高生物活性檸檬膳食纖維的功能特性研究

黃清霞，雷 激，李華鑫，王 涓，董 靜，龔 麗

（西華大學生物工程學院，四川成都610039）

高生物活性檸檬膳食纖維的功能特性研究

黃清霞，雷 激*，李華鑫，王 涓，董 靜，龔 麗

（西華大學生物工程學院，四川成都610039）

以檸檬皮渣為原料采用冷凍干燥、熱風干燥兩種工藝制備膳食纖維，測定所得膳食纖維的維生素C（VC）含量、黃酮含量、葡萄糖透析延遲能力、陽離子交換能力，比較兩種工藝對制品生理功能指標的影響。結果表明經冷凍干燥后所得膳食纖維的VC含量為144.078mg/100g，黃酮含量為1267.574mg/100g，經熱風干燥后所得膳食纖維的VC含量為66.674mg/100g，黃酮含量為1000.037mg/100g；冷凍干燥80目產品、16目產品的葡萄糖透析延遲指數分別為62.21和57.07，熱風干燥80目產品、16目產品的葡萄糖透析延遲指數分別為56.01和49.46；在NaOH滴入量為0～8mL時，兩種工藝所得產品的陽離子交換能力基本一致，在NaOH滴入量為8～11mL時，陽離子交換能力由高到低分別為：冷凍干燥80目產品，熱風干燥80目產品，冷凍干燥16目產品，熱風干燥16目產品，并且這種差異性在各處理樣品間表現為顯著。總體來說是冷凍干燥工藝所得膳食纖維更具有優勢。

膳食纖維，維生素C，黃酮，葡萄糖透析延遲指數，陽離子交換能力

檸檬具有豐富的營養價值及藥用價值，目前國內主要以檸檬果肉及果汁為原料開發了檸檬汁、檸檬茶、檸檬醋等產品，而約占檸檬鮮果重量50%以上的檸檬皮渣卻被廢棄，大大降低了檸檬加工的附加值。檸檬皮渣中含有豐富的膳食纖維，如今，隨著人民生活水平的提高，對膳食纖維的研究越來越深入，膳食纖維對人體有著重要的生理作用，更被認為是人體必需的第七大營養素[1-2]。與來源最豐富的谷物膳食纖維比較，檸檬膳食纖維的性能更好，一方面其可溶性膳食纖維含量高，使其保水性強，特別適宜作為食品添加劑用于減少食品的脫水凝固、改善組織結構和粘度，并制備低熱能的食品；另一方面其中含有豐富的黃酮類化合物、胡蘿卜素等具有抗氧化活性的生物活性成分[3]。本文以檸檬皮渣為原料，從冷凍干燥與熱風干燥兩種工藝制得檸檬膳食纖維，對比研究兩種工藝所得產品典型的生理功能指標，為檸檬加工的附加值的提高提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮檸檬 市購；蘆丁標準品 純度≥98%，上海同田生物技術有限公司；蒽酮 分析純，上海化工試劑采購供應五聯化工廠；草酸、抗壞血酸、2，6-二氯靛吲哚酚鈉鹽、過氧化氫、愈創木酚、乙二胺四乙酸二鈉、氫氧化鈉、鄰苯二甲酸氫鉀、乙醇、硫酸、氯化鈉、葡萄糖等 均為分析純，成都市科龍化工試劑廠。

SHZ-D（Ⅲ）循環水式真空泵 浙江黃巖求精真空泵廠；SHA-B恒溫振蕩器，78-1磁力加熱攪拌器 金壇市富華儀器有限公司；TB-214電子天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司；HH-S數顯恒溫水浴鍋 金壇市金城國勝實驗儀器廠；YLD-2000電熱恒溫鼓風干燥箱 黃石市恒豐醫療器械有限公司；16、30、80目標準檢驗篩 浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；PHS-3C酸度計 成都世紀方舟科技有限公司；透析袋（8000～14000MWCO）、夾子 美國碳業化工；UV-2600型紫外可見分光光度計 尤尼柯（上海）儀器有限公司；DL-1萬用電爐 金壇市中興偉業儀器有限公司；玻璃儀器氣流烘干器 長城科工貿有限公司；BCD-183A冰箱 合肥榮事達電冰箱有限公司；Heto-HSC500真空冷凍干燥機，Heto3410超低溫冰箱 上海佰蕾真生物科技有限公司。

1.2 檸檬膳食纖維制備的工藝流程及操作要點

1.2.1 檸檬膳食纖維制備的工藝流程

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 原料選擇 選用新鮮無蟲害的檸檬為原料。

1.2.2.2 洗凈 將原料于清水中洗凈。

1.2.2.3 榨汁 洗凈后的原料于榨汁機里搗碎得到檸檬皮渣。

1.2.2.4 高溫滅酶 將得到的檸檬皮渣于100℃高溫滅酶，用過氧化氫和愈創木酚檢驗滅酶是否完全。以避免原料中固有的果膠酶水解果膠，從而減少水溶性膳食纖維果膠的損失。

1.2.2.5 流動水冷卻 滅酶后在流動水下冷卻至室溫。

1.2.2.6 95%乙醇浸提 加入與浸提物體積相等的95%乙醇，在恒溫振蕩器里完成，可以去除一些小分子可溶性物質，而使膳食纖維成分更有效地沉淀下來。

1.2.2.7 過濾 浸提結束后用四層紗布過濾。

1.2.2.8 干燥 冷凍干燥：過濾后的皮渣于超低溫冰箱里冷凍24h后再轉移到真空冷凍干燥機里干燥48h；熱風干燥：過濾后的皮渣于電熱恒溫鼓風干燥箱里60℃干燥24h。

1.2.2.9 粉碎 干燥后于粉碎機里粉碎，再過篩得16目和80目產品。

1.3 測定方法

1.3.1 檸檬膳食纖維的得率 采用干燥法，計算公式為：

1.3.2 檸檬膳食纖維中VC含量的測定 采用2，6-二氯靛酚滴定法[5]。

1.3.3 檸檬膳食纖維中黃酮含量的測定 采用比色法[6]。

1.3.4 檸檬膳食纖維葡萄糖透析延遲指數的測定 在15mL 2%的葡萄糖溶液（15mL蒸餾水中加入30mg葡萄糖）中加入800mg的無糖膳食纖維（膳食纖維用80%的乙醇洗兩次）。經過1h的連續攪拌后轉移到15cm長的透析袋中。用15mL 2%的葡萄糖溶液作參比液，將上述透析袋各放進一個裝有400mL蒸餾水的燒杯中，在37℃的恒溫水浴鍋中振蕩，每10min吸取葡萄糖透析液1mL，用蒽酮比色法對葡萄糖的濃度進行測定。

葡萄糖透析延遲指數（Glucose dialysis retardation index，GDRI）計算如下：

GDRI=100-（樣品杯中的葡萄糖透析量/對照杯中的葡萄糖透析量）×100[7]

1.3.5 檸檬膳食纖維的陽離子交換能力的測定 采用氫氧化鈉滴定法：準確稱取0.500g檸檬膳食纖維粉，置于150mL干燥的三角瓶中，加入100mL 5%NaCl溶液，磁力攪拌5min后，每次用1mL 0.1mol/L氫氧化鈉溶液滴定，用pH計測定溶液的pH，直到pH變化小于0.3為止，并根據得到的數據作VNaOH-pH關系圖[8]。

1.4 統計分析

用SPSS10.0統計軟件分析，實驗數據以均數±標準差（±s）表示，多個樣本間的顯著性差異用方差分析檢驗，兩個樣本之間的顯著性差異用t檢驗分析。

2 結果與討論

2.1 檸檬膳食纖維中VC含量的研究

100g鮮檸檬皮渣及其冷凍干燥和熱風干燥后所得膳食纖維中VC含量如表1所示。

表1 100g鮮檸檬皮渣經不同處理工藝后所得產品的VC含量（±s，n=6）Table 1 The contents of VCfrom 100g fresh lemon peels by different treatment process（±s，n=6）

表1 100g鮮檸檬皮渣經不同處理工藝后所得產品的VC含量（±s，n=6）Table 1 The contents of VCfrom 100g fresh lemon peels by different treatment process（±s，n=6）

注：**與熱風干燥產品比較，P＜0.01；表2同。

100g鮮檸檬皮渣中VC質量（mg）100g鮮檸檬皮渣經熱風干燥后所得產品中VC質量（mg）47.027±0.35 19.508±0.299** 8.174±0.139 100g鮮檸檬皮渣經冷凍干燥后所得產品中VC質量（mg）

由表1可知，100g鮮檸檬皮渣中含VC47.027mg，當其經冷凍干燥后所得檸檬膳食纖維含VC19.508mg，經熱風干燥后所得檸檬膳食纖維含VC8.174mg。本實驗對兩種干燥方式在產品得率上進行了測定，結果表明，冷凍干燥和熱風干燥對產品的得率（%）分別是13.54±0.04和12.26±0.04（n=3）。故經換算得，經冷凍干燥后所得膳食纖維的VC含量為144.078mg/100g，經熱風干燥后所得膳食纖維的VC含量為66.674mg/100g。由此可知，檸檬皮渣經工藝處理后所得產品其VC的損失率較高，主要是由于VC是一種還原性極強的物質，在處理的過程中很容易被氧化而損失掉。對于冷凍干燥和熱風干燥兩種處理工藝，在VC的保存率上，冷凍干燥工藝明顯優于熱風干燥工藝（P＜0.01）。

2.2 檸檬膳食纖維中黃酮含量的研究

100g鮮檸檬皮渣及其經冷凍干燥和熱風干燥工藝后所得膳食纖維中黃酮含量見表2所示。

表2 100g鮮檸檬皮渣經不同處理工藝后的黃酮含量（±s，n=6）Table 2 The contents of flavonid from 100g fresh lemon peels by different treatmen process（±s，n=6）

表2 100g鮮檸檬皮渣經不同處理工藝后的黃酮含量（±s，n=6）Table 2 The contents of flavonid from 100g fresh lemon peels by different treatmen process（±s，n=6）

100g鮮檸檬皮渣中黃酮質量（mg）100g鮮檸檬皮渣經熱風干燥后所得產品中黃酮質量（mg）403.405±1.676 171.630±1.753** 122.605±1.646 100g鮮檸檬皮渣經冷凍干燥后所得產品中黃酮質量（mg）

由表2可知，100g鮮檸檬皮渣黃酮含量為403.405mg，當其經冷凍干燥后所得檸檬膳食纖維的黃酮含量為171.630mg，經熱風干燥后所得檸檬膳食纖維的黃酮含量為122.605mg。因為冷凍干燥和熱風干燥對產品的得率（%）分別是13.54±0.04和12.26±0.04（n=3），故經換算得，經冷凍干燥后所得膳食纖維的黃酮含量為1267.574mg/100g，經熱風干燥后所得膳食纖維的黃酮含量為1000.037mg/100g。由此可知，檸檬皮渣經工藝處理后所得產品其黃酮的損失率較高，但對于冷凍干燥和熱風干燥兩種處理工藝，在黃酮的保存率上，冷凍干燥工藝明顯優于熱風干燥工藝（P＜0.01）。

由2.1和2.2的結果可以看出，檸檬皮渣中不僅含有豐富的膳食纖維，同時還含有豐富的黃酮類化合物和VC等具有抗氧化活性的生物活性成分，這與相關報道一致[3]，這也是檸檬膳食纖維獨特的功效所在。另一方面，本實驗所用的膳食纖維制備工藝十分簡單，與國內相關報道比較[9-11]，該工藝最大的特點是保留了檸檬皮渣中的有效活性成分，而且本工藝制備的檸檬膳食纖維的含量并不低（總膳食纖維含量都在60%以上，有關膳食纖維含量的詳細結果將另文報道）。

2.3 檸檬膳食纖維的葡萄糖透析延遲能力的研究

當葡萄糖在胃腸道被延遲吸收，則葡萄糖能高效地被腸道中的益生菌發酵利用，產生短鏈脂肪酸，從而降低腸道pH，幫助抵抗感染，降低染病的危險性，對人體是相當有益的[1，12]。膳食纖維具有降低餐后血糖的功能，餐后血糖的降低程度通常需要體內實驗來完成，而葡萄糖透析延遲指數是一個有效反映葡萄糖在胃腸道被延遲吸收的體外指標，因此，研究膳食纖維的葡萄糖透析延遲指數可以大大節約實驗成本和時間，并達到預測膳食纖維降低餐后血糖能力的目的。檸檬膳食纖維葡萄糖透析延遲指數的實驗結果見圖1所示。

由圖1可知，檸檬膳食纖維的葡萄糖透析延遲指數（GDRI）隨時間的增加基本是呈增加趨勢，在60min時，冷凍干燥80目樣品、冷凍干燥16目樣品、熱風干燥80目樣品、熱風干燥16目樣品的葡萄糖透析延遲指數分別是62.21±0.60、57.07±0.32、56.01±0.53、49.46± 0.82（n=3）。總的來說冷凍干燥處理工藝所得膳食纖維的葡萄糖透析延遲能力優于熱風干燥處理工藝，80目產品的葡萄糖透析延遲能力優于16目產品。膳食纖維的葡萄糖透析延遲指數與可溶性膳食纖維的含量有關，可溶性膳食纖維含量越高，GDRI值越高。冷凍干燥產品此能力優于熱風干燥產品，這是由于冷凍干燥產品中的可溶性膳食纖維含量高于熱風干燥產品（冷凍干燥產品和熱風干燥產品的可溶性膳食纖維的含量分別為26.87%±0.570%，24.87%±0.447%，有關膳食纖維含量的詳細結果將另文報道）；80目產品此能力優于16目產品，是由于80目產品粒度小，可溶性膳食纖維更容易發生作用。

圖1 葡萄糖透析延遲指數與時間的關系圖Fig.1 The relationgship beteween GDRI and dialysis time

2.4 檸檬膳食纖維的陽離子交換能力的研究

膳食纖維化學結構中包含一些羧基和羥基類側鏈基團，可發生類似弱酸性陽離子交換樹脂的作用，可與陽離子，尤其是有機陽離子進行可逆的交換。膳食纖維能與Ca2+、Zn2+等陽離子結合，使Na+與K+交換，并吸附Na+，使之隨糞便排出體外，降低因Na+攝入過量而引起的許多疾病（如心血管病）的發病率[13-14]。檸檬膳食纖維的陽離子交換能力實驗結果如圖2所示。

圖2 不同處理工藝所得膳食纖維的陽離子交換能力Fig.2 The cation exchange capacity of dietary fiber by different treatment processes

由圖2可知，不同處理工藝所得膳食纖維都有一定的陽離子交換能力，在NaOH滴入量為0～8mL時，隨著NaOH的增加，溶液的pH緩慢增加；在NaOH滴入量為8～11mL時，此時溶液的pH隨NaOH的增加而急劇增加，陽離子交換能力由高到低分別為：冷凍干燥的80目產品，熱風干燥80目產品，冷凍干燥16目產品，熱風干燥16目產品，當NaOH滴入量為22mL時，各溶液的pH基本趨于一致。在NaOH滴入量為8～11mL之間時，四種樣品溶液的pH變化情況見表3。

表3 NaOH滴入量為8～11mL之間時四種樣品溶液的pH變化（n=3）Table 3 The pH value changes in the four samples solution with adding volume for NaOH between 8～11mL（n=3）

由表3可知，各樣品之間的pH變化均達到了差異性顯著的程度。說明不同處理間所得產品的陽離子交換能力的差異性顯著。其中80目產品的此能力明顯優于16目產品，這是由于膳食纖維的粒度越小，分子中的羧基、羥基和氨基等側鏈暴露得越多，其弱酸性表現得越明顯，陽離子交換能力越強。

3 結論

通過研究冷凍干燥和熱風干燥兩種處理工藝對檸檬膳食纖維的保存率的影響，并對其VC含量、黃酮含量、葡萄糖透析延遲能力、陽離子交換能力進行測定，實驗結論如下。

3.1 冷凍干燥處理工藝對于檸檬膳食纖維中的VC、黃酮的保存率明顯優于熱風干燥工藝。

3.2 兩種處理工藝相比，冷凍干燥工藝的葡萄糖透析延遲能力明顯優于熱風干燥工藝，相同干燥工藝條件下，80目產品的葡萄糖透析延遲能力優于16目產品。

3.3 兩種處理工藝相比，冷凍干燥80目產品的陽離子交換能力最強，其次是熱風干燥80目產品，相比之下，熱風干燥16目產品的陽離子交換能力最低。各種處理樣品間陽離子交換能力的差異性具有統計學意義（P＜0.05）。

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Study on the physiological characteristics of lemon dietary fiber rich in bioactive composition

HUANG Qing-xia，LEI Ji*，LI Hua-xin，WANG Juan，DONG Jing，GONG Li
（School of Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

Fresh lemon peels were used as raw material to produce dietary fiber by two processing methods，i.e. freeze drying and hot air drying.Vitamine C（VC）content，flavonoid content，glucose dialysis retardation index（GDRI）and cation exchange capacity of dietary fiber produced above were tested in order to compare the effects of the two techniques on the physiological characteristics.The contents of VCand flavonoid in freezedried dietary fiber were 144.078mg/100g and 1267.574mg/100g，respectively，which were higher than those in hot-air dried ones，the contents of VCand flavonoid in hot-air dried dietary fiber were 66.674mg/100g and 1000.037mg/100g，respectively.GDRI in freeze-dried products of 80 mesh，16 mesh were 62.21 and 57.07，respectively.GDRI in air-dried products of 80 mesh，16 mesh products were 56.01 and 49.46，respectively. With regard to cation exchange capacity（CEC），there was no difference for the two kinds of producing method when the titrated amount of NaOH was between 0～8mL.However，the processing method and particle size of the products had significant effects on CEC（P＜0.05）when the titrated amount of NaOH was between 8～11mL，CEC order from high to low were as follows：80 mesh freeze-dried product，80 mesh hot-air dried product，16 mesh freeze-dried product and 16 mesh hot-air dried product.Generally，freeze-dried processing products had more advantages in their physiological characteristics.

dietaryfiber；VitamineC；flavonoids；glucosedialysisretardationindex（GDRI）；cationexchangecapacity

TS201.2+3

B

1002-0306（2012）05-0226-04

2011－06－15 *通訊聯系人

黃清霞（1989-），女，本科，研究方向：食品生物技術。

四川省教育廳重點項目（09ZA114）；食品生物技術四川省高校重點實驗室項目；西華大學“西華杯”（2011-241）；西華大學人才基金（R0910507）；西華大學食品生物技術省級重點實驗室開放基金。