花生殼可溶性膳食纖維物化及功能特性的研究

單平陽 王磊 石可歆 孟哲 黃月 鄭素榮

摘要 [目的]比較分析花生殼膳食纖維的提取方法、理化和功能特性。[方法]以花生殼為原料，分別采用直接水提法（W）、乳酸菌發酵法（F）和擠壓膨化法（E）提取花生殼可溶性膳食纖維（SDF），詳細比較它們的各種理化和功能特性。[結果]W-SDF、F-SDF和E-SDF的溶解性分別為2.07%、3.74%和4.72%，持水力分別為8.63、12.84和15.28 g/g，持油力分別為2.32、3.07和4.17 g/g，膨脹力分別為11.73、13.85和16.23 mL/g，乳化活性分別為408.3、 528.4和604.6 mL/L，乳化穩定性分別為428.7、489.3和563.8 mL/L，最小凝膠濃度分別為13.19%、 10.24%和8.92%；在腸道環境（pH 7.0）中，對重金屬Pb吸附能力分別為178.6、243.6、308.1 μmol/g，對As的吸附能力分別為143.5、200.4、276.5 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為49.3、103.8、169.3 μmol/g；在胃環境（pH 2.0）中，W-SDF、F-SDF、E-SDF對重金屬Pb的吸附能力分別為52.9、106.3、178.5 μmol/g，對As的吸附能力分別為60.3、98.4、164.2 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為32.7、50.2、89.7 μmol/g。[結論]研究結果可為花生殼膳食纖維的功能改性及綜合利用提供理論依據。

關鍵詞 花生殼；可溶性膳食纖維；提取方法；理化特性；功能特性

中圖分類號 TS201.4 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）13-0089-03

Study on Physicochemical and Functional Properties of Soluble Dietary Fiber from Peanut Shell

SHAN Ping-yang1， WANG Lei1*， SHI Ke-xin2 et al

（1. Tangshan Food and Drug Administration， Tangshan， Hebei 063000； 2. College of Food Science and Engineering， Central South University of Forestry and Technology， Changsha， Hunan 410000）

Abstract [Objective] To study extraction methods， physicochemical and functional properties of soluble dietary fiber（SDF） from peanut shell.[Method] With peanut shell as raw material， SDF was extracted from peanut shell by water extraction（W）， lactic acid bacteria fermentation（F） and extrusion（E）， the physicochemical and functional properties were compared in detail.[Result] The result showed that the solubility， water holding capacity， oil holding capacity and swelling force of W-SDF， F-SDF and E-SDF were （2.07%， 3.74% and 4.72%）， （8.63， 12.84 and15.28 g/g）， （2.32， 3.07 and 4.17 g/g）， （11.73， 13.85 and 16.23 mL/g）， respectively； The emulsifying property， emulsifying stability and minimum gel concentration were （408.30， 528.40 and 604.60 mL/L）， （428.70， 489.30 and 563.80 mL/L）， （1319%， 10.24% and 8.92%）， respectively； The binding capacities for heavy metal ion Pb， As and Cu were （178.6， 243.6， 308.1 μmol/g）， （143.5， 200.4， 276.5 μmol/g）， （49.3， 103.8， 169.3 μmol/g） at pH 7.0 and （52.9， 106.3， 178.5 μmol/g）， （603， 98.4， 164.2 μmol/g）， （32.7， 50.2， 89.7 μmol/g） at pH 2.0， respectively.[Conclusion] The research can provide a reference for functional modifications and utilization of dietary fiber from peanut shell.

Key words Peanut shell；Soluble dietary fiber；Extraction method；Physicochemical property；Functional property

近年來，膳食纖維在食品營養和臨床醫學上的重要作用越來越受到人們的關注，被稱為人類“第七大營養元素”[1-3]。膳食纖維雖不具營養價值，但其具有的物化特性使之具有獨特的生理功能和營養保健作用。按其溶解性的不同大致分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）兩類[4-8]。可溶性膳食纖維較不溶性膳食纖維在生理功能方面更能發揮其代謝作用，在促進腸道益生菌的生長，預防糖尿病、肥胖病、冠心病、動脈硬化、高血脂等方面具有特殊的功效[9-15]。

我國是世界花生生產、消費和出口大國，種植面積和年產量均居世界前列?；ㄉa業每年會產生大量的副產品，如花生粕、花生渣、花生殼、花生莖葉等，它們是潛在的膳食纖維資源。如果這部分資源不能被充分利用，就會造成嚴重的資源浪費，也會對環境造成污染。因此，將花生產業的這些副產品加工成天然的膳食纖維，不僅可以提高花生產業的附加值，還會帶來巨大的社會和經濟效益[16]。筆者對花生膳食纖維的提取方法、理化和功能特性做了詳細的比較分析，提出花生膳食纖維作為一種功能食品在我國具有廣泛的開發應用前景。

1 材料與方法

1.1 材料

供試花生殼由唐山潤澤糧油食品有限公司提供。

可溶性膳食纖維產品：

①W-SDF?；ㄉ鷼そ涍^耐高溫α-淀粉酶除淀粉和中性蛋白酶除蛋白后，直接用水浸提，上清液醇沉，離心得到SDF，干燥粉碎后過80目篩，為白色粉末。

②F-SDF?；ㄉ鷼そ涍^耐高溫α-淀粉酶除淀粉和中性蛋白酶除蛋白后，與水以1∶15（V/V）調配，經膠體磨磨漿2次，滅菌后接種保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，于42 ℃發酵至pH 4.0，調pH為中性，上清液醇沉離心，凍干得到發酵SDF。

③E-SDF：花生殼經過耐高溫α-淀粉酶除淀粉和中性蛋白酶除蛋白后，在溫度110 ℃、物料水分15%、螺桿轉速90 r/min條件下經雙螺桿擠壓機處理，用水浸提，上清液醇沉離心，干燥得到SDF。

1.2 方法

1.2.1 持水力（WHC）的測定。

持水力是指不受外力（除重力和大氣壓力）作用下，一定量的樣品所結合的水量。具體操作如下：準確稱取1.0 g樣品于50 mL離心管中，加入20 mL去離子水，混合均勻后置于4 ℃條件下放置24 h后在4 200 r/min離心15 min，稱重。

1.2.2 持油力（OHC）的測定。

持油力是指一定量的樣品所能結合的橄欖油量。具體操作如下：準確稱取1.0 g樣品于50 mL離心管中，加入10 mL橄欖油，混合均勻后置于4 ℃條件下放置1 h后在4 200 r/min離心15 min，稱重。

1.2.3 膨脹力（SC）的測定。

膨脹力是指一定量的樣品浸沒在過量水中，達到平衡時所占的體積與其實際所占體積的差值。具體操作如下：準確稱取0.2 g樣品置于帶刻度試管中并記錄其體積，加入5.0 mL蒸餾水，混合均勻后在4 ℃條件下放置18 h，記錄樣品吸水后的體積。

1.2.4 可溶解性（WS）的測定。

具體操作如下：稱取1 g 左右樣品于離心管，按1∶10的比例加入蒸餾水，混合均勻后，室溫下靜置1 h后，在3 000 r/min的條件下離心10 min，收集上清液和殘渣，分別干燥，稱重。

1.2.5 乳化特性（EA）的測定。

具體操作如下：準確稱取20 g 樣品溶解于1 L去離子水中，在2 000 r/min高速剪切2 min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳狀液放入15 mL帶刻度試管中，3 000 r/min離心分離10 min。記錄乳狀液體積。

1.2.6 乳化穩定性（ES）的測定。

具有操作如下：準確稱取2.0 g 樣品溶解于1 L去離子水中，在2 000 r/min高速剪切2min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳狀液在80 ℃下加熱30 min，冷卻至室溫，3 000 r/min離心分離10 min。記錄乳狀液體積。

1.2.7 最小凝膠濃度（LGC）的測定。

具體操作如下：分別用去離子水配成濃度為2%、4%、6%、8%、10%、12%和14%的樣品溶液，取5 mL樣品溶液放入試管中，100 ℃水浴1 h，然后冰浴1 h。LGC以試管反轉時樣品溶液不發生滑落為準。

1.2.8 重金屬吸附能力（BC）評價。

具體操作如下：250 mL三角瓶中分別加入10 mmol/L的重金屬溶液[Pb（NO3）2、CuSO4、NaAsO2]和1.0 g 膳食纖維樣品，為了體外模擬胃和腸道的環境，pH分別調至2.0和7.0，于37 ℃，120 r/min振蕩3 h，在吸附結束后，為了沉淀樣品，向2 mL樣品收集液中加入8 mL無水乙醇，4 000 r/min離心10 min，上清液采用原子吸收法測定殘留重金屬離子濃度。

1.3 數據處理

數據分析采用Design-Expert 7.0 進行試驗設計和數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同提取方法對SDF的WHC、OHC、SC和WS的影響

從表1可以看出，花生殼SDF經乳酸菌發酵和擠壓膨化處理后其理化特性均有所提高。W-SDF的WS、WHC、DHC、SC為2.07%、8.63 g/g、2.32 g/g、11.73 mL/g；F-SDF的這幾個指標分別提高到3.74%、12.84 g/g、3.07 g/g、13.85 mL/g；E-SDF提高到4.72%、15.28 g/g、4.17 g/g、1623 mL/g。研究結果表明，E-SDF樣品在WS、WHC、DHC、SC方面都顯著高于W-SDF和F-SDF樣品。其原因是由于擠壓膨化處理時，物料組織呈海綿狀，體積增大，一些結構組織如纖維束等被破壞，內含物暴露，有利于目的物的溶出，使得果膠類可溶性膳食纖維的含量增加，結合水分子的能力提高。同時，纖維素、半纖維素等大分子物質被截斷，產生了各種小分子片段，可能使膳食纖維的一些親水性活性位點暴露出來，有利于水分子的結合，膳食纖維顆粒的數量增加，溶于水后顆粒膨脹、伸展產生更大的容積，從而導致改性后SDF的WS、WHC、SC增大。

2.2 不同提取方法對SDF的EA、ES、LGC的影響

EA是表示某種物質能夠促進2種不相混溶的液體溶解或分散能力的大小。ES是指限制乳液發生破裂的能力[17]。表2可知，W-SDF的EA和ES分別為408.3和428.7 mL/L；F-SDF的EA和ES增加到528.4和489.3 mL/L；E-SDF的EA和ES增加到604.6和563.8 mL/L，均達到顯著差異水平（P<0.05）。與處理前SDF相比，擠壓膨化處理后的SDF可作為一種良好的乳化劑，用于保持理化穩定性和較長貨架期的功能食品[18]。而且擁有較高乳化活性的SDF對維持人體健康非常有利，由于膽汁酸是合成膽固醇的前體物質，通過對小腸中膽汁酸的吸附可減少血液中膽固醇的含量[17，19]。LGC是判斷物質膠凝化能力大小的指標。從表2可以看出，乳酸菌發酵和擠壓膨化處理顯著降低了LGC，從未處理的13.19%減小到10.24%和8.92%，說明乳酸菌發酵和擠壓膨化處理增加了花生殼SDF的黏度。

2.3 不同提取方法對SDF重金屬吸附能力的影響

Pb、As和Cu是一類危害人體健康的化學物質，由于環境的污染，很多食物中都能檢測到這些重金屬元素，它們不易排出，都有在生物體內富集的潛在危機，其量達到一定程度可導致中毒甚至癌癥。膳食纖維對重金屬離子的束縛主要依靠化學吸附，同時也存在物理吸附。化學吸附主要依靠纖維中來自糖醛酸的羧基和木質素的酚酸等基團與重金屬離子結合，因此受pH的影響較大，pH升高，這些基團解離增多，可以和帶正電的重金屬陽離子以離子鍵結合；反之，羧基解離減少，可能降低了吸附效果，即酸性環境不利于膳食纖維對重金屬離子的吸附；物理吸附則是范德華力作用的結果，受溫度影響，反應速率一般很快[20]。

由表3可見，對同一種重金屬離子的吸附過程中，pH 70條件下比pH 2.0條件下吸附效果好，說明小腸環境更適合膳食纖維對重金屬離子的吸附。

該試驗在體外模擬腸道環境條件下（pH 7.0），W-SDF對Pb、As和Cu的吸附能力分別為178.6、143.5和49.3 μmol/g，其中對Pb的吸附作用最強，對As的吸附作用次之，對Cu的吸附作用較弱。SDF經過乳酸菌發酵和擠壓膨化處理后，吸附重金屬離子作用都有所增強，F-SDF對Pb、As和Cu的吸附能力分別為243.6、200.4和103.8 μmol/g，E-SDF對Pb、As和Cu的吸附能力分別為308.1、276.5和1693 μmol/g。在胃環境條件下（pH 2.0），SDF對Cu的吸附作用較弱，但對Pb和As的吸附作用卻遠遠強于對Cu的吸附作用。在pH 2.0條件下，E-SDF對重金屬的吸附能力均高于W-SDF和F-SDF。該研究結果表明，花生殼SDF經擠壓膨化處理后，樣品顆粒高度破碎，比表面積增加，組織松散，使SDF與重金屬離子接觸更充分從而增強對重金屬離子的吸附作用。Agnieszka等[21]研究發現，膳食纖維對金屬離子的吸附能力與它的化學成分以及特殊成分的比例有關，同一膳食纖維對不同金屬離子的吸附能力也不同。Sangnark等[22]研究表明，纖維素和木質素具有束縛重金屬離子的能力，它們的這種能力與它們的來源以及粒度大小有關。

3 結論

該試驗得出，3種提取方法得到的花生殼水溶性膳食纖維W-SDF、F-SDF和E-SDF的溶解性分別為2.07%、374%和4.72%，持水力分別為8.63、12.84和15.28 g/g，持油力分別為2.32、3.07和4.17 g/g，膨脹力分別為11.73、1385和16.23 mL/g。乳酸菌發酵和擠壓膨化處理提高了花生殼SDF的溶解性、持水力、持油力和膨脹力。

3種提取方法得到的花生殼水溶性膳食纖維W-SDF、F-SDF和E-SDF的乳化活性分別為408.3、 528.4和604.6 mL/L，乳化穩定性分別為428.7、489.3和563.8 mL/L，最小凝膠濃度分別為13.19%、 10.24%和892%。乳酸菌發酵和擠壓膨化處理后，增強了花生殼SDF的乳化活性和乳化穩定性，降低了最小凝膠濃度。

試驗結果表明，對同一種重金屬離子的吸附過程中，pH 7.0條件下比pH 2.0條件下吸附效果更好。在腸道環境（pH 7.0）中，3種提取方法得到的花生殼水溶性膳食纖維W-SDF、F-SDF和E-SDF對重金屬Pb的吸附能力分別為178.6、243.6、308.1 μmol/g，對As的吸附能力分別為1435、200.4、276.5 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為49.3、103.8、169.3 μmol/g。在胃環境（pH 2.0）中，W-SDF、F-SDF、E-SDF對重金屬Pb的吸附能力分別為52.9、106.3、178.5 μmol/g，對As的吸附能力分別為60.3、98.4、1642 μmol/g，對Cu的吸附能力分別為32.7、50.2、89.7 μmol/g。乳酸菌發酵和擠壓膨化處理后，花生殼SDF對重金屬離子的吸附能力有所提高。

參考文獻

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