橘皮中可溶性膳食纤维理化性质的研究

郝晓华， 罗晓敏， 罗淑政， 宿 婧

（忻州师范学院生物系，山西忻州 034300）

我国南方盛产柑橘，果肉可食用或生产橘汁，但是橘皮多数作为废弃物丢掉。 橘皮经微生物分解后腐烂发臭, 柑橘果皮渣的污染情况愈加严重（臧玉红，2006），资源无法充分利用，橘皮的处理成为困扰生产厂家的一大难题。

膳食纤维（DF）是以多糖为主体的物质，但不能被肠胃消化吸收， 摄入一定的膳食纤维不仅能有效刺激肠道蠕动， 还能清除肠道内对身体有害的物质（马昱阳等，2020），预防胆结石、便秘、直肠癌、冠心病等疾病的发生。橘皮中含有许多的膳食纤维，分为不可溶性和可溶性（王海娟等，2020）。可溶性膳食纤维（SDF）是指不能被人体消化酶所分解的多糖类物质。 不可溶性膳食纤维（IDF）是指不溶于水且不易被人体所消化的一类膳食纤维（宋康等，2020）。本试验通过碱法提取干燥橘皮中含有的可溶性膳食纤维， 研究碱液浓度、 浸提时间、浸提温度、料液比对SDF 提取率的影响，选择出最佳条件碱法提取橘皮SDF，并对其持水力、溶胀性、脂肪结合能力、还原力这些理化性质进行测定，旨在为充分开发利用橘皮资源提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料 本研究所用橘子购买于超市，试验前事先用蒸馏水对橘皮进行清洗并晾干， 再用粉碎机粉碎成粉末。

1.2 试验试剂及仪器 氢氧化钠、 磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、铁氰化钾、氯化钠、无水乙醇、磷酸二氢钾、三氯乙酸、醋酸、盐酸、蒸馏水、植物油（非转基因玉米胚芽油， 食品级）； 酚酞指示剂；pH 6.6的磷酸盐缓冲剂；维生素（Vc）。 所有化学试剂均为常规且为分析纯。

万分之一电子天平、电热恒温振荡水槽、低速离心机、调温电热套、密封型手提式粉碎机、紫外可见分光光度计、数显鼓风干燥箱。

1.3 橘皮碱法提取工艺流程 清洁橘皮-干燥橘皮-粉碎-碱法提取 （单因素试验）-收集滤液-酸中和-醇沉淀干燥沉淀物-烘干-称重-橘皮SDF-正交试验，验证正交试验结果，得到最佳提取条件，然后按照试验步骤对其各项理化性质进行研究。

准确称取2 g 橘皮粉，料液比为1:10 ～1:70，将其和质量浓度为20 ～50 mg/mL 的NaOH 溶液混合，进行水浴加热，加热温度为30 ～90 ℃，水浴加热时间为1 ～7 h， 对上清液中和 （使用醋酸），使用电热套将其减压浓缩，直至其液体呈黏稠状，将其冷却，直至其温度到室温。 再加入无水乙醇（10 倍体积）后静置，使用离心机将其进行分离。分离成功后干燥，进行称量，干燥再称量，直至其恒重为止，就可得到可溶性膳食纤维（SDF）（郭艳峰等，2017；戴余军等，2014），此时为固体状态。

1.4 橘皮SDF 提取率的计算及数据处理

1.5 橘皮SDF 提取的单因素试验 试验选取浸提温度、浸提橘皮时碱液的浓度、料液比、浸提橘皮的时间4 个因素对可溶性膳食纤维提取率的影响进行研究。

1.5.1 料液比对提取率的影响 准备7 份粉碎好的橘皮粉， 每份 2 g， 根据料液比为 1:10、1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70（g/mL）的比例分别加入质量浓度为20 mg/mL 的NaOH 溶液， 充分搅拌，于事先准备好50 ℃水浴槽中水浴1 h。 再4200 r/min离心分离3 min，对上清液中和（使用醋酸），使用电热套将其浓缩， 直至其液体呈黏稠状， 将其冷却，直至其温度到室温。 样品：无水乙醇按照1:10的比例，充分静置，使用离心机将其进行分离，将上清液舍弃，将下层沉淀物置于干燥箱中干燥后，得到可溶性膳食纤维（SDF），分别称取不同比例的料液比所制得的SDF 质量，比较不同料液比对于SDF 提取率的影响。

1.5.2 碱液浓度对提取率的影响 称取粉碎好的橘皮粉 7 份，每份 2 g，按照料液比 1:40（g/mL）分别加入质量浓度 20、25、30、35、40、45、50 mg/mL的NaOH 溶液，充分搅拌，于事先准备好50 ℃水浴槽中水浴1 h。 其余步骤参照上述料液比对提取率影响方法进行操作。 最后再分别称取不同碱液浓度所制得的SDF 质量，考察不同碱液浓度对于SDF 提取率的影响。

1.5.3 浸提温度对提取率的影响 称取粉碎好的橘皮粉 7 份，每份 2 g，按照料液比 1:40（g/mL）分别加入质量浓度20 mg/mL 的NaOH 溶液，充分搅拌，溶液分别置于 30、40、50、60、70、80、90 ℃的恒温水浴槽条件下水浴1 h。 其余步骤参照上述料液比对提取率影响的方法进行操作。 最后再分别称取不同浸提温度所制得的SDF 质量，比较不同浸提温度对SDF 提取率的影响。

1.5.4 浸提时间对提取率的影响： 称取粉碎好的橘皮粉 7 份，每份 2 g，按照料液比 1:40（g/mL）分别加入质量浓度20 mg/mL 的NaOH 溶液，充分搅拌，将溶液置于事先准备好50 ℃恒温水浴槽中分别水浴 1、2、3、4、5、6、7 h， 其余步骤参照上述料液比对提取率影响的方法进行操作。 最后再分别称取不同浸提时间所制得的SDF 质量，比较不同浸提时间对SDF 提取率的影响。

1.6 橘皮可溶性膳食纤维（SDF）的理化性质测定

1.6.1 持水力测定 参考周淑仪等（2019）、李伟伟等（2018）的方法略做修改，取0.5 g 已粉碎好的可溶性膳食纤维，放入到15 mL 离心管中，并加入蒸馏水7.5 mL，将其充分混合均匀，放入恒温水浴槽中（37 ℃）水浴，水浴时间为 12 h，再 4000 r/min离心15 min,小心倒出上清液，用滤纸上干燥剩余部分并称重。

持水力/（g/g）=（样品湿重-样品干重）/样品干重。

1.6.2 脂肪结合能力测定 参考仝文玲等（2019）、王彩虹（2018）的方法略做修改，称取 0.5 g的可溶性膳食纤维（m0），加入 HCl 溶液（0.1 mol/L）100 mL，充分溶解，再加10 g 植物油，再将其充分混匀，于事先准备好的37 ℃恒温水浴槽分别振荡水浴 0、30、60 min，4000 r/min 离心 15 min， 小心除去上层未结合的油，去除游离的植物油，称重得出 m1、m2、m3，做平行的试验 3 次。

脂肪吸附量/（g/g）=（mn-m0）/m0。

1.6.3 溶胀力测定 参考徐守梁等（2020）的方法略做修改，准备10 mL 的量筒，放入提取的膳食纤维1.5 g 并记录体积，再加入蒸馏水5 mL，浸泡12 h，记录体积。 设浸泡后的体积为V1，浸泡前干品体积为V2，干品质量为m3。

溶胀力/（mL/g）=（V1-V2）/m3。

1.6.4 还原力测定 参考蒋纬等（2019）的方法略做修改。 试验组： 将提取的可溶性膳食纤维加蒸馏水充分混匀，配制成5 mg/mL SDF 溶液，在试管中依次加入样品溶液2 mL， 铁氰化钾溶液（1%）2.5 mL、磷酸盐缓冲液（pH=6.6）2.5 mL 并充分混和均匀，置于事先准备好的50 ℃恒温水浴槽中水浴20 min。随后加入三氯乙酸（0.1%）2 mL 充分混和均匀，将其静置5 min 后，测定吸光度（紫外分光光度计的波长为700 nm）。

阳性对照组:移取 Vc 溶液（5 mg/mL）2 mL 于试管中，加入铁氰化钾溶液（1%）2.5 mL、磷酸盐缓冲液（pH=6.6）2.5 mL，并将其充分混和均匀，置于事先准备好的50 ℃恒温水浴槽中水浴20 min。再加入2 mL 0.1%三氯乙酸， 并将其充分混和均匀，静置5 min，测定吸光度（设置波长为700 nm）。

阴性对照组： 试验基本流程和阳性对照组相同，但Vc 被等体积蒸馏水替换。 用其在分光光度计调零调百，测定阴性和阳性对照组的吸光度值。

2 试验结果

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比试验结果 由图1 可知，当料液比增大时，橘皮SDF 的提取率先上升后下降。 主要原因是当料液比增大时，细胞壁内侧和外侧的渗透压随之不断升高，这是橘皮SDF 浸出的有利条件。 当料液比大于1:40 后，提取率开始下降，可能是因为当料液比逐渐增大时，杂质浸出增多，提取率下降。综合考虑溶剂损耗量，进行正交试验时取1:20、1:30、1:40 这三个水平。

图1 料液比对橘皮SDF 提取率的影响

2.1.2 浸提温度试验结果 如图2 所示， 当浸提温度增加时，橘皮SDF 提取率先增加后下降。 当温度由30 ℃升温至70 ℃时，橘皮SDF 提取率在不断地增大，是因为分子的运动受温度的影响，温度升高，分子运动速率加快，因此SDF 的提取率得以提高。但温度大于70 ℃后，SDF 提取率并没有继续增高反而降低，可能因为过高的温度，降解了橘皮SDF 中的部分成分，所以提取率下降。 正交试验时选取浸提的温度为60、70 、80 ℃这三个水平。

图2 浸提温度对橘皮SDF 提取率的影响

2.1.3 浸提时间试验结果 如图3 所示， 当浸提橘皮的时间增加时，橘皮SDF 提取率是先升高后下降。可能是因为随着浸提时间的增加，橘皮SDF逐渐浸出，在4 h 时达到最大。 超过4 h 后提取量减小， 推测浸提橘皮的时间过长造成了已经浸出的橘皮SDF 分子结构发生改变或被破坏，且时间过长容易造成杂质成分的析出， 造成提取液黏稠度增大，杂质过多，使得抽取难度增加，降低了提取率。综合考虑后续提取工作量等方面，选择浸提时间为3、4、5 h 作为正交试验的三个水平。

图3 浸提时间对橘皮SDF 提取率的影响

2.1.4 碱液浓度试验结果 由图4 可知， 在试验范围内，随着碱液浓度的增加，橘皮SDF 提取率呈先增后减的变化趋势。 当低于35 mg/mL 时，橘皮SDF 提取率随着碱液浓度的增加而增大； 当高于35 mg/mL 时，橘皮SDF 提取率随着碱液浓度的增加而减少。当橘皮SDF 提取率达到最大值时，碱液浓度为35 mg/mL。在碱液浓度35 mg/mL 之前其细胞解离程度随着碱液浓度的增大而升高， 其产出的SDF 也就越多。 但当浓度高于35 mg/mL 时，会导致已析出来的SDF 发生降解，进而导致提取率下降。 因此做正交试验的三个NaOH 碱液浓度水平为 30、35、40 mg/mL。

图4 碱液浓度对橘皮SDF 提取率的影响

2.2 橘皮SDF 提取工艺的正交设计及结果 由单因素试验结果可知，不同因素对橘皮SDF 提取率的影响有所不同。 为了考察试验因素对试验结果的综合影响，选取料液比（A）、浸提橘皮的时间（B）、浸提橘皮所用碱液的浓度（C）、浸提橘皮的温度（D）为考察因素，用 SPSS 20.0 设计 L9（34）正交试验（表1），通过比较橘皮SDF 的提取率，得出提取橘皮可溶性膳食纤维最好的条件。

表1 橘皮SDF 提取工艺L9（34）因素水平

由表2 可知，橘皮SDF 最低提取率为3.7%，最高提取率为9.1%，相差2.5 倍，说明各种因素的组合对提取结果影响很大。 因素D 的极差（R）在4 个因素中最大，说明其对橘皮SDF 提取率影响最明显。 根据R 值，得到影响提取率的因素为D＞A>B=C。

表2 橘皮SDF 碱法提取工艺正交试验结果

综上所述，可确定橘皮SDF 提取的最佳条件为A2B3C2D2， 即橘皮中提取SDF 最好的条件为料液比 1:30（g/mL）、浸提时间 5 h、浸提温度 70 ℃、碱液浓度35 mg/mL。为了进一步考察该工艺是否可作为最优选择，进行验证试验。

2.3 验证试验 准确称取橘皮粉3 份，每份各2 g，根据上述提取最佳条件（A2B3C2D2）进行重复性验证试验， 测得提取率分别为9.13%、9.31%、9.25%，平均提取率为9.23%，三次重复试验SDF 提取率较接近，没有明显差异，且得到平均提取率高于正交设计表中的最高值，说明该提取工艺可靠。

2.4 橘皮可溶性膳食纤维（SDF）的理化性质测定结果

2.4.1 持水力和溶胀性的测定结果与分析 可溶性膳食纤维来源和制备形式不同， 持水力及溶胀性会有所差异， 其范围大致在纤维自重的1.5 ～2.5 倍。 由测定可得，橘皮 SDF 持水力为 1.21 g/g，溶胀性为2.32 mL/g， 持水力为纤维自重的1.2倍，溶胀力为纤维自重的2.3 倍。

2.4.2 脂肪结合能力的测定结果与分析 由表3可知，在0 ～30 min 橘皮SDF 脂肪吸附量增加的幅度较大，在 30 ～ 60 min 未增加，0.5 h 后吸附平衡。脂肪结合能力会受时间的影响，脂肪吸附量达到饱和也就意味着反应到达平衡。

表3 橘皮SDF 脂肪结合能力测定结果

2.4.3 还原力的测定结果与分析 铁氰化钾的三价铁被抗氧化剂还原成二价铁， 二价铁进一步再和三氯化铁反应生成墨绿色的普鲁士蓝， 该颜色在波长为700 nm 时有最大吸光度， 使用此性质可以间接反映抗氧化剂的还原能力， 即吸光度越大表示还原能力越强。由表4 可得，橘皮可溶性膳食纤维具备一定的还原能力， 但还原能力小于Vc，是Vc 还原力的53.06%。

表4 橘皮SDF 还原力的测定结果

3 结论

本试验采用碱法提取橘皮中的SDF， 运用单因素试验结合正交试验， 测定橘皮中SDF 的提取率，确定最好的提取SDF 的条件。且对SDF 的持水力、溶胀性、脂肪结合能力、还原力这些理化性质进行测定。本研究最终结果表明，橘皮中提取可溶性纤维最好的条件为料液比（1:30） g/mL、浸提时间5 h、浸提温度70 ℃、碱液浓度35 mg/mL，在该条件下，平均提取率高达9.23%。

在理化性质试验中， 橘皮SDF 的持水力为0.91 g/g； 橘皮脂肪结合量在 0 ～ 30 min 增幅较大，在 30 ～ 60 min 几乎未增加，表明 30 min 已达到吸附平衡；溶胀性为2.32 mL/g，还原力测定中橘皮可溶性膳食纤维具备一定的还原能力，为Vc还原力的53.06%。

目前， 橘皮膳食纤维的主要提取方法为酶解法、固态发酵法等，关于橘皮可溶性膳食纤维碱法提取工艺及其性质研究还鲜有报道。 研究碱法提取橘皮中的可溶性膳食纤维含量及其理化性质，为橘子果皮的综合开发利用提供理论支持和技术指导作用。