胡萝卜膳食纤维提取工艺研究

韦琴 黄婉星

（武汉工商学院，湖北武汉 430065）お

摘要 ［目的］优化胡萝卜渣膳食纤维的提取工艺。 ［方法］采用单因素试验，确定酸提胡萝卜渣中水溶性膳食纤维的最佳工艺条件；用中性蛋白酶去除以上残渣中的蛋白质，通过单因素、正交试验，确定α驳矸勖柑崛∷不溶性膳食纤维的最佳工艺条件。［结果］胡萝卜渣中水溶性膳食纤维的最佳提取条件是：pH为3，水浴温度为90 ℃，水浴时间为80 min，最佳料液比为1∶10 g/ml，此条件下水溶性膳食纤维的提取率为5.42%；水不溶性膳食纤维的最佳提取工艺条件是：pH为6，水浴温度70 ℃，水浴时间60 min，加α驳矸勖噶0.6%，此条件下水不溶性膳食纤维的提取率为77.63%。［结论］该方法可为进一步优化膳食纤维提取工艺条件提供科学依据。

关键词 胡萝卜渣；膳食纤维；提取工艺

中图分类号 SB631.2文献标识码 A文章编号 0517-6611（2014）19-06379-03

お

The Extraction Process of Carrot Dietary Fiber

WEI Qin et al

(Wuhan Technology and Business University, Wuhan, Hubei 430065)

Abstract ［Objective］ To optimize the extraction technology of carrot pomace dietary fiber. ［Method］ By single factor experiment, the optimum process conditions of acid瞖xtracting soluble dietary fiber of carrot pomace were determined; the protein in residue was removed by the neutral protease, and the optimum process conditions of alpha amylase 瞖xtracting insoluble dietary fiber were obtained by single factor and orthogonal test. ［Result］ The best condition of soluble dietary fiber is as follows: pH 3, water bath temperature 90 ℃, water bath time 80 min, the best material liquid ratio 1∶10 g/ml, the extraction yield of soluble dietary fiber under such condition is 5.42%; the best condition of insoluble dietary fiber is as follows : pH 6, water bath temperature 70 ℃, water bath time 60 min, plus alpha amylase 0.6%, the extraction yield of insoluble dietary fiber under such condition is 77.63%. ［Conclusion］ The study can provide scientific basis for further optimizing the process conditions of dietary fiber.

Key words Carrot pomace; Dietary fiber; Extraction technique

作者简介 韦琴（1981- ），女，湖北天门人，讲师，硕士，从事天然产物提取研究。

收稿日期 20140528

胡萝卜富含胡萝卜素，食用后经消化分解成维生素A，有防止夜盲症和呼吸道疾病的作用［1］。胡萝卜的营养价值很高，大部分营养物质是无氮浸出物，蛋白质含量也较其他块根为多［2］。膳食纤维是一种不易被消化的食物营养素，指不能被人体消化道酵素分解的多糖类及木质素，主要包括木质素、碳水化合物、纤维素3个部分［3］，一般按溶解性分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维2类［4］。膳食纤维是除矿物质、脂类、蛋白质、维生素、碳水化合物、水之后的营养素，被称为“第七营养素”，国际上提取膳食纤维的方法大致有6种：粗分离法、膜分离法、生物发酵法、化学法、酶-化学试剂结合法以及酶法［5］。酶法提取的膳食纤维中淀粉、蛋白质的去除率较高，而且对产物的破坏性很小，为制备纯度较高的膳食纤维，一般采用酶法［6］。笔者以胡萝卜渣为原材料，探讨酸法提取水溶性膳食纤维、酶解法提取水不溶性膳食纤维的最佳工艺条件，以期为胡萝卜膳食纤维提取提供科学依据。

1 材料与方法

1.1材料

1.1.1 研究对象。胡萝卜购于白沙洲农产品大市场，将胡萝卜洗净去皮，于DS1高速组织捣碎机，过滤去除胡萝卜汁，得胡萝卜渣。

1.1.2 主要试剂。α驳矸勖福3 000~5000 U/g），北京双旋微生物培养基制品厂；中性蛋白酶（60 000 U/g），武汉市华顺生物技术有限公司。

1.1.3 主要仪器。TD25瞁S台式低速离心机，HH2恒温水浴锅，DHS25型酸度计，DS1高速组织捣碎机，RE52CS旋转蒸发仪，DL1万用电炉，G2X9420MBE电热恒温鼓风干燥箱，AUY120电子分析天平。

1.2 方法

1.2.1 水溶性膳食纤维的提取单因素试验。

1.2.1.1

pH对水溶性膳食纤维得率的影响。5份5 g胡萝卜渣，按料液比为1∶10 g/ml，分别加入pH为1、2、3、4、5的盐酸溶液50 ml，90 ℃水浴80 min，过滤，用旋转蒸发仪将滤液减压浓缩至原体积的1/4，加入50 ml的无水乙醇，5 000 r/min离心15 min后得到沉淀，烘干后即得水溶性膳食纤维，称重并计算得率。5 g胡萝卜渣湿样烘干后得到玏1。

水溶性膳食纤维得率=水溶性膳食纤维重量 玏1×100%

1.2.1.2 温度对水溶性膳食纤维得率的影响。

5份5 g胡萝卜渣，按料液比为1∶10 g/ml，加入“1.2.1.1”的最适pH的盐酸溶液50 ml，分别在60、70、80、90、100 ℃下水浴80 min，后与“1.2.1.1”方法相同。

1.2.1.3 提取时间对水溶性膳食纤维得率的影响。

5份5 g胡萝卜渣，按料液比为1∶10 g/ml，加入“1.2.1.1”的最适pH的盐酸溶液50 ml，在“1.2.1.2”的最佳水浴温度下分别水浴60、70、80、90、100 min，后与“1.2.1.1”方法相同。

1.2.1.4 料液比对水溶性膳食纤维得率的影响。

5份5 g胡萝卜渣，分别按料液比为1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14 g/ml，加入“1.2.1.1”的最适pH的盐酸溶液30、40、50、60、70 ml，在“1.2.1.2”的最佳提取温度、“1.2.1.3”的最佳提取时间下水浴，后与“1.2.1.1”方法相同。

1.2.2 水不溶性膳食纤维的提取单因素试验。

1.2.2.1

pH对水不溶性膳食纤维得率的影响。

5份5 g胡萝卜渣（最佳工艺条件酸提后所得到的，下同），分别加入pH为4、5、6、7、8的蒸馏水50 ml，加入0.6％的α驳矸勖福80 ℃水浴80 min酶解，加入0.3％的中性蛋白酶，调节pH为6.5，70 ℃水浴60 min，煮沸1 min灭酶，5 000 r/min离心15 min后得到沉淀，烘干后即得水不溶性膳食纤维，称重并计算得率。5 g酸提取后的胡萝卜滤渣湿样烘干后得┑姜玏2。

水不溶性膳食纤维得率=水不溶性膳食纤维重量 玏2×100%

1.2.2.2 酶解温度对水不溶性膳食纤维得率的影响。

5份5 g胡萝卜渣，加入“1.2.2.1”的最适pH的蒸馏水50 ml，加入0.6％的α驳矸勖福分别在60、70、80、90、100 ℃下水浴80 min，后与“1.2.2.1”方法相同。

1.2.2.3

酶解时间对水不溶性膳食纤维得率的影响。5份5 g胡萝卜渣，加入“1.2.2.1”的最适pH的蒸馏水50 ml，加入0.6％的α驳矸勖福在“1.2.2.2”的最佳酶解温度下分别水浴60、70、80、90、100 min，后与“1.2.2.1”方法┫嗤。

1.2.2.4 加酶量对水不溶性膳食纤维得率的影响。

5份5 g胡萝卜渣，加入“1.2.2.1”的最适pH的蒸馏水50 ml，加α驳矸勖赴凑0.2％、0.4％、0.6％、0.8％、1.0％的浓度加入，在“1.2.2.2”的最佳提取温度、“1.2.2.3”的最佳酶解时间下水浴，后与“1.2.2.1”方法相同。

1.2.3 水不溶性膳食纤维的提取正交试验。

根据“1.2.2”单因素试验结果，选取影响因素pH、酸解温度、酶解时间、加酶量4个因素的3个水平采用L9（34）进行正交试验，正交试验因素水平见表1。

表1 水不溶性膳食纤维提取正交试验因素水平设计

水平 因素 温度（A）∥℃ pH（B） 加α驳矸勖噶开ぃ–）∥% 时间（D）min

1 65 5.5 0.5 50

2 70 6.0 0.6 60

3 75 6.5 0.7 70

1.2.4

验证性试验。根据单因素试验得到水溶性膳食纤维的最佳工艺条件，在此条件下根据3次平行试验计算得

率；根据单因素、正交试验得出的水不溶性膳食纤维的

最优提取工艺条件，在此条件下根据3次平行试验计算┑寐省＊

2 结果与分析

2.1 水溶性膳食纤维的提取单因素试验

2.1.1

pH对水溶性膳食纤维得率的影响。由图1可看出，水溶性膳食纤维的得率在pH 1~3的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是当pH小于3时，酸度太强，水解太强烈使提取率下降；当pH大于3时，由于酸解强度较弱，水解不够充分，故而提取率下降。因此酸提时最适的pH为3。

图1 pH对水溶性膳食纤维得率的影响

2.1.2 温度对水溶性膳食纤维得率的影响。由图2可看出，水溶性膳食纤维的得率在水浴温度为60~90 ℃的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是当温度大于90 ℃时，部分水溶性膳食纤维的结构被破坏，故而提取率下降。因此酸提时的最佳水浴温度为90 ℃。

图2 温度对水溶性膳食纤维得率的影响

2.1.3 提取时间对水溶性膳食纤维得率的影响。由图3可看出，水溶性膳食纤维的得率在水浴时间为60~80 min的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是当水浴时间小于80 min时，随着时间的增加，水溶性膳食纤维逐渐被充分溶解，提取率随之提高；而当提取时间大于80 min时，酸液作用于底物中的膳食纤维，导致其过度酸解，故而提取率下降。因此酸提时的最佳水浴时间为80 min。

图3 时间对水溶性膳食纤维得率的影响

2.1.4 料液比对水溶性膳食纤维得率的影响。由图4可看出，水溶性膳食纤维的得率在料液比为1∶6~1∶10g/ml的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是当料液比小于1∶10 ゞ/ml时，随着提取液的增多，水溶性膳食纤维逐渐被充分溶解，提取率随之提高；而当料液比大于1∶10 g/ml时，提高液体用量对提取率影响不大。因此酸提时的最佳料液比为1∶10 ゞ/ml。

图4 料液比对水溶性膳食纤维得率的影响

由以上结果得知，用酸提法提取水溶性膳食纤维的最佳作用条件是pH为3，水浴温度为90 ℃，水浴时间为80 min，最佳料液比为1∶10 g/ml。

2.2 水不溶性膳食纤维的提取单因素试验。

2.2.1

pH对水不溶性膳食纤维得率的影响。由图5可看出，水不溶性膳食纤维的得率在pH 4~6的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是α驳矸勖傅幕钚栽趐H为6时最强，淀粉的溶解度也最大，pH高于或低于这个值，淀粉的溶解度都会减小，从而造成提取率下降。因此酶解时最适的pH为6。

图5 pH对水不溶性膳食纤维得率的影响

2.2.2

酶解温度对水不溶性膳食纤维得率的影响。由图6可看出，水不溶性膳食纤维的得率在酶解温度为50~70 ℃的时候渐渐上升，之后逐渐下降。因此酶解时最适的温度为70 ℃。

图6 温度对水不溶性膳食纤维得率的影响

2.2.3酶解时间对水不溶性膳食纤维得率的影响。由图7可看出，水不溶性膳食纤维的得率在酶解时间为40~60 min的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是当酶解时间小于60 min时，淀粉的酶解不够充分，提取率降低。因此酶解时最适的酶解时间为60 min。

图7 酶解时间水不溶性对膳食纤维得率的影响

2.2.4 加酶量对水不溶性膳食纤维得率的影响。由图8可看出，水不溶性膳食纤维的得率在加酶量为0.2%~0.6%的时候渐渐上升，之后逐渐下降。原因是当加酶量小于0.6%时，随着加酶量的增多，淀粉逐渐被充分溶解，提取率随之提高；而当加酶量大于0.6%时，提取率变化不明显。因此酶解时的最佳加酶量为0.6%。

图8 加酶量对水不溶性膳食纤维得率的影响

2.3 水不溶性膳食纤维的提取正交试验 正交试验结果见表2。由表2可知，酶法提取水不溶性膳食纤维的最佳作用

条件是A2B2C2D2，即温度为70 ℃，pH 6.0，加酶量为0.6%，酶解时间为60 min。4个因素对提取率的影响顺序由小到大为：加酶量＜酶解时间＜酶解温度＜pH。由此可知，pH对水不溶性膳食纤维提取率的影响最大。

表2 水不溶性膳食纤维提取正交试验结果分析

试验号因素温度（A） pH（B） 加α驳矸勖噶浚–） 时间（D）得率%

1 1 1 1 1 74.10

2 1 2 2 2 77.21

3 1 3 3 3 74.65

4 2 1 2 3 74.98

5 2 2 3 1 77.83

6 2 3 1 2 76.42

7 3 1 3 2 74.96

8 3 2 1 3 77.03

9 3 3 2 1 75.74

K1 222.96 224.04 227.55 224.82

K2 229.23 232.07 227.93 228.59

K3 227.73 226.81 227.44 226.66

R 2.09 2.68 0.17 1.26

2.4 验证性试验 根据“2.1”得到的最佳提取条件，经3次平行试验，结果见表3，水溶性膳食纤维得率为5.42%。

表3 提取水溶性膳食纤维的验证性试验编号 残渣重量∥g 得率∥%1 0.334 5.422 0.334 5.423 0.335 5.43平均值 - 5.42根据“2.3”得到的最佳提取条件A2B2C2D2，经3次平行试验，结果见表4，水不溶性膳食纤维得率为77.63%。表4 提取水不溶性膳食纤维的验证性试验编号 残渣重量∥g 得率∥%1 0.479 6 77.732 0.478 3 77.523 0.479 1 77.65平均值 - 77.633 结论与讨论由试验结果可知，提取水溶性膳食纤维的最佳工艺条件为料液比1∶10 g/ml，加入pH为3的盐酸溶液，90 ℃水浴80 min，滤液浓缩后加入50 ml的无水乙醇，离心，沉淀烘干后称重，在此条件下测得水溶性膳食纤维得率为5.42%；提取水不溶性膳食纤维的最佳工艺条件为pH调节到6.0，加入α驳矸勖0.6％，水浴70 ℃，60 min，再加入中性蛋白酶0.3％，调节pH为6.5，70 ℃水浴60 min酶解去蛋白，煮沸1 min灭酶，离心，沉淀烘干后称重，在此条件下所得水不溶性膳食纤维得率为77.63%。在提取水溶性膳食纤维过程中，水浴后加入乙醇沉淀，因水溶性膳食纤维含量少，浓度较低，直接加入乙醇时用量很大，为节省资源，故先将溶液减压浓缩至原体积的1/4，提高浓度后再加入乙醇沉淀；在提取水不溶性膳食纤维过程中，采用中性蛋白酶水解法去除了水不溶性膳食纤维里的蛋白质，且酶法方法温和，对产物破坏力小，去除率较高。与参考文献［7］提取的水不溶性膳食纤维得率69.12%相比，此次研究77.63%的提取率比之高出8.51个百分点，说明酶法提取水不溶性膳食纤维相比其他方法有一定的优势，包括操作简单、提取率高、产物品质好等。采用该工艺制备的胡萝卜渣可溶性膳食纤维溶解性良好，不溶性膳食纤维提取率高，对同行膳食纤维的提取研究工作有一定的参考价值。同时深入研究该课题建议是将胡萝卜中提取的膳食纤维进一步应用于面包、饼干、饮料等多种食品加工中，开发出形式、风味多样，食用方便且美味的膳食纤维食品。参考文献［1］ 杨月欣，王光亚.实用食物营养成分分析手册［M］.北京：中国轻工业出版社，2002：80.［2］葛可佑.中国营养科学全书［M］.北京：人民出版社，2004：240-245.［3］SONG X Y，HE G Q，RUAN H，et al.Preparation and properties of octenyl succinic anhy dride modified early indicia rice starch［J］.Starch，2006，58（2）：109-117.［4］刘忠萍，华聘聘.大豆膳食纤维研究［J］.粮食与油脂，2009，9（8）：11-12.ぃ5］KOROSKENY B，MCCARTHY S.PMicrowave瞐ssisted solvent瞗ree or aqueous瞓ased synthesis of biodegradable polymers［J］.Journal of Polymer and The Environment，2002，10（11）：93-104.［6］郑建仙，高孔荣.论膳食纤维［J］.食品与发酵工业，1994，13（4）：32-38.［7］邵焕霞.胡萝卜渣中膳食纤维提取工艺研究［J］.食品与发酵科技，2009，45（4）：4-18.