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1、牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定I科研成果论文牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定化学部：张伟摘要： 牛蒡中含有极其丰富的养分成分, 本试验对牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定进行了大量争论,试验用牛蒡作为原料,以“溶剂法”为基础,提取膳食纤维,改进提取工艺,测定牛蒡中膳食纤维的总含量,为牛蒡膳食纤维功能食品的开发供应了可参考的理论数据；正交试验结果说明,提取新奇牛蒡中水溶性膳食纤维的正确条件为： 加热温度 80 ,时间 2h ,pH=5 ,V原料： V（水）为 1：20 ,产率 2.37% ,成品颜色为黄色；提取水不溶性膳食纤维的正确条件为：温度 90 , pH= 7 ,时间 3h ,V原料：V（水）为
2、 1：20 , 产率 9.14% ,成品颜色为黄褐色； 水不溶性膳食纤维浸碱液中含有大量的半纤维素,为了精确测定牛蒡中膳食纤维的总含量,本试验对其进行了提取,正确条件为：温度 80 , pH= 5 ,时间 2h , V原料：V（水）为 1 ：20 , 产率 1.56% ,成品颜色为黄褐色；综合最终测定结果,牛蒡中膳食纤维的总含量为 13.07% ；关键词：牛蒡；膳食纤维；提取工艺；含量测定牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定II牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定1 前言牛蒡,菊科,二年生草本耐盐植物,又名黑萝卜、蒡翁菜、白肌人参等；肉质肥大,根作蔬菜食用, 它的干燥成熟果实称牛蒡子, 为常用中药；牛蒡主
3、产山东、 江苏、河南等省,生物量可达75t/km2,多用作蔬菜对日本出口,日本人称之为东洋参1 ；牛蒡中含有极丰富的膳食纤维、 胡萝卜素、钙及菊糖等养分成分, 因而具有降低血糖、降压、排除便秘、预防直肠癌和增强免疫功能等作用2 ；膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸取,而在大肠能部分或全部发酵的可食用的 植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和 3 ；膳食纤维具有较强的吸水功能和预防肠道疾病的作用,大大削减肠道癌和痤疮的发病几率 4 ；试验证明,膳食纤维能显著抑制总胆固醇浓度、 降低胆酸及其盐类的合成与吸取, 从而阻碍中性脂肪和胆固醇的再吸取, 限制了胆酸的肝肠循环, 加快了脂肪物的排泄, 可直接
4、遏制冠状动脉硬化、胆结石、高血脂症、高血压,对预防心脑血管疾病有重要作用 5 ；西方发达国家早在七十岁月就着手对膳食纤维的争论与开发,并形成了肯定的产业规模；20 世纪 90 岁月初期, 全美以及整个欧共体掀起了一股研制和开发膳食纤维食品的热潮,在年销售 60 亿美元的便利谷物食品中, 约 20% 是富含膳食纤维的食品；欧美及日本盛行强化膳食纤维功能食品, 日本八十岁月后期利用可溶性膳食纤维制成的饮料,包括酸饮料、果汁等 6 ；富含膳食纤维的品种达 30 多种,实际应用于生产的已有 10 余种7 ；目前,膳食纤维的测定方法、养分和保健功能及功能产品的开发仍旧是国际上关注的热点领域,而且这种关注
5、随着现代社会“富贵病”、“文明病”的流行不断得到加强 8 ；过去的 25 年中建立了很多膳食纤维的分析方法,这些方法的主要目的是模拟消3化过程, 用酶除去食物中的可溶性部分, 即获得不被消化部分； 这些测定方法可以概括为：溶剂法、酶法和其它补充方法三大类 9 ；溶剂法是依据初期膳食纤维的定义显现的测定方法, 是利用酸、碱和洗涤剂的作用将膳食纤维可消化的部分除去,从而获得不溶性膳食纤维 1012 ；酶法能同时分析出样品中的可溶性和不行溶性膳食纤维的含量,且分析设备少,但是过程复杂；后又被Lee 和 Prosky 等改良成为操作比较简洁的方法,并被举荐为美国官方分析化学师协会（AOAC ）与美国谷
6、物化学家协会（AACC ）共同的分析测定方法 1316 ；其它补充分析方法是利用标准测定方法测定的同时结合补充方法加以测定, 如辅以高压气相色谱测定等； 可见, 在测定膳食纤维时除了标准方法外仍应依据植物的不同种类辅以其它方法；我国膳食纤维的制取技术和应用技术尚处于起步阶段,目前主要侧重于其生理效应的争论、 资源分布和农副产品综合利用争论、工业制取方法争论、 改性争论和食品加工的应用争论等方面； 争论资源也主要集中在玉米麸皮纤维、 小麦麸皮纤维、 大豆纤维及甜菜纤维等品种； 纵观国内外大量争论结果, 我们认为开发膳食纤维的关键是开拓资源和改进提取方法,这也是现阶段我国面临的资源可连续利用问题；
7、由于牛蒡中含有大量的膳食纤维, 依据目前的争论与现状, 为进一步加强对牛蒡的综合利用与深层次研发,也为牛蒡其它产品的开发解决下脚料处理问题供应参考（也可用牛蒡渣为原料提取膳食纤维） ,我们在试验中采纳牛蒡作为原料,提取并测定其中膳食纤维的总含量；本试验采纳了“溶剂法”和“酶法”的综合运用,并对其中的试验环节及步骤进行了优化和改进, 这样不仅测定了牛蒡中的水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维, 而且对不被科研工作者重视的半纤维素进行了提取与测定,文献中未见对牛蒡中膳食纤维的提取与测定进行过报道； 在优化的试验条件下提取与测定出了牛蒡中膳食纤维的总含量, 为牛蒡中膳食纤维功能食品的争论供应了可供参考的
8、理论数据,同时也开拓了膳食纤维的资源；2 试验部分2.1材料与方法2.1.1试验原料牛蒡福建宁德产2.1.2试剂中性蛋白酶95% 无水乙醇分析纯分析纯北京奥博星生物技术有限公司天津北方天医化学试剂厂氢氧化钠分析纯沈阳化学试剂厂次氯酸分析纯哈尔滨化学试剂厂醋酸分析纯哈尔滨化学试剂厂乙醚分析纯沈阳化学试剂厂水一次蒸馏水2.1.3主要仪器电热恒温水浴锅HS11.2B, 上海医疗器械五厂循环水多用蒸空泵SHB-B, 郑州杜甫仪器厂电热真空干燥箱山东鄄城福利科研仪器厂离心机LD4-2, 北京医用离心机厂牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定分析天平TG328A, 湘仪天平仪器厂粉碎机双环牌,青岛大华机器有限公司
9、酸度计上海精密仪器厂2.2 工艺流程滤液醇析 洗涤干燥粉碎水溶性膳食纤维牛蒡预处理水煮蛋白酶水解灭酶过滤滤渣脱脂 滤渣洗涤干燥粉碎水不溶性膳食纤维滤渣洗涤干醇洗碱浸提过滤燥半纤维 A滤液酸浸提过滤滤液醇析过滤滤渣洗涤干燥半纤维 B142.3 试验步骤2.3.1提取工艺方案的确定经过对膳食纤维提取率各因素的初步分析,参照其它膳食纤维的提取,找出4个主要影响因素,即提取温度 T、pH 值、提取时间 th 、及加水比；因此确定用正交试验的方法,正确方案如表1 所示；表-1 试验方案试 验因素位 级编 号A 温度 / B pH 值C 时间 /hD 加水比组 合11111A 1B1C1D 121222A
10、 1B2C2D 231333A 1B3 C3 D 342123A 2B1 C2 D 352231A 2B2 C3 D 162312A 2B3 C1 D 273132A 3B1C3D 283213A 3B2 C1 D 393321A 3B3 C2 D 12.3.2 预处理牛蒡去皮,水洗,切片,快速放入水中以防止变色,粉碎,按方案要求加入蒸馏水并在规定的时间及酸度下水煮；2.3.3 水煮取肯定量的处理后牛蒡,依据表1 设计的方案,平行三组,每组三份依据表2条件进行水煮,以利于水溶性膳食纤维的溶出；试验编号m g表-2T 水煮条件pHt h加水量（ ml ）130.267072300230.3570
11、53450320.477034400420.098073400530.168054300630.218032450730.369074450820.069052400930.1490333002.3.4 蛋白酶水解水煮后将温度降至40 ,这一温度下蛋白酶的活性最强,调pH 为 7-8 ,依据8% 加入中性蛋白酶,恒温作用2h ,使牛蒡中的蛋白质水解成为可溶性物质,然后升温灭酶；2.3.5 过滤蛋白质酶解后,采纳 240 号尼龙滤布过滤,滤渣、滤液分别用于提取水不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维；2.3.6 脱脂2.3.5 中的滤渣以 4 倍体积的无水乙醚浸泡 24h ,然后分别以水、 80% 的乙
12、醇洗涤除醚,重复 3 次；2.3.7 提取水不溶性膳食纤维2.3.6 处理后的滤渣浸碱以溶解半纤维素, 浸碱采纳 10% 的 NaOH ,以埋没为准, 浸泡 20h ,常常搅拌,然后过滤,并用 10% 的 NaOH 洗涤滤布和滤渣几次,合并滤液,用以提取半纤维素,滤渣洗至中性,烘干,为水不行溶性膳食纤维；2.3.8 提取半纤维素2.3.7 中滤液用 50% 的 HAc 溶液调 pH 为 5.0（如用强酸会将半纤维素水解, 影响产量）,静置,离心,沉淀取出烘干为半纤维素 A, 滤液用 4 倍体积的 95% 无水乙醇醇析,离心,烘干,为半纤维素 B,回收乙醇；2.3.9 提取水溶性膳食纤维2.3.
13、5 的滤液用 4 倍体积的 95% 的无水乙醇醇析, 抽滤,沉淀用无水乙醇反复洗涤,滤渣为水溶性膳食纤维,于40 真空度为 0.085MPa下干燥,回收乙醇；试验编号牛蒡质量g 产量 g 130.260.504230.350.309320.470.394420.090.348530.160.651630.210.462730.360.348820.060.430930.140.4233 结果与争论3.1 水溶性膳食纤维的提取工艺确定试验中用不同质量的新奇牛蒡提取水溶性膳食纤维,产量如表3 所示；表-3水溶性膳食纤维的产量水溶性膳食纤维对热较敏锐,温度、时间、酸度、加水比是影响水溶性膳食纤维得率
14、的因素, 试验中以得率为目标, 挑选提取温度（ A）、pH 值（B）、提取时间（ C）、加水比（ D ）4 个因素,每个因素 3 个水平,采纳 L93 4表,考察结果对产率的影响, 结果如表 4 所示；试验因素得率ABCD编号温度 / pH时间 /h加水比/%11（ 70 ）1（ 7 ）1（ 2 ）1（ 1 ： 10 ）1.6821（ 70 ）2（ 5 ）2（ 3 ）2（1 ： 15 ）1.0331（ 70 ）3（ 3 ）3（ 4 ）3（ 1 ： 20 ）1.9742（ 80 ）1（ 7 ）2（ 3 ）3（ 1 ： 20 ）1.7452（ 80 ）2（ 5 ）3（ 4 ）1（ 1 ： 10 ）
15、2.1762（ 80 ）3（ 3 ）1（ 2 ）2（ 1 ： 15 ）1.5473（ 90 ）1（ 7 ）3（ 4 ）2（1 ： 15 ）1.1683（ 90 ）2（ 5 ）1（ 2 ）3（ 1 ： 20 ）2.1593（ 90 ）3（ 3 ）2（ 3 ）1（ 1 ： 10 ）1.41K11.561.531.791.75K21.821.781.391.24K31.571.641.771.95R0.260.250.400.71表-4 L 9 3 4 水溶性膳食纤维正交试验结果表由表 4 可知,利用牛蒡提取水溶性膳食纤维条件为温度 80 , PH 为 5,时间2h ,V（原料）：V（水） =1 ：
16、20 时产率最高,后经试验验证为 2.37% ；依据极差 R 的大小判定各因素对得率影响的主次关系为 DC A B；即加水比时间温度试验编号牛蒡质量g 产量 g 130.262.187230.352.232320.471.398420.091.800530.161.497630.212.115730.362.667820.061.550930.141.884pH ；验证试验说明其重复性较好,成品呈黄色,成本较低；3.2 水不溶性膳食纤维的提取工艺确定试验中用不同质量的新奇牛蒡提取水不溶性膳食纤维,产量如表5 所示；表-5水不溶性膳食纤维的产量对水不溶性膳食纤维的提取结果分析仍旧采纳正交试验表格
17、争论,如表6 所示；采纳正确提取方案,即：温度 90 , pH= 7 ,时间 3h,V 原料：V（水）为 1 ：20 , 产率为 9.14% ,成品颜色为黄褐色；有关资料说明,假如用质量分数为6% 的 H2O 2 作为脱色计,成品为白色；试验因素得率ABCD编号温度 / pH时间 /h加水比/%11（ 70 ）1（ 7 ）1（ 2 ）1（ 1 ： 10 ）7.2921（ 70 ）2（ 5 ）2（ 3 ）2（1 ： 15 ）7.4431（ 70 ）3（ 3 ）3（ 4 ）3（ 1 ： 20 ）6.9942（ 80 ）1（ 7 ）2（ 3 ）3（ 1 ： 20 ）9.0052（ 80 ）2（ 5
18、）3（ 4 ）1（ 1 ： 10 ）4.9962（ 80 ）3（ 3 ）1（ 2 ）2（ 1 ： 15 ）7.0573（ 90 ）1（ 7 ）3（ 4 ）2（1 ： 15 ）8.8983（ 90 ）2（ 5 ）1（ 2 ）3（ 1 ： 20 ）7.7593（ 90 ）3（ 3 ）2（ 3 ）1（ 1 ： 10 ）6.28K17.248.397.366.19K27.016.737.577.79K37.646.776.967.91R0.631.660.611.72表-6 L 9 3 4 水不溶性膳食纤维正交试验结果表3.3 半纤维素的提取工艺确定如前言所述, 对膳食纤维的提取每种方法都会使膳食纤维
19、缺失,本试验考虑到各种方法的弊端,采纳了“溶剂法”和“酶法”的综合运用,产量非常可观,如表7所示；表-7半纤维素的产量试验编号牛蒡质量g 产量 g 130.260.243230.350.345320.470.208420.090.228530.160.357630.210.411730.360.186820.060.266930.140.270通过正交试验说明,如表 8 ,提取半纤维素的正确工艺为：温度80 , pH= 5 , 时间 2h,V 原料：V（水）为 1 ：20 ,产率为 1.56% ,成品颜色为黄褐色；表-8 L 9 3 4 半纤维素正交试验结果表试验因素得率编号A温度 / BpH
20、C时间 /hD加水比/%11（ 70 ）1 （ 7 ）1 （ 2 ）1 （ 1 ： 10 ）0.8121（ 70 ）2（ 5 ）2（ 3 ）2（1 ： 15 ）1.1531（ 70 ）3（ 3 ）3（ 4 ）3（ 1 ： 20 ）1.0442（ 80 ）1（ 7 ）2（ 3 ）3（ 1 ： 20 ）1.1452（ 80 ）2（ 5 ）3（ 4 ）1（ 1 ： 10 ）1.1962（ 80 ）3（ 3 ）1（ 2 ）2（ 1 ： 15 ）1.3773（ 90 ）1（ 7 ）3（ 4 ）2（1 ： 15 ）0.6283（ 90 ）2（ 5 ）1（ 2 ）3（ 1 ： 20 ）1.3393（ 90
21、）3（ 3 ）2（ 3 ）1（ 1 ： 10 ）0.90K11.000.861.170.97K21.231.221.061.05K30.951.100.951.17R0.280.360.220.203.4 醇析采纳乙醇沉析法,为削减乙醇的消耗量,提高效率,应浓缩到原体积的三分之一再沉析；4 结论（1） ）本试验争论争论了以牛蒡为原料, 提取其中的膳食纤维, 对以牛蒡为原料进行膳食纤维的开发供应了参考方法, 为膳食纤维的开发增加了一种新的原料, 拓宽了膳食纤维的原料来源, 同时也为牛蒡的综合加工利用供应了参考价值,并且赐予了理牛蒡中膳食纤维的提取与含量测定论支持；（2） ）最终试验结果说明：牛蒡
22、中含有极其丰富的膳食纤维,水溶性膳食纤维产率为 2.37% ,提取条件为：温度 80 ,pH=5 ,时间 2h,V 原料： V（水）为 1：20 ；水不溶性膳食纤维产率为 9.14% ,提取条件为：温度 90 ,pH= 7 ,时间 3h,V 原料： V（水）为 1：20 ；半纤维素产率为 1.56% ,提取条件为：温度 80 , pH= 5 ,时间 2h,V 原料： V（水）为 1 ：20 ；最终结果,牛蒡中膳食纤维的总含量为13.07% ；（3） ）半纤维素是在提取过程中简洁被忽视的, 本试验采纳这种方法除了提取了水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维, 创新之处在于对半纤维素的提取, 这样就给出
23、了牛蒡中膳食纤维的总含量的可供参参考文献1 国家中医药治理局中华本草编委会,中华本草 M ,上海科学技术出版社1999.2 李家实 中药鉴定学 M , 上海科学技术出版社1996.5 ； 453-454163 北京市粮食科学争论所食品科技 1997.64 张俊黎 段钢山高脂血症与膳食养分 J 山东食品科技 2001.85 柴巍中 膳食纤维的分析方法 J 中国食物与养分2003.837-386 WHOstudgGrowpDiet,nutritionandthepreparationorchronie disease ,Gereva,WHO,19917 李建文 膳食纤维的定义及分析方法争论进展J食
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