药食两用栀子果膳食纤维的制备及其在面制品中的应用

◎ 吴欣怡，沈松杰，摇心宇

（浙江农林大学，浙江 杭州 311300）

栀子（Gardenia jasminoidesEllis）又名山栀子、黄栀子，在中国的主要品种为山栀子[1]。栀子果是栀子的成熟果实，作为一种传统中药，其性寒、无毒、味苦，具有止血、护肝、凉血解毒等作用，在中医临床中用于热病心烦、高血压、糖尿病等症的治疗[2]，2002年卫生部将其纳入首批的药食两用资源之一。

近年来，由于人民膳食结构发生变化，开始出现一些“富贵病”，Gassull等[3]也提出“膳食纤维学说”，发现“富贵病”与膳食纤维摄入量不足紧密相关。研究表明，膳食纤维具有较好的肥胖症、糖尿病、高脂血症等疾病的预防功能，因而，膳食纤维被称为“第七大营养素”[4-5]。栀子果壳中含有丰富的膳食纤维，是潜在的膳食纤维资源，而且栀子果有较高的药用价值，因此积极开展栀子果膳食纤维的应用研究，对提高人民健康水平十分必要。

膳食纤维的制备方法中，目前使用较为广泛的主要是酸碱法和酶法。酸碱法具有效率高、成本低、工艺简单的优点，酶法具有提取条件温和、膳食纤维纯度较高等优点[6]。本研究将两种方法进行比较，选出膳食纤维得率较高的方法。通过化学法正交试验，获得较高膳食纤维得率的工艺方法，旨在为栀子果的综合利用和膳食纤维的工业化生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与材料

DFT-100中药粉碎机（温岭市林大机械有限公司）、鼓风干燥箱和真空干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）、AE240电子分析天平（梅特勒-托多利有限公司）、离心机（德国贝克曼库尔特公司）、pH计（德国赛多利斯公司）。

盐酸、氢氧化钠、无水乙醇，均为市售分析纯；纤维素酶（酶活力≥100 U·mg-1）；栀子果、面粉，均为市售。

1.2 试验方法

1.2.1 栀子果预处理

栀子果脱壳，果实和壳分离，壳清洗干燥至恒重后用中药粉碎机粉碎，过80目筛，放置待用。

1.2.2 膳食纤维制备工艺流程

膳食纤维制备工艺流程如下：

1.2.3 膳食纤维制备

1.2.3.1 化学分离法

采用酸碱水解相结合的方法对原材料进行处理。将已烘干的栀子果壳粉用清水清洗，除掉水溶性物质。接着将配制好的不同pH溶液按一定固液比加入到处理好的样品中，恒温水浴中并不断搅拌，使之充分水解，然后回调至中性，8 000 r·min-1离心15 min，弃上清液，将沉淀置于80 ℃的烘箱烘至衡重，即为栀子果膳食纤维。

1.2.3.2 酶法

准确称取适量栀子壳粉末，设置不同的pH、料液比加蒸馏水，再加入适量的纤维素酶，40 ℃搅拌，设定适宜地加热时间，使之充分酶解。离心取上清液，按1∶4加入无水乙醇，醇沉后，50 ℃真空干燥，得到可溶性膳食纤维，滤饼干燥，粉碎得到不溶性膳食纤维。

1.3 检测方法

①膳食纤维测定，采用GB/T 5009.10-2003方法。②膳食纤维得率（Y）的计算。Y(%)=m/m0×100，式中，m0为栀子果壳粉质量（g），m为膳食纤维质量（g）。

2 结果与分析

2.1 酶法制备栀子果膳食纤维单因素实验

2.1.1 料液比的确定

将4份样品，按照料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30分别加入蒸馏水，调pH为5，加入2%的纤维素酶，考察料液比对栀子果膳食纤维得率的影响，结果如图1所示。膳食纤维得率随料液比的增加，先上升后下降，在1∶20时，膳食纤维得率有最大值7.30%。

图1 料液比对膳食纤维得率的影响图

2.1.2 最适温度的确定

设定料液比1∶20，pH 5，2%的纤维素酶，设置40、50、60 ℃共3个温度梯度，考察温度对栀子果膳食纤维得率的影响，结果如图2所示。由图2可知，随温度升高，膳食纤维得率逐渐下降，在40 ℃有最高值，60℃达到最低，这可能是因为温度过高，对纤维素酶活力造成破坏，因此，40 ℃为下一步实验中制备膳食纤维的最适温度。

图2 温度对膳食纤维得率的影响图

2.1.3 最适pH值的确定

设定料液比1∶20，pH 5，2%的纤维素酶，温度40 ℃，设定4.2、4.6、5.2三个pH浓度，pH对膳食纤维得率的影响如图3所示。由图3可知，随着pH浓度的不断增大，膳食纤维得率呈现先上升后下降的趋势，在pH=4.6处有最大值，9.97%。这可能是由于pH超过一定范围后，对纤维素酶的活力产生影响，因此膳食纤维得率反而下降。综合考虑，选取4.6为酶法制备膳食纤维的最适pH。

图3 pH对膳食纤维得率的影响图

2.1.4 最适加热时间的确定

设定料液比1∶20，纤维素酶添加量为2%，pH为4.6，水浴温度40 ℃，平行设置30、60、90、120 min和150 min的加热时间，观察不同加热时间对膳食纤维得率的影响，结果如图4所示。由图4可知，不同加热时间对栀子果壳膳食纤维得率作用不同，在150 min时有最高值，为10.02%。120 ℃降到最低，可能是由于提取时间长，造成了纤维素和半纤维素轻度水解，而150 ℃达到最高，可能因为随着加热时间的延长，纤维素酶充分发挥作用，从而提高了膳食纤维得率。时间过短，可能由于酶解不充分，导致膳食纤维得率低。

图4 加热时间对膳食纤维得率的影响图

2.1.5 纤维素酶用量的确定

设定料液比1∶20，pH为4.6，水浴温度40 ℃，分别加入2%、4%、6%和8%的纤维素酶，其他因素不变，比较不同纤维素酶添加量对栀子果膳食纤维得率的影响，结果见图5。由图5所示，当纤维素酶为4%时，膳食纤维得率最高。当纤维素酶的添加量大于4%时，膳食纤维得率呈下降趋势，说明过量添加纤维素酶对膳食纤维的获得有副作用。所以选择4%为纤维素酶的最终添加量。

图5 纤维素酶添加量对膳食纤维得率的影响图

2.2 化学法制备栀子果膳食纤维单因素试验

2.2.1 最适加热时间的确定

选定料液比为1∶20，pH为6，温度60 ℃，平行设置60、120、180、240 min加热时间，观察加热时间对膳食纤维得率的作用，结果如图6所示。由图6可知，加热时间太短，可能由于分解不充分，导致膳食纤维得率低，随着加热时间增加，在180 min时达到最高，7.07%。

2.2.2 料液比的确定

设定pH为6，加热时间180 min，温度60 ℃，按照料液比1∶15、1∶20、1∶25、1∶30分别加入蒸馏水，考察料液比对栀子果膳食纤维得率的影响，结果如图7所示。从图7可以看出，随着料液比的增加，膳食纤维得率先上升后下降，在1∶20时，膳食纤维得率有最大值7.28%。

图6 加热时间对膳食纤维得率的影响图

图7 料液比对膳食纤维得率的影响图

2.2.3 最适温度的确定

选定料液比为1∶20，pH为6，加热时间180 min，温度设置60、70、80、90 ℃，由图8可知，温度70 ℃时膳食纤维得率有最大值7.28%，而随着温度的不断提高，膳食纤维得率不断下降。因此选取60、70、80 ℃为化学法制备膳食纤维正交试验温度的3个水平。

2.2.4 最适pH值的确定

选定料液比为1∶20，加热时间180 min，温度70 ℃，设定2、4、6、8、10、12六个pH值，pH对膳食纤维得率的影响如图9所示。由图9可知，膳食纤维得率在6处有最大值10.91%，而随着pH浓度的不断增大，膳食纤维得率不断下降，这可能是由于pH过高后，碱性环境使得膳食纤维中的半纤维素被降解掉，从而导致膳食纤维得率下降。因此选取pH 5、6、7为化学法制备膳食纤维正交试验的3个因素水平。

图8 温度对膳食纤维得率的影响图

图9 pH对膳食纤维得率的影响图

2.3 化学法制备栀子果膳食纤维正交试验优化

以pH值（A）、温度（B）、加热时间（C）、料液比（D）为4个考察因素，按照L9（34）进行正交实验优化设计，试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验优化水平表

由表2可以看出，在影响栀子果膳食纤维得率的因素中，A（pH）＞B（温度）＞D（料液比）＞C（加热时间），最佳的制备栀子果膳食纤维的工艺为A2B3C1D2，即pH 6，温度80 ℃，加热时间150 min，料液比1∶20，在最佳膳食纤维制备工艺条件下膳食纤维得率为13.91%。

表2 化学法制备栀子果膳食纤维正交试验结果表

由表3可知，在pH、温度、固液比、加热时间中，pH、温度、料液比对膳食纤维得率影响显著，其中温度影响为极显著，而加热时间对其影响不显著。

表3 栀子果膳食纤维制备正交试验方差分析表

以pH 6，温度80 ℃，加热时间150 min，料液比1∶20的工艺条件进行3次重复试验，所得的膳食纤维得率平均值与正交试验所得最高值相差不大，因此该工艺条件结果可靠。

3 栀子果壳膳食纤维对面粉品质的改良研究

随着面粉精加工技术的不断改进，营养成分大量流失、粮食资源浪费是随之带来的极大问题。为了减少粮食加工所带来的营养损耗，满足人对绿色食品的追求，在食物中添加膳食纤维成为一种有效的方法，而面制品作为餐桌上的主食之一，是补充膳食纤维的重要载体。KAUR等[7]在意大利面中添加膳食纤维，在能满足人们对面点感官品质的情况下，确定膳食纤维最大添加量为15%。GÓMEZ等[8]将膳食纤维添加到面粉中，通过挤压改性后能够有效提升面包的口感与质量。面食种类繁多，有较大的研究空间，将栀子果膳食纤维添加到面制品中，不但可以提高国民健康水平，还能推动栀子果壳膳食纤维类食品的发展。

4 讨论

目前，膳食纤维被广泛应用于食品中。随着人们对健康问题的不断关注，食品中添加膳食纤维越来越得到人们的青睐。目前，膳食纤维应用广泛，馒头、酸奶、肉制品、挂面、膨化产品、糖果等[9]均能添加膳食纤维。随着我国人口老龄化的不断加剧，随着心血管病、糖尿病等老年性疾病的不断增加，其预防迫在眉睫，但我国关于栀子果壳膳食纤维的研发与国外还存在相当大的差距，因此膳食纤维的开发和应用具有重要的现实意义和广阔的市场前景[10]。

栀子果壳膳食纤维是一种优质的膳食纤维，具有良好的药用价值，可作为食品添加剂，用于蛋糕、面食、等食品中，既能改善面食的品质与口感，又能增加其韧性[11]。栀子果膳食纤维因其独特的优势，今后必将成为健康食品的研究热点。

本研究通过比较酶法和化学法制备栀子果膳食纤维可以看出，酶法的膳食纤维得率略优于化学法。通过化学法正交优化实验，确定了制备栀子果膳食纤维的工艺参数，pH 6，温度80 ℃，加热时间150 min，固液比1∶20，在最佳膳食纤维制备工艺条件下膳食纤维得率为13.91%。