不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維化學組成和理化性質(zhì)的影響

張建利 張正茂， 張芯蕊 朱玉萍郭怡琳 路永強 周發(fā)寶

(西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院1，楊凌 712100)(西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院2，楊凌 712100)

我國具有豐富的馬鈴薯資源，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，國內(nèi)馬鈴薯行業(yè)每年大約會產(chǎn)生百萬噸馬鈴薯渣[1]，生產(chǎn)旺季，大量的馬鈴薯渣堆積在工廠，占用場地，腐敗變質(zhì)后產(chǎn)生惡臭，當成廢渣作掩埋處理會造成地下水嚴重的污染[2]；目前馬鈴薯渣大多用于加工飼料，因此高效合理的利用馬鈴薯渣，既可有效利用資源，提高經(jīng)濟效益，又能減少環(huán)境污染，具有一定的社會效益。膳食纖維被稱為“第七大營養(yǎng)素”[3]，合理攝入能降低膽固醇、血糖、血脂[4]，減少冠心病、中風、高血壓、糖尿病、肥胖和某些胃腸道疾病[5-6]，馬鈴薯渣中含有豐富的膳食纖維，總膳食纖維含量在27.72%～43.16%[7]；馬鈴薯膳食纖維外觀白色，持水力、膨脹力高，有良好的生理活性[8]，同時馬鈴薯膳食纖維中纖維素和半纖維素含量較高，木質(zhì)素含量相對較低，具有更好的柔性,是制備高品質(zhì)膳食纖維的良好原料[9]，因此利用馬鈴薯渣制備膳食前景光明廣闊。

Weimin Zhang以木瓜皮為原料，采用堿提和超聲波輔助堿提法提取膳食纖維，結(jié)果超聲波輔助堿提法獲得的膳食纖維純度更高，表現(xiàn)出更高的持水性、持油性和膨脹性[10]；Meng-mei Ma以孜然為原料，采用堿提法、酶解法和剪切乳化輔助酶解法提取膳食纖維，結(jié)果表明剪切乳化輔助酶解法提取的膳食纖維持水力、持油力、葡萄糖吸附能力最強[11]；全桂靜等采用篩法、酶法及酶堿法提取甘薯膳食纖維，酶法膳食纖維的提取率最高，持水和持油能力及膨脹性均最好[12]，綜上表明不同提取方法對膳食纖維具有不同的影響，但缺乏不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維影響的研究。目前常用的膳食纖維提取方法有化學法、酶法和化學-酶結(jié)合法，化學法操作簡單；酶法安全性強，效果好；化學-酶結(jié)合法在我國還屬于新工藝[13]。本研究通過酸解法、復合酶法、酶堿法對馬鈴薯渣(DPR)中的膳食纖維進行提取，研究不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維化學組成和理化性質(zhì)的影響，以期為馬鈴薯膳食纖維研究提供理論依據(jù)，為今后馬鈴薯膳食纖維的開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

馬鈴薯：陜西省子長縣薯業(yè)局；原料：夏波蒂；淀粉提取方法：沉淀分離法)；淀粉酶、蛋白酶(北京索萊寶科技有限公司)；所用化學試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-1780紫外可見分光光度計(日本島津儀器有限公司)； KJELTEC-2300定氮儀(FOSS瑞典分析儀器公司)。

1.3 方法

1.3.1 膳食纖維提取方法1.3.1.1 酸解法

DPR→酸處理(料液比1∶15、硫酸濃度1.5%、溫度55 ℃、時間55 min)→抽濾水洗至中性、干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過100目篩→膳食纖維

1.3.1.2 復合酶法

DPR→調(diào)漿糊化(料水比1∶15、85 ℃糊化20 min)→復合酶處理(pH=7.5、淀粉酶∶蛋白酶=3∶1.5、添加量2.5%(相對于DPR質(zhì)量)、溫度50 ℃、時間60 min)→抽濾水洗至中性、干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過100目篩→膳食纖維

1.3.1.3 酶堿法

DPR→調(diào)漿糊化(料水比1∶15、85 ℃糊化20 min)→淀粉酶處理(溫度60 ℃、pH=7、添加量0.9%(相對于DPR質(zhì)量)、時間75 min)→滅酶→抽濾水洗至中性→堿處理(料液比1∶5、NaOH濃度1.5%(相對于DPR質(zhì)量)、溫度60 ℃、時間60 min→抽濾水洗至中性，干燥(60 ℃干燥24 h)、粉碎、過100目篩→膳食纖維

以上三種方法中酸處理、復合酶處理、淀粉酶處理、堿處理的參數(shù)為通過正交實驗確定的最佳工藝參數(shù)。

1.3.2 化學組成的測定

水分測定參照GB 5009.3—2016；淀粉測定參照GB/T 5514—2008；脂肪測定參照GB 5009.6—2016；蛋白質(zhì)測定參照GB 5009.5—2016；灰分測定參照GB 5009.4—2016；TDF、IDF、SDF測定參照GB/T 5009.88—2014

1.3.3 持水力的測定[14]

稱取樣品1.000 0 g(m0)，于50 mL水中，25 ℃攪拌2 h后，3 000 r/min條件下離心30 min，棄上清液，稱取殘渣的質(zhì)量(m1/g)。

(1)

1.3.4 膨脹力的測定[15]

稱取樣品1.000 0 g(m/g)于25 mL量筒中，加水至15 mL刻度，搖勻后室溫放置24 h，測定膳食纖維膨脹后體積(V/mL)。

(2)

1.3.5 陽離子交換能力的測定[16]

稱取樣品0.500 0 g(m/g)于錐形瓶中，加入20 mL 0.1 mol/L的鹽酸溶液，室溫靜置過夜。然后，過濾并用蒸餾水洗滌濾渣至濾液中不含氯離子為止。將濾渣轉(zhuǎn)移至三角瓶中，加入質(zhì)量分數(shù)為5%的氯化鈉溶液100 mL，磁力攪拌30 min，使樣品分布均勻，以質(zhì)量分數(shù)為0.5%的酚酞-乙醇溶液作為反應指示劑，0.1 mol/L的氫氧化鈉溶液進行滴定，滴定樣品消耗氫氧化鈉溶液體積(V1/mL)；滴定空白樣消耗氫氧化鈉溶液體積(V0/mL)。

(3)

1.3.6 膽固醇吸附能力的測定

參考張華[11]方法稍有改動，取市售鮮雞蛋蛋黃，加9倍水攪打成乳液，稱取樣品0.500 0 g(m/g)于250 mL三角燒瓶中，加入30 mL乳液攪拌均勻，分別配制成pH=2.0和pH=7.0，37 ℃水浴2、4、6、8、10、12、24 h后，在3 800 r/min條件下離心15 min，分別取上清液1 mL，采用鄰苯二甲醛法，以膽固醇標品制備標準曲線y=11.977x+0.003 2(R2=0.999 7)，在550 nm波長處測定,吸附后上清液中含量 (m1/mg) ，吸附前蛋黃乳液膽固醇質(zhì)量(m2/mg)。

(4)

1.3.7 NO2-吸附能力的測定[18]

稱取樣品1.000 0 g(m/g)于150 mL錐形瓶中，加入100 mL質(zhì)量濃度為5 μg/mL的亞硝酸鈉溶液，分別配制成pH=2.0和pH=7.0。37 ℃水浴30、60、90、120、150、180 min后，3 800 r/min條件下離心15 min，分別取上清液5 mL，采用鹽酸萘乙二胺法，以亞硝酸鈉標品制備標準曲線y=0.998x-0.004 9(R2=0.999)，538 nm波長處測定，吸附前上清液中NO2-質(zhì)量(m1/mg)，吸附后上清液中NO2-質(zhì)量(m0/mg)。

(5)

1.4 分析方法

所有數(shù)據(jù)的測定重復3次，利用Excel2013處理數(shù)據(jù)、作圖，采用SPSS ANOVO中的Duncan(D)進行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同提取方法對膳食纖維化學組成的影響

由表1可知，三種方法對DPR中淀粉和蛋白質(zhì)都起到了顯著的清除作用(P<0.05)，淀粉清除率在64.70%～74.86%；蛋白質(zhì)清除率在52.48%～70.81%。不同提取方法提取的膳食纖維化學組成具有一定的差異：復合酶法提取的膳食纖維淀粉質(zhì)量分數(shù)最低，TDF、SDF質(zhì)量分數(shù)最高；酸解法提取的膳食纖維蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最低。由于部分淀粉被包裹于纖維或果膠中，或有一些組織細胞未完全破碎，導致部分淀粉嵌于組織細胞中[19]，所以都有一定的淀粉殘余；復合酶法和酶堿法對馬鈴薯渣都進行了加熱糊化，加熱溫度較高，可能是因為蛋白質(zhì)發(fā)生了凝固[20]不易被除去,導致最終提取膳食纖維中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)較高。

表1 不同提取方法獲得的膳食纖維的化學組成/%

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)，DPR：干燥的馬鈴薯渣，C-DF：酸解法提取的膳食纖維，E-DF：復合酶法提取的膳食纖維，EA-DF：酶堿法提取的膳食纖維，下同。

2.2 不同提取方法對膳食纖維水合能力的影響

膳食纖維吸水后體積增大，對胃腸道產(chǎn)生容積作用，體積效應使人產(chǎn)生飽腹感而減少食物的攝入，同時加快排便速度減少其他物質(zhì)的吸收，具有防止便秘、抑制肥胖等作用[21]。由表2可知，酸解法和復合酶法提取的膳食纖維具有較好的水合性質(zhì)。水合能力與纖維IDF質(zhì)量分數(shù)、化學結(jié)構(gòu)和多孔性有關(guān)[22]，C-DF的持水力和膨脹力最高可能由于含有較高的IDF，也可能是酸水解對纖維結(jié)構(gòu)有一定的破壞，造成纖維疏松多孔、體積蓬松，增大接觸面積所致[23-24]。

表2 不同提取方法獲得的膳食纖維的水合能力

注：同一列中不同字母表示有顯著性差異(P<0.05)。

2.3 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維陽離子交換能力的影響

膳食纖維中含有羧基和羥基類側(cè)鏈基團，這些基團可以和陽離子進行交換[25]，改變消化道的pH、滲透壓，影響氧化還原電位，從而形成一個理想緩沖體系；腸道中的K+、Na+與膳食纖維結(jié)合，被排除體外，降低了過量攝入Na+、K+而導致的多種疾病的發(fā)生[26]。從圖1可知E-DF陽離子交換能力最強，可能是由于E-DF纖維含量較高具有較多的羥基和羧基吸附基團，另一方面因為蛋白質(zhì)和淀粉的清除率較高，暴露出更多的羥基和羧基，更易與陽離子進行交換。

圖1 不同提取方法獲得的膳食纖維的陽離子交換能力

2.4 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維吸附能力的影響

2.4.1 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維膽固醇吸附能力的影響

從圖2可知，膳食纖維對膽固醇的吸收主要在腸中，這與張洪微等[27]研究結(jié)果一致，可能是酸性條件下的氫離子更容易被膳食纖維上的·OH所吸附，削弱了膳食纖維對膽固醇的吸附。膳食纖維對膽固醇的吸附隨時間延長呈現(xiàn)先快后慢，最后趨于平衡的趨勢；吸附能力E-DF>EA-DF>C-DF。蘇玨[28]等認為SDF對膽固醇主要起吸收作用，IDF對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)起穩(wěn)定作用。C-DF、EA-DF、E-DF的SDF含量依次增大，所以吸附膽固醇能力依次增強；雖然DPR的SDF含量高于C-DF，可能因為IDF含量較低不能提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，導致吸附作用最弱。

圖2 不同提取方法獲得的膳食纖維對膽固醇的吸附作用

2.4.2 不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維NO2-吸附能力的影響

從圖3中可知，膳食纖維對NO2-的吸附發(fā)生在胃中，這與吳麗櫻等[29]等研究結(jié)果一致。莊遠紅等[30]等認為膳食纖維通過分子上的-OH和NO2-形成“膳食纖維-NO2-絡(luò)合物”來去除NO2-，堿性條件下絡(luò)合物解離。pH=2.0時膳食纖維對NO2-的吸附能力隨時間延長呈現(xiàn)出先快后慢，最后趨于平衡的趨勢：C-DF、E-DF、EA-DF分別在90、150、120 min吸附趨于平衡；NO2-吸附能力E-DF>EA-DF>C-DF。

圖3 不同提取方法獲得的膳食纖維對NO2-的吸附作用

3 結(jié)論

酸、堿和酶在清除蛋白質(zhì)和淀粉的過程也會造成膳食纖維降解，影響膳食纖維的含量和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終導致不同提取方法對馬鈴薯膳食纖維化學組成和理化性質(zhì)影響很大。復合酶法提取的膳食纖維TDF和SDF質(zhì)量分數(shù)最高；膨脹力同酸解法提取的膳食纖維無顯著性差異且高于酶堿法；陽離子交換能力、膽固醇和亞硝酸根吸附能力高于酸解法、酶堿法提取的膳食纖維。綜合考慮：復合酶法提取的膳食纖維純度高、性質(zhì)優(yōu)，因此，復合酶法是提取馬鈴薯膳食纖維較好的方法。