白萝卜不溶性膳食纤维的酸法提取及其理化性质研究

郭赵瑞 ，张小康 ，周苗苗 ，欧阳真 ，邓祥宜 ，*

（1.武汉设计工程学院食品与生物科技学院，湖北 武汉 430205；2.武汉市农业科学院蔬菜科学研究所，湖北 武汉 430065）

膳食纤维被称为人体“第七营养素”，是由纤维素、半纤维素、木质素等组成的不能被人体消化吸收的成分，具有较强的抗氧化性[1-3]，如芦笋可溶性膳食纤维的1，1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）自由基清除率为14.23%[2]，金针菇、大麦苗、魔芋、西兰花老茎的膳食纤维DPPH 自由基清除率达39%~70.0%[3]。膳食纤维还能促进肠胃蠕动，改善肠道菌群，调节血糖血脂，防治结肠癌等[4]。目前，膳食纤维主要从植物中获取，如豆类[5]、小麦[6]、玉米[7]等，广泛应用于烘焙食品、饮料、肉制品、保健食品等领域[8]。对膳食纤维品质的考察主要集中在持水力、膨胀力、持油力、抗氧化性等方面[3，9-13]。

白萝卜是一种常见的、具食疗药理功能的根茎类蔬菜，富含多种维生素、不饱和脂肪酸、人体必需氨基酸以及大量的膳食纤维[4，14]。目前，白萝卜主要以鲜食或腌制为主，已有关于白萝卜汁饮品的研究报道[4，14-15]，但对其加工副产品（残渣）中膳食纤维的利用尚未见报道。膳食纤维分为水溶性和水不溶性两类[16-17]。白萝卜渣（干基）中的膳食纤维主要以不溶性的形式存在，其中，不溶性膳食纤维占干基的52.27%，可溶性膳食纤维占干基的9.08%[4]。本试验以柠檬酸溶液为提取剂，以抗氧化性（DPPH 自由基清除率）为主要指标，通过单因素和正交试验优化白萝卜不溶性膳食纤维的提取条件，以期为白萝卜深加工后残渣的利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

白萝卜粉的制备：参考薛山[1]和杨晓宽等[2]的方法，将市售新鲜白萝卜洗净、切片，60 ℃烘箱中烘至恒重，粉碎机中粉碎，过60 目筛，装袋，于干燥器中保存备用。

无水乙醇和柠檬酸（分析纯），均为天津市凯通化学试剂有限公司产品；DPPH（纯度≥98%），上海金穗生物科技有限公司产品。

1.1.2 仪器与设备

Eppendorf 5424 型高速离心机，Eppendorf 中国有限公司；DHG-9140 A 型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；FA 2014 B 型电子天平，上海越平科技仪器有限公司；HH-S2 型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；722 型可见光分光光度计，天津市普瑞斯仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不溶性膳食纤维的提取及指标测定

不溶性膳食纤维的提取参考杨晓宽等[2]的方法，略有改动。白萝卜烘干粉末0.5 g，柠檬酸溶液水浴浸提，5 000 r/min 离心30 min，取沉淀水洗至pH 接近中性，恒温干燥，即为不溶性膳食纤维（粗品），随即测定DPPH·清除率及不溶性膳食纤维得率。

DPPH·清除率的测定：参考王崇队等[3]和徐杨郁青等[18]的方法，略有改动。取 3 只试管，编号为 1、2、3，分别在1、2 号试管中加水2 mL；1 号试管中准确称取10 mg 待测不溶性膳食纤维，加0.2 mmol/L DPPH 溶液2 mL，避光，25 ℃水浴 30 min，离心取上清，测其在570 nm 处的吸光值 Ai；2 号试管中准确称取 10 mg 待测不溶性膳食纤维，加无水乙醇2 mL，相同条件测吸光值Ab；3 号试管加DPPH 和无水乙醇各2 mL，相同条件测吸光值Ac，试验重复2 次，结果取平均值。DPPH·清除率和膳食纤维得率的计算公式分别为：

DPPH·清除率（%）=[1-（Ai-Ab）/Ac]×100

膳食纤维得率（%）=膳食纤维质量/白萝卜粉质量×100

1.2.2 单因素试验设计

通过单因素试验考察液料比（10∶1、20∶1、25∶1、30∶1、35∶1、40∶1（mL/g））、柠檬酸浓度（0.01%、0.1%、1%、3%、5%）、水浴温度（40、50、60、70、80 ℃）和水浴时间（15、30、60、90、120 min）对白萝卜不溶性膳食纤维得率及对DPPH·清除率的影响，其余条件为单因素最优水平。

1.2.3 正交试验设计

在单因素试验结果的基础上，进一步通过L9(34)正交试验对白萝卜不溶性膳食纤维提取的工艺参数进行优化，并对优组合进行验证。

1.2.4 不溶性膳食纤维的理化性质测定

参考杨晓宽等[2]和李琳等[19]的方法并略有改动，具体方法如下。

1.2.4.1 持水力

称取不溶性膳食纤维0.3 g 于10 mL 离心管中，准确称其质量记为M1，再加入8 mL 蒸馏水，室温放置24 h 后，5 000 r/min 离心15 min，小心弃上清液，称重记为M2，持水力计算公式为：

持水力（g/g）=（M2-M1）/0.3

1.2.4.2 膨胀力

称取不溶性膳食纤维0.5 g 于10 mL 量筒中，记录体积V1，再加入8 mL 蒸馏水振荡至粉末充分浸润。室温放置24 h 后，记录体积V2，膨胀力计算公式为：

膨胀力（mL/g）=（V2-V1）/0.5

1.2.4.3 持油力

称取不溶性膳食纤维0.3 g 于10 mL 离心管中，准确称其质量记为M3，再加入8 mL 大豆油，室温放置 24 h 后，5 000 r/min 离心 30 min，弃上清称重，记为M4，持油力计算公式为：

持油力（g/g）=（M4-M3）/0.3

1.2.5 数据处理

试验数据采用Excel 软件进行处理分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 最适液料比的确定

由图1 可见，随着液料比的增加，不溶性膳食纤维的 DPPH·清除率增加，当液料比为 30∶1（mL/g）时，清除率达到最大，为63.67%；继续增加液料比，DPPH·清除率稍有下降。不溶性膳食纤维的得率随液料比的增加而下降，当液料比为 30∶1（mL/g）时，得率为39.16%；之后继续增加液料比，得率基本保持恒定，其变化趋势与酸枣不溶性膳食纤维提取类似，酸枣膳食纤维提取时，不溶性膳食纤维得率也呈现先下降后平稳的规律[20]。根据 DPPH·清除率，选择 30∶1（mL/g）为最佳液料比。

图1 液料比对DPPH·清除率及不溶性膳食纤维得率的影响Fig.1 Effect of liquid-powder ratio on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

2.1.2 最适柠檬酸浓度的确定

图2 柠檬酸浓度对DPPH·清除率及不溶性膳食纤维得率的影响Fig.2 Effect of citric acid concentration on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

由图2 可见，当柠檬酸浓度从0.01%增加到0.1%时，DPPH·清除率达到最大，为62.09%，此时得率为39.75%；继续增加柠檬酸浓度，DPPH·清除率呈现逐渐下降的趋势，得率也逐渐下降，这与红雪茶渣不溶性膳食纤维随酸浓度增加得率逐渐下降的变化趋势相似，红雪茶渣不溶性膳食纤维提取时，得率随酸浓度的增加呈现先增加后减少的趋势，盐酸浓度为0.15 mol/L 时得率最大[21]。本试验中，若采用高浓度酸提取，将会使后续去除残留柠檬酸（水洗至近中性）时的水洗次数增加，导致不溶性膳食纤维少量损失。因此，选择0.1%为最佳柠檬酸浓度。

2.1.3 最适温度的确定

由图3 可见，随着水浴温度的升高，不溶性膳食纤维的DPPH·清除率呈现先上升后下降的趋势。当温度为50 ℃时，DPPH·清除率达到最大，为63.4%，之后，随着温度的升高DPPH·清除率逐渐下降。不溶性膳食纤维的得率在温度为40~50 ℃时相近，50 ℃时，得率为39.51%；之后，得率随温度升高逐渐下降，这与红雪茶渣不溶性膳食纤维得率的变化趋势相似，红雪茶渣不溶性膳食纤维的得率随温度的升高先上升后下降，60 ℃时达到峰值[21]。可能的原因是随温度的升高，不溶性膳食纤维会发生部分溶解，从而影响得率和DPPH·清除率[21]。因此，选择50 ℃为最佳水浴温度。

图3 水浴温度对DPPH·清除率及不溶性膳食纤维得率的影响Fig.3 Effect of water bath temperature on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

2.1.4 最适时间的确定

由图4 可见，水浴时间在15~30 min 时，不溶性膳食纤维的DPPH·清除率和得率变化不大，30 min时，DPPH·清除率达到最高，为67.86%，此时得率为39.60%；随水浴时间的延长，DPPH·清除率持续下降，得率在60 min 后基本不变。白萝卜不溶性膳食纤维得率的变化与凉茶残渣不溶性膳食纤维得率的变化趋势相似，凉茶残渣不溶性膳食纤维得率随时间的延长呈现先缓慢上升后下降的趋势[22]。根据DPPH·清除率，选择30 min 为最佳水浴时间。

2.2 正交试验结果

根据单因素试验结果，选取4 个因素进行L9（34）正交试验，结果见表1。

图4 水浴时间对DPPH·清除率及不溶性膳食纤维得率的影响Fig.4 Effect of water bath time on DPPH·scavenging rate and yield of insoluble dietary fiber

由表1 可见，各因素对DPPH·清除率影响的大小次序依次为：水浴温度＞水浴时间＞液料比＞柠檬酸浓度。DPPH·清除率最高的4 个因素的优水平组合是：A2B2C2D2，即水浴温度 50 ℃，水浴时间 30 min，柠檬酸浓度 0.1%，液料比 30∶1（mL/g）。对优组合进行验证试验，不溶性膳食纤维得率和DPPH·清除率平均值分别为39.72%和65.33%，所得膳食纤维有较强的抗氧化性，证明正交试验结果可靠，所得工艺参数为本试验中提取不溶性膳食纤维的最佳工艺。

表1 L9（34）正交试验设计及结果Table 1 L9（34）design and result of orthogonal test

2.3 理化指标

由表2 白萝卜不溶性膳食纤理化性质测定结果表明：白萝卜不溶性膳食纤维持水力为6.48 g/g，膨胀力为4.4 mL/g，持油力为2.12 g/g。其中，持水力和膨胀力两指标值较西方国家常用的标准麸皮膳食纤维的对应指标（持水力4 g/g，膨胀力4 mL/g）高[23-24]。

表2 不溶性膳食纤维理化性质测定结果Table 2 Determination of physicochemical properties of insoluble dietary fiber

3 结论

上述试验结果表明：在液料比30∶1(mL/g)时，以0.1%的柠檬酸溶液为提取剂，50 ℃水浴30 min，不溶性膳食纤维的DPPH·清除率最高，为65.33%。该条件下，白萝卜不溶性膳食纤维的得率39.72%，持水力6.48 g/g，膨胀力4.4 mL/g，持油力2.12 g/g。持水力和膨胀力优于一些文献中报道的其他不溶性膳食纤维，如大豆皮[9]、红雪茶渣[10]、薇菜[11]等。持油力指标也较地瓜渣不溶性膳食纤维[12]、马铃薯渣水不溶性膳食纤维[13]等性质优良。利用酸法提取抗氧化性白萝卜不溶性膳食纤维是一种简单且效果较好的方法，有一定的应用前景。