超聲波輔助堿法提取蕨菜中水溶性膳食纖維

牛俊樂(lè)，麥馨允，譚偉

超聲波輔助堿法提取蕨菜中水溶性膳食纖維

?？?lè)，麥馨允，譚偉

（百色學(xué)院，廣西百色533000）

采用超聲波輔助堿法提取蕨菜中的水溶性膳食纖維（SDF），通過(guò)單因素試驗(yàn)探討料液比、超聲功率、堿液質(zhì)量濃度、提取溫度4個(gè)因素對(duì)SDF得率的影響，再通過(guò)正交試驗(yàn)對(duì)提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，超聲波輔助堿法提取蕨菜中的SDF最佳工藝條件為氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06 g/mL，超聲功率120W，料液比1∶30（g∶mL），提取溫度65℃，實(shí)際測(cè)得SDF得率為36.01%。

蕨菜；水溶性膳食纖維；超聲波輔助；堿法提取

0 引言

蕨菜（Pteridium aquilinum var.latiusculum），又名“蕨薹”“如意菜”“長(zhǎng)壽菜”等，是鳳尾蕨科多年生的草本植物[1]。研究表明，蕨菜除了含有人體必需的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)和纖維素之外，還含有大量的氨基酸、維生素和微量元素等，其含量是一般蔬菜的數(shù)倍[2-4]；另外還含有多種功能性物質(zhì)，具有抑菌、抗氧化、降血脂、免疫調(diào)節(jié)等生物活性和藥理作用[5-6]。

膳食纖維（Dietary fiber，DF）按溶解性進(jìn)行分類(lèi)，可以分為水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）2個(gè)類(lèi)型。SDF在對(duì)心血管疾病和結(jié)腸癌的預(yù)防以及對(duì)膽固醇降低等方面擁有比IDF更加強(qiáng)大的生理功能，除此之外它還能夠降低血脂含量、減慢小腸對(duì)葡萄糖吸收的速率，有效預(yù)防糖尿病的產(chǎn)生。SDF作為一種擁有多功能保健性的食物基料，很早就引起全球各國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)家的關(guān)注[7]。

我國(guó)蕨菜資源非常豐富，膳食纖維含量也較高，原料價(jià)格低廉，如果能從蕨菜中提取膳食纖維，不僅可以有效提高原材料的綜合利用，還能夠保護(hù)環(huán)境，并且能夠帶來(lái)較高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用前景十分廣闊。從我國(guó)和國(guó)外的研究動(dòng)態(tài)來(lái)看，目前還沒(méi)有人研究分析蕨菜的超聲波輔助堿法提取膳食纖維。試驗(yàn)以蕨菜為材料，采用超聲波輔助堿法對(duì)蕨菜中的水溶性膳食纖維進(jìn)行提取。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與儀器

蕨菜，百色市當(dāng)?shù)剞Р藰悠?，?jīng)干燥、初步挑選、粉碎之后過(guò)40目篩，得到蕨菜粗粉備用。

FA1204B型電子天平、SHZ-III型循環(huán)水真空泵、KQ-200KDB型高功率數(shù)控超聲波清洗器、TD5AWS型臺(tái)式（數(shù)顯）低速離心機(jī)、SY-101-0型電熱恒溫干燥箱、分樣篩、傾斜式高速萬(wàn)能粉碎機(jī)等。

1.2 試驗(yàn)方法

稱(chēng)取2.0 g備用的蕨菜粉，按比例加入一定質(zhì)量濃度的氫氧化鈉溶液，充分?jǐn)嚢瑁缓筮M(jìn)行超聲波處理。將處理后的蕨菜原料液體放入離心機(jī)中，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心15 min，再取上層清液進(jìn)行真空抽濾處理。之后從抽濾得到的濾液里量取加入濾液4倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行醇沉處理，靜置2 h[8]后用烘干至恒質(zhì)量的定量中速濾紙抽濾。將抽濾后得到的濾紙放入電熱鼓風(fēng)干燥箱中，并在105℃條件下烘干至恒質(zhì)量。

1.2.1 單因素試驗(yàn)

分別探討氫氧化鈉質(zhì)量濃度、料液比、提取時(shí)間及超聲功率對(duì)蕨菜SDF得率的影響。

單因素試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，選取合適的料液比（A）、提取溫度（B）、超聲功率（C）、氫氧化鈉質(zhì)量濃度（D）四因素三水平正交試驗(yàn)并進(jìn)行方差分析；選取最優(yōu)方案進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，通過(guò)計(jì)算則可得出蕨菜在最佳條件下的SDF得率。

1.3 數(shù)據(jù)分析與得率計(jì)算

采用SPSS進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。

SDF得率按照以下公式進(jìn)行計(jì)算：

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素結(jié)果與分析

料液比對(duì)SDF得率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 料液比對(duì)SDF得率的影響

由圖1可知，當(dāng)料液比在1∶10~1∶30內(nèi)，SDF得率會(huì)隨著料液比增大而出現(xiàn)上升趨勢(shì)；但是如果料液比大于1∶30之后，SDF得率反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是由于提取液中SDF的濃度和蕨菜粉邊界層的濃度差增加引起，在一定范圍內(nèi)，SDF由蕨菜粉向溶劑中的擴(kuò)散速度會(huì)逐漸增加，但當(dāng)料液比大于1∶30之后，SDF濃度與蕨菜粉樣品邊界層濃度差不再持續(xù)增加，SDF由蕨菜原材料樣品向溶劑中擴(kuò)散速率也不會(huì)繼續(xù)增加[9]。

提取溫度對(duì)SDF得率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 提取溫度對(duì)SDF得率的影響

由圖2可知，SDF得率隨著提取溫度的升高先增加后減少，當(dāng)提取溫度達(dá)到65℃時(shí)蕨菜樣品原料的SDF得率到達(dá)最高。這可能是因?yàn)樘崛囟壬仙龝?huì)加劇水分子的運(yùn)動(dòng)和其他物質(zhì)分子的振動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，然后出現(xiàn)劇烈的水分子碰撞以及自身的劇烈振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象，讓蕨菜粉中的SDF成分逐漸掙脫不溶性成分對(duì)其的約束，因而能夠分離溶解出來(lái)，使產(chǎn)品的得率提高。但當(dāng)提取溫度過(guò)高容易造成溶劑的氣化，導(dǎo)致載體和溶劑的接觸不夠充分，并且造成有效成分破壞，從而導(dǎo)致分子接聚[10]。

超聲功率對(duì)SDF得率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 超聲功率對(duì)SDF得率的影響

由圖3可知，蕨菜樣品原料的SDF得率會(huì)隨著超聲功率的增大先上升后下降，在超聲功率到達(dá)140W時(shí)蕨菜樣品原材料的SDF得率會(huì)達(dá)到一個(gè)最大值；當(dāng)超聲波的功率超過(guò)140W之后，SDF得率會(huì)跟隨著超聲功率的增加逐漸降低。這有可能是因?yàn)樵诔跏茧A段時(shí)超聲功率的空化作用逐漸增強(qiáng)，超聲波所發(fā)出的能量使蕨菜樣品原料的細(xì)胞壁更容易被破碎，使可溶性膳食纖維的溶出量增加，SDF得率也會(huì)隨之上升[11]。當(dāng)超聲功率超過(guò)140 W時(shí)，會(huì)使膳食纖維部分分解，從而引起SDF得率降低。

氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)SDF得率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 氫氧化鈉質(zhì)量濃度對(duì)SDF得率的影響

由圖4可知，在0.01~0.05 g/mL時(shí)，SDF得率會(huì)隨氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加而逐漸上升；但是當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度高于0.05 g/m L時(shí)，SDF得率開(kāi)始下降。這可能是由于原材料樣品中的膳食纖維在一個(gè)比較低質(zhì)量濃度的堿性條件下溶解較迅速和充分，除此之外，蛋白質(zhì)也能夠在堿性條件下溶解，試驗(yàn)材料中的部分脂肪被皂化，從而導(dǎo)致SDF得率上升；然而當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度過(guò)量時(shí)，樣品果膠中的果膠酯酸會(huì)全部被脫去甲基之后溶解，其中的半纖維素也會(huì)溶解在氫氧化鈉堿溶液中，此時(shí)若再繼續(xù)增加氫氧化鈉質(zhì)量濃度，反應(yīng)將會(huì)受到抑制，SDF得率出現(xiàn)慢慢下降的情況[12]。

2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)四因素三水平正交試驗(yàn)。

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，因素水平的主次順序?yàn)闅溲趸c質(zhì)量濃度（D）>超聲功率（C）>料液比（A）>提取溫度（B）。最優(yōu)組合為A2B2C1D3，即料液比1∶30，提取溫度65℃，超聲功率120W，氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06g/mL。表2中的最優(yōu)氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06 g/mL和圖4中單因素試驗(yàn)結(jié)果的0.05 g/mL不一致，這可能是由于因素之間存在著交互作用，而單因素試驗(yàn)尚未涉及到交互作用。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

為了驗(yàn)證最佳試驗(yàn)條件：料液比1∶30，提取溫度65℃，超聲功率120W，氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06 g/m L，還必須設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)加以確定。

驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表3可知，在料液比1∶30，提取溫度65℃，超聲功率120W，氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06 g/mL時(shí)，SDF的平均得率為36.01%，為最高得率。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以蕨菜為原料，采取超聲波輔助堿法，借助正交試驗(yàn)對(duì)其SDF化合物提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，并用最優(yōu)提取工藝測(cè)定其SDF得率。研究結(jié)果表明，在超聲時(shí)間為50min的條件下，氫氧化鈉質(zhì)量濃度0.06 g/mL，超聲功率120 W，料液比1∶30，提取溫度65℃，SDF得率最高達(dá)36.01%。采取正交試驗(yàn)優(yōu)化獲得的工藝參數(shù)比較準(zhǔn)確可靠，對(duì)工業(yè)化利用蕨菜樣品原料提取SDF具有一定的指導(dǎo)和應(yīng)用價(jià)值。

[1]章耀，郭衍銀，王相友，等.野生蕨菜研究進(jìn)展[J].長(zhǎng)江蔬菜，2008（14）：1-4.

[2]姚玉霞，蔡建培，李澤鴻，等.四種山野菜營(yíng)養(yǎng)成分分析[J].營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)，2003，25（4）：441-442.

[3]黃勁松，何競(jìng)旻，劉廷國(guó).蕨菜研究進(jìn)展綜述[J].食品工業(yè)科技，2011（7）：455-457.

[4]李海燕，王力川，唐偉斌.栽培蕨菜與野生蕨菜和常見(jiàn)栽培蔬菜營(yíng)養(yǎng)成分的對(duì)比分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（14）：5 868-5 869.

[5]蘇仕林.蕨菜貯藏保鮮與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2012，33（10）：216-219.

[6]宋吉利，潘兆清.山中蕨菜的功效與貯存[J].吉林蔬菜，2009（1）：55-57.

[7]花旭斌，楊麗瓊.響應(yīng)面優(yōu)化酸法提取蕨菜中水溶性膳食纖維的工藝研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（35）：21 775-21 777，21 789.

[8]黃群，楊萬(wàn)根，余佶，等.超聲波輔助堿法提取杜仲籽粕可溶性膳食纖維的工藝優(yōu)化[J].食品科學(xué)，2013，34（22）：70-74.

[9]苗敬芝，馮金和，董玉瑋.超聲結(jié)合酶法提取生姜中水溶性膳食纖維及其功能性研究[J].食品科學(xué)，2011，32（24）：120-125.

[10]羅緋，林親錄，陸玲，等.超聲提取豆皮水溶性膳食纖維的工藝研究[J].食品與機(jī)械，2008，24（6）：71-75.

[11]李加興，梁先長(zhǎng)，黃誠(chéng)，等.響應(yīng)面法優(yōu)化火棘水不溶性膳食纖維提取工藝[J].食品科學(xué)，2011，32（14）：118-123.

[12]趙力超，毛新，黃利華，等.荸薺皮膳食纖維酶化學(xué)法提取工藝研究[J].食品工業(yè)科技，2009，30（11）：244-246.◇

Ultrasonic Auxiliary and Alkaline Method to ExtractWater Soluble Dietary Fiber from the Pteridium Aquilinum

NIU Junle，MAIXinyun，TANWei
（Baise University，Baise，Guangxi533000，China）

Ultrasonic-assisted alkaline method is applied to extract soluble dietary fiber（SDF）from Pteridium aquilinum. Four independent variables includingmaterial-liquid ratio，ultrasound power，alkali concentration and extraction temperature are chosen with respect to the dependent variable SDF yield for single-factor experiments.Then the extraction technology of SDF from Pteridium aquilinum is optimized by using an orthogonal experiment.The results show that the optimal process conditions are alkali concentration 0.06 g/mL，ultrasound power 120 W，material-liquid ratio 1∶30（g∶m L），extraction temperature 65℃，under these conditions，the yield of SDF is 36.01%.

Pteridium aquilinum；soluble dietary fiber；ultrasonic-assisted；alkali concentration

TS255.5

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.006

1671-9646（2017）04a-0017-03

2017-03-01

百色學(xué)院校級(jí)項(xiàng)目“桂西蕨菜膳食纖維的制備及其在面制品中的應(yīng)用”（2015KBN10）。

牛俊樂(lè)（1990—），女，碩士，助教，研究方向?yàn)樯锛夹g(shù)及農(nóng)產(chǎn)品加工。