超声波辅助碱法提取蕨菜中水溶性膳食纤维

牛俊乐，麦馨允，谭伟

超声波辅助碱法提取蕨菜中水溶性膳食纤维

牛俊乐，麦馨允，谭伟

（百色学院，广西百色533000）

采用超声波辅助碱法提取蕨菜中的水溶性膳食纤维（SDF），通过单因素试验探讨料液比、超声功率、碱液质量浓度、提取温度4个因素对SDF得率的影响，再通过正交试验对提取工艺条件进行优化。结果表明，超声波辅助碱法提取蕨菜中的SDF最佳工艺条件为氢氧化钠质量浓度0.06 g/mL，超声功率120W，料液比1∶30（g∶mL），提取温度65℃，实际测得SDF得率为36.01%。

蕨菜；水溶性膳食纤维；超声波辅助；碱法提取

0 引言

蕨菜（Pteridium aquilinum var.latiusculum），又名“蕨薹”“如意菜”“长寿菜”等，是凤尾蕨科多年生的草本植物[1]。研究表明，蕨菜除了含有人体必需的蛋白质、糖类和纤维素之外，还含有大量的氨基酸、维生素和微量元素等，其含量是一般蔬菜的数倍[2-4]；另外还含有多种功能性物质，具有抑菌、抗氧化、降血脂、免疫调节等生物活性和药理作用[5-6]。

膳食纤维（Dietary fiber，DF）按溶解性进行分类，可以分为水溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）2个类型。SDF在对心血管疾病和结肠癌的预防以及对胆固醇降低等方面拥有比IDF更加强大的生理功能，除此之外它还能够降低血脂含量、减慢小肠对葡萄糖吸收的速率，有效预防糖尿病的产生。SDF作为一种拥有多功能保健性的食物基料，很早就引起全球各国营养学家的关注[7]。

我国蕨菜资源非常丰富，膳食纤维含量也较高，原料价格低廉，如果能从蕨菜中提取膳食纤维，不仅可以有效提高原材料的综合利用，还能够保护环境，并且能够带来较高的社会效益和经济效益，应用前景十分广阔。从我国和国外的研究动态来看，目前还没有人研究分析蕨菜的超声波辅助碱法提取膳食纤维。试验以蕨菜为材料，采用超声波辅助碱法对蕨菜中的水溶性膳食纤维进行提取。

1 试验材料与方法

1.1 材料与仪器

蕨菜，百色市当地蕨菜样品，经干燥、初步挑选、粉碎之后过40目筛，得到蕨菜粗粉备用。

FA1204B型电子天平、SHZ-III型循环水真空泵、KQ-200KDB型高功率数控超声波清洗器、TD5AWS型台式（数显）低速离心机、SY-101-0型电热恒温干燥箱、分样筛、倾斜式高速万能粉碎机等。

1.2 试验方法

称取2.0 g备用的蕨菜粉，按比例加入一定质量浓度的氢氧化钠溶液，充分搅拌，然后进行超声波处理。将处理后的蕨菜原料液体放入离心机中，以转速4 000 r/min离心15 min，再取上层清液进行真空抽滤处理。之后从抽滤得到的滤液里量取加入滤液4倍体积的无水乙醇进行醇沉处理，静置2 h[8]后用烘干至恒质量的定量中速滤纸抽滤。将抽滤后得到的滤纸放入电热鼓风干燥箱中，并在105℃条件下烘干至恒质量。

1.2.1 单因素试验

分别探讨氢氧化钠质量浓度、料液比、提取时间及超声功率对蕨菜SDF得率的影响。

单因素试验因素与水平设计见表1。

1.2.2 正交试验

在单因素试验的基础之上，选取合适的料液比（A）、提取温度（B）、超声功率（C）、氢氧化钠质量浓度（D）四因素三水平正交试验并进行方差分析；选取最优方案进行验证试验，通过计算则可得出蕨菜在最佳条件下的SDF得率。

1.3 数据分析与得率计算

采用SPSS进行试验数据分析。

SDF得率按照以下公式进行计算：

2 结果与分析

2.1 单因素结果与分析

料液比对SDF得率的影响见图1。

图1 料液比对SDF得率的影响

由图1可知，当料液比在1∶10~1∶30内，SDF得率会随着料液比增大而出现上升趋势；但是如果料液比大于1∶30之后，SDF得率反而出现下降趋势。这可能是由于提取液中SDF的浓度和蕨菜粉边界层的浓度差增加引起，在一定范围内，SDF由蕨菜粉向溶剂中的扩散速度会逐渐增加，但当料液比大于1∶30之后，SDF浓度与蕨菜粉样品边界层浓度差不再持续增加，SDF由蕨菜原材料样品向溶剂中扩散速率也不会继续增加[9]。

提取温度对SDF得率的影响见图2。

图2 提取温度对SDF得率的影响

由图2可知，SDF得率随着提取温度的升高先增加后减少，当提取温度达到65℃时蕨菜样品原料的SDF得率到达最高。这可能是因为提取温度上升会加剧水分子的运动和其他物质分子的振动及转动，然后出现剧烈的水分子碰撞以及自身的剧烈振动和转动等现象，让蕨菜粉中的SDF成分逐渐挣脱不溶性成分对其的约束，因而能够分离溶解出来，使产品的得率提高。但当提取温度过高容易造成溶剂的气化，导致载体和溶剂的接触不够充分，并且造成有效成分破坏，从而导致分子接聚[10]。

超声功率对SDF得率的影响见图3。

图3 超声功率对SDF得率的影响

由图3可知，蕨菜样品原料的SDF得率会随着超声功率的增大先上升后下降，在超声功率到达140W时蕨菜样品原材料的SDF得率会达到一个最大值；当超声波的功率超过140W之后，SDF得率会跟随着超声功率的增加逐渐降低。这有可能是因为在初始阶段时超声功率的空化作用逐渐增强，超声波所发出的能量使蕨菜样品原料的细胞壁更容易被破碎，使可溶性膳食纤维的溶出量增加，SDF得率也会随之上升[11]。当超声功率超过140 W时，会使膳食纤维部分分解，从而引起SDF得率降低。

氢氧化钠质量浓度对SDF得率的影响见图4。

图4 氢氧化钠质量浓度对SDF得率的影响

由图4可知，在0.01~0.05 g/mL时，SDF得率会随氢氧化钠质量浓度的增加而逐渐上升；但是当氢氧化钠质量浓度高于0.05 g/m L时，SDF得率开始下降。这可能是由于原材料样品中的膳食纤维在一个比较低质量浓度的碱性条件下溶解较迅速和充分，除此之外，蛋白质也能够在碱性条件下溶解，试验材料中的部分脂肪被皂化，从而导致SDF得率上升；然而当氢氧化钠质量浓度过量时，样品果胶中的果胶酯酸会全部被脱去甲基之后溶解，其中的半纤维素也会溶解在氢氧化钠碱溶液中，此时若再继续增加氢氧化钠质量浓度，反应将会受到抑制，SDF得率出现慢慢下降的情况[12]。

2.2 正交试验

根据单因素试验结果，设计四因素三水平正交试验。

正交试验设计及结果见表2。

表2 正交试验设计及结果

由表2可知，因素水平的主次顺序为氢氧化钠质量浓度（D）>超声功率（C）>料液比（A）>提取温度（B）。最优组合为A2B2C1D3，即料液比1∶30，提取温度65℃，超声功率120W，氢氧化钠质量浓度0.06g/mL。表2中的最优氢氧化钠质量浓度0.06 g/mL和图4中单因素试验结果的0.05 g/mL不一致，这可能是由于因素之间存在着交互作用，而单因素试验尚未涉及到交互作用。

2.3 验证试验

为了验证最佳试验条件：料液比1∶30，提取温度65℃，超声功率120W，氢氧化钠质量浓度0.06 g/m L，还必须设计验证试验加以确定。

验证试验设计及结果见表3。

表3 验证试验设计及结果

由表3可知，在料液比1∶30，提取温度65℃，超声功率120W，氢氧化钠质量浓度0.06 g/mL时，SDF的平均得率为36.01%，为最高得率。

3 结论

试验以蕨菜为原料，采取超声波辅助碱法，借助正交试验对其SDF化合物提取工艺进行优化，并用最优提取工艺测定其SDF得率。研究结果表明，在超声时间为50min的条件下，氢氧化钠质量浓度0.06 g/mL，超声功率120 W，料液比1∶30，提取温度65℃，SDF得率最高达36.01%。采取正交试验优化获得的工艺参数比较准确可靠，对工业化利用蕨菜样品原料提取SDF具有一定的指导和应用价值。

[1]章耀，郭衍银，王相友，等.野生蕨菜研究进展[J].长江蔬菜，2008（14）：1-4.

[2]姚玉霞，蔡建培，李泽鸿，等.四种山野菜营养成分分析[J].营养学报，2003，25（4）：441-442.

[3]黄劲松，何竞旻，刘廷国.蕨菜研究进展综述[J].食品工业科技，2011（7）：455-457.

[4]李海燕，王力川，唐伟斌.栽培蕨菜与野生蕨菜和常见栽培蔬菜营养成分的对比分析[J].安徽农业科学，2008，36（14）：5 868-5 869.

[5]苏仕林.蕨菜贮藏保鲜与产品开发研究现状[J].食品研究与开发，2012，33（10）：216-219.

[6]宋吉利，潘兆清.山中蕨菜的功效与贮存[J].吉林蔬菜，2009（1）：55-57.

[7]花旭斌，杨丽琼.响应面优化酸法提取蕨菜中水溶性膳食纤维的工艺研究[J].安徽农业科学，2011，39（35）：21 775-21 777，21 789.

[8]黄群，杨万根，余佶，等.超声波辅助碱法提取杜仲籽粕可溶性膳食纤维的工艺优化[J].食品科学，2013，34（22）：70-74.

[9]苗敬芝，冯金和，董玉玮.超声结合酶法提取生姜中水溶性膳食纤维及其功能性研究[J].食品科学，2011，32（24）：120-125.

[10]罗绯，林亲录，陆玲，等.超声提取豆皮水溶性膳食纤维的工艺研究[J].食品与机械，2008，24（6）：71-75.

[11]李加兴，梁先长，黄诚，等.响应面法优化火棘水不溶性膳食纤维提取工艺[J].食品科学，2011，32（14）：118-123.

[12]赵力超，毛新，黄利华，等.荸荠皮膳食纤维酶化学法提取工艺研究[J].食品工业科技，2009，30（11）：244-246.◇

Ultrasonic Auxiliary and Alkaline Method to ExtractWater Soluble Dietary Fiber from the Pteridium Aquilinum

NIU Junle，MAIXinyun，TANWei
（Baise University，Baise，Guangxi533000，China）

Ultrasonic-assisted alkaline method is applied to extract soluble dietary fiber（SDF）from Pteridium aquilinum. Four independent variables includingmaterial-liquid ratio，ultrasound power，alkali concentration and extraction temperature are chosen with respect to the dependent variable SDF yield for single-factor experiments.Then the extraction technology of SDF from Pteridium aquilinum is optimized by using an orthogonal experiment.The results show that the optimal process conditions are alkali concentration 0.06 g/mL，ultrasound power 120 W，material-liquid ratio 1∶30（g∶m L），extraction temperature 65℃，under these conditions，the yield of SDF is 36.01%.

Pteridium aquilinum；soluble dietary fiber；ultrasonic-assisted；alkali concentration

TS255.5

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.04.006

1671-9646（2017）04a-0017-03

2017-03-01

百色学院校级项目“桂西蕨菜膳食纤维的制备及其在面制品中的应用”（2015KBN10）。

牛俊乐（1990—），女，硕士，助教，研究方向为生物技术及农产品加工。