红枣中膳食纤维提取和降血糖活性研究

张原振，周武

(1.江苏徐州医药高等职业学校，江苏 徐州 221000；2.杭州师范大学，杭州 310018)

1 概述

红枣，在我国被广泛栽培，特别是在宁夏、河南、河北和山东等地作为主要的经济作物栽培。我国红枣栽培面积占全世界红枣栽培面积的90%左右[1]。红枣的营养成分丰富，具有较高的营养保健功效[2]。红枣富含维生素C和维生素B、矿物质元素铁、锌、钙和硒，这些物质在抗氧化、防治冠心病、高血压、动脉硬化和贫血等方面有良好的功效[3-4]。

我国是红枣生产大国，每年产量为150万吨左右，大部分的红枣都以干品销售，但是品质较差的红枣占到20%左右，只能用于深加工[5]。红枣膳食纤维作为红枣的副产品被开发，对红枣产业的发展有很重要的作用，同时也能够增加红枣种植户的收入[6]。本研究通过对红枣膳食纤维提取工艺进行优化，为红枣产业的可持续发展提供了理论基础[7]。同时对红枣膳食纤维的降血糖活性进行了总结，为开发具有降血糖功效的红枣膳食纤维保健品提供了理论基础。

2 材料与方法

2.1 试验材料和试剂

红枣：从农贸市场购买的干红枣，使用粉碎机将其粉碎，过60目筛，将过筛子后的红枣粉装入自封袋中进行保存。复合蛋白酶、α-淀粉酶、纤维素酶、无水乙醇、丙酮、氢氧化钠、氯化钠、甘油三脂、胆固醇和丙二醛。

2.2 仪器与设备

恒温水浴锅、pH计、烘箱、粉碎机、高压蒸汽灭菌锅、离心机、紫外分光光度计、电子天平、冰箱、检测仪。

2.3 试验方法

2.3.1 膳食纤维测定

根据GB 5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》方法进行测定。

2.3.2 膳食纤维提取工艺流程

红枣粉碎→按照一定的液料比进行溶解→调节pH值为7→控温超声处理→加入复合蛋白酶→恒温水浴锅振荡→高温灭酶→加入α-淀粉酶→恒温水浴锅振荡→高温灭酶→加入无水乙醇进行醇沉→丙酮洗涤→冷冻干燥→获得红枣膳食纤维。

2.3.3 膳食纤维提取试验流程

在分析天平上称取重量为2 g的红枣粉末样品，研究液料比(30，35，40，45，50，mL/g)、α-淀粉酶用量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)、复合蛋白酶用量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)、超声波功率(100，200，300，400，500 W)和超声波时间(20，30，40，50，60 min)对红枣膳食纤维得率的影响。

红枣膳食纤维得率=膳食纤维质量/红枣样品质量×100%。

2.3.4 红枣膳食纤维提取响应面优化试验

通过单因素试验获得影响红枣膳食纤维提取条件的范围值，将液料比、α-淀粉酶用量、复合蛋白酶用量和超声波功率4个影响因子作为响应面的变量，红枣膳食纤维的得率作为响应值，进行四因素三水平的响应面分析[8-10]。本试验中超声波时间对红枣膳食纤维的提取并无明显的影响，所以在进行优化试验时，超声波时间将不作为考虑的因素之一。

3 试验结果

3.1 红枣膳食纤维提取单因素试验

3.1.1 液料比对红枣膳食纤维得率的影响

控制其他变量α-淀粉酶用量为1.5%，蛋白酶用量为0.6%，超声波功率为200 W，超声波时间为30 min，在30 ℃的条件下，研究液料比对红枣膳食纤维提取的影响，研究结果见图1。

由图1可知，随着液料比的增加，膳食纤维的得率呈现先增加后减少的趋势。当液料比达到35(mL/g)时，膳食纤维的得率达到最高，为38%。当液料比低于30(mL/g)时，膳食纤维的得率随着液料比的增高而增大，由于原料混合在液体中，混合越来越充分，使得反应越来越完善；当液料比大于40(mL/g)时，反应体系中的浓度变得越来越低，导致反应不充分[11]，所以将30，35，40(mL/g)3个液料比作为优化水平。

图1 液料比例对红枣膳食纤维得率的影响Fig.1 The effect of the ratio of liquid to solid on the yield of dietary fiber from jujube

3.1.2 α-淀粉酶用量对红枣膳食纤维得率的影响

控制其他变量液料比为35(mL/g)，蛋白酶用量为0.6%，超声波功率为200 W，超声波时间为30 min，在30 ℃的条件下，研究α-淀粉酶用量对红枣膳食纤维提取的影响，研究结果见图2。

图2 α-淀粉酶用量对红枣膳食纤维得率的影响

由图2可知，当α-淀粉酶用量小于1.5%时，红枣膳食纤维的得率呈现增长的趋势。当α-淀粉酶用量为1.5%时，红枣膳食纤维的得率为38%。当膳食纤维的浓度超过1.5%时，红枣膳食纤维的得率逐渐降低[12]。原因是膳食纤维中的一些成分是由α-糖苷键组成，当α-糖苷键浓度升高时，会抑制红枣膳食纤维的得率，所以选择1.0%、1.5%、2.0%的α-淀粉酶用量作为影响膳食纤维得率的3个水平进行优化分析。

3.1.3 蛋白酶用量对红枣膳食纤维得率的影响

控制其他变量液料比为35(mL/g)，α-淀粉酶用量为1.5%，超声波功率为200 W，超声波时间为30 min，在30 ℃的条件下，研究蛋白酶用量对红枣膳食纤提取的影响，研究结果见图3。

图3 蛋白酶用量对红枣膳食纤维得率的影响

由图3可知，当蛋白酶用量低于0.6%时，随着蛋白酶用量逐渐增加，红枣膳食纤维的得率也逐渐增加，当蛋白酶用量在0.6%时，红枣膳食纤维的得率达到最高，为38%。当蛋白酶浓度超过0.6%时，膳食纤维的得率逐渐降低，由于蛋白酶浓度逐渐增加，反应体系中膳食纤维的碳氧键断裂，造成膳食纤维的得率减少[13-14]，所以选择0.4%、0.6%、0.8% 3个水平进行优化。

3.1.4 超声波功率对红枣膳食纤维得率的影响

控制其他变量液料比为35(mL/g)，蛋白酶用量为0.6%，α-淀粉酶用量为1.5%，超声波时间为30 min，在30 ℃的条件下，研究超声波功率对红枣膳食纤维提取的影响，结果见图4。

图4 超声波功率对红枣膳食纤维得率的影响

由图4可知，随着超声波功率逐渐增加，红枣膳食纤维的得率先增高后降低。当超声波功率为200 W时，红枣膳食纤维的得率为39%。当超声波功率持续增高时，膳食纤维得率逐渐降低，可能是由于超声波功率的增高，导致膳食纤维结构受到了破坏，从而使膳食纤维的得率降低[15]，所以选择超声波功率100，200，300 W 3个水平作为优化条件。

续 表

3.1.5 超声波时间对红枣膳食纤维得率的影响

控制其他变量液料比为35(mL/g)，蛋白酶用量为0.6%，超声波功率为200 W，α-淀粉酶用量为1.5%，在30 ℃的条件下，研究超声波时间对红枣膳食纤维提取的影响，研究结果见图5。

图5 超声波时间对红枣膳食纤维得率的影响

由图5可知，当超声波时间小于30 min时，膳食纤维的得率呈现增加的趋势，当超声波时间为30 min时，膳食纤维的得率达到最高，为38%，当超声波时间超过30 min时，膳食纤维的得率逐渐降低。当超声波时间逐渐增加时，膳食纤维的结构也会受到破坏，造成膳食纤维降低[16-17]。通过比较发现，超声波时间对红枣膳食纤维的得率影响并不明显，所以优化试验将不分析超声波时间对红枣膳食纤维的影响。

3.2 响应面优化试验结果分析

由以上的单因素试验结果可知，提取红枣膳食纤维的最佳液料比为30～40(mL/g)；α-淀粉酶用量为1.0%～2.0%；复合蛋白酶用量为0.2%～0.8%；超声波功率为100～300 W。设计四因素三水平的红枣膳食纤维优化试验方案(见表1)，以获得该区间内的最优膳食纤维提取条件。

表1 红枣膳食纤维优化试验因素与水平Table 1 The factors and levels of optimization test for dietary fiber from jujube

根据Box-Behnken试验设计原理，设计29组试验，并计算出红枣膳食纤维的得率，详细信息见表2。

表2 Box-Behnken试验设计与结果Table 2 Box-Behnken experimental design and results

利用Design-Expert对表2中的数据进行二次多项式拟合，得出红枣中膳食纤维的得率模型，该模型的P值表现为极显著(P<0.01)，分析之后发现各个因素对红枣中膳食纤维获得率的影响大小依次是：超声波功率>复合蛋白酶用量>液料比>α-淀粉酶用量。

通过Design-Expert软件分析，获得红枣中膳食纤维最佳提取工艺液料比35 (mL/g)、α-淀粉酶用量1.68%、复合蛋白酶用量0.45%、超声波功率180 W和超声波时间30 min为红枣膳食纤维提取的最优条件。

3.3 红枣膳食纤维降血糖活性研究现状

血糖的升高一直威胁着人体的健康，食物中的很多糖类主要是以淀粉的形式存在，淀粉中的物质能够经过α-淀粉酶水解之后，变成麦芽糖等二糖，二糖再经过α-葡萄糖苷酶分解成为葡萄糖[18-19]。葡萄糖进入人体的血液，导致人体的血糖升高。

红枣膳食纤维中富含红枣色素和红枣可溶性膳食纤维，都可以抑制人体血液中葡萄糖的扩散速度和对淀粉的消化能力，从而改善机体内血糖浓度，降低机体内的血糖。

4 小结

通过对红枣中膳食纤维提取工艺进行优化，获得了红枣膳食纤维提取的最优工艺：液料比为35(mL/g)，α-淀粉酶用量为1.68%，蛋白酶用量为0.45%，超声波功率为180 W和超声波时间为30 min。同时红枣膳食纤维的降血糖功效也是近些年研究的热点，通过进行简单的分析，也为红枣膳食纤维在降低血糖方面开发保健品提供一定的理论基础。