碱法提取夏枯草膳食纤维的工艺优化及其性能测定

郭艳峰 淮亚红

摘 要 以夏枯草残渣为原料，研究碱液浸提法制备不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的工艺流程，并对膳食纤维的性能进行测定。考察料液比、碱液质量浓度、提取温度及时间对提取率的影响。正交试验优化出的最优工艺条件为：料液比1∶20、碱液质量浓度15 mg/mL、水解时间2.5 h、提取温度40℃。在此条件下，不溶性膳食纤维的提取率为60%，可溶性膳食纤维的提取率为13.55%。性能测定结果显示：不溶性膳食纤维的持水力为7.27 g/g，膨胀力为17.33 mL/g；在胃环境（pH 2）和肠道环境（pH 7）中，可溶性膳食纤维对胆酸钠的吸附率分别为13.26和86.38 mg/g。该法对夏枯草膳食纤维的提取率高，产品色泽好，性能好，可广泛用于功能食品的开发。

关键词 夏枯草 ；不溶性膳食纤维 ；可溶性膳食纤维 ；性能

分类号 TS201.23 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.03.015

Abstract The extraction of insoluble dietary fiber （IDF） and soluble dietary fiber （SDF） from Prunella vulgaris residue by NaOH， the paper investigated the effects of the ratio of liquid to solid， alkali concentration， its extraction time and temperature on the insoluble dietary fiber yield and soluble dietary fiber yield were studied. The optimal extraction technology was obtained by orthogonal methodology as follows： the ratio of material to solution was 1∶20， alkali concentration was 15 mg/mL， extraction time was 2.5 h， extraction temperature was 40℃. Water-holding capacity and swelling ratio of insoluble dietary fiber were 7.27 g/g and 17.33 mL/g respectively. The adsorption capacity of soluble dietary fiber for bile acid was 86.38 mg/g in the small intestine （pH 7） and 13.26 mg/g in the stomach （pH 2）.

Keywords Prunella vulgaris ； insoluble dietary fiber （IDF） ； soluble dietary fiber （SDF） ； functional testing

膳食纤维是不被胃与小肠消化吸收的非淀粉多糖及木质素的一类高分子碳水化合物的总称，对人体有积极的调节作用，被称为“第七类营养素”[1-2]。膳食纤维可分为不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）。不溶性膳食纤维具持水作用和吸胀作用，摄入后可增加机体饱腹感和消化残渣的湿润度，可用于治疗肥胖、缓解便秘及相关功能食品的开发[2]。可溶性膳食纤维能吸附重金属、胆汁酸、胆固醇，对治疗多种富贵病有重要作用[3-6]。

夏枯草（Prunella vulgaris L.）又名夏枯花，属唇形科（Labiatae）夏枯草属（Prunella）植物，于未枯前采带花的果穗入药，味辛苦性寒，入肝胆经，具有清肝火散郁结之功，集补泻消散于一体[7-8]。2010年3月5日卫生部批准夏枯草作为凉茶饮料原料使用[9]。夏枯草渣是夏枯草的活性成分经提取后剩余的废弃物，含有丰富的膳食纤维。本研究拟用碱化学处理法从夏枯草残渣中对可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维进行提取，并对膳食纤维的性能进行检测，以期对夏枯草渣中膳食纤维的提取、膳食纤维功能性食品的开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 材料与试剂

试材为夏枯草渣，在广东省中山市不二碗凉茶店收集夏枯草渣，烘干粉碎经40目筛而制成。氢氧化钠、无水乙醇、盐酸、醋酸、邻苯二甲醛、硫酸、糠醛、均为国产分析纯。胆酸钠为生化试剂。

1.1.2 仪器与设备

BSA224S电子天平（赛多利斯科学仪器（北京）有限公司）、HH-6数显恒温水浴锅（常州奥华仪器有限公司）、电炉、TGL-16G高速离心机（上海安亭科学仪器厂）、SHz-mB循环水式真空泵（临海市谭氏真空设备有限公司）、101-1A电热鼓风恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）、PHS-3C型精密酸度计（上海盛磁仪器有限公司）、78-179-1磁力加热搅拌器电炉（金华市科析仪器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 膳食纤维的制备

取0.5 g夏枯草残渣，水洗2～3次后挤干水分，样品用水浸泡30 min，然后用40℃温水洗涤（除去可溶性糖分）；加入一定体积（料液比：1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35）的NaOH溶液（质量浓度5、10、15、20、25 mg/mL），在一定温度下（40、50、60、70、80℃）水解一段时间（1、1.5、2、2.5、3 h）。然后进行固液分离，滤渣水洗至中性，干燥，得水不溶性膳食纤维。分离的液体用醋酸中和（醋酸调pH），减压浓缩至粘稠状液体，冷却至室温。按照V（样品）∶V（乙醇）=1∶4 的比例加入95%的乙醇溶液，充分静止后，离心分离，得到固体的可溶性膳食纤维。

1.2.2 膳食纤维性能的测定

参照雷登凤等[10-15]对不溶性膳食纤维性能测定方法对夏枯草的不溶性膳食纤维进行性能测定：准确称取0.500 0 g过40目筛的膳食纤维，在25℃ 下用蒸馏水饱和2 h，滤纸上沥干到不滴水，将结合了水的膳食纤维移至洁净表面皿上称重，换算成每克纤维的持水力。不溶性膳食纤维吸胀作用的测定：0.100 0 g膳食纤维放到10 mL的量筒中，读取干品体积（mL），然后用蒸馏水浸泡，室温下放置24 h后，读取不溶性膳食纤维在量筒中自由膨胀的体积（mL），换算成每克膳食纤维的膨胀力。

可溶性膳食纤维胆酸钠吸附能力的测定，参照王磊等[3]测定椪柑可溶性残渣吸附胆酸钠的方法，借助紫外-可见分光光度计测定胆酸钠620 nm处的吸光度来测定夏枯草可溶性膳食纤维对胆汁酸的吸附能力。

2 结果与分析

2.1 膳食纤维的提取

2.1.1 浸提温度对膳食纤维提取率的影响

采用料液比1∶15、5 mg/mL NaOH溶液作为浸提溶液，于40～80℃条件下浸提1 h，实验结果如表1所示。随着温度的上升，夏枯草可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率均呈现先升高后下降的趋势。二者均在50℃时提取率最高，故选取40、50、60℃为正交试验的3个水平（表1）。

2.1.2 碱液质量浓度对膳食纤维提取率的影响

采用不同质量浓度的NaOH溶液，按料液比1∶15，50℃下浸提1 h，实验结果如表2。随碱液浓度增加，膳食纤维提取率先增加后减少。不溶性膳食纤维提取率最高的碱液浓度为10 mg/mL，可溶性膳食纤维提取率最高的碱液浓度为20 mg/mL。综合考虑二者的提取率，选取10、15、20 mg/mL为正交试验的3个水平（表2）。

2.1.3 料液比对膳食纤维提取率的影响

采用不同的料液比于碱液浓度15 mg/mL、50℃下浸提1 h，实验结果如表3。随着料液比的增加，夏枯草可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率均呈现先升高后下降的趋势。水溶性与不溶性膳食纤维均在料液比为1∶20时提取率最大，故选取1∶15、1∶20、1∶25作为优化实验的3个水平（表3）。

2.1.4 水解时间对膳食纤维提取率的影响

采用不同的水解时间，于料液比1∶20、15 mg/mL、50℃下浸提，实验结果如表4。随着提取时间的增加，夏枯草可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维的提取率均呈现先升高后下降的趋势。不溶性膳食纤维提取率最高的水解时间为1.5 h，可溶性膳食纤维提取率最高时的水解时间为2.0 h。综合二者的提取率，选取1.5、2.0、2.5 h作为正交试验优化的3个水平（表4）。

2.2 正交试验结果

单因素试验结果表明，料液比、浓度、时间、温度是影响水不溶性膳食纤维提取率的主要因素。因此采用L9（34）正交表进行参数优化试验，因素水平设定如下：料液比（1∶15、1∶20、1∶25）、碱液质量浓度（10、15、20 mg/mL）、水解时间（1.5、2.0、2.5 h）、温度（40、50、60℃）。试验结果如表5。

从表5可以看出，对夏枯草膳食纤维提取率影响最大的因素是水解时间，其次是料液比和温度，碱液浓度对提取率的影响最小，即D>B>C>A。综合可溶性膳食纤维的提取率和不溶性膳食纤维的提取率，夏枯草膳食纤维提取的最佳提取条件为：料液比1∶20、碱液浓度15 mg/mL、水解时间2.5 h、提取温度40℃，即A2B2C3D1。在此条件下，不溶性膳食纤维的提取率为60%，可溶性膳食纤维的提取率为13.55%。

2.3 不溶性膳食纤维性能检测

对夏枯草的不溶性膳食纤维持水力及膨胀力检测结果显示，持水力为7.27 g/g，膨胀力为17.33 mL/g。

2.4 可溶性膳食纤维吸附能力检测

2.4.1 胆汁酸的工作曲线

以吸光度值为纵坐标，以胆酸钠浓度为横坐标，绘制标准曲线（图1）。标准曲线的线性回归方程为y=5.58x+0.02，R2=0.994。

2.4.2 可溶性膳食纤维对胆酸钠的吸附能力

分别取膳食纤维于不同pH下检测，所有试验数据均为3次平均值，结果如图2。在pH 2的情况下，不溶性膳食纤维对胆酸钠的吸附量为13.26 mg/g；在pH7的情况下，不溶性膳食纤维对胆酸钠的吸附量为86.38 mg/g。对人体而言，一般胃酸的pH约为2，小肠内pH约为7。本实验结果表明，夏枯草不溶性膳食纤维在小肠环境中对胆酸钠的吸附率高，对人体胆酸钠的排出有促进效果。

3 讨论与结论

鉴于可溶性膳食纤维对人体健康，特别是减低现代文明病的改善效果显著，本研究中对提取条件的优化主要以可溶性膳食纤维的提取率为主。本实验方法提取夏枯草不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维的最优条件为：料液比1∶20、碱液浓度15 mg/mL、水解时间2.5 h、提取温度40℃。在此条件下，不溶性膳食纤维的提取率为60%，可溶性膳食纤维的提取率为13.55%。提取得到的夏枯草不溶性膳食纤维的持水力为7.27 g/g，膨胀力为17.33 mL/g。产品无涩味，色泽良好，可广泛用于焙烤食品中。可溶性膳食纤维对胆酸钠的吸附率在pH为7的条件下显著高于pH为2时的吸附率，表明膳食纤维在小肠内对胆汁酸的效果佳。

从夏枯草残渣中提取膳食纤维，可增加其综合利用途径，提高夏枯草的利益价值，促进规模化种植，提高种植业与加工业的社会、经济和生态效益，促进地方农业和农村经济的发展。

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