常山胡柚可溶性膳食纤维的提取工艺优化

仲山民 *，陈梦静，仲怿

1.漳州城市职业学院 食品技术研究所（漳州 363000）；2.浙江农林大学 农业与食品科学学院（杭州 311300）；3.浙江大学 药学院（杭州 310058）

常山胡柚（CitrusChangshan-huyou Y.B.Chang，sp.nov.）是我国柑桔属植物的一个新种[1]，由柚和橙天然杂交而成，原产于浙江省常山县，至今已有百余年栽培历史，经多次选育现已成为我国特有的一个优良栽培品种[2-4]。因其果实色香味形俱佳，而且营养丰富，又属凉性，极耐贮运等，已成为我国的绿色食品、优质农产品等，也是浙江省重点开发与推广应用的名特优产品，深受广大消费者喜爱[5-7]，近些年的种植面积和鲜果产量也有大幅度提高。

膳食纤维（dietary fiber，DF）又称食物纤维，是一类多糖，包括木质素、果胶、纤维素、半纤维素等，按其溶解性不同可分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）。如今，膳食纤维在维护人体健康和疾病预防领域发挥着显著作用，比如降血糖、降血脂、清肠胃、防便秘、减少一些有害物质的侵害作用等，同时在食品领域也有着积极意义，它能优化食品在食用过程中的品质，比如使饮料增强功能、面包松软、油条香脆等，故现被誉为“第七营养素”[8-11]。为了更加充分有效地利用常山胡柚果实在鲜食过程中或加工过程中所产生的大量果皮资源，变废为宝，提高其经济效益和社会效益，试验对常山胡柚果实中的可溶性膳食纤维的提取工艺及其参数条件进行了较为系统的研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料及主要设备

原料：选用充分成熟、新鲜采摘、无腐烂变质的常山胡柚鲜果为原料，取自于常山胡柚的原产地浙江省常山县。

试剂：石油醚、硫酸、乙醇等，均为分析纯。

主要设备：JB5374-91电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；DGG-9053AD电热恒温鼓风干燥箱（上海森信实验仪器有限公司）；FW100高速万能粉碎机（天津市泰斯特仪器有限公司）；HH-4数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）；SHB-Ⅲ循环水式真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；TDL-5-A台式离心机（南京晓晓仪器设备有限公司）。

1.2 试验方法[12-20]

以常山胡柚鲜果的中果皮为试验材料，研究其可溶性膳食纤维（SDF）的最佳提取工艺和条件。

1.2.1 原料预处理

将常山胡柚鲜果洗净、晾干、剥皮、分离得到常山胡柚中果皮，经称定后切成3~5 mm大小，放在干燥箱中105 ℃烘3 h，称其质量，用4倍体积的石油醚在室温下浸泡3 h进行脱脂，再用蒸馏水清洗残留的有机溶剂，然后在托盘上自然风干一段时间，置于102 ℃温度下烘4 h，待冷却后用粉碎机进行粉碎处理，并过0.425 mm筛，所得粉末经称定即为所需的脱脂样品。

1.2.2 可溶性膳食纤维的提取方法

采用乙醇沉淀-化学联合法来提取常山胡柚中果皮中的可溶性膳食纤维。称取1.000 0 g原料预处理所得的脱脂样品，按照1∶20（g/mL）的料液比，加入pH 2的稀硫酸，在80 ℃下恒温酸解60 min，所得滤液经4倍体积95%的乙醇沉淀处理后静置20 min，过滤分离所得滤渣用一定量的75%的乙醇洗涤至中性，快速离心分离后在60~65 ℃温度下干燥7 h，粉碎，称其质量，即得水溶性膳食纤维。

1.2.3 可溶性膳食纤维的含量计算

经提取，常山胡柚可溶性膳食纤维（SDF）的提取率按式（1）计算。

式中：R为常山胡柚可溶性膳食纤维（SDF）的提取率，%；m1为可溶性膳食纤维质量，g；m2为原料质量，g。

2 结果与分析

2.1 料液比对常山胡柚SDF得率的影响

准确称取若干份1.000 0 g脱脂样品，分别置于不同的三角烧瓶中，并采用pH 2的稀硫酸按1∶10，1∶20，1∶30，1∶40和1∶50（g/mL）不同的料液比进行处理，然后均在pH 2、温度80 ℃的条件下提取60 min，测定其SDF得率，结果如图1所示。

图1 料液比对常山胡柚SDF得率的影响

由图1可知：当料液比为1∶10（g/mL）时，由于所用提取液偏少，导致反应体系中黏度太大，试样未能与提取液接触反应完全，从而使其得率较低；随着提取液比例的增大，常山胡柚可溶性膳食纤维的提取得率也随之提高；当料液比为1∶20（g/mL）时，试样中的SDF得率最高；当提取液比例继续增大时，试样中SDF的得率逐步下降并趋于平稳，这是因为提取出来的可溶性膳食纤维在反应液中的浓度较低，影响了乙醇的沉淀作用。所以，在考虑成本节约和试验效果的情况下，选择1∶10~1∶30（g/mL）的料液比较合适。

2.2 提取液pH对常山胡柚SDF得率的影响

准确称取若干份1.000 0 g脱脂样品，分别置于不同的三角烧瓶中，用不同pH（如pH 1，2，3，4和5）的稀硫酸提取液进行处理，按1∶20（g/mL）的料液比，在80 ℃的恒温条件下提取60 min，测定其SDF得率，结果如图2所示。

图2 提取液pH对常山胡柚SDF得率的影响

从图2可知：当提取液pH 1时，常山胡柚SDF的得率较低，这可能是因为提取液的酸性过强，导致反应强烈，破坏了试样中的一部分果胶结构，从而使其得率变低；随着提取液酸性的逐步减弱，其得率随之提高；在pH 2时，其得率达到最高；之后又随着提取液pH的增大，其提取得率逐渐降低，这是因为提取液pH的增大，意味着反应液的浓度降低，酸性减弱，影响了提取过程中水解反应的进行，从而导致提取得率下降。综合考虑，认为选择pH 1~3作为正交试验的三个因素水平较适宜。

2.3 酸解温度对常山胡柚SDF得率的影响

准确称取若干份1.000 0 g脱脂样品，分别置于不同的三角烧瓶中，均采用pH 2的稀硫酸提取液，按1∶20（g/mL）的料液比，但分别在60，70，80，90和100 ℃不同的酸解温度下，提取60 min，测定其SDF得率，结果如图3所示。

图3 酸解温度对常山胡柚SDF得率的影响

从图3可以看出：当提取温度低于80 ℃时，常山胡柚SDF的得率随着酸解温度的上升而逐步提高；在80 ℃时，其提取得率达到峰值；之后当酸解温度继续上升时，其得率反而又逐渐下降，这可能是高温对试样中的可溶性膳食纤维及其结构造成了一定的损伤或破坏，导致得率降低。由此认为提取的酸解温度宜取70~90 ℃。

2.4 酸解时间对常山胡柚SDF得率的影响

准确称取若干份1.000 0 g脱脂样品，分别置于不同的三角烧瓶中，均采用pH 2的稀硫酸提取液，按1∶20（g/mL）的料液比，在80 ℃的温度下，分别酸解不同时间40，50，60，70和80 min，测定其SDF得率，结果如图4所示。

图4 酸解时间对常山胡柚SDF得率的影响

由图4可以看出：酸解时间不同，对常山胡柚SDF的提取得率是有一定影响的。当酸解时间较短，只有40 min时，由于提取液和试样的接触还不太充分，导致反应不够完全，从而提取得率较低；当酸解时间延长到50 min时，其提取得率达到最高值；当酸解时间进一步延长时，则因反应时间过长，果胶等物质发生降解反应，致使得率又逐渐降低。由此可见，对常山胡柚SDF进行提取时，采用40~60 min的酸解时间较为合适。

2.5 常山胡柚SDF提取工艺的优化试验

根据前面单因素的试验结果，并参照文献[14-15]，确定以料液比、提取液pH、酸解温度和酸解时间为四因素，并采用四因素三水平即L9(34)正交试验来进一步研究探索常山胡柚SDF提取的最佳工艺及参数。具体的正交试验因素与水平设计情况见表1，相应的正交试验结果见表2。

表1 常山胡柚SDF正交试验因素与水平

从表2中的极差分析结果可以发现，各个影响因素的主次顺序为A＞D＞C＞B，即料液比＞酸解时间＞酸解温度＞提取液pH；其最佳的提取工艺条件是A2B2C2D3，也就是料液比1∶20（g/mL），提取液pH 2，酸解温度80 ℃，酸解时间60 min。但因A2B2C2D3这个条件组合在单因素试验和正交试验中均没有出现过，所以需要对此组合条件进行验证。

在所得的A2B2C2D3这一条件下，重复提取4次，其得率分别是6.63%，6.51%和6.72%，经计算其平均值为6.62%，确实高于表2中的所有组合。

表2 常山胡柚SDF正交试验设计及结果

3 结论

经研究可知，料液比、提取液pH、酸解温度和酸解时间是影响常山胡柚SDF提取得率的主要因素。

根据单因素试验及正交试验的结果可以明确，影响常山胡柚SDF提取得率的主次因素顺序为料液比＞酸解时间＞酸解温度＞提取液pH。其最佳的提取工艺条件是A2B2C2D3，即料液比1∶20（g/mL）、提取液pH 2、酸解温度80 ℃、酸解时间60 min，在此条件下常山胡柚SDF的提取得率最高。