红花籽粕可溶性膳食纤维的提取及其生理活性研究

苏远 肖林霞

摘要：随着社会发展，对膳食纤维的研究逐渐深入，膳食纤维的生理活性和作用机理都成为国内外研究的热点。在很多调味品中已经证实膳食纤维具有多种生理活性功能，在预防人类糖尿病、心脏病和高血压等方面均有良好的功效，这和膳食纤维本身具有的功效密不可分。红花籽粕是由红花籽榨油之后产生的大量废弃物，之前常被用于动物饲料，利用率低。该研究基于此，利用单因素试验和响应面法对红花籽粕中膳食纤维提取工艺进行优化。结果表明，红花籽粕中膳食纤维最佳的提取工艺为料液比例1∶23.1（g/mL）、酶添加量2.2%、提取时间2.1 h、微波功率301 W，在该条件下，红花籽粕膳食纤维提取率为20.11%。

关键词：单因素试验；正交试验；响应面法；膳食纤维

中图分类号：TS201.2      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）04-0085-05

Abstract： With the development of society， the research on dietary fiber has been gradually deepened， and the physiological activity and action mechanism of dietary fiber have become research hotspots at home and abroad. It has been confirmed that dietary fiber has a variety of physiological activity functions in many condiments， and has good effects in preventing human diabetes， heart disease and hypertension， which is inseparable from the efficacy of dietary fiber itself. Safflower seed meal is a large amount of waste produced after oil extraction from safflower seeds. It has been used as animal feed before， and its utilization rate is low. Based on this， the extraction process of dietary fiber from safflower seed meal is optimized by single factor test and response surface method. The results show that the optimal extraction process of dietary fiber from safflower seed meal is solid-liquid ratio of 1∶23.1 （g/mL）， enzyme addition amount of 2.2%， extraction time of 2.1 h and microwave power of 301 W. Under such conditions， the extraction yield of dietary fiber from safflower seed meal is 20.11%.

Key words： single factor test; orthogonal test; response surface methodology; dietary fiber

红花籽中富含脂肪酸和亚油酸[1-2]，这些物质是人体必需的脂肪酸，具有美容和保健等生物功效[3]。红花籽油也具有降血脂、降胆固醇和软化血管等多种生物功效。

红花籽粕是红花籽经过榨油之后的一种副产物[4]，颜色为淡褐色至暗褐色，具有丰富的化学成分[5]，主要包括红花籽蛋白[6]、5-羟色胺、膳食纤维和黄酮类化合物，目前红花籽粕主要添加于动物饲料中，大部分红花籽粕被丢弃，没有得到很好的开发利用[7-8]，造成资源浪费的同时也污染了环境[9]。相关研究表明，红花籽粕可以提取红花籽粕油作为食品添加剂，用于制作酥饼，不仅可以使酥饼更加酥软，而且能增加酥饼中的营养物质[10]。

膳食纤维是一种混合物质，其分子结构复杂，主要成分为纤维素、半纤维素、木质素和树胶等，这些成分不能够被人体吸收，且被称为“第七营养物质”[11]。膳食纤维又被分为可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维，不溶性膳食纤维可以通过增加肠道蠕动，从而达到预防人体肥胖的效果[12]；可溶性膳食纤维主要包括果胶、低聚乳糖和低聚果糖等糖类物质，这些物质具有降血糖、降胆固醇、降血压和预防人类心脏病等多种生物活性功效[13]。

随着人们生活饮食结构的改变，人体糖尿病和心血管疾病均易发生，所以预防人类疾病的功能性食物越来越受到人们的关注和喜爱[14]。本研究基于此，采用单因素试验和响应面法对红花籽粕中膳食纤维提取工艺进行优化，旨在为开发红花籽粕的功能和价值研究提供更多理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

红花籽粕、纤维素酶、乙醇、氢氧化钠、氯化钠、水杨酸、过氧化氢、甘油三酯、高密度脂蛋白、酵母、食用盐、白糖和黄油。

1.2 试验器材

离心机、干燥箱、微波炉、冰箱、电子天平、质构仪。

1.3 试验方法

1.3.1 红花籽粕中膳食纤维的制作

将红花籽粕烘干，直到质量不发生改变，烘干后的红花籽粕使用粉碎机磨碎，之后过60目筛，干燥2 h，将粉末装入自封袋中，取一定量的红花籽粕粉，以石油作为萃取剂，对红花籽粕粉进行脱脂处理，干燥后稱取重量。取干燥后的红花籽粕粉末，加入溶剂制作成一定浓度的混合液，放入微波振荡仪中反应一段时间，调节pH为6，加入一定量的纤维素酶反应一段时间，过滤，浓缩，在5 000 r/min的条件下离心10 min，于60 ℃的条件下干燥，获得红花籽粕膳食纤维。

1.3.2 单因素试验

取2 g红花籽粕膳食纤维，研究料液比例（g/mL）1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35；酶添加量0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%；提取时间0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 h和微波功率100，200，300，400，500，600 W对红花籽粕膳食纤维提取率的影响。

1.3.3 响应面优化试验设计

在单因素试验的基础上，进一步对料液比例、酶添加量、提取时间和微波功率4个变量因子对膳食纤维提取率的影响进行研究，以膳食纤维的提取率作为响应值进行四因素三水平的响应面分析，响应面优化试验因素及水平表见表1。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比例对红花籽粕膳食纤维提取率的影响

由图1可知，随着料液比例的不断增加，红花籽粕膳食纤维提取率呈现先升高后降低的趋势，当料液比例为1∶25时，红花籽粕膳食纤维提取率最高，为14.23%。当料液比例小于1∶25时，红花籽粕中膳食纤维提取率随着料液比例的增加而增大。当料液比例大于1∶25时，红花籽粕中膳食纤维提取率随着料液比例的增加而逐渐减小。當红花籽粕浓度太大时，不能充分地溶解于水中，酶不能与红花籽粕充分地混合，导致红花籽粕中的膳食纤维不能够充分地溶解出来。当红花籽粕逐渐被稀释时，反应体系中的酶也逐渐被稀释，从而降低了红花籽粕中膳食纤维的溶出[15]。所以，选用1∶25作为最佳料液比例。

2.1.2 酶添加量对红花籽粕膳食纤维提取率的影响

由图2可知，酶的添加量不同，也会造成红花籽粕中膳食纤维提取率的差异。当酶的添加量为0.5%时，红花籽粕膳食纤维的提取率最低，为11.8%，随着酶添加量逐渐增加，红花籽粕膳食纤维提取率也逐渐增大至14.2%，之后随着酶添加量持续增加，膳食纤维的提取率开始下降，但是下降速度较缓。这是由于当酶的添加量较少时，红花籽粕不能充分地与酶结合，导致红花籽粕中的膳食纤维提取率较低，随着酶添加量逐渐增加，红花籽粕开始充分地与酶结合，膳食纤维提取率逐渐增加。当酶的添加量大于2%时，随着酶添加量的增加，红花籽粕中的膳食纤维提取率开始降低，这是由于红花籽粕充分地与酶结合，使得红花籽粕达到饱和状态，部分膳食纤维发生水解，从而导致红花籽粕中的膳食纤维提取率降低[16]。

2.1.3 提取时间对红花籽粕膳食纤维提取率的影响

由图3可知，提取时间不同，红花籽粕膳食纤维提取率也会存在一定的差异。随着提取时间的增长，红花籽粕中的膳食纤维提取率呈现先升高后降低的趋势，当提取时间为2 h时，红花籽粕中的膳食纤维提取率最高，为14.5%。当提取时间为0.5～2 h时，红花籽粕中的膳食纤维提取率随着提取时间的增加而增加。随着提取时间的增加，红花籽粕中的膳食纤维提取率逐渐降低。这是由于酶解时间过短，红花籽粕中的膳食纤维不能得到有效提取，导致反应机率降低[17]。若不断增加红花籽粕的反应时间，则又会产生较多杂质，从而抑制膳食纤维产生，造成膳食纤维提取率降低。

2.1.4 微波功率对红花籽粕膳食纤维提取率的影响

由图4可知，微波功率对红花籽粕中的膳食纤维提取率存在一定程度的影响，当微波功率小于400 W时，红花籽粕中膳食纤维提取率随着微波功率的增加而逐渐增加。当微波功率大于400 W时，红花籽粕中的膳食纤维提取率随着微波功率的增加而逐渐减小。这是由于随着微波功率的增加，反应体系中的分子运动速度快，从而产生较多膳食纤维[18]。随着微波功率的持续增加，反应体系的温度也快速增加，导致酶活性受到影响，从而影响了红花籽粕中膳食纤维的提取率[19]。

2.2 响应面优化结果分析

2.2.1 响应面优化及试验设计

根据单因素试验结果，以料液比例、酶添加量、提取时间和微波功率4个影响因子为变量因子，红花籽粕膳食纤维提取率作为响应值。响应面试验设计及结果见表2。

由表2可知，对4个影响因素进行响应面分析，红花籽粕中膳食纤维提取率为10.33%～21.23%，4个影响因素均会对红花籽粕中膳食纤维提取率产生影响。

根据分析软件Design-Expert 12对表2中的数据进行拟合，获得回归方程：Y=20.12－0.41A+1.03B+0.21C+0.031D－1.53AB+1.74AC－2.01AD－0.06BC+1.41BD+0.11CD－4.42A2－3.41B2－3.81C2－2.95D2。由F值可知，4个影响因素对红花籽粕中膳食纤维提取率影响的顺序为B>A>C>D，即酶添加量>料液比例>提取时间>微波功率。

2.2.2 响应面及等高线分析

4个影响因素对红花籽粕膳食纤维提取率的影响的响应面及等高线见图5。研究结果表明，料液比例、酶添加量、提取时间和微波功率对红花籽粕中膳食纤维的提取率均会产生一定程度的影响。

经过Design-Expert 12分析，获得红花籽粕膳食纤维提取的最佳工艺为料液比例1∶23.1（g/mL）、酶添加量2.2%、提取时间2.1 h、微波功率301 W，在该条件下，红花籽粕膳食纤维提取率为20.11%。

2.3 红花籽粕和其膳食纤维对胆固醇吸附能力测定

膳食纤维的表面具有活性基团，对机体的胆固醇具有吸附功效，减少机体内的胆固醇含量，降低胆固醇在机体内的作用，从而预防人类心脑血管、动脉硬化等多种疾病。试验过程中设计pH值为2和7，分别模拟了人体胃液和小肠中的环境。对比红花籽粕和红花籽粕膳食纤维对胆固醇吸附能力的影响，见图6。

由图6可知，无论在pH 2还是pH 7的环境中，红花籽粕中的膳食纤维对胆固醇的清除能力均高于红花籽粕。红花籽粕在pH 2和pH 7的条件下，胆固醇吸附量分别为2.12 mg/g和4.31 mg/g；红花籽粕膳食纤维在pH 2和pH 7的条件下，胆固醇吸附量分别为6.15 mg/g和8.25 mg/g。两种样品的胆固醇吸附率在pH 7下均高于pH 2下。这是由于大量的氢离子存在，导致红花籽粕样品和胆固醇都带有正电荷，从而相互排斥，降低了两种物质对胆固醇的吸附能力[20]。

3 小结

通过对红花籽粕中膳食纤维提取工艺进行优化，以膳食纤维提取率作为指标，对影响红花籽粕膳食纤维的料液比例、酶添加量、提取时间和微波功率进行单因素影响试验，研究结果表明，在不同的条件下，红花籽粕中的膳食纤维提取率不同。通过响应面法对单因素试验结果进行分析，最终确定红花籽粕中膳食纤维最佳提取工艺为料液比例1∶23.1（g/mL）、酶添加量2.2%、提取时间2.1 h、微波功率301 W，在该条件下，红花籽粕膳食纤维提取率为20.11%。最后比较红花籽粕和其膳食纤维对胆固醇的吸附效果，红花籽粕膳食纤维的吸附率远高于红花籽粕。

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