南瓜中膳食纤维提取工艺的研究

张佰荣，姚 婷，孙茂成

(1.吉林化工学院生物与食品工程学院，吉林吉林132022;2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110161;3.吉林医药学院公共卫生学院，吉林吉林132013)

膳食纤维是指在人体内难以被酶解消化的多糖类碳水化合物和木质素总称，被称为“第七营养素”［1］.按照溶解性膳食纤维分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)［2］，它能有效预防和控制糖尿病，冠心病、高血压、便秘等疾病的发生［3］，目前，人们也十分重视这种功能性食品添加剂，但大多数膳食纤维都是从谷物和海藻中提取，不仅产量低，而且成本高，不适合大规模生产［4］.

南瓜属葫芦科南瓜属，我国的南瓜产量十分丰富，价格便宜.近几年出现籽用南瓜，取南瓜籽，而废弃果肉作为饲料或直接扔掉的情况，造成了资源的浪费和环境的污染.南瓜是膳食纤维优良来源［5］，其中水溶性膳食纤维占 72.7%，水溶性膳食纤维占28.3%［6］.本研究以南瓜为原料，研究碱法提取膳食纤维的工艺，以期将籽用南瓜的果肉开发利用，减少资源浪费和环境污染，为南瓜的深加工利用提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

南瓜:将新鲜成熟的南瓜去皮，去瓤，切成薄片，放置在托盘上，60℃烘干，将干燥的南瓜片进行粉碎，过80目筛，贮藏.氢氧化钠、无水乙醇、丙酮、盐酸，均为分析纯.

1.2 试验仪器

202-2A型电热恒温干燥箱:上海市实验仪器总厂;电热恒温水浴锅:北京长安科学仪器厂;FW80型高速万能粉碎机:天津市泰斯特仪器有限公司;722可见分光光度计:北京益利有限公司;G1-2M型离心机:上海市离心机械研究所;pHS-3C型精密pH计:上海雷磁仪器厂;电子天平:北京益利有限公司.

1.3 试验方法

1.3.1 膳食纤维提取方法

称取5 g南瓜粉于100 mL的锥形瓶中，按照不同的料液比，氢氧化钠质量分数，不同温度的水浴、碱解一定时间，离心分离，滤渣分别用20 mL无水乙醇、丙酮各洗涤一次，干燥，即为水不溶性膳食纤维.调整滤液的pH值，该值为南瓜蛋白等电点，使南瓜蛋白沉淀，离心分离，去除沉淀，调整滤液的pH为一定值，浓缩，加入4倍体积的95%乙醇沉淀1 h，然后抽滤，滤渣分别用20 mL无水乙醇、丙酮各洗涤一次，干燥，即为水溶性膳食纤维［7-8］.

1.3.2 膳食纤维提取率测定

提取率=残渣干重/样品质量×100%.

1.3.3 蛋白质含量的测定［9］

用凯氏定氮仪测定滤液中蛋白质的含量.

1.3.4 持水力的测定

称取粉碎的水不溶性膳食纤维1 g于50 mL烧杯中，加入20 mL蒸馏水中1 h，沥干后将其称重，计算持水力.持水力(gg)=(样品湿重—样品干重)样品干重×100%.

1.3.5 膨胀力的测定

称取水不溶性膳食纤维0.1 g于10 mL量筒中，用移液管吸取5 mL蒸馏水加入其中，振荡均匀在室温下放置24 h，测定量筒中膳食纤维的体积数，计算膨胀力.膨胀力(mlg)=(膨胀后纤维体积—干品体积)样品干重.

2 结果与分析

2.1 水不溶性膳食纤维提取的单因素试验

2.1.1 料液比对提取率的影响

在水解时间为60 min，水解温度为40℃，NaOH质量分数为2%，料液比为110，115，1 20，1 25，1 30时对南瓜IDF提取率的影响，结果见图1.

图1 料液比对南瓜IDF提取率的影响

由图1可知，随着料液比的增大，IDF提取率先升高后下降，在1 20时达到最大，超过1 20时提取率下降，原因是南瓜中的半纤维素充分溶解，而有些纤维素不被水解，使提取率下降.因此，最佳的料液比为1 20.

2.1.2 水解时间对提取率的影响

在料液比为1 20，水解温度为40℃，NaOH质量分数为 2%，水解时间为 30、60、90、120、150 min时对南瓜IDF提取率的影响，结果见图2.

由图2可知，随着时间的增加，提取率提高，当水解时间为120 min时，提取率最大，超过该值，提取率下降.原因是水解时间过长，造成半纤维素和纤维素发生轻度水解，导致IDF提取率下降，最佳的水解时间为120 min.

图2 水解时间对南瓜IDF提取率的影响

2.1.3 水解温度对提取率的影响

在料液比为1 20，NaOH质量分数为2%，水解时间为60 min，水解温度为 30、40、50、60、70 ℃时对南瓜IDF提取率的影响，结果见图3.

图3 水解温度对南瓜IDF提取率的影响

由图3可知，当温度为40℃时，提取率最高，当超过该值时，提取率下降，因为温度升高，部分水不溶性膳食纤维溶解于溶液中，使提取率降低，40℃为最佳的水解温度.

2.1.4 NaOH质量分数对提取率的影响

在料液比为1 20，水解温度为40℃，水解时间为60 min，NaOH质量分数为 1%，2%，3%，4%，5%时对南瓜 IDF提取率的影响，结果见图4.

图4 NaOH质量分数对南瓜IDF提取率的影响

由图4可知，当NaOH质量分数升高时，南瓜IDF提取率升高，超过3%时，提取率下降，原因是当碱液浓度过大时，半纤维素和纤维素发生轻度水解而使提取率下降，最佳的NaOH质量分数为3%.

2.2 水不溶性膳食纤维提取的正交试验

在单因素试验的基础上，选择对提取率有显著影响的四个因素:料液比、水解时间、水解温度、NaOH质量分数，以南瓜IDF提取率为指标，做4因素3水平的正交试验，正交试验表及结果分别见表1和表2.

表1 正交试验表

表2 正交试验结果

由结果可知，在影响提取率的各因素中，影响程度的大小顺序为:C＞B＞A＞D，最佳工艺参数组合为:A2B1C3D1，即料液比为120，水解时间为90 min，水解温度为50℃，NaOH质量分数为2%.

采用最佳工艺参数组合进行试验，得出南瓜水不溶性膳食纤维的提取率为64.2%.

2.3 水溶性膳食纤维的提取试验

2.3.1 pH值对蛋白质提取率的影响

将离心分离水不溶性膳食纤维后得到的滤液pH 值分别调整为 1、2、3、4、5，测定滤液中蛋白质含量，以蛋白质的提取率为指标，确定最佳的pH值，结果见图5.

由图5可知，当pH值为4时，蛋白质提取率最高，说明滤液中蛋白质去除量最大，这是因为南瓜蛋白的等电点在pH值为4左右.

图5 pH值对蛋白质提取率的影响

2.3.2 pH值对水溶性膳食纤维提取率的影响

将离心分离蛋白后的滤液pH值分别调整为6、7、8、9、10，以水溶性膳食纤维的提取率为指标，确定最佳的pH值，结果见图6.

图6 pH值对水溶性膳食纤维提取率的影响

由图6可知，当pH值为7时，水溶性膳食纤维提取率最大，提取率为18.4%.

3 结 论

碱法提取南瓜中膳食纤维，使蛋白质降解为可溶性小分子肽和游离氨基酸，也可使脂肪通过皂化反应，水解为甘油和脂肪酸类，从而更易漂洗除去，有利于提高膳食纤维纯度，南瓜中水不溶性膳食纤维的提取最佳条件是:料液比为120，水解时间为90 min，水解温度为50℃，NaOH质量分数为2%，提取率为64.2%.水溶性膳食纤维提取的最佳条件是:将提取水不溶性膳食纤维后的滤液pH值调整为4去除蛋白质，再将滤液pH值调整为7，提取率为18.4%.水不溶性膳食纤维持水力为364%，膨胀力为5.2 mlg.该工艺产生的含碱废水经过中和作用排放到废水池中，沉淀得到的南瓜蛋白可添加到饲料中利用，滤液可经过蒸馏分离得到乙醇溶液和丙酮溶液，该工艺简单，提取率较高，纯度高，是一种可转化为工业化生产较理想方法.

［1］ 徐广超，姚惠源.豆渣水溶性膳食纤维制备工艺的研究［J］.河南工业大学学报:自然科学版，2005，26(1):54-57.

［2］ 天学森，王亚伟.影响麦麸膳食纤维得率的因素分析［1］.食品工业科技，2003，24(1):77-79.

［3］ M.Dello Staffolo et al.Influence of dietary fiber addition on sensory and rheological properties of yogurt［J］.International Dairy Journal，2004，14:263-268.

［4］ 吴晖，候萍，李晓凤，等.不同原料中膳食纤维的提取及其特性研究进展［J］.现在食品科技，2008，24(1)9:13.

［5］ 张芳，蒋作明，张恩明.南瓜的功能特性及其在食品工业中的应用［J］.食品工业科技，2002，2(6):62-64.

［6］ 孟怡璠，金辉，郑鸯鸯，等.不同工艺南瓜膳食纤维的理化特性研究［J］.中国食品添加剂，2012，(4):122-126.

［7］ 杨芙莲，夏银，任蓓蕾，等.碱法提取荞麦壳中膳食纤维［J］.粮食与油脂，2008(7):23-25.

［8］ 洪瑶，陈文伟，朱悦，等.花生膳食纤维的提取研究［J］.中国食品添加剂，2009(7):102-103.

［9］ 大连轻工业学院.食品分析［M］.北京:中国轻工业出版社，2002:223-224.