鎖陽膳食纖維的制備及其物理性質

許海燕， 何小麗， 張 麟， 趙 敏， 楊勇智， 柴紹華， 馬超美*

（1.內蒙古大學 生命科學學院，內蒙古 呼和浩特市 010021；2.阿拉善盟萬銘生物制品有限公司，內蒙古 阿拉善盟750300；3.阿拉善盟科技局，內蒙古 阿拉善盟750300）

鎖陽膳食纖維的制備及其物理性質

許海燕1， 何小麗1， 張 麟1， 趙 敏1， 楊勇智2， 柴紹華3， 馬超美*1

（1.內蒙古大學 生命科學學院，內蒙古 呼和浩特市 010021；2.阿拉善盟萬銘生物制品有限公司，內蒙古 阿拉善盟750300；3.阿拉善盟科技局，內蒙古 阿拉善盟750300）

以鎖陽為原料，制備鎖陽膳食纖維。鎖陽粉碎成黃豆大小顆粒，由體積分數95%乙醇提取去除脂溶性物質，殘渣分別由半胱氨酸加維生素C水溶液或純水在60℃下浸泡提取48 h，清洗殘渣、烘干粉碎過40目篩，測定制得的兩種膳食纖維的物理特性。半胱氨酸酸溶液處理的膳食纖維其持水性為9.20 g/g、溶脹性為7.5 mL/g，水處理的膳食纖維這兩種性質分別是5.83 g/g和4.4 mL/g；半胱氨酸酸溶液處理后所得膳食纖維的明顯質量優于水處理所得膳食纖維。半胱氨酸酸溶液可將大分子縮合鞣質降解為可溶性的小分子，在水洗過程中被除去，得到更純的膳食纖維。

鎖陽；膳食纖維；半胱氨酸；降解鞣質

膳食纖維也稱食物纖維，是指人體內源酶難以消化吸收的可食用高分子多糖類的總稱，包括食物中的纖維素、半纖維素、木質素、膠質等[1]。已有大量研究表明膳食纖維攝入量不足會導致便秘、肥胖、糖尿病、腸癌、外源有害物質積累等癥狀[2-6]。增加服用適當的膳食纖維對平衡膳食，預防癌癥和非傳染性疾病極為重要[7]。因此，膳食纖維已經被列為繼傳統的六大營養素之后，能夠改善人體營養狀況，調節機體功能的“第七類營養素”[8]。適量攝入膳食纖維有利于降低文明病的發病率，國際相關組織推薦的每日膳食纖維攝入量為：美國30~40 g、歐洲各國30 g、中國25~35 g[9]。目前我國人均膳食纖維日攝入量約為13.3 g，明顯低于世界糧農組織提出的最低警戒線（27 g）[10]，因此迫切需要補充膳食纖維。

鎖陽是生長于我國北方半沙漠地帶的寄生植物，其肉質莖是有名的強壯草藥，也被當地人們當作食品和蔬菜食用。鎖陽的三萜成分、酚類成分和可溶性多糖類成分已有不少研究報道[11-14]，但對鎖陽膳食纖維的研究還未見報道，大部分生產鎖陽酒及制劑的工廠將有效成分提取后，丟棄殘渣，造成資源的嚴重浪費。作者采用不同溶液提取處理，制作高質量的鎖陽膳食纖維，同時減少廢棄物排放，變廢為寶。除一般的制備方法外，作者還采用半胱氨酸酸溶液處理降解高分子縮合鞣質的方法，制備出純度和物理性質更好的鎖陽膳食纖維。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鎖陽：購自內蒙古呼和浩特偉康藥店；食品級半胱氨酸：購自北京嘉康源科技發展有限公司；維生素C：Sigma公司產品。

1.2 儀器與設備

SC-04低速離心機：安徽中科中佳科學儀器有限公司產品；SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器：江蘇金壇市億通電子有限公司產品；TP-602電子天平：丹佛儀器（北京）有限公司產品；QE-100萬能粉碎機：浙江屹立工貿有限公司產品。

1.3 工藝流程

原料→預處理→乙醇提取→干燥→60℃（含或不含半胱氨酸酸溶液）浸泡提取→水洗→干燥→粉碎→半成品→指標測定

1.4 乙醇提取實驗

預處理：將鎖陽原料清理去雜，粉碎成黃豆大小的顆粒，加入4倍量體積分數95%乙醇溶液，常溫提取24 h，每6 h攪拌1次，重復提取3次。

1.5 浸泡提取實驗

上述乙醇提取后的鎖陽殘渣分別用半胱氨酸酸溶液和水，在完全相同的條件下進行處理。

1.5.1 半胱氨酸酸溶液處理提取的鎖陽膳食纖維1號在乙醇提取干燥后的殘渣中加入2倍量的水，按半胱氨酸∶維生素C∶鎖陽殘渣12∶6∶211的質量比加入試劑，60℃處理18 h，每2 h攪拌一次。殘渣用純凈水沖洗數次，直至無半胱氨酸氣味后置60℃烘箱干燥。

1.5.2 UPLC-ESIMS檢測條件層析住為Agilent Eclipse Plus C18（2.1 mm×50 mm；particle size：1.8 μm），柱溫為30℃，流動相分別為：含體積分數0.1%甲酸的純凈水（A）、含體積分數0.1%甲酸的乙腈（B）。流量為0.4 mL/min。梯度洗脫程序為：0.00 min，5%B；3.00 min，12%B；4.00~5.50 min，100%B。用負離子模式在裂解電壓（fragmentor）10的條件下全掃描。

1.5.3 水處理提取的鎖陽膳食纖維2號在乙醇提取干燥后的殘渣中加入2倍量的水，60℃處理18 h，每2 h攪拌一次，提取液用作其他，殘渣同樣用純凈水沖洗數次后置于60℃烘箱干燥。

1.6 指標測定

干燥后的殘渣粉碎過60目篩，用作指標的測定。

1.6.1 鎖陽膳食纖維持水性的測定精確稱取1 g的鎖陽膳食纖維粉，置于100 mL燒杯中，加入75 ml蒸餾水，25℃下磁力攪拌24 h，在604 g的離心力下，離心30 min，甩干水分，稱重[15]。

持水力=（樣品濕重-樣品干重）/樣品干重

1.6.2 鎖陽膳食纖維溶脹性的測定精確稱取1 g的鎖陽膳食纖維粉，置于10 mL量筒中，精確量取10 mL蒸餾水，振蕩均勻，在（18±3）℃下靜置24 h，讀數。

溶脹性=（溶脹后體積-干品體積）/樣品干重

1.7 數據處理

實驗數據為3次測定的平均值。

2 結果與分析

乙醇脫脂后的鎖陽顆粒，由水或半胱氨酸酸溶液處理制取膳食纖維。確定半胱氨酸酸溶液的處理條件，水處理采用與之相同的溫度、時間。

2.1 半胱胺酸酸溶液提取條件的確定

鎖陽中含有較多的鞣質高分子聚合物，難溶于乙醇和水。作者采用的半胱氨酸酸溶液處理鎖陽，使大分子鞣質降解生成易溶于水的小分子產物，主要包括兒茶素-半胱氨酸縮合物 （catechin-cysteine conjugate 1）、 表兒茶素-半胱氨酸縮合物（epicatechin-cysteine conjugate 2）、表兒茶素-沒食子酸酯-半胱氨酸縮合物 （epicatechin-gallatecysteine conjugate 3）。化學結構式見圖1。

圖1 鎖陽中鞣質大分子與半胱氨酸在酸性條件下的主要產物Fig.1 Main products of macromolecular tannins in C.songaricum tannin and cysteine under acid condition

2.1.1 提取溫度的確定鎖陽中大分子鞣質與半胱氨酸酸溶液反應，反應完成后經UPLC-ESIMS檢測主要產物的質量濃度，確定出有足夠反應產物的提取溫度，結果見圖2。

圖2 不同溫度下鞣質與半胱氨酸酸溶液反應后產物的質量濃度Fig.2 Effect of temperature on the content of the products from macromolecular tannins in C. songaricum and cysteine

由圖2可知，隨溫度升高，產物質量濃度越高，在60℃下鎖陽中大分子鞣質與半胱氨酸在酸性條件下反應的產物量遠遠高于室溫，并且60℃下已經得到滿意的產率，而對于一些化合物而言，溫度太高會造成有效成分的破壞，說明60℃下會促進反應的進行，從而使得鎖陽中大分子鞣質更加充分的裂解，因此，作者采用了60℃用于半胱氨酸反應處理的條件。

2.1.2 反應pH值的確定60℃下，鎖陽中大分子鞣質與半胱氨酸酸溶液反應，生成鎖陽低分子鞣質—半胱氨酸縮合物，經UPLC-ESIMS檢測主要產物的含量，結果見圖3。

圖3 不同pH下鞣質與半胱氨酸酸溶液反應后產物的含量Fig.3 Effect of pH on the content of the products from macromoleculartaninsin C.songaricum and cysteine

由圖3可得，在酸性條件下鎖陽大分子鞣質可與半胱氨酸發生反應，且pH值越低反應越充分，產物含量越高。考慮到鎖陽綜合利用時，可先制備抗氧化的黃烷-半胱氨酸結合物，因此采用了對人體有益的維生素C為酸性試劑，根據上述酸性強反應完全的原理，所使用的維生素C濃度比文獻報道的葡萄籽縮合鞣質降解[16]，所使用維生素C濃度提高了50倍。圖3數據也顯示，若為了降低成本也可采用其他食用酸代替維生素C。

2.1.3 反應時間的確定一定溫度下，鎖陽大分子鞣質可與半胱氨酸酸溶液發生反應，該處理可持續數小時至幾天，優選2~5 d，為了使反應充分進行，參考文獻報道葡萄籽縮合鞣質的降解條件[16]，作者采用的反應時間為48 h。

2.2 不同溶液提取對鎖陽殘渣顏色、適口性的影響

經預處理，乙醇提取后的鎖陽顆粒，干燥后的顏色為深棕褐色，再由不同的溶液在60℃下對同一來源的鎖陽殘渣經行提取處理，對殘渣顏色、適口性的影響結果見表1。

表1 不同溶液制取對鎖陽殘渣色澤、適口性的影響Table 1 Effect of color and taste on dietary fiber from different solution

由表1可知：水提取后，鎖陽殘渣顏色沒有發生明顯變化，且口感發澀；而經半胱氨酸酸溶液處理后，其顏色發生了較為明顯的變化，從深棕褐色轉化為淺棕褐色，適口性良好。鎖陽中含有大量鞣質類成分，口感發澀，大分子鞣質為棕褐色或更深的顏色，在酸溶液中可經半胱氨酸降解生成溶于水的降解物（圖4）被純凈水洗出。因此，經半胱氨酸酸溶液提取處理后的鎖陽殘渣顏色變淺，口感較好。

2.3 兩種膳食纖維物理特性的測定

2.3.1 兩種鎖陽膳食纖維的持水性膳食纖維的持水性較高，有利于防止便秘與結腸癌的發生，它是衡量保健功能的重要指標之一。比較了不用和用半胱氨酸酸溶液處理的鎖陽膳食纖維，測定其持水性，結果見表2。

表2 兩種鎖陽膳食纖維的持水性Table 3 Water retention capability of the dietary fibers

由表2可見，經半胱氨酸酸溶液處理提取處理的鎖陽膳食纖維的持水性高于水提取處理，由此可見半胱氨酸酸溶液對鎖陽膳食纖維的持水性影響較大。

2.3.2 2種鎖陽膳食纖維的溶脹性膳食纖維的溶脹性高，食用后可使人有明顯的飽腹感，從而可抑制人們攝取過多食物。由表3結果可知，用和沒有用半胱氨酸酸溶液處理所得的鎖陽膳食纖維，溶脹性分別為7.5 mL/g，4.4 mL/g，半胱氨酸酸溶液預處理的鎖陽膳食纖維1號溶脹性顯著提高。

3 結語

通過自行探索，研制出兩種鎖陽膳食纖維。相同條件下由兩種不同溶液處理鎖陽殘渣，對比所得膳食纖維的物理特性。結果表明，經乙醇提取后的鎖陽殘渣由半胱氨酸酸溶液處理，所得膳食纖維的持水性與溶脹性分別為：9.20 g、7.5 mL/g，而乙醇提取后的殘渣直接用水處理，所得膳食纖維的持水性、溶脹性為5.83 g、4.4 mL/g，均小于半胱氨酸酸溶液處理所得。我國膳食纖維資源豐富，約有30余種，但實際生產應用的僅10種左右，一些發達國家對膳食纖維的研究比較早且較為全面，而我國剛處于起步階段，專門生產膳食纖維的企業寥寥無幾，且產品較為單一，大多作為藥物使用，在市場上供消費者選擇的品種很少[17]。市場上相關產品主要有大豆膳食纖維、蘋果膳食纖維和玉米膳食纖維等。市售大豆膳食纖維，溶脹性和持水性一般，且其價格偏高，為28元/kg左右；玉米膳食纖維，溶脹性和持水性較差，價格為20元/kg左右；最近，美國開發的蘋果膳食纖維的溶脹性和持水性一般，價格較高，120元/kg左右。作者制作所得的兩種鎖陽膳食纖維以鎖陽提取利用后的殘渣制得，價格低廉，減少廢棄物的排放，工藝簡單、可行性強，尤其由半胱氨酸酸溶液處理后的鎖陽膳食纖維，溶脹性與持水性良好。

表3 兩種鎖陽膳食纖維的溶脹性Table 3 Hydration capability of the dietary fibers

經乙醇3次各24 h的提取處理，乙醇提取液中含有鎖陽三萜等成分，鎖陽三萜有抗丙型肝炎蛋白酶等活性[18]，可作為對化學性肝損傷有輔助保護作用的功能食品。乙醇提取后原料鎖陽中的脂溶性成分基本被剔除，去脂后的鎖陽殘渣分別由水和半胱氨酸酸溶液提取處理。水提取處理，將鎖陽中水溶性成分小分子糖，無機鹽等去除，使鎖陽膳食纖維2號中含有不溶于水的多糖與大分子鞣質類成分。半胱氨酸酸溶液會使大分子縮合鞣質降解成水溶性小分子物質-鎖陽黃烷半胱氨酸結合物，具有很強的抗氧化活性及抗小腸二糖酶活性，可作為抗氧化及輔助降血糖的功能食品原料[19]。半胱氨酸酸溶液處理后的鎖陽進而用水沖洗，制得的鎖陽膳食纖維1號雜質較少。同時大分子鞣質類被降解除去后可能在膳食纖維結構中形成空洞，使其具有更高的持水性和溶脹性。整體而言，半胱氨酸酸溶液處理所得膳食纖維的質量優于僅用水處理所得。

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Preparation of Cynomorium songaricum Dietary Fibers and Investigation of Their Physical Properties

XU Haiyan1， HE Xiaoli1， ZHANG Lin1， ZHAO Min1， YANG Yongzhi2， CHAI Shaohua3， MA Chaomei*1
（1.College of Life Sciences，Inner Mongolia University，Hohhot 010021，China；2.Alxa Wan Ming Biological Products Co.Ltd.，Alxa 750300，China；3.Science and Technology Bureau of Alxa League，Alxa 750300，China）

Two kinds of dietary fibers were prepared from Cynomorium songaricum.Crushed stems of C.songaricum particles with diameters around 3 mm were defatted with ethanol.The defatted C. songaricum were divided into two portions.One portion was treated with cysteine and vitamin C solution and the other portion was treated with distilled water for 48 h at 60℃.Then the residues were collected by filtration and washed with distilled water.After being dried，physical properties of the dietary fibers were measured.The water retention capability and hydration capability of the dietary fibers pretreated with cysteine or without cysteine were 9.20，5.83 gram and 7.5，4.4 mL water per gram product，respectively.These data indicated that the dietary fiber pretreated with cysteine is better in quality than that pretreated without cysteine.High molecular weight condensed tannins could be degraded to small molecular derivatives by cysteine in acid solution.The small molecular derivatives could be washed out with water to obtain dietary fiber purer than the oneprepared without cysteine.

Cynomorium songaricum，dietary fiber，cysteine，degradation of condensed tannin

TS 218

A

1673—1689（2015）01—0084—06

2014-05-09

內蒙古自治區阿拉善盟科技局資助項目。

*通信作者：馬超美（1962—），女，北京人，教授，博士研究生導師，主要從事天然藥物與功能食品研究。E-mail：cmma@imu.edu.cn