堿法提取夏枯草膳食纖維的工藝優(yōu)化及其性能測(cè)定

郭艷峰 淮亞紅

摘 要 以夏枯草殘?jiān)鼮樵希芯繅A液浸提法制備不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維的工藝流程，并對(duì)膳食纖維的性能進(jìn)行測(cè)定。考察料液比、堿液質(zhì)量濃度、提取溫度及時(shí)間對(duì)提取率的影響。正交試驗(yàn)優(yōu)化出的最優(yōu)工藝條件為：料液比1∶20、堿液質(zhì)量濃度15 mg/mL、水解時(shí)間2.5 h、提取溫度40℃。在此條件下，不溶性膳食纖維的提取率為60%，可溶性膳食纖維的提取率為13.55%。性能測(cè)定結(jié)果顯示：不溶性膳食纖維的持水力為7.27 g/g，膨脹力為17.33 mL/g；在胃環(huán)境（pH 2）和腸道環(huán)境（pH 7）中，可溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附率分別為13.26和86.38 mg/g。該法對(duì)夏枯草膳食纖維的提取率高，產(chǎn)品色澤好，性能好，可廣泛用于功能食品的開(kāi)發(fā)。

關(guān)鍵詞 夏枯草 ；不溶性膳食纖維 ；可溶性膳食纖維 ；性能

分類號(hào) TS201.23 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.03.015

Abstract The extraction of insoluble dietary fiber （IDF） and soluble dietary fiber （SDF） from Prunella vulgaris residue by NaOH， the paper investigated the effects of the ratio of liquid to solid， alkali concentration， its extraction time and temperature on the insoluble dietary fiber yield and soluble dietary fiber yield were studied. The optimal extraction technology was obtained by orthogonal methodology as follows： the ratio of material to solution was 1∶20， alkali concentration was 15 mg/mL， extraction time was 2.5 h， extraction temperature was 40℃. Water-holding capacity and swelling ratio of insoluble dietary fiber were 7.27 g/g and 17.33 mL/g respectively. The adsorption capacity of soluble dietary fiber for bile acid was 86.38 mg/g in the small intestine （pH 7） and 13.26 mg/g in the stomach （pH 2）.

Keywords Prunella vulgaris ； insoluble dietary fiber （IDF） ； soluble dietary fiber （SDF） ； functional testing

膳食纖維是不被胃與小腸消化吸收的非淀粉多糖及木質(zhì)素的一類高分子碳水化合物的總稱，對(duì)人體有積極的調(diào)節(jié)作用，被稱為“第七類營(yíng)養(yǎng)素”[1-2]。膳食纖維可分為不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）。不溶性膳食纖維具持水作用和吸脹作用，攝入后可增加機(jī)體飽腹感和消化殘?jiān)臐駶?rùn)度，可用于治療肥胖、緩解便秘及相關(guān)功能食品的開(kāi)發(fā)[2]。可溶性膳食纖維能吸附重金屬、膽汁酸、膽固醇，對(duì)治療多種富貴病有重要作用[3-6]。

夏枯草（Prunella vulgaris L.）又名夏枯花，屬唇形科（Labiatae）夏枯草屬（Prunella）植物，于未枯前采帶花的果穗入藥，味辛苦性寒，入肝膽經(jīng)，具有清肝火散郁結(jié)之功，集補(bǔ)瀉消散于一體[7-8]。2010年3月5日衛(wèi)生部批準(zhǔn)夏枯草作為涼茶飲料原料使用[9]。夏枯草渣是夏枯草的活性成分經(jīng)提取后剩余的廢棄物，含有豐富的膳食纖維。本研究擬用堿化學(xué)處理法從夏枯草殘?jiān)袑?duì)可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維進(jìn)行提取，并對(duì)膳食纖維的性能進(jìn)行檢測(cè)，以期對(duì)夏枯草渣中膳食纖維的提取、膳食纖維功能性食品的開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 材料與試劑

試材為夏枯草渣，在廣東省中山市不二碗涼茶店收集夏枯草渣，烘干粉碎經(jīng)40目篩而制成。氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、鹽酸、醋酸、鄰苯二甲醛、硫酸、糠醛、均為國(guó)產(chǎn)分析純。膽酸鈉為生化試劑。

1.1.2 儀器與設(shè)備

BSA224S電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司）、HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州奧華儀器有限公司）、電爐、TGL-16G高速離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）、SHz-mB循環(huán)水式真空泵（臨海市譚氏真空設(shè)備有限公司）、101-1A電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）、PHS-3C型精密酸度計(jì)（上海盛磁儀器有限公司）、78-179-1磁力加熱攪拌器電爐（金華市科析儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 膳食纖維的制備

取0.5 g夏枯草殘?jiān)?～3次后擠干水分，樣品用水浸泡30 min，然后用40℃溫水洗滌（除去可溶性糖分）；加入一定體積（料液比：1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35）的NaOH溶液（質(zhì)量濃度5、10、15、20、25 mg/mL），在一定溫度下（40、50、60、70、80℃）水解一段時(shí)間（1、1.5、2、2.5、3 h）。然后進(jìn)行固液分離，濾渣水洗至中性，干燥，得水不溶性膳食纖維。分離的液體用醋酸中和（醋酸調(diào)pH），減壓濃縮至粘稠狀液體，冷卻至室溫。按照V（樣品）∶V（乙醇）=1∶4 的比例加入95%的乙醇溶液，充分靜止后，離心分離，得到固體的可溶性膳食纖維。

1.2.2 膳食纖維性能的測(cè)定

參照雷登鳳等[10-15]對(duì)不溶性膳食纖維性能測(cè)定方法對(duì)夏枯草的不溶性膳食纖維進(jìn)行性能測(cè)定：準(zhǔn)確稱取0.500 0 g過(guò)40目篩的膳食纖維，在25℃ 下用蒸餾水飽和2 h，濾紙上瀝干到不滴水，將結(jié)合了水的膳食纖維移至潔凈表面皿上稱重，換算成每克纖維的持水力。不溶性膳食纖維吸脹作用的測(cè)定：0.100 0 g膳食纖維放到10 mL的量筒中，讀取干品體積（mL），然后用蒸餾水浸泡，室溫下放置24 h后，讀取不溶性膳食纖維在量筒中自由膨脹的體積（mL），換算成每克膳食纖維的膨脹力。

可溶性膳食纖維膽酸鈉吸附能力的測(cè)定，參照王磊等[3]測(cè)定椪柑可溶性殘?jiān)侥懰徕c的方法，借助紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定膽酸鈉620 nm處的吸光度來(lái)測(cè)定夏枯草可溶性膳食纖維對(duì)膽汁酸的吸附能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維的提取

2.1.1 浸提溫度對(duì)膳食纖維提取率的影響

采用料液比1∶15、5 mg/mL NaOH溶液作為浸提溶液，于40～80℃條件下浸提1 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。隨著溫度的上升，夏枯草可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的提取率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。二者均在50℃時(shí)提取率最高，故選取40、50、60℃為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平（表1）。

2.1.2 堿液質(zhì)量濃度對(duì)膳食纖維提取率的影響

采用不同質(zhì)量濃度的NaOH溶液，按料液比1∶15，50℃下浸提1 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2。隨堿液濃度增加，膳食纖維提取率先增加后減少。不溶性膳食纖維提取率最高的堿液濃度為10 mg/mL，可溶性膳食纖維提取率最高的堿液濃度為20 mg/mL。綜合考慮二者的提取率，選取10、15、20 mg/mL為正交試驗(yàn)的3個(gè)水平（表2）。

2.1.3 料液比對(duì)膳食纖維提取率的影響

采用不同的料液比于堿液濃度15 mg/mL、50℃下浸提1 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。隨著料液比的增加，夏枯草可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的提取率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。水溶性與不溶性膳食纖維均在料液比為1∶20時(shí)提取率最大，故選取1∶15、1∶20、1∶25作為優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的3個(gè)水平（表3）。

2.1.4 水解時(shí)間對(duì)膳食纖維提取率的影響

采用不同的水解時(shí)間，于料液比1∶20、15 mg/mL、50℃下浸提，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4。隨著提取時(shí)間的增加，夏枯草可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維的提取率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)。不溶性膳食纖維提取率最高的水解時(shí)間為1.5 h，可溶性膳食纖維提取率最高時(shí)的水解時(shí)間為2.0 h。綜合二者的提取率，選取1.5、2.0、2.5 h作為正交試驗(yàn)優(yōu)化的3個(gè)水平（表4）。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，料液比、濃度、時(shí)間、溫度是影響水不溶性膳食纖維提取率的主要因素。因此采用L9（34）正交表進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，因素水平設(shè)定如下：料液比（1∶15、1∶20、1∶25）、堿液質(zhì)量濃度（10、15、20 mg/mL）、水解時(shí)間（1.5、2.0、2.5 h）、溫度（40、50、60℃）。試驗(yàn)結(jié)果如表5。

從表5可以看出，對(duì)夏枯草膳食纖維提取率影響最大的因素是水解時(shí)間，其次是料液比和溫度，堿液濃度對(duì)提取率的影響最小，即D>B>C>A。綜合可溶性膳食纖維的提取率和不溶性膳食纖維的提取率，夏枯草膳食纖維提取的最佳提取條件為：料液比1∶20、堿液濃度15 mg/mL、水解時(shí)間2.5 h、提取溫度40℃，即A2B2C3D1。在此條件下，不溶性膳食纖維的提取率為60%，可溶性膳食纖維的提取率為13.55%。

2.3 不溶性膳食纖維性能檢測(cè)

對(duì)夏枯草的不溶性膳食纖維持水力及膨脹力檢測(cè)結(jié)果顯示，持水力為7.27 g/g，膨脹力為17.33 mL/g。

2.4 可溶性膳食纖維吸附能力檢測(cè)

2.4.1 膽汁酸的工作曲線

以吸光度值為縱坐標(biāo)，以膽酸鈉濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1）。標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y=5.58x+0.02，R2=0.994。

2.4.2 可溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附能力

分別取膳食纖維于不同pH下檢測(cè)，所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次平均值，結(jié)果如圖2。在pH 2的情況下，不溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附量為13.26 mg/g；在pH7的情況下，不溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附量為86.38 mg/g。對(duì)人體而言，一般胃酸的pH約為2，小腸內(nèi)pH約為7。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，夏枯草不溶性膳食纖維在小腸環(huán)境中對(duì)膽酸鈉的吸附率高，對(duì)人體膽酸鈉的排出有促進(jìn)效果。

3 討論與結(jié)論

鑒于可溶性膳食纖維對(duì)人體健康，特別是減低現(xiàn)代文明病的改善效果顯著，本研究中對(duì)提取條件的優(yōu)化主要以可溶性膳食纖維的提取率為主。本實(shí)驗(yàn)方法提取夏枯草不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維的最優(yōu)條件為：料液比1∶20、堿液濃度15 mg/mL、水解時(shí)間2.5 h、提取溫度40℃。在此條件下，不溶性膳食纖維的提取率為60%，可溶性膳食纖維的提取率為13.55%。提取得到的夏枯草不溶性膳食纖維的持水力為7.27 g/g，膨脹力為17.33 mL/g。產(chǎn)品無(wú)澀味，色澤良好，可廣泛用于焙烤食品中。可溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附率在pH為7的條件下顯著高于pH為2時(shí)的吸附率，表明膳食纖維在小腸內(nèi)對(duì)膽汁酸的效果佳。

從夏枯草殘?jiān)刑崛∩攀忱w維，可增加其綜合利用途徑，提高夏枯草的利益價(jià)值，促進(jìn)規(guī)模化種植，提高種植業(yè)與加工業(yè)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，促進(jìn)地方農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李京東，倪雪朋. 食品營(yíng)養(yǎng)與衛(wèi)生[M]. 北京：中國(guó)輕工工業(yè)出版社，2014：71-73.

[2] 鄭建仙. 功能性食品學(xué)[M]. 北京：中國(guó)輕工工業(yè)出版社，2015：22-25.

[3] 王 磊，袁 芳，向 俊，等. 椪柑渣可溶性膳食纖維的功能特性及流變性[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào)，2015，15（3）：24-31.

[4] 孫 平，劉可志，趙 豐. 枸杞多糖的提取及其殘?jiān)幚淼难芯縖J]. 食品工業(yè)，2013，34（1）：48-50.

[5] 劉 悅，宋少江，徐綏緒. 夏枯草的化學(xué)成分及生物活性研究進(jìn)展[J]. 沈陽(yáng)藥科大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，20（1）：55-59.

[6] 劉 真，于慧卿，魏運(yùn)湘. 夏枯草湯治療高血壓病及對(duì)血管內(nèi)皮功能的影響[J]. 陜西中醫(yī)，2006，27（2）：162-163.

[7] 牛躍麗，姬春好. 淺談夏枯草臨床應(yīng)用[J]. 內(nèi)蒙古中醫(yī)藥，2001（3）：30-31.

[8] 蔣 軍. 夏枯草的國(guó)內(nèi)臨床應(yīng)用簡(jiǎn)況[J]. 中國(guó)藥業(yè)，2006（5）：63-64.

[9] 嚴(yán)少衛(wèi). 夏枯草可作涼茶原料——衛(wèi)生部批準(zhǔn)7種新資源食品[J]. 中醫(yī)臨床研究，2010，2（5）：122-122.

[10] 雷登鳳，范文壘，張情亞. 堿法提取生姜中不溶性膳食纖維的工藝研究[J]. 食品科技，2014，39（12）：273-276.

[11] 張 茜，楊 莉，劉 毅. 果皮果殼膳食纖維含量及性能測(cè)定. 江西化工，2014（4）：116-118.

[12] 陳仕學(xué)，胡明念，魯?shù)劳? 野生陽(yáng)荷水不溶性膳食纖維的提取及性能測(cè)定. 食品與發(fā)酵工業(yè)， 2014（1）：250-253.

[13] 何杰明，李春陽(yáng)，張擁軍，等. 不同工藝黑木耳不溶性膳食纖維的理化特性研究. 營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2012，34（4）：344-348.

[14] 何偉峰，陳 萍，李春陽(yáng)，等. 前處理?xiàng)l件對(duì)黑木耳膳食纖維測(cè)定的影響研究. 食品工業(yè)科技，2012，33（21）：305-308.

[15] 王忠合. 醬油渣不溶性膳食纖維的制備及其功能特性研究. 中國(guó)釀造，2009，22（2）：105-108.