全 文 ：正交法提取孔石莼膳食纤维工艺的研究 ①
孙静亚1 ,石磊2
(1.浙江海洋学院 海洋科学学院 浙江 舟山 316000;2.东海科学技术学院 ,浙江 舟山 316000)
摘　要:目的 以孔石莼为原料 ,采用酶与化学结合的方法提取膳食纤维。方法 就影响膳食纤维含量 7 个因
素:酶用量 、酶解时间 、酶解温度 、氢氧化钠浓度 、氢氧化钠提取温度 、氢氧化钠用量 、氢氧化钠提取时间进行了
单因素试验和正交试验。结果 最佳提取工艺条件为蛋白酶与纤维素酶用量比为 20:1 ,在 40℃提取 1.5h , 用
20 倍 1.5%氢氧化钠溶液在 75℃提取 2h , 其产率达到了 21%左右 , 色泽近淡黄褐色。结论 研究确立了提取
孔石莼膳食纤维的最佳工艺条件。
关键词:孔石莼;膳食纤维;提取工艺;正交法
中图分类号:TQ460　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1002-3461(2010)01-0056-04
Study on extraction techniques of dietary fiber from
Ulva pertusa Kjellm by orthogonal test
SUN Jing-ya1 , SHI Lei2
(1.Collegeo f Marine Sciences , Zhej ing Ocean University , Zhoushan 316000 , China;
2.Collegeo f Marine Science and Technology , Zhej ing Ocean University , Zhoushan 316000 ,China)
Abstract:Objective The technique to ex t ract die tary fiber f rom Ulva pertusa Kjellm w ith the combina-
tion o f enzymatic and chem ical methods w as studied.Methods The inf luence factors , including the a-
mount of used enzyme , t ime and temperature o f enzymatic digestion , concentration of NaOH , amount
of added NaOH and t ime and temperature of ex t ract ion reaction w ith NaOH ,which could af fect the ef fi-
ciency o f dietary fibe r ex t raction , were investig ated by sing le-factor experiment and or thogonal test.Re-
sults The optimal process parameters could be obtained as follow ing:the ra tio of pro tease enzyme and
cellulose enzymes w as 20∶1 , at 40℃ fo r 1.5 h , and then 20 volumes o f 1.5%NaOH so lution was add-
ed at 75℃ fo r 2h.The max fibe r output reached to 21%, and the fibe r had a light taw ny colo r.Conclu-
sion The research results w ould provide the opt imal technical parameters to ext ract dietary fiber f rom
Ulva pertusa Kjellm .
Key words:Ulva pertusa Kjellm;dietary f iber;ex t raction process;orthogonal test
　　孔石莼(Ulva pertusa Kjellm)是一种大型绿
藻[ 1] , 俗称海白菜 、海菠菜 、海莴苣等 ,属绿藻门石
莼科石莼属。它幼体绿色 ,成体碧绿色 ,生活在潮
间带 ,广泛分布于西太平洋沿海 , 在我国野生藻类
56
Chin J Mar Drugs , 2010 Februa ry , Vol.29 No.1 中国海洋药物杂志 2010年 2月第 29卷第 1期
①作者简介:孙静亚 ,女 ,副教授 T el:0580-2588934;E-mail:sjy2005@zjou.net.cn
DOI :10.13400/j.cnki.cjmd.2010.01.002
中资源极为丰富 , 是黄﹑渤海产量最大的一种绿
藻。孔石莼[ 2] 的化学组分主要有多糖 、脂类 、蛋白
质 、氨基酸 、维生素以及无机矿物元素等 ,因其味
美营养价值高 ,当地人常用来做各种食品 。但是
孔石莼纤维作为一种优质的待开发膳食纤维资源
并没有得到重视 ,本实验以孔石莼为原料 ,运用复
合酶与化学法相结合的方法提取膳食纤维 ,以膳
食纤维的产率为评价指标 ,通过单因素试验 ,确立
正交实验因素 ,用正交实验法确定各因素的最佳
提取条件 ,以提高膳食纤维的产率 ,从而提高孔石
莼的经济价值。
1　材料与实验方法
1.1　材料与仪器
材料:孔石莼(Ulva pertusa Kjellm):孔石莼
购于嵊泗 ,经浙江海洋学院生物科学系植物学教
授马玉心老师鉴定。
纤维素酶(酶活力≥15000U/g)(国药集团化
学试剂有限公司);胰蛋白酶(酶活力≥2500U/
mg)(国药集团化学试剂有限公司);其余试剂均为
分析纯。
仪器:SWB-2000恒温水浴摇床(天津奥特赛
恩斯仪器有限公司);FA 2104N 电子天平(上海民
桥精密科学仪器有限公司);DHG-9053A 电热恒
温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司);Fw
100型高速万能粉碎机(天津市泰斯特仪器有限公
司);VP32真空抽滤泵 。
1.2　工艺流程
采用复合酶与化学法相结合的方法提取孔石
莼膳食纤维 ,其工艺流程如下:将孔石莼粉碎※孔
石莼粉末※复合酶酶解※抽滤※盐酸处理※洗
净 、沥去水分※氢氧化钠溶液进行提取※过滤漂
洗※适量 95%乙醇脱水※滤干※于 50℃恒温干
燥 ,即得膳食纤维粗品。
1.3　实验方法
孔石莼膳食纤维最佳提取条件的研究:称取
2g 左右的孔石莼粉末放入锥形瓶中 ,分别加入蛋
白酶 、纤维素酶用量之比为 20:1的复合酶 ,在 pH
=5的条件下放入温度为 50℃的水浴锅中进行酶
解 1h 后过滤 ,加入 20mL 浓盐酸溶液在常温下处
理 2h ,除去孔石莼中蛋白质和海藻淀粉等非膳食
纤维成分 ,洗净 、沥去水分 ,加入 30倍浓度为 1%
的氢氧化钠溶液在 65℃浸提 2h ,用双氧水溶液漂
白 30min , 用适量的 95%乙醇脱水 、滤干 , 放入
50℃的干燥箱中干燥 、称量 ,得孔石莼膳食纤维粗
品。
改变对膳食纤维提取影响较大的 7 个单因素
条件如:胰蛋白酶 、纤维素酶用量之比为 10∶1 ,
20∶1 ,30∶1 , 40∶1 ,50∶1的复合酶用量;酶解时
间为 0.5 ,1 ,1.5 ,2 ,2.5h;酶解温度分别为 30 , 40 ,
50 , 60 , 70℃;氢氧化钠浓度分别为 0.5%, 1%,
1.5%,2.0%, 2.5%;氢氧化钠提取温度分别为
45 , 55 , 65 , 75 , 85℃;氢氧化钠用量分别为 10 , 20 ,
30 , 40 ,50倍;氢氧化钠提取时间分别为 0.5 , 1 , 2 ,
3 ,4h进行了探索性实验 ,以获取正交实验的提取
条件 。
1.4　检测方法[ 4]
提取率(Y)计算 Y=[ W1(1-r1)/W2 (1-
r2)] ×100%式中:
w1纤维重 g;r1 纤维的水分含量%;w2 孔
石莼重 g;r2 孔石莼的水分含量%
2　正交实验[ 3] 结果与分析
2.1　酶解提取条件正交试验结果与分析
以酶解提取孔石莼膳食纤维各单因素试验最
适宜条件为依据 ,以膳食纤维的产率为指标 ,采用
三因素 、三水平 L9(33)表头设计 ,对酶解时间(1 ,
1.5 ,2.0h)、酶解温度(30 , 40 , 50℃)、酶用量(胰蛋
白酶∶纤维素酶=20∶1 、30∶1 、40∶1)进行正交
实验 ,计算孔石莼膳食纤维提取率 。
图 1及表 1为酶解提取各因素对膳食纤维提
取率影响的正交试验结果。由图表可知 ,3种因素
对提取结果影响大小依次为 A >B>C ,酶解时间
是主要因素 ,其次酶解温度 ,最佳组合是 A 2B2C1 ,
即蛋白酶与纤维素酶用量比为 20∶1 、在 40℃条
件下酶解 1.5h ,膳食纤维产率可达到 21%左右。
57
中国海洋药物杂志 2010年 2月第 29卷第 1期 Chin J Mar Drugs , 2010 February , Vo l.29 No.1
图 1　提取率与酶解条件关系
Fig 1　Effect o f enzymo ly sis on extr action ra te o f dietary fibe r
表 1　酶解提取条件正交试验结果与分析
Tab 1　Results and analy sis of o rthogonal te st fo r enzymoly sis ex traction conditions
条件
序号
孔石莼粉末
/ g
A 酶解时间
/ h
B 酶解温度
/ ℃
C 胰蛋白酶∶
纤维素酶
膳食纤维质量
/g
提取率
/ %
1 2.0055 1(1.0) 1(30) 1(20∶1) 0.2627 13.10
2 2.0043 1 2(40) 2(30∶1) 0.2925 14.59
3 2.0025 1 3(50) 3(40∶1) 0.2714 13.55
4 2.0090 2(1.5) 1 2 0.3562 17.73
5 2.0065 2 2 3 0.4299 21.43
6 2.0062 2 3 1 0.4174 20.81
7 2.0084 3(2.0) 1 3 0.3111 15.49
8 2.0006 3 2 1 0.3867 19.33
9 2.0052 3 3 2 0.3638 18.14
K1 41.26 46.32 53.24
K2 59.97 55.35 50.46
K3 52.96 52.50 50.47
k1 13.75 15.44 17.75
k2 19.99 18.45 16.82
k3 17.65 17.50 16.82
R 6.24 3.01 0.93
2.2　氢氧化钠提取条件正交试验结果与分析
以氢氧化钠提取孔石莼膳食纤维各单因素试
验结果为依据 ,以膳食纤维的产率为指标 ,采用四
因素 、三水平 L9(43)表头设计 ,对氢氧化钠用量
(20 ,30 , 40倍)、氢氧化钠提取时间(1.0 , 2.0 , 3.0
h)、氢氧化钠提取温度(45 , 65 , 75℃)、氢氧化钠浓
度(1.0%,1.5%, 2.5%)进行正交实验 ,计算孔石
莼膳食纤维提取率 。
图 2　提取率与氢氧化钠提取条件关系
Fig 2　Effec ts o f NaOH on extr action ra te o f dietary fibe r
58
Chin J Mar Drugs , 2010 Februa ry , Vol.29 No.1 中国海洋药物杂志 2010年 2月第 29卷第 1期
表 2　氢氧化钠提取条件正交试验结果与分析
Tab 2　Results and analy sis o f or tho gonal test for the NaOH ex traction conditions
条件
序号
孔石莼粉末/g A氢氧化钠用量/倍 B 提取时间/ h C 提取温度/ ℃ D氢氧化钠浓度/ % 膳食纤维质量/ g 提取率/ %
1 2.0062 1 1 1 1 0.4205 20.96
2 2.0086 1 2 2 2 0.3566 17.75
3 2.0031 1 3 3 3 0.2982 14.89
4 2.0088 2 1 2 3 0.2989 14.88
5 2.0083 2 2 3 1 0.4260 21.21
6 2.0028 2 3 1 2 0.4050 20.22
7 2.0000 3 1 3 2 0.3604 18.02
8 2.0000 3 2 1 3 0.3910 19.55
9 2.0100 3 3 2 1 0.3268 16.26
K 1 53.60 53.86 60.73 58.43
K 2 56.31 58.52 48.89 56.00
K 3 53.83 51.37 54.12 49.32
k1 17.87 17.95 20.24 19.48
k2 18.77 19.51 16.30 18.67
k3 17.94 17.12 18.04 16.44
R 0.90 2.38 3.95 3.04
　　图 2及表 2为氢氧化钠提取各因素对膳食纤
维提取率影响的正交实验结果 。由表中 R值可
知 ,4种因素对提取结果的影响顺序为 C>D>B
>A ,即氢氧化钠提取温度对膳食纤维的提取率影
响最大 ,其次是氢氧化钠浓度 、提取时间和氢氧化钠
的用量对膳食纤维产率的影响。由图 2可知:孔石莼
最佳的提取条件是 A2 B2 C1D1 ,即用 20倍 1.5%氢氧
化钠溶液在 75℃提取2h ,其产率达到了 21%左右。
3　结论
我国海岸线长 ,海藻资源丰富 ,从海藻中提取
膳食纤维的前景十分广阔。海藻[ 5] 中富含的膳食
纤维又有诸多功能 ,为工业 、农业 ,特别是医药业 、
食品业开辟了广阔的应用前景 ,故对其提取条件
的研究具有较好的实用价值。本实验采用酶和化
学处理相结合方法从孔石莼中提取膳食纤维 ,最
佳提取工艺条件为蛋白酶与纤维素酶用量比为
20∶1 、在 40℃提取 1.5h ,用 20倍 1.5%氢氧化钠
溶液在 75℃提取 2h ,其产率达到了 21%左右 ,色
泽近淡黄褐色 ,可作为膳食纤维补充源 ,为孔石莼
的综合利用开辟了一条新途径。
参考文献:
[ 1] 　于鹏展, 张虹 ,牛锡珍 , 等.正交实验法优选孔石莼(Ulvan
P er tusa)多糖的提取工艺[ J] .中成药 ,2004 , 26(1):16.
[ 2] 　王艳梅 ,李智恩 ,徐祖洪.孔石莼化学组分和药用活性研究进
展[ J] .海洋科学 , 2000 , 24(3):25.
[ 3] 　朱良 ,张青 ,朱钦昌 ,等.正交设计优化裙带菜孢子多糖提取
工艺[ J] .中国海洋药物 , 2006 , 25(6):42.
[ 4] 　潘文洁,薛正莲 ,李明松.海带膳食纤维提取工艺的研究[ J] .
中国酿造 , 2007(1):20.
[ 5] 　李建民 ,侯玉泽.膳食纤维的功能与应用进展[ J] .河南科技
大学学报(农学版), 2003 , 23(2):76.
(收稿日期:2009-08-06)
本期封面珊瑚为扁小尖柳珊瑚图片由中国海洋大学医学院李国强教授提供
59
中国海洋药物杂志 2010年 2月第 29卷第 1期 Chin J Mar Drugs , 2010 February , Vo l.29 No.1