紅棗中膳食纖維提取和降血糖活性研究

張原振，周武

(1.江蘇徐州醫藥高等職業學校，江蘇 徐州 221000；2.杭州師范大學，杭州 310018)

1 概述

紅棗，在我國被廣泛栽培，特別是在寧夏、河南、河北和山東等地作為主要的經濟作物栽培。我國紅棗栽培面積占全世界紅棗栽培面積的90%左右[1]。紅棗的營養成分豐富，具有較高的營養保健功效[2]。紅棗富含維生素C和維生素B、礦物質元素鐵、鋅、鈣和硒，這些物質在抗氧化、防治冠心病、高血壓、動脈硬化和貧血等方面有良好的功效[3-4]。

我國是紅棗生產大國，每年產量為150萬噸左右，大部分的紅棗都以干品銷售，但是品質較差的紅棗占到20%左右，只能用于深加工[5]。紅棗膳食纖維作為紅棗的副產品被開發，對紅棗產業的發展有很重要的作用，同時也能夠增加紅棗種植戶的收入[6]。本研究通過對紅棗膳食纖維提取工藝進行優化，為紅棗產業的可持續發展提供了理論基礎[7]。同時對紅棗膳食纖維的降血糖活性進行了總結，為開發具有降血糖功效的紅棗膳食纖維保健品提供了理論基礎。

2 材料與方法

2.1 試驗材料和試劑

紅棗：從農貿市場購買的干紅棗，使用粉碎機將其粉碎，過60目篩，將過篩子后的紅棗粉裝入自封袋中進行保存。復合蛋白酶、α-淀粉酶、纖維素酶、無水乙醇、丙酮、氫氧化鈉、氯化鈉、甘油三脂、膽固醇和丙二醛。

2.2 儀器與設備

恒溫水浴鍋、pH計、烘箱、粉碎機、高壓蒸汽滅菌鍋、離心機、紫外分光光度計、電子天平、冰箱、檢測儀。

2.3 試驗方法

2.3.1 膳食纖維測定

根據GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》方法進行測定。

2.3.2 膳食纖維提取工藝流程

紅棗粉碎→按照一定的液料比進行溶解→調節pH值為7→控溫超聲處理→加入復合蛋白酶→恒溫水浴鍋振蕩→高溫滅酶→加入α-淀粉酶→恒溫水浴鍋振蕩→高溫滅酶→加入無水乙醇進行醇沉→丙酮洗滌→冷凍干燥→獲得紅棗膳食纖維。

2.3.3 膳食纖維提取試驗流程

在分析天平上稱取重量為2 g的紅棗粉末樣品，研究液料比(30，35，40，45，50，mL/g)、α-淀粉酶用量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)、復合蛋白酶用量(0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%)、超聲波功率(100，200，300，400，500 W)和超聲波時間(20，30，40，50，60 min)對紅棗膳食纖維得率的影響。

紅棗膳食纖維得率=膳食纖維質量/紅棗樣品質量×100%。

2.3.4 紅棗膳食纖維提取響應面優化試驗

通過單因素試驗獲得影響紅棗膳食纖維提取條件的范圍值，將液料比、α-淀粉酶用量、復合蛋白酶用量和超聲波功率4個影響因子作為響應面的變量，紅棗膳食纖維的得率作為響應值，進行四因素三水平的響應面分析[8-10]。本試驗中超聲波時間對紅棗膳食纖維的提取并無明顯的影響，所以在進行優化試驗時，超聲波時間將不作為考慮的因素之一。

3 試驗結果

3.1 紅棗膳食纖維提取單因素試驗

3.1.1 液料比對紅棗膳食纖維得率的影響

控制其他變量α-淀粉酶用量為1.5%，蛋白酶用量為0.6%，超聲波功率為200 W，超聲波時間為30 min，在30 ℃的條件下，研究液料比對紅棗膳食纖維提取的影響，研究結果見圖1。

由圖1可知，隨著液料比的增加，膳食纖維的得率呈現先增加后減少的趨勢。當液料比達到35(mL/g)時，膳食纖維的得率達到最高，為38%。當液料比低于30(mL/g)時，膳食纖維的得率隨著液料比的增高而增大，由于原料混合在液體中，混合越來越充分，使得反應越來越完善；當液料比大于40(mL/g)時，反應體系中的濃度變得越來越低，導致反應不充分[11]，所以將30，35，40(mL/g)3個液料比作為優化水平。

圖1 液料比例對紅棗膳食纖維得率的影響Fig.1 The effect of the ratio of liquid to solid on the yield of dietary fiber from jujube

3.1.2 α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

控制其他變量液料比為35(mL/g)，蛋白酶用量為0.6%，超聲波功率為200 W，超聲波時間為30 min，在30 ℃的條件下，研究α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維提取的影響，研究結果見圖2。

圖2 α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

由圖2可知，當α-淀粉酶用量小于1.5%時，紅棗膳食纖維的得率呈現增長的趨勢。當α-淀粉酶用量為1.5%時，紅棗膳食纖維的得率為38%。當膳食纖維的濃度超過1.5%時，紅棗膳食纖維的得率逐漸降低[12]。原因是膳食纖維中的一些成分是由α-糖苷鍵組成，當α-糖苷鍵濃度升高時，會抑制紅棗膳食纖維的得率，所以選擇1.0%、1.5%、2.0%的α-淀粉酶用量作為影響膳食纖維得率的3個水平進行優化分析。

3.1.3 蛋白酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

控制其他變量液料比為35(mL/g)，α-淀粉酶用量為1.5%，超聲波功率為200 W，超聲波時間為30 min，在30 ℃的條件下，研究蛋白酶用量對紅棗膳食纖提取的影響，研究結果見圖3。

圖3 蛋白酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

由圖3可知，當蛋白酶用量低于0.6%時，隨著蛋白酶用量逐漸增加，紅棗膳食纖維的得率也逐漸增加，當蛋白酶用量在0.6%時，紅棗膳食纖維的得率達到最高，為38%。當蛋白酶濃度超過0.6%時，膳食纖維的得率逐漸降低，由于蛋白酶濃度逐漸增加，反應體系中膳食纖維的碳氧鍵斷裂，造成膳食纖維的得率減少[13-14]，所以選擇0.4%、0.6%、0.8% 3個水平進行優化。

3.1.4 超聲波功率對紅棗膳食纖維得率的影響

控制其他變量液料比為35(mL/g)，蛋白酶用量為0.6%，α-淀粉酶用量為1.5%，超聲波時間為30 min，在30 ℃的條件下，研究超聲波功率對紅棗膳食纖維提取的影響，結果見圖4。

圖4 超聲波功率對紅棗膳食纖維得率的影響

由圖4可知，隨著超聲波功率逐漸增加，紅棗膳食纖維的得率先增高后降低。當超聲波功率為200 W時，紅棗膳食纖維的得率為39%。當超聲波功率持續增高時，膳食纖維得率逐漸降低，可能是由于超聲波功率的增高，導致膳食纖維結構受到了破壞，從而使膳食纖維的得率降低[15]，所以選擇超聲波功率100，200，300 W 3個水平作為優化條件。

續 表

3.1.5 超聲波時間對紅棗膳食纖維得率的影響

控制其他變量液料比為35(mL/g)，蛋白酶用量為0.6%，超聲波功率為200 W，α-淀粉酶用量為1.5%，在30 ℃的條件下，研究超聲波時間對紅棗膳食纖維提取的影響，研究結果見圖5。

圖5 超聲波時間對紅棗膳食纖維得率的影響

由圖5可知，當超聲波時間小于30 min時，膳食纖維的得率呈現增加的趨勢，當超聲波時間為30 min時，膳食纖維的得率達到最高，為38%，當超聲波時間超過30 min時，膳食纖維的得率逐漸降低。當超聲波時間逐漸增加時，膳食纖維的結構也會受到破壞，造成膳食纖維降低[16-17]。通過比較發現，超聲波時間對紅棗膳食纖維的得率影響并不明顯，所以優化試驗將不分析超聲波時間對紅棗膳食纖維的影響。

3.2 響應面優化試驗結果分析

由以上的單因素試驗結果可知，提取紅棗膳食纖維的最佳液料比為30～40(mL/g)；α-淀粉酶用量為1.0%～2.0%；復合蛋白酶用量為0.2%～0.8%；超聲波功率為100～300 W。設計四因素三水平的紅棗膳食纖維優化試驗方案(見表1)，以獲得該區間內的最優膳食纖維提取條件。

表1 紅棗膳食纖維優化試驗因素與水平Table 1 The factors and levels of optimization test for dietary fiber from jujube

根據Box-Behnken試驗設計原理，設計29組試驗，并計算出紅棗膳食纖維的得率，詳細信息見表2。

表2 Box-Behnken試驗設計與結果Table 2 Box-Behnken experimental design and results

利用Design-Expert對表2中的數據進行二次多項式擬合，得出紅棗中膳食纖維的得率模型，該模型的P值表現為極顯著(P<0.01)，分析之后發現各個因素對紅棗中膳食纖維獲得率的影響大小依次是：超聲波功率>復合蛋白酶用量>液料比>α-淀粉酶用量。

通過Design-Expert軟件分析，獲得紅棗中膳食纖維最佳提取工藝液料比35 (mL/g)、α-淀粉酶用量1.68%、復合蛋白酶用量0.45%、超聲波功率180 W和超聲波時間30 min為紅棗膳食纖維提取的最優條件。

3.3 紅棗膳食纖維降血糖活性研究現狀

血糖的升高一直威脅著人體的健康，食物中的很多糖類主要是以淀粉的形式存在，淀粉中的物質能夠經過α-淀粉酶水解之后，變成麥芽糖等二糖，二糖再經過α-葡萄糖苷酶分解成為葡萄糖[18-19]。葡萄糖進入人體的血液，導致人體的血糖升高。

紅棗膳食纖維中富含紅棗色素和紅棗可溶性膳食纖維，都可以抑制人體血液中葡萄糖的擴散速度和對淀粉的消化能力，從而改善機體內血糖濃度，降低機體內的血糖。

4 小結

通過對紅棗中膳食纖維提取工藝進行優化，獲得了紅棗膳食纖維提取的最優工藝：液料比為35(mL/g)，α-淀粉酶用量為1.68%，蛋白酶用量為0.45%，超聲波功率為180 W和超聲波時間為30 min。同時紅棗膳食纖維的降血糖功效也是近些年研究的熱點，通過進行簡單的分析，也為紅棗膳食纖維在降低血糖方面開發保健品提供一定的理論基礎。