山楂中水不溶性膳食纤维提取工艺的优化

（肇庆学院化学化工学院，广东肇庆 526061）

山楂中含有大量的果胶，纤维素，木质素等膳食纤维。与其他水果比较，山楂中膳食纤维的含量是较高的，其总膳食纤维含量可以达到3.1%[1]。本试验从探究最佳工艺的角度出发，以山楂果实为原料，利用酶化学法提取山楂中的水不溶性膳食纤维，通过单因素试验和正交试验确定山楂中水不溶性膳食纤维提取工艺的最佳条件。并对山楂膳食纤的溶胀力和持水力进行测定。

目前提取膳食纤维的方法主要有：化学法，酶法和酶化学法。化学法制备的膳食纤维虽然纯度高，但色泽较深，而且碱味较重，口感不佳，更重要的一点是产品得率低；酶法制备的膳食纤维具有得率高的优势，但是纯度低，成本较高，所以不适合大规模生产；酶化学法制备的膳食纤维其持水力，溶胀性以及得率都优于前面两种方法，所得产品纯度高，而成本较前面两种方法都要低[2-3]。

1 试验材料与仪器

新鲜山楂果实：广东省茂名市信宜；氢氧化钠、盐酸、无水乙醇、葡萄糖、浓硫酸、无水硫酸铜、亚铁氰化钾、次甲基蓝、酒石酸钾钠、无水乙醚、醋酸铅、无水硫酸钠、硫酸钾、硼酸、30%过氧化氢等均为分析纯；液化淀粉酶（生物试剂，酶活力90 KNU/g）：北京奥博星生物技术有限责任公司。

HH-6恒温水浴锅：江苏省金坛市环宇科学仪器厂；AL236612电热恒温干燥箱：上海圣欣科学仪器有限公司；DYF-250A高速粉碎机：上海比朗仪器有限公司；SC-205榨汁机：上海君拓生物科技有限公司；DD-3凯达离心机：湖南凯达科学仪器有限公司。

2 方法

2.1 工艺流程

2.2 操作要点

2.2.1 山楂果实的预处理及其主要成分的测定

预处理：称取100.00 g新鲜山楂果实，洗净切块，榨汁取渣，用0.2%过氧化氢溶液漂洗除去色素，置于恒温干燥箱中干燥至恒重，所得成品作为提取水不溶性膳食纤维提取实验的实验样品。

山楂果实中主要成分的测定：按上述操作平行测定3次，通过计算即得山楂果实水分及水溶性物质的含量。称取样品，通过食品分析方法即可测定山楂果实中的淀粉、脂类以及蛋白质的含量[4]。

2.2.2 水不溶性膳食纤维提取最佳工艺条件的确定

称取3.00 g处理过的山楂果实干粉，加入100 mL水进行浸泡，然后分别在不同的液化淀粉酶加入量、酶解温度、酶解时间、碱加入量、碱解温度、碱解时间等条件下进行水不溶性膳食纤维的制备[5-8]，并通过产品的总杂质去除率的测定确定各个因素对试验结果的影响程度大小，找出主要的影响因子，通过对各单因素的分析与试验探讨，设计正交试验，对主要影响因子在不同水平进行优选。

2.2.3 优方案的验证

2.2.3.1 提取水不溶性膳食纤维

采用最优提取条件，提取山楂中的水不溶性膳食纤维，平行提取3次，计算提取率和总杂质的去除率的平均值。

2.2.3.2 山楂中水不溶性膳食纤维持水力的测定[9]

称取4.00g提取的水不溶性膳食纤维样品于50mL的离心管中，加入25 mL去离子水，充分搅拌30 min后用3 000 r/min离心机处理10 min，弃去上层清液并用滤纸将离心管内壁残留的水分吸干，称重。

2.2.3.3 山楂中水不溶性膳食纤维膨胀力的测定[10]

称取2.00g提取的水不溶性膳食纤维样品于50mL量筒中，加水30 mL，读取体积数，摇匀，在室温下静置24 h，读取样品吸水膨胀后的体积数。

3 结果与分析

3.1 山楂果实中主要成分含量的测定

通过食品分析方法测定及计算得到山楂中水分及水溶性物质、淀粉、脂类、及蛋白质含量。

表1 山楂果实中主要成分的含量Table 1 Content of the main component of hawthorn fruit %

通过实验结果分析得知山楂果实中水分及水溶性物质含量最高，占主要部分。

3.2 水不溶性膳食纤维提取最佳工艺条件的确定

3.2.1 水不溶性膳食纤维提取单因素试验

3.2.1.1 液化淀粉酶用量对水不溶性膳食纤维提取纯度的影响

在7个烧杯中各称取3.00g山楂干粉，加入100mL水浸泡摇匀，再分别加入0.00%、0.05%、0.10%、0.15%、0.2%、0.25%、0.30%（样品质量分数）的液化淀粉酶，在50℃水浴锅中酶解35 min。试验结果如图1所示。

图1 液化淀粉酶用量对纯度的影响Fig.1 Effects of liquefying amylase addition on extraction purity

结果表明：当液化淀粉酶加入量在0%至0.15%范围内时，淀粉杂质的去除率成增长趋势，淀粉杂质的去除率在液化淀粉酶加入量为0.15%时达到最高为92.7%，此时得到的水不溶性膳食纤维淀粉杂质含量最低；液化淀粉酶的用量在0.15%以上时，淀粉的去除率逐渐降低。

式中：3.00为山楂干粉质量，g；92.8%为山楂果实中水分及水溶性物质含量。

3.2.1.2 酶解时间对水不溶性膳食纤维提取纯度的影响

在7个烧杯中各称取3.00g山楂干粉，加入100mL水摇匀，添加0.15%液化淀粉酶，在50℃条件下分别酶解 25、30、35、40、45、50、55 min，实验结果如图 2所示。

图2 酶解时间对淀粉杂质去除率的影响Fig.2 Effects of hydrolysis time on the removal of starch

随着酶解时间的延长，淀粉杂质的去除率逐渐增大，当酶解至35 min时，淀粉杂质的去除率达到最大的92.7%，过了35 min以后，酶解时间的延长反而使淀粉的去除率降低，得到的水不溶性膳食纤维纯度降低。

3.2.1.3 酶解温度对水不溶性膳食纤维提取纯度的影响

在6个烧杯中各称取3.00g山楂干粉，加入100mL水浸泡，添加0.15%液化淀粉酶后分别置于35、40、45、50、55、60℃恒温水浴锅中酶解35 min。结果如图3所示。

图3 酶解温度对淀粉杂质去除率的影响Fig.3 Effects of hydrolysis temperature on the removal of starch

由图3可以看出，酶解的温度对于淀粉杂质的去除率影响不明显，即对提取的膳食纤维的纯度高低影响不大，所以在正交试验设计上可以不考虑酶解温度这个因素。

3.2.1.4 碱加入量水不溶性膳食纤维提取纯度的影响

在7个烧杯中分别称取3.00 g山楂干粉，加入100 mL水浸泡后再分别加入0.00%、0.50%、1.00%、1.50%、2.00%、2.50%、3.00%（样品质量浓度）的氢氧化钠，置于50℃水浴锅中碱解30 min。实验结果如图4所示。

图4 碱加入量对蛋白质，脂类去除率的影响Fig.4 Effectsofalkaliadditionontheremovalofproteinsandlipids

实验结果表明：随着碱加入量的增加，蛋白质和脂类杂质的去除率逐渐增大，当碱加入量为1%时，蛋白质，脂类的去除率达到最高的85.1%，此时得到的膳食纤维纯度最高；当碱的加入量超过1%时，此时蛋白质，脂类的去除率又开始逐渐降低。

蛋白质、脂类的去除率=（去除蛋白质质量+去除脂类质量）/（蛋白质总量+脂类总量）×100%

碱解过程中，温度过高会使酚性酶物质发生褐变反应，从而影响到膳食纤维产品的色泽品质，但是温度过低又达不到对杂质的去除。所以这里选取35、40、45、50、55、60、65℃7个温度进行研究碱解温度对膳食纤维提取的影响。结果如图5所示。

图5 碱解温度对蛋白质，脂类去除率的影响Fig.5 Effects of alkaline hydrolysis temperature on the removal of proteins and lipids

结果表明：随着碱解温度的升高，蛋白质和脂类杂质的去除率逐渐增大，等到碱解温度达到50℃时，蛋白质与脂类的去除率达到最大，为85.1%。温度超过50℃后，随着碱解温度的升高蛋白质与脂类等杂质的去除率开始下降。

3.2.1.6 碱解时间对水不溶性膳食纤维提取纯度的影响

取6个烧杯，分别称取3.00 g干粉，添加1.00%氢氧化钠，在 50 ℃条件下分别碱解 25、30、35、40、45、50 min。结果如图6所示。

图6 碱解时间对蛋白质，脂类去除率的影响Fig.6 Effects of alkaline hydrolysis time on the removal of proteins and lipids

结果如图6所示，由于脂类和蛋白质与氢氧化钠反应速度快，所以碱解的时间对实验结果的影响不大，可以不列入正交试验的因素考虑范围。

3.2.2 山楂果实中水不溶性膳食纤维提取的正交试验

通过单因素试验确定了对水不溶性膳食纤维提取影响较大的因素：液化淀粉酶的加入量、酶解时间、碱加入量、碱解温度。从中选出合适的水平进行正交试验。试验设计为：液化淀粉酶的加入量（A）、酶解时间（B）、碱加入量（C）、碱解温度（D）4因素 3水平，采用L9（34）正交试验方案。正交试验设计及结果见表2、表3。再经过数据处理确定水不溶性膳食纤维提取的最佳工艺条件。

表2 正交试验因素水平表Table 2 Orthogonal factor level table

表3 水不溶性膳食纤维提取的杂质去除率的正交试验设计与结果Table 3 Water-insoluble dietary fiber extracted impurity removal orthogonal experimental design and results

从表中数据可以看出，影响因素大小顺序为C>D>A>B，由表中K值数据分析可以得到各个因素的最佳搭配为A1B2C1D1，即液化淀粉酶加入量为0.1%，酶解时间为35 min，碱的加入量为0.5%，碱解温度为45℃。

3.3 优方案的验证

3.3.1 水不溶性膳食纤维的纯度和提取率

最优条件在试验中没有出现，通过补充试验：称取4.00 g山楂干粉，加100 mL水浸泡摇匀，在正交试验所得的最优条件下进行实验，求得所提取的水不溶性膳食纤维的总杂质去除率（如表4所示），并与正交试验所得数据进行大小比较。

表4 优方案验证的试验结果Table 4 The results of the validation of excellent program

式中：4.00为山楂粉末样品的质量，g；92.8%为山楂果实中水分及水溶性物质含量。

膳食纤维的提取率=实验最终所得干品质量/55.6 g×100% 其中55.6 g为与4.00 g山楂干粉相当的鲜山楂果实的质量。

由表4可知，优方案条件下杂质的去除率达到97.8%，大于正交试验结果中杂质去除率的最大值，提取率为3.52%，通过正交试验优化，表明在优方案条件下提取水不溶性膳食纤维具有纯度高、提取率高等优点。

3.3.2 山楂中水不溶性膳食纤维持水力的测定

实验测得吸水后样品的湿重为25.08 g，样品干重为4.00 g。根据计算公式，可得：

3.3.3 山楂中水不溶性膳食纤维膨胀力的测定

实验测得干品加水后的体积为35.1 mL，干品质量为2.00 g，溶胀体积为45.3 mL，根据计算公式，可得：膨胀力（mL/g）=

4 结论与展望

本试验以经过榨汁取渣，烘干粉碎，干燥恒重的山楂粉为原料，利用液化淀粉酶水解淀粉，利用氢氧化钠水解蛋白质和脂肪的提取膳食纤维的方法，通过单因素试验和正交试验得到山楂果实中淀粉，蛋白质，脂肪等杂质的去除率的最佳工艺条件。试验结果表明：在液化淀粉酶加入量为0.1%，酶解时间为35 min，碱加入量0.5%，碱解温度45℃的条件下，总杂质去除率为97.8%，所得的水不溶性膳食纤维的纯度高；同时，水不溶性膳食纤维的提取率可达到3.52%，膳食纤维持水力为5.27 g/g，溶胀力为5.10 mL/g。山楂膳食纤维呈浅黄棕色，溶胀力和持水力较好，手感细腻，可以运用于糕点和饮料中。

膳食纤维作为第七大营养素受到人们的重视，膳食纤维的开发和应用也将会得到更大的关注。而酶化学法提取的膳食纤维产品具有手感好、溶胀性和持水力好、纯度高而且成本低等优势，希望酶化学法提取膳食纤维在膳食纤维的提取工艺中得到更广的应用。

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