白蘿卜不溶性膳食纖維的酸法提取及其理化性質研究

郭趙瑞 ，張小康 ，周苗苗 ，歐陽真 ，鄧祥宜 ，*

（1.武漢設計工程學院食品與生物科技學院，湖北 武漢 430205；2.武漢市農業科學院蔬菜科學研究所，湖北 武漢 430065）

膳食纖維被稱為人體“第七營養素”，是由纖維素、半纖維素、木質素等組成的不能被人體消化吸收的成分，具有較強的抗氧化性[1-3]，如蘆筍可溶性膳食纖維的1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基清除率為14.23%[2]，金針菇、大麥苗、魔芋、西蘭花老莖的膳食纖維DPPH 自由基清除率達39%~70.0%[3]。膳食纖維還能促進腸胃蠕動，改善腸道菌群，調節血糖血脂，防治結腸癌等[4]。目前，膳食纖維主要從植物中獲取，如豆類[5]、小麥[6]、玉米[7]等，廣泛應用于烘焙食品、飲料、肉制品、保健食品等領域[8]。對膳食纖維品質的考察主要集中在持水力、膨脹力、持油力、抗氧化性等方面[3，9-13]。

白蘿卜是一種常見的、具食療藥理功能的根莖類蔬菜，富含多種維生素、不飽和脂肪酸、人體必需氨基酸以及大量的膳食纖維[4，14]。目前，白蘿卜主要以鮮食或腌制為主，已有關于白蘿卜汁飲品的研究報道[4，14-15]，但對其加工副產品（殘渣）中膳食纖維的利用尚未見報道。膳食纖維分為水溶性和水不溶性兩類[16-17]。白蘿卜渣（干基）中的膳食纖維主要以不溶性的形式存在，其中，不溶性膳食纖維占干基的52.27%，可溶性膳食纖維占干基的9.08%[4]。本試驗以檸檬酸溶液為提取劑，以抗氧化性（DPPH 自由基清除率）為主要指標，通過單因素和正交試驗優化白蘿卜不溶性膳食纖維的提取條件，以期為白蘿卜深加工后殘渣的利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

白蘿卜粉的制備：參考薛山[1]和楊曉寬等[2]的方法，將市售新鮮白蘿卜洗凈、切片，60 ℃烘箱中烘至恒重，粉碎機中粉碎，過60 目篩，裝袋，于干燥器中保存備用。

無水乙醇和檸檬酸（分析純），均為天津市凱通化學試劑有限公司產品；DPPH（純度≥98%），上海金穗生物科技有限公司產品。

1.1.2 儀器與設備

Eppendorf 5424 型高速離心機，Eppendorf 中國有限公司；DHG-9140 A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；FA 2014 B 型電子天平，上海越平科技儀器有限公司；HH-S2 型數顯恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司；722 型可見光分光光度計，天津市普瑞斯儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不溶性膳食纖維的提取及指標測定

不溶性膳食纖維的提取參考楊曉寬等[2]的方法，略有改動。白蘿卜烘干粉末0.5 g，檸檬酸溶液水浴浸提，5 000 r/min 離心30 min，取沉淀水洗至pH 接近中性，恒溫干燥，即為不溶性膳食纖維（粗品），隨即測定DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率。

DPPH·清除率的測定：參考王崇隊等[3]和徐楊郁青等[18]的方法，略有改動。取 3 只試管，編號為 1、2、3，分別在1、2 號試管中加水2 mL；1 號試管中準確稱取10 mg 待測不溶性膳食纖維，加0.2 mmol/L DPPH 溶液2 mL，避光，25 ℃水浴 30 min，離心取上清，測其在570 nm 處的吸光值 Ai；2 號試管中準確稱取 10 mg 待測不溶性膳食纖維，加無水乙醇2 mL，相同條件測吸光值Ab；3 號試管加DPPH 和無水乙醇各2 mL，相同條件測吸光值Ac，試驗重復2 次，結果取平均值。DPPH·清除率和膳食纖維得率的計算公式分別為：

DPPH·清除率（%）=[1-（Ai-Ab）/Ac]×100

膳食纖維得率（%）=膳食纖維質量/白蘿卜粉質量×100

1.2.2 單因素試驗設計

通過單因素試驗考察液料比（10∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1（mL/g））、檸檬酸濃度（0.01%、0.1%、1%、3%、5%）、水浴溫度（40、50、60、70、80 ℃）和水浴時間（15、30、60、90、120 min）對白蘿卜不溶性膳食纖維得率及對DPPH·清除率的影響，其余條件為單因素最優水平。

1.2.3 正交試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，進一步通過L9(34)正交試驗對白蘿卜不溶性膳食纖維提取的工藝參數進行優化，并對優組合進行驗證。

1.2.4 不溶性膳食纖維的理化性質測定

參考楊曉寬等[2]和李琳等[19]的方法并略有改動，具體方法如下。

1.2.4.1 持水力

稱取不溶性膳食纖維0.3 g 于10 mL 離心管中，準確稱其質量記為M1，再加入8 mL 蒸餾水，室溫放置24 h 后，5 000 r/min 離心15 min，小心棄上清液，稱重記為M2，持水力計算公式為：

持水力（g/g）=（M2-M1）/0.3

1.2.4.2 膨脹力

稱取不溶性膳食纖維0.5 g 于10 mL 量筒中，記錄體積V1，再加入8 mL 蒸餾水振蕩至粉末充分浸潤。室溫放置24 h 后，記錄體積V2，膨脹力計算公式為：

膨脹力（mL/g）=（V2-V1）/0.5

1.2.4.3 持油力

稱取不溶性膳食纖維0.3 g 于10 mL 離心管中，準確稱其質量記為M3，再加入8 mL 大豆油，室溫放置 24 h 后，5 000 r/min 離心 30 min，棄上清稱重，記為M4，持油力計算公式為：

持油力（g/g）=（M4-M3）/0.3

1.2.5 數據處理

試驗數據采用Excel 軟件進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 最適液料比的確定

由圖1 可見，隨著液料比的增加，不溶性膳食纖維的 DPPH·清除率增加，當液料比為 30∶1（mL/g）時，清除率達到最大，為63.67%；繼續增加液料比，DPPH·清除率稍有下降。不溶性膳食纖維的得率隨液料比的增加而下降，當液料比為 30∶1（mL/g）時，得率為39.16%；之后繼續增加液料比，得率基本保持恒定，其變化趨勢與酸棗不溶性膳食纖維提取類似，酸棗膳食纖維提取時，不溶性膳食纖維得率也呈現先下降后平穩的規律[20]。根據 DPPH·清除率，選擇 30∶1（mL/g）為最佳液料比。

圖1 液料比對DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.1 Effect of liquid-powder ratio on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

2.1.2 最適檸檬酸濃度的確定

圖2 檸檬酸濃度對DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.2 Effect of citric acid concentration on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

由圖2 可見，當檸檬酸濃度從0.01%增加到0.1%時，DPPH·清除率達到最大，為62.09%，此時得率為39.75%；繼續增加檸檬酸濃度，DPPH·清除率呈現逐漸下降的趨勢，得率也逐漸下降，這與紅雪茶渣不溶性膳食纖維隨酸濃度增加得率逐漸下降的變化趨勢相似，紅雪茶渣不溶性膳食纖維提取時，得率隨酸濃度的增加呈現先增加后減少的趨勢，鹽酸濃度為0.15 mol/L 時得率最大[21]。本試驗中，若采用高濃度酸提取，將會使后續去除殘留檸檬酸（水洗至近中性）時的水洗次數增加，導致不溶性膳食纖維少量損失。因此，選擇0.1%為最佳檸檬酸濃度。

2.1.3 最適溫度的確定

由圖3 可見，隨著水浴溫度的升高，不溶性膳食纖維的DPPH·清除率呈現先上升后下降的趨勢。當溫度為50 ℃時，DPPH·清除率達到最大，為63.4%，之后，隨著溫度的升高DPPH·清除率逐漸下降。不溶性膳食纖維的得率在溫度為40~50 ℃時相近，50 ℃時，得率為39.51%；之后，得率隨溫度升高逐漸下降，這與紅雪茶渣不溶性膳食纖維得率的變化趨勢相似，紅雪茶渣不溶性膳食纖維的得率隨溫度的升高先上升后下降，60 ℃時達到峰值[21]。可能的原因是隨溫度的升高，不溶性膳食纖維會發生部分溶解，從而影響得率和DPPH·清除率[21]。因此，選擇50 ℃為最佳水浴溫度。

圖3 水浴溫度對DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.3 Effect of water bath temperature on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

2.1.4 最適時間的確定

由圖4 可見，水浴時間在15~30 min 時，不溶性膳食纖維的DPPH·清除率和得率變化不大，30 min時，DPPH·清除率達到最高，為67.86%，此時得率為39.60%；隨水浴時間的延長，DPPH·清除率持續下降，得率在60 min 后基本不變。白蘿卜不溶性膳食纖維得率的變化與涼茶殘渣不溶性膳食纖維得率的變化趨勢相似，涼茶殘渣不溶性膳食纖維得率隨時間的延長呈現先緩慢上升后下降的趨勢[22]。根據DPPH·清除率，選擇30 min 為最佳水浴時間。

2.2 正交試驗結果

根據單因素試驗結果，選取4 個因素進行L9（34）正交試驗，結果見表1。

圖4 水浴時間對DPPH·清除率及不溶性膳食纖維得率的影響Fig.4 Effect of water bath time on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

由表1 可見，各因素對DPPH·清除率影響的大小次序依次為：水浴溫度＞水浴時間＞液料比＞檸檬酸濃度。DPPH·清除率最高的4 個因素的優水平組合是：A2B2C2D2，即水浴溫度 50 ℃，水浴時間 30 min，檸檬酸濃度 0.1%，液料比 30∶1（mL/g）。對優組合進行驗證試驗，不溶性膳食纖維得率和DPPH·清除率平均值分別為39.72%和65.33%，所得膳食纖維有較強的抗氧化性，證明正交試驗結果可靠，所得工藝參數為本試驗中提取不溶性膳食纖維的最佳工藝。

表1 L9（34）正交試驗設計及結果Table 1 L9（34）design and result of orthogonal test

2.3 理化指標

由表2 白蘿卜不溶性膳食纖理化性質測定結果表明：白蘿卜不溶性膳食纖維持水力為6.48 g/g，膨脹力為4.4 mL/g，持油力為2.12 g/g。其中，持水力和膨脹力兩指標值較西方國家常用的標準麩皮膳食纖維的對應指標（持水力4 g/g，膨脹力4 mL/g）高[23-24]。

表2 不溶性膳食纖維理化性質測定結果Table 2 Determination of physicochemical properties of insoluble dietary fiber

3 結論

上述試驗結果表明：在液料比30∶1(mL/g)時，以0.1%的檸檬酸溶液為提取劑，50 ℃水浴30 min，不溶性膳食纖維的DPPH·清除率最高，為65.33%。該條件下，白蘿卜不溶性膳食纖維的得率39.72%，持水力6.48 g/g，膨脹力4.4 mL/g，持油力2.12 g/g。持水力和膨脹力優于一些文獻中報道的其他不溶性膳食纖維，如大豆皮[9]、紅雪茶渣[10]、薇菜[11]等。持油力指標也較地瓜渣不溶性膳食纖維[12]、馬鈴薯渣水不溶性膳食纖維[13]等性質優良。利用酸法提取抗氧化性白蘿卜不溶性膳食纖維是一種簡單且效果較好的方法，有一定的應用前景。