藏藥蕨麻可溶性膳食纖維酶法提取工藝優(yōu)化

切吉卓瑪 ，李軍喬 *，李積雲(yún)

1. 青海民族大學(xué)青藏高原蕨麻研究中心（西寧 810007）；2. 青海省生物技術(shù)與分析測(cè)試重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西寧 810007）；3. 青海民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境與資源學(xué)院（西寧 810007）；4. 青海省科學(xué)技術(shù)信息研究所有限公司（西寧 810007）

蕨麻（Potentilla anserinaL.）又名“人參果”，是薔薇科（Rosacrae），委陵菜屬（Potentilla）的多年生草本，是一種匍匐莖克隆植物[1]。秋冬時(shí)節(jié)在青藏高原，蕨麻塊根膨大呈圓球狀、線結(jié)狀或棒狀，可供食用[2]。蕨麻在藏區(qū)已有悠久的食用歷史，它在藏族人民心目中是珍貴的食物和饋贈(zèng)佳品。蕨麻經(jīng)加工后可以作為蕨麻罐頭、蕨麻飲料、蕨麻糕點(diǎn)、蕨麻啤酒等產(chǎn)品上市銷(xiāo)售，但蕨麻的深加工產(chǎn)品相對(duì)較少[3]。蕨麻的深加工產(chǎn)業(yè)一直受蕨麻產(chǎn)量較少、產(chǎn)區(qū)交通不便以及產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟(jì)落后等條件的影響，發(fā)展較為緩慢。對(duì)蕨麻中的可溶性膳食纖維的提取工藝進(jìn)行研究，了解蕨麻中可溶性膳食纖維的含量，有利于蕨麻深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。此次試驗(yàn)使用的原材料是青海蕨麻2號(hào)。青海蕨麻2號(hào)的塊根中糖分含量較高，鞣質(zhì)含量較少，口感好，更適宜作為食品原材料[3]。

膳食纖維（Dietary fiber）是一種碳水化合物，廣泛存在于植物中或由人工合成，也被稱(chēng)為繼六大營(yíng)養(yǎng)素之后的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”[4]。根據(jù)膳食纖維能否溶于水，可將其分為非可溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）[5]。木質(zhì)素、纖維素和半纖維素是市面上較為常見(jiàn)的三種非可溶性膳食纖維，它們主要存在于植物的細(xì)胞壁中[6]；在自然界的非纖維性物質(zhì)中，大量存在的果膠、菊粉和樹(shù)膠等物質(zhì)是可溶性膳食纖維[7]。膳食纖維多數(shù)是不溶性的，只有可溶性膳食纖維才能夠被人體消化吸收。可溶性膳食纖維能夠有效地增加腸道中的有益菌群活性，使有益菌群在腸道中大量繁殖，從而使得腸道更加健康化[8]。

根據(jù)前期研究，檢測(cè)出蕨麻中含有膳食纖維，可將蕨麻中的可溶性膳食纖維加以利用，提高蕨麻的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此次試驗(yàn)以青海蕨麻2號(hào)為原材料，將蕨麻中的可溶性膳食纖維進(jìn)行制備，并對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單研究。以青海蕨麻2號(hào)為原料，利用酶解法對(duì)蕨麻中的膳食纖維進(jìn)行提取，通過(guò)對(duì)酶解法提取工藝的優(yōu)化，為蕨麻的利用提供輔助依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試植物

青海蕨麻2號(hào)（下文中簡(jiǎn)稱(chēng)為蕨麻），采自青海省西寧市湟源縣克素爾鄉(xiāng)。清洗自然晾干的蕨麻，瀝干水分后，放入烘箱中，在60 ℃烘干，粉碎，過(guò)40目篩備用。

1.1.2 主要試劑

纖維素酶（酶活力為50 000 U/g），無(wú)水乙醇、乙酸、乙酸鈉均為分析純。

1.1.3 儀器與設(shè)備

DHG-9240 B智能型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海瑯玕實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；PL 203電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；R-205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海申順生物科技有限公司）；W201D恒溫水浴鍋（上海申順生物科技有限公司）；Neofuge 23 R高速冷凍離心機(jī)（力新儀器（上海）有限公司）；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋（上海梅香儀器設(shè)備廠）；FE 28-Standard pH計(jì)（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；XFB-400高速中藥粉碎機(jī)（吉首市中誠(chéng)制藥機(jī)械廠）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蕨麻可溶性膳食纖維酶解法提取工藝流程

蕨麻預(yù)處理→稱(chēng)取適量蕨麻粉→酶解→抽濾→旋蒸濃縮→加醇沉淀→靜置過(guò)夜→離心取沉淀→干燥→蕨麻SDF

1.2.2 操作要點(diǎn)說(shuō)明

準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g蕨麻粉，按一定的料液比加入純水，混勻。加入一定量的纖維素酶，調(diào)節(jié)酶解溶液的pH到一定值。在一定的溫度條件下水浴進(jìn)行酶解。酶解完成后趁熱抽濾，濃縮濾液至5～10 mL。在濃縮好的濾液中加入4倍體積的無(wú)水乙醇，靜置過(guò)夜。以4 000 r/min離心10 min，離心后取沉淀，100 ℃烘干即得蕨麻的SDF。

1.2.3 單因素試驗(yàn)

選擇料液比、纖維素酶用量、酶解溶液pH、酶解溫度、酶解時(shí)間5個(gè)因素，分別考察這5個(gè)因素對(duì)蕨麻SDF提取率的影響。

1.2.3.1 料液比對(duì)蕨麻SDF提取率的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g蕨麻粉，按料液比1∶10，1∶15，1∶20，1∶25和1∶30（g/mL）加入純水，混勻。加入200 U/g的纖維素酶，調(diào)節(jié)酶解溶液pH至4，在40 ℃條件下水浴2 h。后續(xù)步驟同1.2.2小節(jié)。在料液比不同的情況下，研究料液比與蕨麻SDF提取率的關(guān)系。

1.2.3.2 纖維素酶用量對(duì)蕨麻SDF提取率的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g蕨麻粉，當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)，混勻。加入200，250，300，350和400 U/g的纖維素酶，調(diào)節(jié)酶解溶液pH至4，在40 ℃條件下水浴2 h。后續(xù)步驟同1.2.2小節(jié)。在纖維素酶用量不同的情況下，研究纖維素酶用量與蕨麻SDF提取率的關(guān)系。

1.2.3.3 酶解溶液pH對(duì)蕨麻SDF提取率的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g蕨麻粉，當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)，混勻。加入200 U/g的纖維素酶，調(diào)節(jié)酶解溶液pH至3，3.5，4，4.5和5，在40 ℃條件下水浴2 h。后續(xù)步驟同1.2.2小節(jié)。在酶解溶液pH不同的情況下，研究酶解溶液pH與蕨麻SDF提取率的關(guān)系。

1.2.3.4 酶解溫度對(duì)蕨麻SDF提取率的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g蕨麻粉，當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)，混勻。加入200 U/g的纖維素酶，調(diào)節(jié)酶解溶液pH至4，在35，40，45，50和55 ℃條件下水浴2 h。后續(xù)步驟同1.2.2小節(jié)。在酶解溫度不同的情況下，研究酶解溫度與蕨麻SDF提取率的關(guān)系。

1.2.3.5 酶解時(shí)間對(duì)蕨麻SDF提取率的影響

準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g蕨麻粉，當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)，混勻。加入200 U/g的纖維素酶，調(diào)節(jié)酶解溶液pH至4，在40 ℃條件下水浴0.5，1，1.5，2和2.5 h。后續(xù)步驟同1.2.2小節(jié)。在酶解時(shí)間不同的情況下，研究酶解時(shí)間與蕨麻SDF提取率的關(guān)系。

1.2.4 正交試驗(yàn)

依據(jù)單因素試驗(yàn)，當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)蕨麻SDF的提取率較高。同時(shí)為簡(jiǎn)化試驗(yàn)過(guò)程，將料液比定為1∶20（g/mL）進(jìn)行正交試驗(yàn)。當(dāng)料液比固定不變時(shí)，以蕨麻SDF的提取率為指標(biāo)。研究纖維素酶用量、酶解溶液pH、酶解溫度、酶解時(shí)間4個(gè)因素對(duì)SDF提取率的影響。對(duì)4個(gè)因素進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)，探討這些因素對(duì)蕨麻SDF提取率的影響，進(jìn)而對(duì)蕨麻SDF提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。表1為正交試驗(yàn)的因素水平表。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

1.2.5 蕨麻SDF提取率計(jì)算

1.2.6 蕨麻可溶性膳食纖維的理化性質(zhì)測(cè)定

1.2.6.1 持水力的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取250 mg蕨麻SDF樣品，置于10 mL離心管中。加入10 mL純水，搖勻，室溫下靜置1 h。以4 000 r/min離心15 min。取出后，棄去上清液，用濾紙吸干離心管內(nèi)壁殘留的水分，稱(chēng)其質(zhì)量，計(jì)算持水力。

1.2.6.2 持油力的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取250 mg蕨麻SDF樣品，置于10 mL離心管中。加入10 mL花生油，搖勻，室溫下靜置1 h。以4 000 r/min離心15 min。取出后，棄去上層花生油，用濾紙吸干離心管內(nèi)壁殘留的油珠，稱(chēng)其質(zhì)量，計(jì)算持油力。

1.2.6.3 溶脹性的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取250 mg蕨麻SDF樣品，置于10 mL試管中。加入5 mL純水，搖勻，室溫下放置24 h。讀取試管中蕨麻SDF的體積，計(jì)算每克蕨麻SDF的溶脹體積。

2 結(jié)果與分析

2.1 蕨麻可溶性膳食纖維提取的單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 料液比對(duì)蕨麻SDF提取效果的影響

按1.2.3.1的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2和圖1。當(dāng)料液比為1∶20（g/mL）時(shí)，SDF的提取率最大，為6.35%；當(dāng)料液比為1∶10（g/mL）時(shí)，蕨麻粉與純水之間接觸不完全，酶解溶液濃度過(guò)大，反應(yīng)不完全。當(dāng)料液比逐漸增大時(shí)，酶解溶液濃度逐漸降低。隨著酶解溶液濃度的降低，纖維素酶和底物均被不同程度地進(jìn)行了稀釋?zhuān)琒DF的提取率也會(huì)隨之降低[4]。料液比的選擇也關(guān)系到后續(xù)試驗(yàn)的進(jìn)行，料液比過(guò)大會(huì)加重后續(xù)試驗(yàn)的壓力。當(dāng)純水的量增加時(shí)，旋蒸濃縮的時(shí)間被動(dòng)增加。若不進(jìn)行旋蒸濃縮，在醇沉?xí)r，無(wú)水乙醇的消耗量增加。從降低能源物料消耗的角度考慮，選擇料液比1∶20（g/mL）較為合適。

表2 料液比對(duì)SDF提取率的影響

圖1 料液比對(duì)SDF提取率的影響

2.1.2 纖維素酶用量對(duì)蕨麻SDF提取效果的影響

按1.2.3.2的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3和圖2。當(dāng)纖維素酶用量為300 U/g時(shí)，SDF的提取率最大，為8.88%。當(dāng)纖維素酶用量低于300 U/g時(shí)，SDF提取率逐漸上升。當(dāng)纖維素酶用量為300 U/g時(shí)，SDF的提取率達(dá)到最高值，提取效果最佳。但當(dāng)纖維素酶用量高于300 U/g時(shí)，SDF的提取率逐漸下降。這主要是纖維素酶的加入可以讓細(xì)胞壁發(fā)生降解，促進(jìn)可溶性膳食纖維的溶出[4]。在底物的量不發(fā)生變化的前提下，當(dāng)纖維素酶用量達(dá)到一個(gè)水平時(shí)，會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。隨著纖維素酶用量不斷提高，細(xì)胞壁已經(jīng)發(fā)生降解。當(dāng)纖維素酶用量增加時(shí)，SDF的提取率逐漸會(huì)下降。由圖2可知，選擇纖維素酶用量300 U/g較為合適。

表3 纖維素酶用量對(duì)SDF提取率的影響

圖2 纖維素酶用量對(duì)SDF提取率的影響

2.1.3 酶解溶液pH對(duì)蕨麻SDF提取效果的影響

表4 酶解溶液pH對(duì)SDF提取率的影響

圖3 酶解溶液pH對(duì)SDF提取率的影響

按1.2.3.3的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4和圖3。當(dāng)酶解溶液pH為4.5時(shí)，SDF的提取率最大，為7.00%。當(dāng)酶解溶液pH為3.5～4.5時(shí)，SDF的提取率有上升的趨勢(shì)。當(dāng)酶解溶液pH由4.5變?yōu)?時(shí)，SDF的提取率有下降的趨勢(shì)。纖維素酶的最適pH大多在4.5～5之間。若pH較低，反應(yīng)體系呈酸性；若pH較高，反應(yīng)體系呈堿性。反應(yīng)體系呈現(xiàn)過(guò)酸或過(guò)堿的狀態(tài)會(huì)抑制酶的活性，對(duì)酶與底物的結(jié)合產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響產(chǎn)物的提取率[9]。由圖3可知，酶解溶液pH 4.5較為合適。

2.1.4 酶解溫度對(duì)蕨麻SDF提取效果的影響

按1.2.3.4的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5和圖4。當(dāng)酶解溫度為40 ℃時(shí)，SDF的提取率最大，為7.33%。溫度在35～40 ℃之間，SDF的提取率逐漸上升。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，SDF的提取率有所降低。當(dāng)反應(yīng)體系的溫度高于酶的最適溫度時(shí)，可能會(huì)使酶分子逐漸變性，使反應(yīng)體系的反應(yīng)速率降低，產(chǎn)物提取率下降，對(duì)SDF的提取率產(chǎn)生影響。由圖4可知，在40℃進(jìn)行試驗(yàn)較為合適[10]。

表5 酶解溫度對(duì)SDF提取率的影響

圖4 酶解溫度對(duì)SDF提取率的影響

2.1.5 酶解時(shí)間對(duì)蕨麻SDF提取效果的影響

按1.2.3.5的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6和圖5。當(dāng)酶解時(shí)間為1 h時(shí)，SDF的提取率最大，為8.91%。當(dāng)酶解時(shí)間為0.5～1 h時(shí)，SDF的提取率有上升的趨勢(shì)。當(dāng)酶解時(shí)間超過(guò)1 h后，SDF的提取率有下降的趨勢(shì)。當(dāng)反應(yīng)體系中底物的量和纖維素酶的量一定時(shí)，纖維素酶與底物發(fā)生接觸以后，反應(yīng)會(huì)逐步進(jìn)行。反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，纖維素酶的量和能與纖維素酶發(fā)生反應(yīng)的底物量都會(huì)有所減少，SDF的提取率會(huì)下降。在底物的量不變的前提下，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，SDF的提取率會(huì)逐漸下降。故選擇1 h為酶解時(shí)間較為合適。

2.2 蕨麻可溶性膳食纖維提取的正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

當(dāng)料液比固定不變時(shí)，研究纖維素酶用量、酶解溫度、酶解溶液pH、酶解時(shí)間這4個(gè)因素對(duì)SDF提取率的影響。由表7可以看出，各種因素對(duì)蕨麻可溶性膳食纖維提取率的影響依次為A＞B＞D＞C。也就是說(shuō)對(duì)蕨麻可溶性膳食纖維提取率影響最大的因素是纖維素酶用量。然后是酶解溫度，其次是酶解時(shí)間，對(duì)蕨麻SDF提取率影響最小的是酶解溶液pH。提取蕨麻中SDF最優(yōu)的工藝流程是A3B3C2D1，即料液比為1∶20（g/mL），纖維素酶用量為350 U/g，酶解溫度為45℃，酶解溶液pH為4.5，酶解時(shí)間為1 h。在工藝流程下，蕨麻可溶性膳食纖維的提取率為6.53%。

表6 酶解時(shí)間pH對(duì)SDF提取率的影響

圖5 酶解時(shí)間pH對(duì)SDF提取率的影響

表7 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3 蕨麻可溶性膳食纖維的理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果

蕨麻可溶性膳食纖維的持水力為2.34 g/g，持油力為5.69 g/g，溶脹性為6.67 mL/g。由以上數(shù)據(jù)可知蕨麻可溶性膳食纖維的持油力和溶脹性較高，有較強(qiáng)的生理活性，具有一定的利用價(jià)值。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

提取可溶性膳食纖維的常用方法有酸法、堿法和酶法。此次試驗(yàn)采用纖維素酶法來(lái)提取蕨麻中的SDF，該方法簡(jiǎn)單易行，試驗(yàn)條件較為溫和，可操作性強(qiáng)。用正交試驗(yàn)對(duì)蕨麻中的可溶性膳食纖維提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，得到了提取蕨麻中SDF最優(yōu)的工藝流程：料液比1∶20（g/mL），纖維素酶用量350 U/g，酶解溫度45 ℃，酶解溶液pH 4.5，酶解時(shí)間1 h。在此工藝流程下，蕨麻可溶性膳食纖維的提取率為6.53%。

3.2 討論

可溶性膳食纖維對(duì)人體有益，但在當(dāng)今社會(huì)中，成年人和兒童的可溶性膳食纖維的攝取量不足指導(dǎo)攝入量的1/2。人們可以多吃水果、蔬菜以及谷物，從中攝取可溶性膳食纖維。攝入一定量的可溶性膳食纖維能有效降低患冠心病、糖尿病和肥胖癥的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還可以增強(qiáng)機(jī)體免疫力[11]。蕨麻是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的植物，具有極高的利用價(jià)值。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蕨麻的SDF具有一定的持水性、持油性和溶脹性。蕨麻的SDF可以吸收食物中的水分和油脂，并給人體提供一定的飽腹感，對(duì)人體健康有益。