雪蓮果中SDF的提取工藝及特性研究

張會香，楊世軍，鄭偉嬋

（桂林理工大學廣西礦冶與環境科學實驗中心，桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西桂林541004）

雪蓮果中SDF的提取工藝及特性研究

張會香，楊世軍，鄭偉嬋

（桂林理工大學廣西礦冶與環境科學實驗中心，桂林理工大學化學與生物工程學院，廣西桂林541004）

以雪蓮果為材料，采用單因素試驗和正交試驗對熱水浴法制備水溶性膳食纖維的工藝進行優化設計。影響雪蓮果中水溶性膳食纖維提取的得率主要因素有：酸的種類、料液比、反應液的pH、提取時間、提取溫度。實驗表明，雪蓮果水溶性膳食纖維的最佳提取工藝條件：鹽酸浸提、料液比1∶5（g/g）、pH為6.0、提取時間120min、溫度80℃，此條件下雪蓮果水溶性膳食纖維的提取率可達到5.43%。各因素的影響次序為：料液比＞提取溫度＞反應時間＞pH。雪蓮果水溶性膳食纖維的持水力、膨脹力、結合水力分別為2.676 g/g、1.904mL/g、1.545g/g，對不飽和脂肪酸的吸附力為1.370g/g。

雪蓮果；水溶性膳食纖維；提取工藝；特性

膳食纖維（DF）是指能抗人體小腸消化吸收的，而在人體大腸能部分或全都發酵的可食用植物性成分、碳水化合物及其類似物質的總和。盡管膳食纖維不能為人體提供任何營養，但研究發現現代“文明病”（肥胖癥、高血壓、冠心病、糖尿病、結腸癌等）的發病率與膳食纖維攝入量減少有關，因此稱之為人體必需的“第七營養素”。膳食纖維按溶解性可分為水溶性膳食纖維（SDF）與水不溶性膳食纖維（IDF），SDF具有利于糞便排出，可預防冠心病等心血管疾病的發生；預防膽結石的形成；可調節血糖；改善腸道菌群，預防腸癌等功能[1-5]。21世紀將是功能性食品的世紀，膳食纖維因其突出的保健功能而被廣泛認識和使用。

雪蓮果，學名“Smallanthus snnchifalius”屬菊科，葵花屬植物，故又稱為菊薯，原產自南美洲的安第斯山脈，是當地印第安人的一種傳統根莖食品[6],雪蓮果塊根含有大量的水分及糖類，主要是低聚糖，并含有酚酸、類黃酮、萜類、揮發性油、20種氨基酸和鈣、鐵、鉀、硒等礦物質和微量元素，有較高的營養價值[7]。雪蓮果塊根不含淀粉，其中低聚果糖是主要的糖類物質，也是良好的SDF，占果實干物質的45%～65%，占低聚果糖總量80%～90%[6]，是世界無公害純天然第三代藥用型水果。目前國內外對于雪蓮果的研究主要集中在化學成分和藥理作用方面，對雪蓮果的利用還處于制成雪蓮果干果、果醬、果酒、干粉、糖漿、果醋的開發階段，而對于雪蓮果SDF的研究和開發利用很少。因此，本實驗以雪蓮果為研究對象，對雪蓮果SDF的提取工藝及特性進行研究，為雪蓮果SDF的開發利用提供理論參考。

1 儀器與試劑

1.1 試劑

雪蓮果購于桂林市雁山鎮市場，選取品質優良、新鮮無霉變、完好的雪蓮果，將其洗凈去皮，切片烘干，粉碎密封于冰箱中保存備用。

所用試劑均為分析純。

1.2 儀器

SHB-Ⅲ型循環水式多用真空泵、DK-S24型電熱恒溫水浴鍋：鄭州長城科工貿有限公司；RE-52AA型旋轉蒸發儀：上海亞榮生化儀器廠；2K-82B型電熱真空干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司；H-100型華晨高速多功能粉碎機：浙江省永康市金穗機械制造廠；LXJ-IIB型飛鴿牌離心機：上海安亭科學儀器廠；BS—20S型電子天平：北京賽多利斯天平有限公司。

2 試驗方法

2.1 工藝流程

雪蓮果果粉→料液混合→調pH→水浴→抽濾（濾液）→醇沉→離心沉淀→沉淀物→真空干燥→SDF樣品稱重

2.2 雪蓮果SDF提取率的測定

SDF提取率=提取SDF質量（g）/果粉的絕干質量（g）×100%

2.3 單因素試驗

2.3.1 酸的種類

在提取溫度90℃，pH2.0，反應1.5 h，料液比（g/g）= 1∶10的條件下，分別以0.1mol/L的鹽酸、檸檬酸、醋酸為提取溶劑對雪蓮果中SDF進行提取，確定提取用最佳的酸的種類。

2.3.2 料液比

分別以1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25 g/g為料液比，時間0.5 h，pH為5.0的反應液，水浴70℃溫度下提取。測定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳料液比。

2.3.3 反應液的pH

分別配制pH為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的酸溶液，水浴溫度70℃，時間0.5 h，最佳料液比條件下提取。測定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳pH。

2.3.4 提取時間

分別取30、60、90、120、150min，水浴溫度70℃，最佳料液比和pH條件下提取，測定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳提取時間。

2.3.5 提取溫度

分別設定40、50、60、70、80、90、100℃，最佳料液比，最佳提取時間和最佳pH條件下提取，測定雪蓮果中SDF提取率，確定最佳提取溫度。

2.4 正交試驗

根據單因素試驗確定料液比、水浴溫度、提取時間、pH為正交試驗的4個因素，選取L9（34）正交試驗表進行正交試驗，確定最佳提取參數。

2.5 理化特性的研究

2.5.1 物理特性

觀察雪蓮果SDF的色、味、形態和穩定性，及在水中的溶解性。

2.5.2 化學特性

2.5.2.1 持水力[8]

稱取2.000 g樣品放入100mL燒杯中，加入20℃蒸餾水40mL常溫下浸泡1 h后，在定量濾紙上瀝干樣品水分，并將其迅速轉入表面皿中稱重。按下式計算持水力：

持水力=[樣品濕重（g）－樣品干重（g）]/樣品干重（g）

2.5.2.2 膨脹力[8]

稱取0.100 g樣品，置于50mL量筒中，吸5mL蒸餾水加入其中，振蕩后在25℃條件下密封放置24 h，讀取量筒中液體樣品的體積。按下式計算膨脹力：

膨脹力=[溶脹后纖維體積（mL）－干品體積（mL）]/樣品干重（mL）

2.5.2.3 結合水力[8]

稱取1.000 g樣品，置于平皿中，加入20℃蒸餾水20mL，室溫下保持1 h后移置定量濾紙上瀝干水分，將濕樣移入10mL刻度離心管中，在4 000 r/min條件下離心5min后棄去水分，所獲得濕樣所含水分即為結合水，其與干樣的重量之比即為結合水力。按下式計算結合水力：

結合水力=[離心后樣品濕重（g）－樣品干重（g）]/樣品干重（g）

2.5.2.4 對不飽和脂肪酸的吸附力

參考Sangnark[9]的方法，稱取樣品3.000 g，浸泡于24 g的食用化生油中，37℃靜置1 h，然后在4 000 r/min的條件下離心20min，除去上層油，殘渣用濾紙吸干游離的花生油，稱濕樣重量。按下式計算對不飽和脂肪酸的吸附力（g/g）：

吸油量=[濕樣重（g）－樣品干重（g）]/樣品干重（g）

3 結果與分析

3.1 單因素試驗

3.1.1 酸的種類對雪蓮果SDF提取率的影響

酸的種類對雪蓮果SDF提取率的影響結果見表1。

表1 酸的種類對SDF提取率的影響Table1 Effect of the type of acid on productivity of SDF

由表1可知，鹽酸的提取率最高，而且提取耗酸量較少、成本低。檸檬酸的提取率雖然提取率也挺高，但耗酸量也最大、成本高。醋酸的提取率低且提取的產品有刺激性氣味。綜合考慮SDF的提取率和成本的問題，選擇鹽酸為最佳。

3.1.2 料液比對雪蓮果SDF提取率的影響

料液比對雪蓮果SDF提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對SDF提取率的影響Fig.1 Effect of solid-liquid ratio on productivity of SDF

由圖1可看出：雪蓮果中SDF的提取率在料液比從1∶5增加到1∶10時增大到最高點，在1∶15時有呈下降趨勢，在1∶20時有略有增加，之后又減小，但變化幅度不大?？紤]到增大水料比會加大提取液濃縮的難度，也會增加乙醇沉淀時的用量，因此，選用最佳料液比為1∶10。

3.1.3 pH對雪蓮果SDF提取率的影響

pH對雪蓮果SDF提取率的影響見圖2。

圖2 pH對SDF提取率的影響Fig.2 Effect of pH on productivity of SDF

由圖2可發現：pH在2.0～7.0范圍內，SDF的提取率隨著pH上升而增加，在pH6.0時提取率最大。說明雪蓮果中SDF在弱酸性條件下溶出較多。因此pH以 6.0較為適宜。

3.1.4 時間對雪蓮果SDF提取率的影響

時間對雪蓮果SDF提取率的影響見圖3。

圖3 時間對SDF提取率的影響Fig.3 Effect of time on productivity of SDF

由圖3分析可知：提取時間在30min～120min范圍內，提取率隨提取時間延長呈上升的趨勢，提取時間120min時達最大值，此后時間延長，提取率反而有所減小?？赡荛L時間的提取會對部分SDF結構造成破壞，導致提取率下降。所以提取時間選取120min。

3.1.5 溫度對雪蓮果SDF提取率的影響

溫度對雪蓮果SDF提取率的影響見圖4。

圖4 溫度對SDF提取率的影響Fig.4 Effectof tem peratureon p roductivity of SDF

由圖4知，隨著提取溫度增大，其提取率先增大然后又下降，在70℃時提取率最大。其原因可能是：部分SDF耐熱性較差，如果處理溫度過高，會引起結構破壞，從而使產率下降。因此選擇提取的最佳溫度為70℃。

3.2 正交試驗

根據單因素試驗結果確定影響雪蓮果SDF提取率的主要因素為提取溫度、時間、pH及料液比，因素水平見表2。

表2 正交試驗因素水平表Table2 Factor and level of orthogonal experiment

在最佳水平條件下上下各選一個水平即三水平，選L9（34）正交試驗表進行正交試驗，正交試驗結果見表3，并確定最佳提取條件。

表3 正交試驗結果分析Table3 Design and results of orthogonal experiment

由表3中可知，各因素的影響順序為A＞B＞C＞D，即影響雪蓮果SDF的提取率最顯著因素為料液比，其次為提取溫度和提取時間，pH的影響較小。各因素的最佳水平為：A（料液比/（g/g））選取1∶5，B（溫度/℃）取80℃，C（時間/min）取120min，D（pH）取6.0為好，即A1B3C2D2是雪蓮果SDF的提取的最佳參數。由于得出的最佳參數未在正交試驗表中出現，所以需要再進行驗證試驗，驗證試驗結果見表4。

表4 驗證實驗結果Table4 Results of the test and verify

從表4可知，在最佳參數條件下雪蓮果SDF提取率平均值為5.43%，高于正交試驗的最大提取率，說明得到的最佳參數確為最優，即料液比1∶5、提取溫度80℃、提取時間120min、pH6.0。

3.3 理化特性的研究

3.3.1 物理特性

實驗結果發現，雪蓮果SDF為淡黃色粉末，味微甜，無臭，熱穩定性好，暴露空氣中易受潮，有良好的水溶性，但不溶于乙醇、丙酮、乙醚等有機溶劑。

3.3.2 化學特性

SDF能增加人體排泄物的體積，縮短腸內的通過時間，增強消化道功能來解除便秘，減少吸收或吸附食物中致癌物質對人體危害，或延長葡萄塘的吸收速度，結合或放出礦物質和通過發酵產生揮發性短鏈脂肪酸，阻止膽固醇吸收，促進糞便內中性膽固醇排同時明顯降低食物熱能、糖、脂肪，從而減少心血管疾病的發生。水溶性纖維素具有較強的吸水膨脹性，使人具有增加飽腹感、能適當減少進食量，也使人不易產生饑餓感，達到減肥的目的。膳食纖維的作用與其持水力、膨脹力有密切的關系。對雪蓮果SDF的理化性質測定結果見表5。

表5 SDF的理化性質Table5 Physical and chemical characteristics of SDF

由表5可知，雪蓮果SDF的持水力、膨脹力、結合水力、對不飽和脂肪酸的吸附作用能力都較好。說明雪蓮果SDF對于預防便秘、結腸癌和減少肥胖的發生具有積極的作用。

4 結論

通過單因素試驗和正交試驗確定水浴法提取雪蓮果SDF的最佳工藝條件為：料液比（g/g）選取1∶5，溫度為80℃，時間為120min，pH為6.0。在此條件下雪蓮果SDF的提取率可達到5.43%。特性研究結果表明，雪蓮果SDF有較好的理化特性，可作為功能食品基料應用于食品生產中，具有廣闊的開發前景。

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[9]Sangnark A,Noomhorm A.Effect of particle sizes onfunctional properties of dietary fibre prepared from sugar cane bagasse[J].Food Chemistry,2003,80:221-225

Studies on the Extraction and Characteristics of Water-soluble Dietary Fiber from Yacon

ZHANG Hui-xiang，YANG shi-jun，ZHENG Wei-chan
（Guangxi Scientific Experiment Center of Mining，Metallurgy and Environment，College of Chemistry and Bioengineering，Guilin University of Technology，Guilin 541004，Guangxi，China）

Yacon as the experimental raw material in the paper，the hot water extraction technologies of watersoluble dietary fiber from yacon were optimized by single factor and orthogonal experiments.The main factors affecting on the extraction rate of water-soluble dietary fiber in the yacon，acid types，solid-liquid ratio，time，temperature.Experiments showed that the optimal condition were using hydrochloric acid extraction，the ration of raw material1∶5，pH6.0，extraction time 120min，extraction temperature 80℃，under these conditions the yacon water-soluble dietary fiber extraction rate of5.43%.The order of factors solid to liquid ratio＞extraction temperature＞reaction time＞pH value.Yacon water-soluble dietary fiber of water holding capacity，swelling power，combined with hydraulic were 2.676 g/g，1.904 mL/g，1.545 g/g，and unsaturated fatty acid absorption edge was 1.370 g/g.

Yacon；water-soluble dietary fiber；extraction process；characteristics

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.010.004

2013-05-14

廣西礦業與環境科學實驗中心資助項目（一般項目KH2011YB017）

張會香（1975—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：天然產物研究與開發。