超聲輔助堿法提取五花茶渣中水不溶性 膳食纖維

◎ 李 妍，馬金魁，容敏靖

（肇慶學(xué)院 食品與制藥工程學(xué)院，廣東 肇慶 526061）

膳食纖維是指不能被人體小腸消化吸收且對(duì)人體具有健康意義的多糖類物質(zhì)[1]，其中水不溶性膳食纖維（IDF）占天然纖維的66%～75%[2]，主要成分包括纖維素、半纖維素及木質(zhì)素等，其保健功能可預(yù)防及減輕便秘、改善腸道菌群等[3]。

五花茶是一種廣東地區(qū)流行的傳統(tǒng)涼茶，其五花并沒有固定的組成。本試驗(yàn)采用較為廣泛的配方，即由金銀花、菊花、槐花、木棉花、雞蛋花所組成的五花[4]。人們煮五花茶主要是為熬出湯汁食用，茶渣被大量丟棄，忽略了其中的膳食纖維具有回收利用價(jià)值。關(guān)于五花茶的研究，主要有綠原酸檢測(cè)[5]、黃酮提取[6]、滅菌技術(shù)[7]等。郭艷峰等[8]分別以涼茶金錢草和淡竹葉殘?jiān)鼮樵?，采用堿法提取其中的水不溶性膳食纖維，二者的IDF提取率均在60%以上。常用的IDF提取方法有化學(xué)法、酶法和生物發(fā)酵法等[9]。其中堿提取法具有制取方便、成本低等特點(diǎn)[10]，同時(shí)可以利用超聲波的空穴效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)提高提取效率[11]，故本試驗(yàn)采用超聲波結(jié)合堿法提取五花茶渣中的水不溶性膳食纖維，并檢測(cè)其水合性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料

五花茶干品為袋裝（規(guī)格60 g/袋），購于廣東何氏涼茶；氫氧化鈉，分析純；無水乙醇，分析純。

1.2 儀器

AR224CN電子分析天平，奧豪斯儀器（常州）有限公司；pHS-3C電子pH計(jì)，上海雷磁儀器廠；800Y高速多功能粉碎機(jī)，永康市鉑歐五金制品有限公司；SB-5200 DTD超聲波清洗機(jī)，上海錦屏儀器儀表有限公司；DGX-9143 B-1電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，常州智博瑞儀器制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 水不溶性膳食纖維提取操作流程

流程：五花茶干品→預(yù)處理→超聲輔助堿提取→乙醇浸泡→洗滌至中性→烘干→稱重。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）五花茶預(yù)處理。將五花茶料先用蒸餾水浸洗5 min，過濾后按照1∶35的料水比加水煲煮 20 min，取濾渣，于65 ℃烘箱干燥，粉碎備用。

（2）超聲輔助堿提取。用氫氧化鈉配制pH值為11.4的堿液，按照1∶15的料液比，在一定條件下進(jìn)行超聲提取。

（3）乙醇浸泡及洗滌烘干。提取后的溶液以1∶4的體積比加入無水乙醇，浸泡1 h，然后進(jìn)行過濾，取濾渣。將濾渣用95%的乙醇洗滌至中性過濾，取濾渣，烘干冷卻后稱重。

1.3.3 五花茶渣提取條件單因素試驗(yàn)

（1）提取時(shí)間的選擇。精確稱取1.5 g五花茶渣，加入30 mL pH為11.4的堿液，溫度35 ℃、功率120 W，于不同提取時(shí)間（5 min、15 min、30 min、45 min、60 min）下進(jìn)行超聲提取，計(jì)算IDF得率。

（2）提取功率的選擇。精確稱取1.5 g五花茶渣，加入30 mL pH為11.4的堿液，溫度35 ℃提取時(shí)間 20 min，于不同功率（80 W、100 W、120 W、140 W、160 W）下進(jìn)行超聲提取，計(jì)算IDF得率。

（3）提取溫度的選擇。精確稱取1.5 g五花茶渣，加入30 mL pH為11.4的堿液，功率120 W，提取時(shí)間20 min，于不同溫度（30 ℃、40 ℃、45 ℃、50 ℃、55 ℃、60 ℃）下進(jìn)行超聲提取，計(jì)算IDF得率。

（4）得率計(jì)算。根據(jù)公式（1）計(jì)算得率。

1.3.4 五花茶渣提取條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，為確定最佳試驗(yàn)條件，選取提取時(shí)間、功率、溫度3個(gè)因素進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)[12]。

1.3.5 五花茶渣膳食纖維水合性質(zhì)測(cè)定

（1）膨脹率的測(cè)定。準(zhǔn)確稱取膳食纖維1.0 g置于量筒中，加入40 mL蒸餾水，振蕩均勻后于室溫靜置10 h后讀取量筒中纖維物料的體積，根據(jù)公式（2）計(jì)算膨脹率[13]。

（2）持水率的測(cè)定。準(zhǔn)確稱取膳食纖維1.0 g置于量筒中，加入40 mL蒸餾水，振蕩均勻后于室溫靜置5 h，過濾，稱取保留在濾紙上的濕樣品質(zhì)量[12]，根據(jù)公式（3）計(jì)算持水率。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取時(shí)間對(duì)IDF得率的影響

隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)，IDF得率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，見圖1。當(dāng)處理時(shí)間為15 min時(shí)，IDF得率最高。推測(cè)隨著提取時(shí)間的增加，由于熱的作用導(dǎo)致物料中的大分子物質(zhì)溶脹，有利于提取膳食纖維；而繼續(xù)延長(zhǎng)提取時(shí)間也可能由于熱的作用使膳食纖維發(fā)生變化，導(dǎo)致得率下降[14]。

圖1 提取時(shí)間對(duì)五花茶渣IDF提取的影響圖

2.2 提取功率對(duì)IDF得率的影響

隨著功率的增加，IDF得率呈現(xiàn)先升后降的趨勢(shì)，見圖2。當(dāng)提取功率為120 W時(shí)，其得率最高。當(dāng)超聲波達(dá)到一定功率時(shí)，其產(chǎn)生的空穴效應(yīng)以及機(jī)械效應(yīng)能破壞茶料細(xì)微結(jié)構(gòu)，使多酚類等成分物質(zhì)更快地溶出和擴(kuò)散，故得率較高；當(dāng)超聲功率太大，則導(dǎo)致料液的局部溫度過高，容易破壞膳食纖維分子，使得率降低[14]。

圖2 處理功率對(duì)五花茶渣IDF提取率的影響圖

2.3 提取溫度對(duì)IDF得率的影響

隨著溫度的增加，IDF得率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，見圖3。當(dāng)溫度為45 ℃時(shí)，其得率最高。在堿性環(huán)境中，當(dāng)處于較高溫度時(shí)膳食纖維分子的穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致分子結(jié)構(gòu)被破壞，使得率下降[14]。

圖3 提取溫度對(duì)五花茶渣IDF提取率的影響圖

2.4 提取條件的正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選用正交表L9（33）設(shè)計(jì)試驗(yàn)，因素水平表見表1，試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表1 提取試驗(yàn)因素水平表

表2 L9（33）試驗(yàn)方案及結(jié)果表

根據(jù)表3方差分析結(jié)果，3個(gè)因素對(duì)得率的影響均不顯著（P＞0.05），主次順序是C＞B＞A，即提取時(shí)間＞提取功率＞提取溫度。綜合極差分析與方差分析結(jié)果得知，理論上最佳提取條件是A2B3C3，考慮A因素影響最小，在節(jié)約成本的前提下，可選擇A1B3C3，下面進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，平行測(cè)定3次，所得結(jié)果如表4。

表3 方差分析結(jié)果表

表4 理論最佳提取條件試驗(yàn)結(jié)果表

結(jié)果表明：提取溫度為45 ℃下，超聲功率為 140 W，提取時(shí)間25 min的條件下，IDF得率最高，為62.58%，則確定此條件為最佳試驗(yàn)條件。

2.5 水合性質(zhì)的檢測(cè)

檢測(cè)五花茶渣IDF的膨脹率和持水率。結(jié)果得到膨脹率為12.29%，持水率為11.93%。

3 結(jié)論與討論

通過對(duì)五花茶茶渣膳食纖維的超聲堿法提取工藝的研究，確定五花茶渣IDF的最佳提取條件。當(dāng)提取溫度為45 ℃，超聲功率為140 W，提取時(shí)間為25 min時(shí)，IDF得率最高，為62.58%。測(cè)定得到的膳食纖維膨脹率為12.29%，持水率為11.93%。通過此研究，可以為五花茶茶渣的回收利用提供路徑，同時(shí)也為后續(xù)在食品添加劑中的應(yīng)用提供研究基礎(chǔ)，需要進(jìn)一步探索其在具體食品中的應(yīng)用效果。