全 文 ：《食品工业》2016 年第37卷第 10 期 163
工艺技术
基 金 项 目 ： 广 西 矿 业 与 环 境 科 学 实 验 中 心 资 助 项 目
（KH2011YB017）；广西高校食品安全与检测重点实验室开放
课题基金资助项目
微波法提取雪莲果中SDF和IDF的工艺和特性研究
张会香1, 2，杨世军2，李子院2
1. 桂林理工大学广西矿冶与环境科学实验中心（桂林 541004）；2. 桂林理工大学化学与生物工程学院（桂林 541004）
摘 要 试验主要以雪莲果为原料, 通过单因素和正交试验对微波法提取雪莲果中SDF和IDF的工艺进行了优化,
得出了最佳的提取工艺, 并对得到的膳食纤维进行特性研究。试验结果表明, 微波法提取雪莲果的SDF的最优条件
为: 料液比1︰8 g/mL, pH 6.0, 微波功率360 W, 微波时间20 min, 得到SDF的提取率为2.693%。提取IDF的最佳条件
为: 料液比1︰12 g/mL, 碱浓度0.4 mol/L, 微波功率460 W, 微波时间15 min, 得到IDF的提取率为7.788 8%。雪莲果中
SDF和IDF具有一定的持水能力, 较好地吸附油脂、胆固醇和NO2
-的能力。研究成果为雪莲果膳食纤维的进一步开
发与利用提供新的理论依据。
关键词 雪莲果; 膳食纤维; 正交试验; 提取工艺; 特性研究
Studies on the Extraction and Characteristics of SDF and IDF from
Yacon with Microwave Method
Zhang Hui-xiang1, 2, Yang Shi-jun2, Li Zi-yuan2
1. Guangxi Scientific Experiment Center of Mining, Metallurgy and Environment, Guilin University of Technology (Guilin 541004);
2. College of Chemistry & Bioengineering, Guilin University of Technology (Guilin 541004)
Abstract　 Used yacon as the experimental raw material, the extract technology of SDF and IDF from yacon with microwave
method was optimized by single factor and orthogonal experiments. Characteristics of dietary fiber from yacon were studied.
The results showed that the optimal conditions of extracting SDF were the ration of raw material 1︰8 g/mL, pH 6.0, microwave
power 360 W, microwave time 20 min, under these conditions, the SDF extraction rate from yacon was 2.693%; And the
optimal conditions of extracting IDF were the ration of raw material 1︰12 g/mL, concentration of lye 0.4 mol/L, microwave
power 460 W, microwave time 15 min, under these conditions, the IDF extraction rate from yacon was 7.788 8%. SDF and
IDF from yacon had certain ability of water holding power, good adsorption to fat and oil, cholesterol and NO2-. The research
results provided a new theoretical basis for further development and utilization of dietary fiber from yacon.
Keywords　 yacon; dietary fiber; orthogonal experiment; extract technology; characteristic study
膳食纤维（Dietary fiber，DF）是指不能在人体小
肠内消化吸收，而在人体大肠内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，包括木质素、多糖和寡糖等[1-2]。DF具有预防
糖尿病、高血压、心血管疾病、肥胖症、减少胃肠癌
症发生、改善肠道内菌群功能、抗氧化、清除外源有
害物质以及清除自由基等生理效应[3-5]。根据DF溶解
性分为水溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）
和水不溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）。
SDF是指可溶于温水或热水，且其水溶液能被4倍95%
的乙醇再沉淀的那部分纤维，如果胶和植物胶等；
IDF是指不溶于热水的非淀粉多糖，如半纤维素、纤
维素和木质素等[2]。
近年来，随着人们生活水平的提高，食品结构
的变化，由于营养过剩或不平衡所造成的超重、肥
胖、糖尿病、动脉粥状硬化以及冠心病等所谓的“富
贵病”的发病率逐年增高[6]。据不完全统计，我国每
天约有15 000余人死于由于营养过剩或不平衡所致的
慢性病，占全部死亡人口的70%以上[7]。调查研究表
明，人们食物中的膳食纤维若不足，则可导致以上
“富贵病”。因此，膳食纤维在食品营养上和临床医
学上的重要作用已受到人们的普遍关注，膳食纤维已
经成为人类第七大营养素。世界卫生组织规定每人每
天摄取食物纤维16~24 g[8]。
雪莲果（Smallanthus sonchi fol ius，英文名
Yacon），又称雪莲薯、地参果、亚贡、菊薯，为菊科
向日葵属双子叶草本植物，原产于南美洲安第斯山[9-10]。
果实为块根，果皮是灰白色，果肉淡黄色，形状像红
薯，果肉吃起来，口感却很像雪梨，晶莹剔透而多
汁，香甜脆爽，是一种纯天然药用型水果。雪莲果
是低热食品，果肉中的DF具有重要的生理功能，能
促进肠胃蠕动、润肠通便、消除便秘、纤体养颜、
降低血糖，预防和治疗高血压、肥胖症、糖尿病以
及心脑血管疾病等功效[11]。雪莲果含有丰富的果寡
糖，果寡糖主要存在雪莲果块茎中，其含量是干物
质的45%~65%[12]，雪莲果中的果寡糖是所有植物中
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工艺技术
含量最高的，是人体内双岐杆菌繁殖所需要的营养
成分[13]。
试验主要研究微波法提取雪莲果中SDF和IDF的
工艺条件以及其特性，为雪莲果的开发利用提供理论
依据。
1　仪器和试剂
1.1　原料
雪莲果：市售，清洗、去皮、烘干、粉碎、备用。
1.2　仪器与设备
XH-300A祥鹄电脑微波超声波组合合成/萃取
仪：北京祥鹄科技发展有限公司；高速万能粉碎机：
北京科伟永兴仪器有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用
真空泵：郑州长城科工贸有限公司；DHG-9036A电子
天平：北京赛多利斯天平有限公司；DHG-9036A电热
恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械厂；TU-1800S
紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公
司；601超级恒温水浴：江苏省金坛市医疗仪器厂；
RE52-99旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂；数显笔
试酸度计：上海沪西分析仪器公司。
1.3　试剂
浓盐酸、浓硫酸、氢氧化钠、氯化钠、胆固醇、
冰乙酸、邻苯二甲醛、亚硝酸钠、对氨基苯磺酸、
盐酸奈乙二胺、酒石酸钾钠、苯酚、亚硫酸氢钠、3,
5-二硝基水杨酸、DNS、无水乙醇：分析纯；新鲜鸡
蛋、花生油：市售；猪油：自制。
2　试验方法
2.1　SDF和IDF的提取工艺流程
雪莲果果粉→加水混合→调pH→微波提取→抽
虑→滤液→加入4倍体积无水乙醇醇沉→抽滤→滤
渣→烘箱65 ℃干燥→得到SDF产品
雪莲果果粉→碱浸→微波提取→抽滤→滤渣→水
洗至中性，0.1 mol/L HCl调pH至2.0→抽滤→滤渣→65
℃真空干燥→制得IDF成品
2.2　提取率的确定
提取率=干燥DF的质量（g）/雪莲果果粉的质量
（g）×100%　　　　　　　 　　 （1）
2.3　提取SDF和IDF的正交试验
在单因素试验的基础上，选料液比、pH、微波功
率和微波时间进行4因素3水平即L9(3
4)的正交试验，因
素水平见表1。
表1　提取SDF正交试验因素水平表
水平
因素
A料液比/g·mL-1 B pH C微波功率/W D微波时间/min
1 1∶6 4.0 360 20
2 1∶8 5.0 460 25
3 1∶10 6.0 560 30
在单因素试验的基础上，选料液比、碱浓度、微
波功率和微波时间进行4因素3水平即L9(3
4)正交试验，
因素水平见表2。
表2　提取IDF正交试验因素水平表
水平
因素
A料液比/
g·mL-1
B碱浓度/
mol·L-1
C微波功率/W
D微波时间/
min
1 1∶8 0.4 460 10
2 1∶10 0.6 560 15
3 1∶12 0.8 660 20
2.4　雪莲果膳食纤维的特性研究
2.4.1　雪莲果膳食纤维持水力的测定方法
按Sangnark[14]的方法进行。准确称取1.000 0 g雪
莲果膳食纤维粉末于烧杯中，加入100 mL的去离子
水，静置2 h，过滤，称残渣的湿质量（W1），然后
在110 ℃的烘箱中烘至恒重（±0.05 mg），得干质量
（W2），按公式（2）计算持水力。
持水力=（W1（g）- W2（g））/W2（g）　（2）
2.4.2　雪莲果膳食纤维吸附油脂能力的测定方法
参照Caprez[15]的方法进行。准确称取1.000 0 g
（W1）雪莲果膳食纤维粉末2份放入离心管中，分别
加入食用花生油和猪油24 g，于37 ℃下静置1 h，4 000
r/min离心20 min，去掉上层油，残渣用滤纸吸干游
离的花生油和猪油，称重得W2。油脂吸附量用公式
（3）计算。
油脂吸附量=（W2（g）-W1（g））/W1（g）　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3）
2.4.3　雪莲果膳食纤维吸附胆固醇能力的测定方法
按照高荫榆等[16]所述方法进行。取市售鲜鸡蛋
的蛋黄，用9倍量蒸馏水充分搅打成乳液。准确称取
0.500 0 g雪莲果膳食纤维于250 mL三角瓶中，加入50
mL稀释蛋黄液，搅拌均匀，调节体系pH至2.0（有利
于模拟胃内的环境）和7.0（有利于模拟肠道内的环
境），于37 ℃恒温磁力搅拌2 h，于4 000 r/min下离心
20 min，吸取1 mL上清液，用90%的醋酸稀释5倍，
取0.1 mL，采用邻苯二甲醛作显色剂，在550 nm下比
色测定胆固醇含量。以胆固醇为标准物质制作标准曲
线，y=19.971x+0.011 2，相关系数为：R2=0.996 9。
膳食纤维对胆固醇的吸附量（A）=（吸附前蛋
黄液中胆固醇量（mg）-吸附后上清液中胆固醇量
（mg））/膳食纤维质量（g）　　 　　　　 （4）
2.4.4　雪莲果膳食纤维吸附NO2
-能力的测定方法
按照欧仕益等 [17]提出的方法进行。准确称取
0.500 0 g雪莲果膳食纤维于250 mL锥形瓶中，加入质
量浓度为5 μg/mL的NaNO2溶液50 mL，调节体系pH
至2.0和7.0，于37 ℃下恒温磁力搅拌，反应一定时间
后，准确移取3 mL样液，采用盐酸萘乙二胺法在538
nm下比色测定NO2
-的含量。以亚硝酸钠为标准溶液
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制作标准曲线，y=0.055 9x+0.001 6，相关系数为：
R2=0.998 7。
NO2
-吸附量=（吸附前NO2
--含量（μg）-吸附后
NO2
-含量（μg））/膳食纤维质量（g）　　 　 （5）
亚硝酸根含量的测定参照GB/T 5009.33—2008。
2.4.5　数据统计
所有测定重复3次，采用SPSS 10.0进行统计分析。
3　结果与分析
3.1　正交试验
3.1.1　提取SDF的正交试验
表3　SDF的正交试验结果表
序号 A B C D SDF的提取率/%
1 1 1 1 1 2.377 9
2 1 2 2 2 1.643 7
3 1 3 3 3 1.840 9
4 2 1 2 3 1.121 6
5 2 2 3 1 2.234 4
6 2 3 1 2 2.591 7
7 3 1 3 2 1.236 5
8 3 2 1 3 2.225 3
9 3 3 2 1 2.435 0
k1 1.954 2 1.578 7 2.398 3 2.349 1
k2 1.982 6 2.034 5 1.733 4 1.824 0
k3 1.965 6 2.289 3 1.770 6 1.729 3
R 0.028 4 0.710 5 0.664 9 0.619 8
因素顺序 B＞C＞D＞A
最佳组合 A2B3C1D1
表4　SDF验证结果表
序号 A B C D IDF的提取率/%
1 1 1 1 1 6.952 6
2 1 2 2 2 7.070 3
3 1 3 3 3 6.684 6
4 2 1 2 3 7.212 9
5 2 2 3 1 7.098 3
6 2 3 1 2 7.395 4
7 3 1 3 2 7.586 7
8 3 2 1 3 7.536 9
9 3 3 2 1 7.198 0
k1 6.902 5 7.250 7 7.295 0 7.083 0
k2 7.235 5 7.235 2 7.160 4 7.350 8
k3 7.440 5 7.092 7 7.123 2 7.144 8
R 0.538 0 0.158 0 0.171 8 0.267 8
因素顺序 A＞D＞C＞B
最佳组合 A3B1C1D2
由表3可知，各因素的影响顺序为B＞C＞D＞A，
即影响雪莲果SDF的提取率最显著因素为pH，其次为
微波功率和微波时间，料液比的影响较小。各因素的
最佳组合为A2B3C1D1即：料液比为1︰8 g/mL，pH为
6.0，微波功率为360 W，微波时间为20 min，由于得
出的最佳组合未在正交试验表中出现，所以需要再进
行验证试验，验证试验结果见表4。
表4可看出，用最佳组合提取雪莲果中SDF的平均
值比正交试验的提取率要高，故提取SDF的最佳条件
为：料液比为1︰8 g/mL，pH为6.0，微波功率360 W，
微波时间20 min，提取率为2.693 7%。
3.1.2　提取IDF的正交试验
由表5可知，各因素的影响顺序为A＞D＞C＞B，
即影响雪莲果IDF的提取率最显著因素为料液比，其
次为微波时间和微波功率，碱浓度的影响较小。各
因素的最佳组合为A3B1C1D2，即：料液比为1︰12 g/
mL，碱浓度为0.4 mol/L，微波功率为460 W，微波时
间为15 min。由于得出的最佳参数未在正交试验表中
出现，所以需要再进行验证试验，验证试验结果见
表6。
表6可看出，用最佳组合提取雪莲果中IDF的平均
值比正交试验的提取率要高，故提取IDF的最佳条件
为：料液比为1︰12 g/mL，碱浓度为0.4 mol/L，微波
功率460 W，微波时间15 min，提取率为7.788 8%。
表5　IDF的正交试验结果表
试验号
平均值
1 2 3
提取率/% 2.677 3 2.709 3 2.694 7 2.693 7
表6　IDF验证结果水平表
试验号
平均值
1 2 3
提取率/% 7.721 8 7.787 5 7.857 1 7.788 8
3.2　雪莲果膳食纤维的特性研究
3.2.1　雪莲果膳食纤维的持水力
膳食纤维持水力是衡量其保健功能的一个重要指
标。膳食纤维的持水力高，则进食后其排出物体积
大，质地软，有利于防止便秘和结肠癌的发生。由表
7可知，雪莲果中IDF的持水能力明显大于SDF。
3.2.2　雪莲果膳食纤维对油脂的吸附作用
由表7可知，雪莲果中SDF和IDF表现出了较强的
吸附脂肪的特性，但是对饱和脂肪和不饱和脂肪的吸
附能力有差别，两种膳食纤维对猪油的吸附能力均优
于花生油。随着人们膳食中动物性食物的不断增加，
肥胖人群的比例也在逐年的上升，特别是20世纪90年
代以后，青少年肥胖人数比例的不断增加尤为值得关
注。调查显示，能量特别是脂肪摄入过多，常常是单
纯性肥胖发生的主要原因。研究发现膳食纤维具有减
肥作用。试验通过模拟消化道环境的体外试验证明膳
食纤维能吸附油脂，从而减少肠道对膳食脂肪的吸
收，降低肥胖的机率。
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3.2.3　雪莲果膳食纤维对胆固醇的吸附作用
由表7可知，两种膳食纤维对胆固醇的吸附能力
差异不大，但体系的酸碱性对膳食纤维吸附胆固醇的
能力有较大影响，在中性条件下（模拟小肠的pH环
境）膳食纤维对胆固醇的吸附能力均高于酸性条件下
（模拟胃的酸碱条件）的吸附能力。随着人类膳食中
高脂食物的比例的增加，食物中过多的胆固醇与血液
中的低密度脂蛋白结合，形成低密度胆固醇脂蛋白，
当胆固醇以此种形式在血液中流动时，容易沉积在心
血管壁上，造成血管阻塞，引起多种心血管疾病。已
有研究表明，膳食纤维可吸附胆固醇，降低心血管病
症的发病机率，试验结果与此一致。说明雪莲果膳食
纤维具有可降低血清胆固醇，减低发生心血管疾病的
风险。
3.2.4　雪莲果膳食纤维对NO2
-的吸附能力
由表7可知，在pH 7.0的环境溶液中雪莲果膳食纤
维吸附NO2
-的能力大于在pH 2.0的环境溶液中的吸附
力，这说明雪莲果膳食纤维在肠道内对NO2
-的吸附能
力大于在胃内的吸附能力。
表7　雪莲果膳食纤维的吸附能力
样品
SDF IDF
持水力/g·g-1 2.40±0.14 9.55±0.11
花生油吸附量/g·g-1 1.27±0.018 1.59±0.03
猪油吸附量/g·g-1 3.49±0.14 4.67±0.047
胆固醇吸附量 (pH 2.0)/mg·g-1 1.78±0.05 0.75±0.034
胆固醇吸附量 (pH 7.0)/mg·g-1 7.11±0.27 7.22±0.14
NO2
-吸附量 (pH 2.0)/μg·g-1 0.16±0.03 0.137±0.22
NO2-吸附量 (pH 7.0)/μg·g-1 1.18±0.05 1.07±0.10
4　结论
试验通过单因素和正交试验得出雪莲果中SDF的
最佳提取工艺参数为：料液比1︰8 g/mL，pH 6，微
波功率360 W，微波时间20 min，提取率为2.693 7%；
雪莲果中IDF的最佳提取工艺参数为：料液比1︰12 g/
mL，碱浓度0.4 mol/L，微波功率460 W，微波时间15
min，提取率为7.788 8%。
雪莲果中IDF的持水能力明显大于SDF，两种膳
食纤维都表现出较强地吸附油脂、胆固醇和NO2
-的能
力。结果表明，雪莲果膳食纤维是一种较为优质的膳
食纤维资源，在减轻肥胖、调节血脂以及预防肠癌等
方面具有积极的保健作用。
试验的研究结果不仅为雪莲果膳食纤维的合理开
发和利用提供了一定的理论依据，而且为其今后功能
特性的研究奠定了一定的理论基础。
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