紅棗膳食纖維提取工藝優(yōu)化及對人體健康影響

劉子瑄 費裕朗 孔馨逸 陳璐

摘要：我國作為紅棗種植大國，每年都會有大量的紅棗棗渣被廢棄，這些紅棗棗渣富含多酚和黃酮類物質，這些物質具有降血糖和抗氧化等功能。近年來，雖然各個研究機構開始對我國紅棗中膳食纖維提取工藝進行研究和優(yōu)化，但并沒有取得明顯的進展。該研究基于此，通過單因素試驗和正交試驗對紅棗中膳食纖維提取工藝進行優(yōu)化，同時對紅棗膳食纖維對人體健康的影響進行總結和分析，旨在為紅棗產業(yè)的發(fā)展提供理論基礎。

關鍵詞：紅棗；膳食纖維；工藝；優(yōu)化

中圖分類號：TS201.4? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）07-0151-04

Abstract： As a big country for jujube cultivation， China has a large number of jujube residues that are discarded every year. These jujube residues are rich in polyphenols and flavonoids， which have the functions of lowering blood sugar and antioxidation. In recent years， although various research institutions have begun to research and optimize the extraction process of dietary fiber from jujube in China， no significant progress has been made. Based on this， in this study， the extraction process of dietary fiber from jujube is optimized through single factor test and orthogonal test. At the same time， the effect of jujube dietary fiber on human health is summarized and analyzed， aiming to provide a theoretical basis for the development of jujube industry.

Key words： jujube;? dietary fiber;? process; optimization

我國的紅棗主要栽培在河北和寧夏等地，是當?shù)刂匾慕?jīng)濟作物[1-2]。紅棗中富含營養(yǎng)成分，這些成分具有明顯的保健功效。紅棗是一種食物，同時也是一味中藥材，屬于“藥食同源”的農作物。紅棗中的維生素主要包含維生素C和維生素B，礦物質成分主要有鈣、鐵、硒和鋅等多種微量元素。這些礦物質成分和維生素具有明顯的預防和治療疾病的作用，特別是在防治冠心病和貧血等方面有明顯的作用和功效[3]。

膳食纖維（dietary fiber，DF）是一種不能被人體消化吸收和分解的多糖[4]，主要成分包括非淀粉多糖、木質素和抗性淀粉，具有降血糖和抗氧化等多種生物活性，在預防癌癥和動脈硬化等方面發(fā)揮著不可替代的作用。此外，膳食纖維也能改善腸道的活力[5]，增強飽腹感，減少進食量，對糖尿病和肥胖患者控制飲食有著明顯效果，從而達到預防和治療糖尿病的效果[6]。

目前，紅棗主要以干品的方式加工和銷售，只有大約20%品質相對較差的紅棗被加工成產品[7]。我國的紅棗深加工產品種類較單一，加工后剩下的紅棗棗渣含有豐富的膳食纖維[8-9]，對紅棗棗渣中膳食纖維提取工藝的研究目前尚處于空白階段。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和試劑

紅棗：購于當?shù)厥袌觯褂梅鬯闄C將其粉碎紅棗粉過80目篩子，過篩后的干紅棗粉放入冰箱中保存。

試劑：復合蛋白酶、α-淀粉酶、纖維素酶、無水乙醇、丙酮、甘油三酯、丙二醛。

1.2 儀器與設備

恒溫水浴鍋、離心機、滅菌鍋、分光光度計、pH計、烘箱、天平、－4 ℃冰箱。

1.3 試驗方法

1.3.1 膳食纖維測定

紅棗中的膳食纖維根據(jù)國家《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》（GB 5009.88—2014）進行測定[10]。

1.3.2 紅棗膳食纖維提取單因素試驗

稱取5 g紅棗粉末樣品，研究紅棗提取工藝中料液比例1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 （g/mL），復合蛋白酶用量0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，α-淀粉酶用量1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%，超聲波時間20，25，30，35，40 min，超聲波功率100，150，200，250，300 W對紅棗膳食纖維得率的影響。

紅棗膳食纖維得率：R rate=（m diet/m jujube）×100%。

式中：m diet為膳食纖維的質量，g；m jujube為紅棗樣品的質量，g。

1.3.3 紅棗膳食纖維提取響應面優(yōu)化試驗

根據(jù)單因素試驗結果，明確紅棗膳食纖維提取的最佳工藝區(qū)間，再以料液比例、α-淀粉酶用量、復合蛋白酶用量和超聲波功率為變量，以膳食纖維得率為標準，對紅棗中膳食纖維提取工藝進行優(yōu)化，試驗因素水平見表1。

2 試驗結果

2.1 紅棗膳食纖維提取單因素試驗

2.1.1 不同料液比例對紅棗膳食纖維得率的影響

控制固定α-淀粉酶用量為1.2%，復合蛋白酶用量為0.4%，超聲波時間為25 min，超聲波功率為150 W，研究不同料液比例1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40 （g/mL）對紅棗中膳食纖維得率的影響，見圖1。

由圖1可知，紅棗膳食纖維得率在一定程度上受料液比例的影響，呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當料液比例為1∶25（g/mL）時，紅棗中的膳食纖維得率最高，為37.9%；當料液比例大于1∶25（g/mL）時，紅棗中的膳食纖維得率隨著料液比例的增加而降低。當料液比例小于1∶25（g/mL）時，紅棗中的膳食纖維得率隨著料液比例的增大而逐漸升高。當反應體系的濃度過低時，各個反應物的濃度均被稀釋，由于紅棗中膳食纖維的產生是一個動態(tài)過程，導致紅棗產生膳食纖維受阻。從本試驗結果中可知，紅棗中膳食纖維提取的最佳料液比例為1∶20～1∶30（g/mL）。

2.1.2 不同α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

控制料液比例為1∶25（g/mL），復合蛋白酶用量為0.4%，超聲波時間為25 min，超聲波功率為150 W，研究不同α-淀粉酶用量1.0%、1.2%、1.4%、1.6%、1.8%對紅棗中膳食纖維得率的影響，見圖2。

由圖2可知，不同α-淀粉酶用量對紅棗膳食纖維得率會產生影響，當α-淀粉酶用量低于1.2%時，紅棗膳食纖維得率隨著α-淀粉酶用量的增加而呈現(xiàn)升高的趨勢。當α-淀粉酶用量大于1.2%時，膳食纖維得率隨著α-淀粉酶用量的增加而逐漸降低。所以，紅棗中膳食纖維提取的最佳α-淀粉酶用量為1.0%～1.4%。

2.1.3 復合蛋白酶用量對紅棗膳食纖維得率的影響

控制料液比例為1∶25 （g/mL），α-淀粉酶用量為1.2%，超聲波時間為25 min，超聲波功率為150 W，研究不同復合蛋白酶用量對紅棗中膳食纖維得率的影響，見圖3。

由圖3可知，不同復合蛋白酶用量對紅棗中膳食纖維得率會產生影響，隨著復合蛋白酶用量的增加，紅棗中膳食纖維得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當復合蛋白酶用量為0.4%時，紅棗中的膳食纖維得率達到最高，為37.9%。當復合蛋白酶用量低于0.4%時，膳食纖維得率隨著復合蛋白酶用量的增加而增加。當復合蛋白酶的用量大于0.4%時，紅棗中膳食纖維得率隨著復合蛋白酶用量的增加而降低。這是由于過高的復合蛋白酶能夠造成碳氫鍵斷裂，從而影響紅棗中膳食纖維得率。因此，選擇0.3%～0.5%復合蛋白酶用量最佳。

2.1.4 超聲波功率對紅棗膳食纖維得率的影響

控制料液比例為1∶25 （g/mL），α-淀粉酶用量為1.2%，超聲波時間為25 min，復合蛋白酶用量為0.4%，研究不同超聲波功率100，150，200，250，300 W對紅棗中膳食纖維得率的影響，見圖4。

由圖4可知，隨著超聲波功率的增加，對紅棗膳食纖維得率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當超聲波功率小于150 W時，紅棗中膳食纖維得率隨著超聲波功率的增加而逐漸升高；當超聲波功率超過150 W時，膳食纖維得率逐漸降低。這是因為超聲波功率的增大導致紅棗中其他物質不斷溶解出來，從而影響了紅棗膳食纖維得率。所以，紅棗膳食纖維提取的最佳超聲波功率為100～200 W。

2.1.5 超聲波時間對紅棗膳食纖維得率的影響

控制料液比例為1∶25 （g/mL），α-淀粉酶用量為1.2%，復合蛋白酶用量為0.4%，超聲波功率為150 W，研究不同超聲波時間20，25，30，35，40 min對紅棗中膳食纖維得率的影響，見圖5。

由圖5可知，紅棗中的膳食纖維得率隨著超聲波時間的增加而改變，當超聲波時間小于25 min時，紅棗中膳食纖維得率隨著超聲時間的增加而逐漸升高；當超聲波時間大于25 min時，紅棗中膳食纖維得率隨著超聲波時間的增加而逐漸降低。這是由于超聲波能夠促進紅棗與反應試劑充分地結合，從而使紅棗中的膳食纖維溶出更多；當超聲波時間大于25 min時，紅棗中膳食纖維受到長時間超聲波的影響，導致紅棗中膳食纖維被破壞。從該試驗中可以看出，紅棗中膳食纖維得率受超聲波時間的影響并不明顯。

2.2 響應面優(yōu)化試驗結果分析

根據(jù)Box-Behnken試驗設計原理，4個因素對紅棗中膳食纖維得率的影響結果見表2。

通過Design-Expert對表2中的數(shù)據(jù)進行分析，獲得紅棗膳食纖維得率的模型，模型的P值極顯著。從試驗結果中可以得出，各因素對膳食纖維得率的影響順序為A>C>B>D。采用Design-Expert對數(shù)據(jù)結果進行分析，結果表明，紅棗膳食纖維提取最佳工藝為料液比例1∶25 （g/mL）、α-淀粉酶用量1.2%、復合蛋白酶用量0.3%、超聲波功率150 W和超聲波時間25 min。

2.3 紅棗膳食纖維降血糖的中醫(yī)藥研究進展

糖尿病嚴重威脅著人們的身體健康和生活質量，目前臨床上常用的治療手段是依靠藥物控制血糖水平，以避免糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展，然而長期服藥對患者的肝功能及腎功能會造成損傷，所以越來越多的患者更加青睞用中醫(yī)藥來調理以及用中醫(yī)食療的方法來控制血糖。

近年來，中醫(yī)藥在防治糖尿病尤其是Ⅱ型糖尿病中取得了良好療效，中醫(yī)學認為“藥食同源”。紅棗又名大棗，為鼠李科植物棗的干燥成熟果實。秋季果實成熟時采收，曬干，是中國人餐桌上常見的一種食物，同時也是一種常用的中藥材。大棗，甘溫，歸脾、胃、心經(jīng)，可補中益氣、養(yǎng)血安神，用于脾胃氣虛導致的體倦乏力，可用于調補脾胃，增強脾胃的消化功能，降低膽固醇，保護肝臟，對肥胖引起的高血糖有一定抑制作用。同時，現(xiàn)代中醫(yī)藥研究發(fā)現(xiàn)，大棗中除了富含維生素C、鈣、鐵、氨基酸等營養(yǎng)物質外，還含有豐富的可溶性膳食纖維[11]。謝惠[12] 研究發(fā)現(xiàn)紅棗中可溶性膳食纖維具有一定的抗氧化活性，對于機體碳水化合物代謝、脂質代謝有積極的調節(jié)作用。紅棗可溶性膳食纖維具有延遲葡萄糖吸收及抑制葡萄糖擴散的能力，可以減緩人體對血液中葡萄糖的吸收速度，控制或降低人體的血糖水平。紅棗膳食纖維可刺激胰島素分泌，促進肝糖原合成，抑制糖原異生，以達到控制血糖的作用[13]。

3 結論

利用單因素試驗和正交試驗對紅棗膳食纖維提取工藝進行優(yōu)化，研究結果表明，最佳提取工藝為料液比例1∶25 （g/mL）、復合蛋白酶用量0.3%、α-淀粉酶用量1.2%、超聲波功率150 W和超聲波時間25 min。近些年，針對膳食纖維功效的研究越來越多，膳食纖維在食品中起到的作用開始被人們重視。紅棗中膳食纖維的加工和優(yōu)化，不僅能解決紅棗產業(yè)中產量過剩的問題，而且能為消費者提供足夠的膳食纖維來源。

紅棗膳食纖維在降低機體血糖濃度方面也是近些年研究的熱點問題，通過對紅棗膳食纖維提取工藝進行優(yōu)化，能夠為紅棗膳食纖維在保健品開發(fā)方面提供一些基礎數(shù)據(jù)。糖尿病已經(jīng)成為全球高發(fā)慢性疾病之一，糖尿病除了與遺傳因素相關外，還與后天的生活習慣及生活環(huán)境密切相關，尤其是飲食習慣。不良的飲食習慣、肥胖等因素成為引起糖尿病的主要原因。而膳食纖維能夠促進腸蠕動，促進排便，并且有效控制血糖升高的速度。紅棗中的膳食纖維含量豐富，提取紅棗膳食纖維來開發(fā)健康食品或者藥品將為肥胖及糖尿病患者帶來福音。

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