胡萝卜纤维的研究

王新伟，孙秀秀，刘 欢，马中苏

（吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春130025）

胡萝卜纤维的研究

王新伟，孙秀秀，刘 欢，马中苏*

（吉林大学生物与农业工程学院，吉林长春130025）

测定胡萝卜纤维中总纤维、纤维素、半纤维素和木质素的含量，并研究纤维的形态。对比了打浆前后胡萝卜纤维的形状特点，并对表征纤维特征的指标进行测定，包括胡萝卜纤维长度、宽度、长宽比以及胡萝卜纤维长宽度分布频率等。研究结果为：胡萝卜中总纤维含量为8.42%，纤维素含量为2.88%，半纤维素含量为1.52%，木质素含量为3.83%；未经打浆处理的胡萝卜纤维是挺硬的、蜷缩的，而经过打浆的胡萝卜纤维全部舒展开并且表面起毛，有类似丝线状的细纤维；胡萝卜纤维平均长度为0.588mm，平均宽度为0.012mm，长宽比为50.28。

胡萝卜，纤维，形态

胡萝卜是我国非常重要的农产品之一，具有很高的营养价值，含有丰富的胡萝卜素、VC、人体必需的酶、氨基酸和钙、磷、铁等矿物质以及丰富的纤维类物质等［1-2］。胡萝卜的高营养价值使得其深加工品种开始多样化，胡萝卜纸就是最近开发出的其中一种，并且成为食品行业一大研究热点［3-6］。胡萝卜纤维对研制胡萝卜纸及其他胡萝卜产品起着非常重要的作用。因此，有必要对其纤维进行深入的研究。胡萝卜中纤维包括纤维素、半纤维素和木质素等，这几种纤维成分在纤维中的含量对纤维成纸影响很大［7］，而纤维的形态对其性能影响很大。纤维形态包括纤维的形状、长度、宽度、长宽比以及长宽度分布频率等，造纸工作者常将这些纤维形态指标作为选料和制定工艺规程的重要依据［8-10］。本文测定胡萝卜中总纤维含量、纤维素含量、半纤维素含量和木质素含量，研究胡萝卜纤维的形态特点，并对代表胡萝卜纤维特征的指标进行测定，包括胡萝卜纤维长度、宽度、长宽比以及胡萝卜纤维长宽度分布频率等，为将来进行胡萝卜纤维研究和应用、研制胡萝卜蔬菜纸以及研究胡萝卜纤维与蛋白复合效应等提供数据和参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑田五寸参胡萝卜 长春市购；α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶和葡萄糖苷酶 合肥博美生物科技有限公司，分析纯；MES-TRIS缓冲液 上海亚培生物科技有限公司，化学纯；乙醚 天津天泰精细化学品有限公司，分析纯；丙酮 北京化工厂，分析纯；石油醚天津市津东天正精细化学试剂厂，分析纯；亚氯酸钠 上海鑫舜精细化工有限公司，分析纯；氯化锌天津市光复精细化工研究所，分析纯；碘 天津市博迪化工有限公司，分析纯；碘化钾 天津市大茂化学试剂厂，分析纯。

XSZ-4G型电子显微镜 配有数码相机，中国杭州高新电子有限公司；FW100型高速万能粉碎机

中国天津市泰斯特仪器有限公司；TDL-4A型台式低速离心机 中国上海菲恰尔分析仪器有限公司；ZK-82A型干燥箱 中国上海市实验仪器总厂。

1.2 实验方法

1.2.1 胡萝卜总纤维含量测定 采用酶-重量分析法［11］。计算公式如下：

总纤维含量（TF）：

式中：（R1+R2）为双份样品残留物重量，g；P为蛋白质重量，g；A为灰分重量，g；（M1+M2）为样品重量，g。

1.2.2 胡萝卜中纤维素、半纤维素和木质素含量测定［12］

1.2.2.1 预处理 将胡萝卜去皮切成3～5mm厚的薄片，于100℃漂烫10min（钝化果胶酶），置入打浆机，加1倍体积的蒸馏水打浆。

1.2.2.2 除胡萝卜素 将上述所得浆料送入密闭容器中，加入1/2体积的丙酮-石油醚（3∶7）混合溶剂，密闭，摇匀，于暗处放置24h，进行过滤，并将所得滤渣用蒸馏水洗涤，直至除去丙酮和石油醚，过滤。

1.2.2.3 除果胶 将上述滤渣按滤渣∶水=1∶2的量加蒸馏水，用10%（w/w）的盐酸调pH至1.5～2.5，水浴加热到85～95℃，搅拌90～120min，离心分离，将滤渣洗涤至中性，再过滤。

1.2.2.4 脱脂 将上述过滤所得滤渣用酒精浸泡脱脂，过滤。

1.2.2.5 浸碱 将所得滤渣用10%（w/w）氢氧化钠溶液于室温浸泡20h，过滤。所得滤液用于提取半纤维素，滤渣用于提取纤维素和木质素。

1.2.2.6 提取半纤维素 将上述滤液用50%（w/w）的醋酸调pH至5.0，离心分离，残渣为半纤维素A。然后离心分离液加3倍体积95%（v/v）的酒精，再离心分离，残渣为半纤维素B，半纤维素的含量为A、B两部分之和。

1.2.2.7 提取木质素 将用于提取纤维素和木质素的滤渣用水洗除碱液，加等质量的亚氯酸钠。用50%（w/w）醋酸调pH至4～5，加热至75℃，保持1h，冷却至室温，过滤，滤液干燥后得木质素，并称重。保存滤渣，供提取纤维素用。

1.2.2.8 提取纤维素 将保存的供提取纤维素用的滤渣水洗除酸，再用95%（v/v）的酒精洗涤，干燥，得纤维素，称重。

1.2.3 胡萝卜纤维形态的研究

1.2.3.1 胡萝卜纤维形状的观察 a.试剂配制：赫兹别格染色剂（赫氏染色剂）是碘染色剂的一种，由甲乙两种溶液混合而成［10］。配制甲液和乙液：甲液，即饱和氯化锌溶液。取20g氯化锌溶于10mL蒸馏水中。乙液，取2.1g碘化钾与0.1g碘溶于5mL蒸馏水中。混合：两种溶液冷却后，在不断搅拌下将乙液滴入甲液中。将配制的混合液在暗处放置一昼夜，倒出一部分清液加碘一小片，贮于棕色瓶中放置暗处保存两日后备用。b.胡萝卜纤维试样的制备及观察［10］：胡萝卜纤维原料的解离：采用碱液蒸煮法，碱液为10%（w/w）左右的氢氧化钠溶液。溶去胞间层物质，使胡萝卜纤维解离出来，洗涤干净，备用。胡萝卜纤维原料的染色：在观察胡萝卜纤维之前，用配制好的赫氏染色剂对胡萝卜纤维进行染色。胡萝卜纤维形状观察：用解剖针从分离的胡萝卜纤维试样中和经过打浆的浆料中各取少许，分别放入试管中，加约1/3试管容积的水。分别堵住试管口，摇动，至两试样全部解离成单根纤维，内容物成为均一体为止。用40目铜网分别过滤，所得滤渣即为胡萝卜纤维。在两种滤渣中随机取少量的胡萝卜纤维，移至载玻片一角。用滤纸将载玻片上纤维束间的水吸干，然后在载玻片的中间滴放赫氏染色剂，用解剖针挑少量已吸干水的纤维束到染色剂中，将已染色的纤维束用一对解剖针解离成单根纤维，盖上盖玻片。实验时，为避免试料有气泡产生，盖上盖玻片时要从侧面逐渐盖上去，然后用滤纸吸去过剩而被挤出的染色剂。将载玻片固定在显微镜的载物台上，调节好焦距，采用100倍的放大倍数进行观察，并进行拍照。

1.2.3.2 胡萝卜纤维长度和宽度的测定及其长宽比的计算公式 测定方法：将解离出的胡萝卜纤维试样置于试管中，加少量水振荡，使纤维充分分散。然后加水稀释成0.5%（w/w）浓度的悬浮液，用吸液管吸取数滴置于载玻片上，用解剖针使胡萝卜纤维分布均匀，于烘箱中蒸发至干，然后用赫氏染色剂染色，盖上盖玻片，用滤纸吸去过剩的染色剂，得到胡萝卜纤维玻片，测定胡萝卜纤维的长度和宽度。测量200根，取其平均值。胡萝卜纤维长宽比的计算公式［10］为：

长宽比大的纤维，成纸时单位面积中纤维之间相互交织的次数多，纤维分布细密，成纸强度高，特别是撕裂度、裂断长、耐折度等强度指标。反之，单位面积中纤维之间交织的次数少，成纸的强度较低。所以，长宽比被用以作为评价原料纤维的制浆造纸价值的重要标准。经验认为［13-14］，纤维长宽比小于45的原料，其造纸价值将很低。

1.2.3.3 胡萝卜纤维长宽度的分布频率的计算及其分布频率图的绘制 胡萝卜纤维长宽度的分布频率的计算：由于胡萝卜纤维原料的长宽度分布很不均匀，仅用简单的数学平均值表示显然不能反映出长宽度的分布全面情况，而将胡萝卜纤维的平均长度、平均宽度和长宽度分布频率联合表示，则能较好地反映出胡萝卜纤维中纤维长宽度的全面情况。胡萝卜纤维长宽度的分布频率计算公式［7］：

式中：n为纤维长度、宽度级分的纤维根数；N为纤维各级分的总根数。

将测得的胡萝卜纤维长宽度的数据进行划分。长度 按 ＜0.5mm、0.5～1.0mm、1.5～2.0mm、＞2.0～2.5mm，不同级分范围分别记录胡萝卜纤维的根数。宽度按＜5μm、5～10μm、10～15μm、15～20μm、20～25μm、＞25μm，不同级分分别记录胡萝卜纤维根数，并且测量的总根数在200根以上。然后根据公式（3）计算出胡萝卜纤维长度和宽度的分布频率（%）。

胡萝卜纤维频率分布图的绘制：以横坐标表示胡萝卜纤维长度或宽度的级分范围，以纵坐标表示胡萝卜纤维长度或宽度的分布百分数，即得胡萝卜纤维的长度（或宽度）分布频率［8］。从分布频率图可以了解不同长度（或宽度）的纤维在原料中所占的比例。

2 结果与分析

2.1 总纤维含量测定

通过实验得到100g新鲜胡萝卜中，残渣平均值为21.759g，蛋白平均值为1.000g，灰分平均值为12.342g。带入公式（1）得胡萝卜中总纤维含量：8.42%。这个结果说明，胡萝卜中纤维含量高于其他蔬菜［15］（其他蔬菜中纤维含量一般为1%～2%）。所以，从这个角度来讲，胡萝卜比其他蔬菜更适合做蔬菜纸。

2.2 胡萝卜中纤维素、半纤维素和木质素含量的测定

胡萝卜纤维中各成分的含量如表1所示。由表1可知，胡萝卜纤维中，木质素含量最多，其次是纤维素，最少的是半纤维素。半纤维素含量对纸张强度有着重要影响。半纤维素比纤维素具有较短的分子链而且更为亲水，因而，纸浆中半纤维素含量愈高，打浆时水化得愈好，打浆度提高的愈快。此外，由于半纤维素是游动的，在单位面积上所产生的氢键结合比纤维素表面所产生的要多一些，低分子量的和不受限制的分子链使半纤维素的羟基选择很少游动的纤维素表面的羟基表面并与之结合。浆料中木质素含量高，做成的胡萝卜纸结合强度差，容易发脆。因此，为了适应需要，研制胡萝卜纸时需向浆料中添加合适的助剂（如增塑剂），使成纸的脆性降低，以适于包装。

表1 新鲜胡萝卜中纤维各成分含量

2.3 胡萝卜纤维的形状

由显微镜观察到的纤维的形状如图1、图2所示。其中图1是从未经打浆新鲜原料中分离出的单根胡萝卜纤维的形状，图2是经过打浆后的单根胡萝卜纤维的形状。

比较图1和图2，可看出未经打浆处理的胡萝卜纤维是挺硬的、蜷缩的，所以胡萝卜纤维之间不能很好地紧密结合；而经过打浆的胡萝卜纤维全部舒展开并且表面起毛，有类似丝线状的细纤维，从而使其能够较紧密地结合在一起，构成网状骨架［8］。

2.4 胡萝卜纤维长宽度的测定

所测的纤维中，长度最长的为2.332mm，最短的为0.027mm，200根纤维平均长度为0.588mm；宽度最长的为0.0294mm，最短的为0.0049mm，200根纤维平均宽度为0.012mm。根据公式（2）长宽比为50.28，符合了造纸要求的长宽比。由纤维的平均长度为0.588mm，可知胡萝卜纤维属于比较短的纤维。根据文献［13-14］，制作包装纸用的纤维长度平均为0.5～1.2mm，可知胡萝卜纤维的平均长度基本达到做包装纸材料的要求。对于胡萝卜浆料来说，虽然纤维的结合力好，成纸的裂断长、耐破度较好，但因纤维短，成纸的撕裂度和耐折度低。

图1 分离出的单根纤维的形状（×100）

图2 打浆后的单根纤维的形状（×100）

2.5 胡萝卜纤维频率分布图的绘制

根据公式（3）得出各级分范围内纤维长宽度的分布频率，绘制成分布频率图，见图3和图4。由图3可知，胡萝卜纤维的长度集中在0～1.0mm之间，大于1mm的只有很少一部分。由图4可知，胡萝卜纤维的宽度集中在5～20μm之间，大于20μm的较少。可以根据这些数据，按照长度不同或者宽度不同将纤维分级，分别应用。

图3 胡萝卜纤维长度分布频率图

图4 胡萝卜纤维宽度分布频率图

3 结论

通过本文的研究主要得到以下结论：

3.1 胡萝卜中总纤维含量为8.42%，纤维素含量为2.88%，半纤维素含量为 1.52%，木质素含量为3.83%。

3.2 通过胡萝卜纤维的形状观察，发现经过打浆后的胡萝卜纤维更适于生产胡萝卜纸。

3.3 胡萝卜纤维平均长度为0.588mm，平均宽度为0.012mm，长宽比为50.28。

3.4 分析了胡萝卜纤维长宽度分布频率。胡萝卜纤维的长度集中在0～1.0mm之间，胡萝卜纤维的宽度集中在5～20μm之间。

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Study on carrot fiber

WANG Xin-wei，SUN Xiu-xiu，LIU Huan，MA Zhong-su*
（School of Biological and Agricultural Engineering，Jilin University，Changchun 130025，China）

The contents of the total carrot fiber，cellulose，hemicellulose，lignin and fiber’s modality were investigated.The differences between carrot fiber and pulped carrot fiber were analyzed，and the parameters which showed characters of the fiber were investigated.The parameters included the length and width of carrot fiber，the ratio of length to width of the fiber，and the distributing frequency of the length and width of the fiber.The results indicated that the total fiber content was 8.42%，the cellulose content was 2.88%，the hemicellulose content was 1.52%，and the lignin content was 3.83%.The carrot fibers were rigid，but the pulped carrot fibers were expanding and had some fluffs on the surface，furthermore，there were thread-like fine fibers.The length of the fiber was 0.588mm，the width of it was 0.012mm，and the ratio of length to width was 50.28.

carrot；fiber；modality

TS255.1

A

1002-0306（2010）11-0081-04

2009-12-07 *通讯联系人

王新伟（1979-），女，博士研究生，主要从事食品研究与开发。

国家“863”高技术研究发展计划资助项目（2008AA10Z308）；吉林省科技发展计划资助项目（20060717）。