆粒度對可溶性膳食纖維獲得率的影響

將經(jīng)過處理的棗渣粉進(jìn)行酶解處理時(shí)，優(yōu)先考慮紅棗渣粉碎顆粒大小對可溶性膳食纖維改性結(jié)果的影響，分別稱取20，40，60，80，100，120目的標(biāo)準(zhǔn)篩，按照料液比1∶10，添加0.6%的纖維素酶，在45 ℃下反應(yīng)50 min (下同)。

由圖2可知，不同的顆粒度大小均會(huì)對可溶性膳食纖維得率產(chǎn)生影響。當(dāng)粉碎顆粒小于60目時(shí)，可溶性膳食纖維的得率隨著顆粒的減小而增強(qiáng)，當(dāng)顆粒減少時(shí)，粉碎的顆粒變得越來越均勻，與纖維素酶的結(jié)合位點(diǎn)也越來越多，有效地加大了纖維素酶的水解力度，從而提高了可溶性膳食纖維的得率。當(dāng)粉碎顆粒大于60目時(shí)，顆粒進(jìn)一步減小，顆粒的相對表比面積增大，表面自由能增強(qiáng)，在溶液中易出現(xiàn)團(tuán)聚效應(yīng)，不利于紅棗渣顆粒的分散。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，最佳的紅棗渣膳食纖維改性顆粒大小為40～80目。

圖2 顆粒度對可溶性膳食纖維改性的影響Fig.2 The effect of particle size on the modification of soluble dietary fiber

3.2 料液比對可溶性膳食纖維得率的影響

料液比在紅棗可溶性膳食纖維改性過程中也表現(xiàn)出一定程度的影響，稱取經(jīng)過預(yù)處理的紅棗渣，按照1∶5、1∶10、1∶15、1∶20和1∶25的比例添加蒸餾水。由圖3可知，當(dāng)料液比為1∶15時(shí)，可溶性膳食纖維的得率隨著料液比的增加而增加。當(dāng)料液比超過1∶15時(shí)，隨著料液比增大，紅棗的可溶性膳食纖維得率并未得到提高，而在一定程度上略有下降，且隨著料液比越來越高，所消耗的能源也越來越大。綜合成本和效率，選用1∶10作為最佳的可溶性膳食纖維改性的料液比。

圖3 料液比例對可溶性膳食纖維改性的影響Fig.3 The effect of the ratio of solid to liquid on the modification of soluble dietary fiber

3.3 纖維素酶添加量對可溶性膳食纖維得率的影響

按照料液比1∶10添加蒸餾水，在混合液中添加各種比例的纖維素進(jìn)行酶解。由圖4可知，可溶性膳食纖維的得率隨著纖維素酶添加量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。當(dāng)纖維素酶的添加量達(dá)到0.6%時(shí)，可溶性膳食纖維的得率達(dá)到最大值9.5%。當(dāng)纖維素酶的添加量大于0.6%時(shí)，可溶性膳食纖維的得率隨著纖維素添加量的增加而降低，原因是隨著纖維素酶的增加，紅棗渣中可能有很多分子被進(jìn)一步分解成更小的分子，導(dǎo)致可溶性膳食纖維的得率沒有增加，反而降低。本試驗(yàn)選擇0.6%作為最佳的纖維素酶添加量。

圖4 纖維素酶的添加量對可溶性膳食纖維的影響Fig.4 The effect of the additive amount of cellulase on soluble dietary fiber

3.4 可溶性膳食纖維DPPH自由基清除能力研究

DPPH自由基清除率是測定物質(zhì)抗氧化活性最重要的指標(biāo)之一，清除率的測定是在波長517 nm處測定吸收值，體系中存在清除劑的多少會(huì)影響醇溶液本身的顏色，通過對溶液顏色的觀察，容易對溶液進(jìn)行分析。由圖5可知，紅棗渣可溶性膳食纖維在濃度小于0.4 mg/mL時(shí)，DPPH自由基清除率隨著可溶性膳食纖維濃度的增加而增加。當(dāng)可溶性膳食纖維濃度高于0.4 mg/mL時(shí)，自由基的清除率基本保持不變。紅棗可溶性膳食纖維對DPPH自由基的清除率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及維生素C對DPPH自由基的清除率，但是紅棗可溶性膳食纖維也擁有一定的DPPH自由基清除能力和抗氧化活性。

圖5 維生素C和可溶性膳食纖維對DPPH自由基清除率的對比

4 小結(jié)

本試驗(yàn)采用纖維素酶對紅棗渣膳食纖維進(jìn)行了改性，從而提高了紅棗渣膳食纖維的純度。對可溶性膳食纖維制作過程中的顆粒度、料液比和纖維素酶添加量進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，得到最優(yōu)的可溶性膳食纖維提取工藝：最佳的紅棗渣膳食纖維改性顆粒大小為40～80目；1∶10作為最佳的可溶性膳食纖維改性的料液比；纖維素酶最佳的添加量為0.6%。此外，還對可溶性膳食纖維的DPPH自由基清除率進(jìn)行了測定，得出紅棗的可溶性膳食纖維具有一定的抗氧化作用，但是其抗氧化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于維生素C。