超声结合酶法提取花生粕中水溶性膳食纤维及其功能性研究

宋慧，苗敬芝，董玉玮

（徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州 221111）

膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用植物成分、碳水化合物及其相类似物质的总和[1]，是一种资源丰富，对人体具有多种生理功能的物质，对预防疾病和保障人体健康起着重要作用，是理想的功能性食品原料，被称为继碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七大营养素”[2]。

膳食纤维根据其溶解性分为水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）。水溶性膳食纤维指不能被人体消化酶消化分解，可溶于热水的非淀粉多糖，如果胶、部分半纤维素和植物胶等；水不溶性膳食纤维指不能被人体消化酶消化分解，且不溶于热水的非淀粉多糖，如纤维素、部分半纤维素和木质素等。研究表明，水溶性膳食纤维可预防和治疗心脑血管疾病、糖尿病、高血压、改善肠道内微生物菌群、清楚外源有害物质、清楚体内自由基、抗氧化防衰老、抗癌防癌、增强机体免疫力等生理功效[3]。

花生粕是花生榨油后的副产物，营养丰富，含人体所必需的多种氨基酸，维生素、矿物质、多糖、膳食纤维[4]。水溶性膳食纤维提取方法常用有酸法、碱法、酶法和超声法。本文以花生粕为原料，采用超声结合酶法提取花生粕中水溶性膳食纤维，探讨提取工艺条件，并对其功能性进行研究，为提高花生粕的附加值和综合利用提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

花生粕：徐州市七里沟农贸市场。

酸性纤维素酶活力（ 40000 U/g）：天津市诺奥科技发展有限公司；95%乙醇、盐酸、氢氧化钠、醋酸、醋酸钠、邻苯三酚等为国产分析纯试剂；三（羟甲基）胺基甲烷（tris）：生化试剂，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

THZ-82型数显式电热恒温水浴锅、GZX-DH-600型电热恒温干燥箱：上海跃进医疗器械厂；FA2140N型电子天平：上海精密科学仪器公司；PHS-3C精密pH计：上海雷磁仪器厂；SHB-ⅢS循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；756紫外可见分光光度计：上海成光仪器有限公司；DL-5低速大容量离心机：上海安亭科学仪器厂制造。

1.3 方法

1.3.1 超声水提取花生粕中水溶性膳食纤维工艺流程

花生粕→干燥→粉碎，过60目→称取1 g样品→按一定固液比加去离子水→超声→离心→过滤，取滤液，加入4倍体积95%的乙醇沉淀（2 h）→过滤→78%乙醇洗涤滤渣→干燥，称重即得水溶性膳食纤维

1.3.2 超声结合酶法提取花生粕中水溶性膳食纤维工艺流程

花生粕→干燥→粉碎，过60目→称取1 g样品→按一定固液比加去离子水→加NaAc-HAc缓冲液调节pH→50℃，加酸性纤维素酶溶液→超声→离心→过滤，取滤液，加入4倍体积95%的乙醇沉淀（2 h）→过滤→78%乙醇洗涤滤渣→干燥，称重即得水溶性膳食纤维。

1.3.3 超声水提法正交试验

考察料液比、超声时间、超声功率三因素综合效应对水溶性膳食纤维提取率的影响，确立三因素三水平的正交实验因素水平，见表1。

表1 超声水提法正交试验因素水平表Table 1Levels of orthogonal test L9（34）of condition on ultrasound water extraction

1.3.4 超声结合酶法正交试验

考察料液比、超声时间、加酶量、超声功率四因素的综合效应对水溶性膳食纤维提取率的影响，确立四因素三水平的正交实验因素水平，见表2。

表2 超声结合酶法提取正交试验因素水平表Table 2 Levels of orthogonal test L9（34）of condition on ultrasound combined with enzyme extraction

1.3.5 水溶性膳食纤维提取率的计算

A1：4 mL Tris-HCl+1 mLSDF+2 mL 邻苯三酚；A2：4 mL Tris-HCl+1 mLSDF+2 mL 蒸馏水；A3：4 mL Tris-HCl+1 mL蒸馏水+2 mL邻苯三酚。

1.3.7 花生粕中水溶性膳食纤维的理化特性试验1.3.7.1 水溶性膳食纤维持水力测定[6]

准确称取花生粕水溶性膳食纤维1 g放入烧杯中，加入50 mL蒸馏水，于室温下搅拌24 h，然后在 3000 r/min的条件下离心30 min，除去上清液，称量样品的湿重。

1.3.7.2 水溶性膳食纤维膨胀力测定[13]

准确称取花生粕水溶性膳食纤维1 g置于量筒中，加入25 mL水，振荡均匀后，室温放置24 h。观察可溶性膳食纤维样品在试管中的自由膨胀体积（mL），换算成每克干物质的膨胀体积（mL）来表示。

2 结果与分析

2.1 超声水提取可溶性膳食纤维单因素试验结果

2.1.1 料液比的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，按照料液比 1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1 ∶35 g/mL 加入去离子水，超声功率150 W条件下提取10 min。结果如图1所示。

图1 料液比对提取率的影响Fig.1 Effects of ratio of material to liquid on extraction rate of SDF

由图1可看出，随着料液比增加，可溶性膳食纤维得率逐渐增加，当料液比达到1∶25 g/mL时，提取率最大为10.62%，故料液比在1∶25 g/mL时为最佳的提取条件。

2.1.2 超声时间的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，料液比1∶25 g/mL加入去离子水，超声功率150 W条件下分别提取 10、15、20、25、30 min。结果如图 2 所示。

图2 超声时间对提取率的影响Fig.2 Effects of extraction time on extraction rate of SDF

由图2可看出，随着超声时间增加，提取率提高，当时间为25 min时，达到最高点，可溶性膳食纤维提取率为10.43%，故超声时间在25 min时为最佳的提取条件。

2.1.3 超声功率的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，料液比1∶25 g/mL加入去离子水，超声功率为100、125、150、175、200 W 条件下提取 25 min，如图 3 所示。

图3 超声功率对提取率的影响Fig.3 Effect of ultrasonic power on extraction of SDF

由图3可看出，随着超声功率的增加，提取率提高，当功率为150 W时，达到最高点，可溶性膳食纤维提取率为11.05%，故超声功率在150 W时为最佳的提取条件。

2.2 超声结合酶法提取可溶性膳食纤维单因素试验

2.2.1 加酶量的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，料液比1∶25 g/mL，加入NaAc-HAc缓冲液调节pH为5，按1%、2%、3%、4%、5%量加入酸性纤维素酶，超声功率150 W条件下提取25 min。结果如图4所示。

图4 加酶量对提取率的影响Fig.4 Effect of Enzyme volume on extraction of SDF

由图4可看出，随着纤维素酶加酶量增加，提取率逐渐提高，当酶量为2%时，达到最高点，可溶性膳食纤维提取率为13.82%，故纤维素酶加酶量在2%时为最佳的提取条件。

2.2.2 料液比的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，料液比依次为 1 ∶15、1 ∶20、1 ∶25、1 ∶30、1 ∶35 g/mL，加入NaAc-HAc缓冲液调节pH为5，超声功率150 W条件下提取10 min。结果如图5所示。

由图5可看出，随着料液比增加，可溶性膳食纤维得率逐渐增加，当料液比达到1∶20 g/mL时，提取率最大，可溶性膳食纤维提取率为10.32%，故料液比在1∶20 g/mL时为最佳的提取条件。

图5 料液比对可溶性膳食纤维提取率的影响Fig.5 The ratio of material to water on extraction of SDF

2.2.3 超声时间的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，料液比1∶20g/mL，加入NaAc-HAc缓冲液调节pH为5，超声功率150 W条件下分别提取10、15、20、25、30 min。结果如图6所示。

图6 超声时间对提取率的影响Fig.6 Effect of ultrasonic time on extraction of SDF

由图6可看出，随着超声时间增加，提取率提高，当时间为20 min时，达到最高点，可溶性膳食纤维提取率为13.12%，故超声时间在20 min时为最佳的提取条件。

2.2.4 超声功率的确定

称取样品1 g，5份，分别放入5个50 mL烧杯中，料液比1∶20 g/mL，加入NaAc-HAc缓冲液调节pH为5，超声功率为 100、125、150、175、200 W 条件下提取25 min。结果如图7所示。

图7 超声功率对提取率的影响Fig.7 Effect of ultrasonic power on extraction of SDF

由图7可看出，随着超声功率的增加，提取率提高，当功率为175W时，达到最高点，可溶性膳食纤维提取率为12.69%，故超声时间在70%时为最佳的提取条件。

2.3 超声水提取最佳工艺参数的确定

采用正交试验，优化超声水提取花生粕中水溶性膳食纤维工艺条件，结果见表3。

表3 超声水提法正交实验结果Table 3 Results of orthogonal test of ultrasonic water extracting methods

由表3可知，各因素对提取率的影响顺序为C＞A＞B，即功率＞料液比＞时间。最优水平组合是A3B2C2，即料液比1∶30 g/mL，超声时间25 min，超声功率150 W，按最优水平组合重复试验，花生粕中水溶性膳食纤维提取率为12.56%。

2.4 超声结合纤维素酶最佳工艺参数的确定

采用正交试验，优化超声结合法提取花生粕中水溶性膳食纤维工艺条件，结果见表4。

表4 超声结合酶法正交实验结果Table Results of orthogonal test of ultrasonic-enzymatic extracting methods

由表4可知，各因素对提取率的影响顺序为C＞D＞B＞A，即加酶量﹥功率﹥时间﹥料液比。最优水平组合是A3B1C2D2，即料液比1∶25，超声时间15 min，加酶量2%，超声功率175 W，按最优水平组合重复试验，花生粕中水溶性膳食纤维提取率为15.84%。

2.5 花生粕中可溶性膳食纤维对自由基的清除效果

图8 SDF对清除能力Fig.8 Scavenging ability of SDF on

2.6 花生粕中可溶性膳食纤维的理化特性效果

2.6.1 可溶性膳食纤维持水力测定结果

称取水溶性膳食纤维1 g放入烧杯中，加入50 mL蒸馏水，室温下搅拌24 h，在 3000 r/min的条件下离心30 min，称量样品的湿重，结果见表5。

表5 花生粕水溶性膳食纤维的持水力测定结果Table 5 Results of retention ability of soluble dietary fiber of peanut meal

由表5可知，花生粕可溶性膳食纤维的持水力为404%，该指标与麸皮膳食纤维的持水力接近（400%）。说明花生粕可溶性膳食纤维的持水力较高，是一种较优良的食物纤维。

2.6 可溶性膳食纤维膨胀力测定结果

称取花生粕水溶性膳食纤维1 g置于量筒中，加入25 mL水，振荡均匀后，室温放置24 h。观察可溶性膳食纤维样品在试管中的自由膨胀体积（mL），换算成每克干物质的膨胀体积（mL）。结果见表6。

表6 花生粕水溶性膳食纤维膨胀力测定结果Table 6 Results of expansibility of soluble dietary fiber of peanut meal

由表6可知，花生粕可溶性膳食纤维的膨胀力为2.70 mL/g，说明花生粕可溶性膳食纤维具有良好的保水能力。

3 结论

1）在单因素的基础上，通过正交试验，优化实验条件，超声水提取的最佳工艺条件为：料液比1∶30 g/mL，时间25 min，功率150 W，花生粕中可溶性膳食纤维提取率为12.56%；超声结合纤维素酶的最佳工艺条件为：料液比 1∶25 g/mL，时间 15 min，加酶量 2%，功率175 W，花生粕中可溶性膳食纤维提取率为15.84%。

3）花生粕中可溶性膳食纤维的持水力为404%，溶胀力为2.70 mL/g。

说明从花生粕中提取的可溶性膳食纤维具有良好的生理活性，可作为功能性食品基料添加到食品中，既增加了产品的保健功能，同时又提高了花生粕的附加值，具有广阔的市场前景。

[1] 史红兵.苹果渣制备膳食纤维的工艺研究[D].西北大学,2002：23-44

[2] SLAVIN J L.Dietary fiber and body weight[J].Nutr,2005,21：411-418

[3] 韩俊娟,木泰华,张柏林.膳食纤维生理功能的研究现状[J].食品科技,2008(6)：243-245

[4] 梅娜.花生粕化学成分的研究[D].西北农林科技大学,2007：4-5

[5] 李兆杰,薛长湖,陈磊,等.低分子量海带岩藻聚糖硫酸醋的清除活性氧自由基和体内抗氧化作用[J].水产学报,2001,25(1)：64-68

[6] 华欲飞,顾玉兴,王洪晶.功能性大豆膳食纤维的制备及性能研究[J].中国油脂,2004,29(10)：43-46