全 文 ：6 2014, Vol.35, No.20 食品科学 ※工艺技术
苦杏仁皮水不溶性膳食纤维提取工艺优化及其
特性分析
申 辉1，范学辉1，张清安1,2,*，李玉梅1
（1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西 西安 710119；2.陕西省果蔬深加工技术研究中心，陕西 西安 710119）
摘  要：以苦杏仁皮为原料，选取NaOH溶液浓度、超声时间和超声温度为试验因素，采用响应面法优化苦杏仁皮中
水不溶性膳食纤维的提取工艺，并对影响其持水性和溶胀性的因素进行研究。结果表明，苦杏仁皮中水不溶性膳食纤
维提取的最佳工艺条件为NaOH溶液浓度0.70 mol/L、超声时间51 min、超声温度86 ℃，此时水不溶性膳食纤维提取率
为49.73%。在研究范围内，其持水性和溶胀性受葡萄糖质量分数的影响较小，受酸碱度和超声温度的影响较为显著。
关键词：苦杏仁皮；水不溶性膳食纤维；响应面法；持水性；溶胀性
Optimization of Insoluble Dietary Fiber Extraction from Apricot Kernel Skin and Its Physicochemical Characteristics
SHEN Hui1, FAN Xue-hui1, ZHANG Qing-an1,2,*, LI Yu-mei1
(1. College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119, China;
2. Research Center of Fruit and Vegetable Deep-processing Technology, Xi’an 710119, China)
Abstract: The extraction conditions of insoluble dietary fiber (IDF) from apricot kernel skins were optimized using
response surface methodology by modeling extraction yield with respect to three variables including alkali concentration,
ultrasonication time and extraction temperature. Furthermore, factors affecting the water-holding capacity and swelling
capacity of IDF were also studied. The results showed that the optimal extraction conditions were as follows: sodium
hydroxide concentration, 0.70 mol/L; ultrasound-assisted extraction time, 51 min; and extraction temperature, 86 ℃. The
extraction yield of IDF was 49.73% under these conditions. In addition, this study found that the water-holding capacity and
swelling capacity of the IDF were affected less by glucose concentration, but significantly by pH and temperature within the
investigated ranges.
Key words: apricot kernel skin; insoluble dietary fiber; response surface methodology; water-holding capacity; swelling capacity
中图分类号：TS255.6                    文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）20-0006-05
doi:10.7506/spkx1002-6630-201420002
收稿日期：2014-06-06
基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（31101324）；陕西省自然科学基金项目（2011JQ2003）；
中央高校基本科研业务费专项（GK201302039；GK201404006）
作者简介：申辉（1989—），男，硕士研究生，研究方向为杏仁褐变机理及其褐变控制。E-mail：shsnnu@163.com
*通信作者：张清安（1976—），男，副教授，博士，研究方向为食品开发和食品加工过程控制。E-mail：qinganzhang@snnu.edu.cn
膳食纤维是指在人体小肠中不被消化吸收而在大
肠中能完全或部分被微生物发酵利用的植物性食品成
分、碳水化合物及其类似物的总称[1-2]，被誉为第七营养
素[3-4]，按其溶解性可分为水不溶性膳食纤维（insoluble
dietary fiber，IDF）和水溶性膳食纤维（soluble dietary
fiber，SDF）[5-6]。膳食纤维对糖尿病、动脉硬化、高血
脂、高血压、肥胖、便秘等疾病有很好的预防和辅助治
疗作用，是一种比较理想的功能性食品原料[7-13]。
苦杏仁皮为杏仁加工过程中的副产物，含量占杏仁
的2%～5%左右。目前杏仁皮主要作为辅料添加在饲料当
中。苦杏仁皮除含有少量的黄酮、果胶、多酚、色素等
成分外，还含有大量的纤维素、半纤维素、木质素等功
能性膳食纤维[14-15]，目前从苦杏仁皮中优化提取膳食纤维
的研究报道较少。本研究采用响应面分析法对苦杏仁皮
中水不溶性膳食纤维的提取工艺进行优化，并研究其部
分理化特性（持水性、溶胀性等），以期为苦杏仁的进
一步开发利用提供理论依据和技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
苦杏仁皮 陕西天寿杏仁食品有限公司；氢氧化
※工艺技术 食品科学 2014, Vol.35, No.20 7
钠、盐酸、葡萄糖、双氧水（均为分析纯） 西安化学
试剂厂。
1.2 仪器与设备
JA2003N型电子天平 上海精密科学仪器有限公司；
101型电热鼓风干燥箱、FW400A型高速万能粉碎机
北京科伟永兴仪器有限公司；KQ3200B超声波清洗器
昆山市超声仪器有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真
空泵 郑州长城科工贸有限公司；LXJ-Ⅱ型低速大容量
多管离心机 上海安亭科学仪器厂。
1.3 方法
1.3.1 IDF的制备
称取一定量的干燥苦杏仁皮，经高速万能粉碎机粉
碎后，分别过60、100 目筛，取100 目筛中留存物备用。
精确称取5.000 g样品，按料液比为1∶20（g/mL）加
入一定浓度的碱液（NaOH），在一定超声温度条件下超
声一定时间，过滤取滤渣。向滤渣中加入蒸馏水20 mL，
用盐酸调节pH值至中性后加入双氧水15 mL，在室温条
件下脱色1.0 h。真空抽滤，取滤渣，干燥即得苦杏仁皮
水不溶性膳食纤维。按公式（1）计算提取率。ॳ᭭䋼䞣㞇亳㑸㓈䋼䞣 h100ᦤপ⥛/%˙ （1）
1.3.2 响应面试验设计
苦杏仁皮水不溶性膳食纤维的提取工艺中，NaOH溶
液浓度、超声时间以及超声温度都会影响IDF的提取率。
因此选取NaOH溶液浓度、超声时间、超声温度3 个因素
进行单因素试验，研究其对提取率的影响。根据单因素
试验结果，以NaOH溶液浓度（X1）、超声时间（X2）、
超声温度（X3）3 个因素做响应面分析试验，优化提取工
艺。因素水平见表1。
表 1 响应面试验因素与水平
Table 1 Factors and levels used in response surface analysis
因素
水平
－1 0 1
X1 NaOH溶液浓度/（mol/L） 0.2 0.6 1.0
X2超声时间/min 10 40 70
X3超声温度/℃ 35 55 75
1.3.3 理化特性分析
考察不同葡萄糖质量分数（2%、4%、6%、8%、
10%、12%）、酸碱度（pH 3、5、7、9、11）、超声温
度（20、40、60、80、100 ℃）等因素对苦杏仁皮水不溶
性膳食纤维持水性及溶胀性的影响。
1.3.3.1 持水性测定[16]
精确称取1.000 g干燥样品于烧杯中，加50 mL蒸馏
水，25 ℃浸泡24 h，3 000 r/min离心15 min，除去上清
液，称湿质量，然后在105 ℃条件下烘干至质量恒定，称
干质量。按公式（2）计算持水性。
ḋક䋼䞣⑓䋼䞣ˉᑆ䋼䞣 h100ᣕ∈ᗻ/%˙ （2）
1.3.3.2 溶胀性测定[17-18]
精确称取1.000 g干燥样品于10 mL量筒中，轻微振
荡，保持表面平整，读取干品体积，再将干品转移至
100 mL量筒中，加入50 mL蒸馏水，振荡摇匀，25 ℃条
件下浸泡24 h，测定体积。按公式（3）计算溶胀性。ᑆ䋼䞣⍌⊵ৢԧ⿃ˉᑆકԧ⿃⒊㚔ᗻ/˄mL/g˅˙ （3）
2 结果与分析
2.1 NaOH溶液浓度对IDF提取率的影响
选取0.1、0.2、0.3、0.5、1.0 mol/L五个不同浓度的
NaOH溶液进行试验，超声温度50 ℃、超声时间30 min，
结果见图1。ᨀਆ⦷/%
NaOHⓦ⏢⎃ᓖ/˄mol/L˅7080906050 0.20.1 0.60.50.40.3 0.80.7 0.9 1.0
图 1 NaOH溶液浓度对IDF提取率的影响
Fig.1 Effect of alkali concentration on the extraction yield of IDF
碱能够去除苦杏仁皮中的黄酮类、色素类等碱溶性物
质，因此NaOH溶液浓度对IDF的提取率有一定影响。由图1
可知，在0.1～0.3 mol/L范围内，提取率无明显差异，继
续增大碱液浓度，提取率明显降低，可看出在0.5 mol/L
时达到最低值，在此之后提取率随碱液浓度的增大无
显著性变化。这可能是由于当碱液浓度增大到0.5 mol/L
时，黄酮、色素等非膳食纤维类物质被去除的量达到稳
定。随着碱液浓度的增大，溶液氧化性增强，膳食纤维
的结构也会遭到破坏[19-20]，造成提取率进一步下降。但随
着碱液浓度的增大，碱溶性物质被去除的越多，所得IDF
的纯度也就越高。因此NaOH溶液浓度在0.5～0.8 mol/L
较为合适。
2.2 超声时间对IDF提取率的影响
在NaOH溶液浓度0.2 mol/L、超声温度50 ℃的条件
下，选取超声时间10、30、50、70、90 min进行研究，
结果见图2。
在30～90 min内，随着时间的延长，提取率呈下降
趋势，这是因为随着超声时间的延长，碱溶性物质溶
出的越多，表现为提取率逐渐下降。但超声时间不易过
8 2014, Vol.35, No.20 食品科学 ※工艺技术
长，否则IDF的结构会遭到破坏。随着碱处理时间的延
长，IDF纯度可能表现为先增加后下降的趋势[21]。ᨀਆ⦷/%
超声时间/min
50
60
55
65
45
40
3010 7050 90
图 2 超声时间对IDF提取率的影响
Fig.2 Effect of ultrasonication time on the extraction yield of IDF
2.3 超声温度对IDF提取率的影响
在NaOH溶液浓度0.2 mol/L、超声时间30 min的条件
下，选取30、50、70、90 ℃ 4 个超声温度研究其对提取
率的影响，结果见图3。ᦤপ⥛/%
超声温度/ć60807090504030 7050 90
图 3 超声温度对IDF提取率的影响
Fig.3 Effect of extraction temperature on the extraction yield of IDF
由图3可知，当超声温度从30 ℃增加到50 ℃时，提
取率明显下降，这可能是由于非膳食纤维类物质溶解性
的提高，导致提取率下降明显。超声温度从50 ℃升高到
90 ℃的过程中，提取率呈缓慢下降趋势，这是因为当超
声温度超过50 ℃时非膳食纤维类物质和IDF发生降解，
导致提取率下降[22]，但下降趋势明显小于之前。此时表
现为提取率下降，IDF的纯度升高。
2.4 响应面试验设计及结果
采用Design-Expert 7.0.0软件，按照Box-Behnken试验
设计，在单因素试验基础上选取NaOH溶液浓度、超声时
间、超声温度作为自变量，水不溶性膳食纤维的提取率
作为响应值，进行响应面分析试验。试验设计方案及结
果见表2。
对表2的试验结果进行响应面分析，经回归拟合，各
因素对响应值的影响可用以下公式表示：
Y=50.38－2.00X1－2.72X2－1.05X3＋2.45X1X2－
0.45X1X3＋2.95X2X3＋2.91X1
2－3.34X2
2－0.54X3
2
对回归模型进行方差分析，结果见表3。
表 2 响应面试验设计方案及结果
Table 2 Experimental design and corresponding results for
response surface analysis
试验号 X1 NaOH溶液浓度 X2超声时间 X3超声温度 Y提取率/%
1 －1 －1 0 57.5
2 1 －1 0 46.7
3 －1 1 0 48.3
4 1 1 0 47.3
5 －1 0 －1 51.7
6 1 0 －1 50.5
7 －1 0 1 55.9
8 1 0 1 52.9
9 0 －1 －1 56.5
10 0 1 －1 44.0
11 0 －1 1 43.1
12 0 1 1 42.4
13 0 0 0 51.7
14 0 0 0 51.0
15 0 0 0 49.7
16 0 0 0 50.0
17 0 0 0 49.5
表 3 方差分析表
Table 3 Analysis of variance
来源 平方和 自由度 均方 F值 P值
模型 239.74 9 26.64 2.60 0.110 5
X1 32.00 1 32.00 3.12 0.120 5
X2 59.41 1 59.41 5.80 0.046 9
X3 8.82 1 8.82 0.86 0.384 3
X1X2 24.01 1 24.01 2.34 0.169 6
X1X3 0.81 1 0.81 0.079 0.786 7
X2X3 34.81 1 34.81 3.40 0.107 8
X1
2 35.66 1 35.66 3.48 0.104 3
X2
2 46.97 1 46.97 4.59 0.069 5
X3
2 1.23 1 1.23 0.12 0.739 3
失拟 68.18 3 22.73 25.92 0.004 4
纯误差 3.51 4 0.88
注：回归模型 R2 = 0.769 8，变异系数 = 6.41%。
根据方差分析结果，剔除影响不显著项，简化后的
回归方程为：
Y=50.38－2.00X1－2.72X2－1.05X3＋2.45X1X2＋
2.95X2X3＋2.91X1
2－3.34X2
2
2.5 响应面分析及优化
保持3 个变量中的一个变量在0水平，另外两个变量
在相应范围内变化，作响应面图。由图4～6可知，当超
声温度一定时，提取率随NaOH溶液浓度和超声时间的增
大先降低后升高；当超声时间一定时，提取率随NaOH
溶液浓度和超声温度的增大先降低后升高；当NaOH溶
液浓度一定时，提取率随超声时间和超声温度的增大先
升高后降低。为进一步确定最佳点，再对回归模型求一
阶偏导，得出3 个因素的最优试验点为（0.194、0.356、
1.567），通过水平转换公式，得出实际最优参数为
NaOH溶液浓度0.68 mol/L、超声时间50.68 min、超声温
※工艺技术 食品科学 2014, Vol.35, No.20 9
度86.34 ℃，此时IDF的提取率为48.88%。表明该条件下非膳
食纤维类物质的去除效果最好，IDF的提取效果最佳。考虑
到实际操作，将工艺参数修正为NaOH溶液浓度0.70 mol/L、
超声时间51 min、超声温度86 ℃，在此条件下IDF的提取率
为49.73%，与理论值很接近，表明该数学模型对优化苦杏
仁皮水不溶性膳食纤维的提取工艺是可行的。
60
56
52
48
44
1.0
0.5
0.0ˉ0.5ˉ1.0ˉ1.0ˉ0.5 0.0 0.5 1.0ᨀਆ⦷/%X2 ˖䎵༠ᰦ䰤
X1˖NaOHⓦ⏢⎃ᓖ
图 4 NaOH溶液浓度和超声时间交互作用响应面
Fig.4 Response surface for alkali concentration and ultrasonication time
56
54
52
50
48
1.0
0.5
0.0ˉ0.5ˉ1.0ˉ1.0ˉ0.5 0.0 0.5 1.0ᨀਆ⦷/%X3 ˖䎵༠⑙ᓖ
X1˖NaOHⓦ⏢⎃ᓖ
图 5 NaOH溶液浓度和超声温度交互作用响应面
Fig.5 Response surface for alkali concentration and extraction temperature
56
52
48
44
40
1.0
0.5
0.0ˉ0.5ˉ1.0ˉ1.0ˉ0.5 0.0 0.5 1.0ᦤপ⥛/%X3 ˖䍙ໄ⏽ᑺ
X2˖䍙ໄᯊ䯈
图 6 超声时间和超声温度交互作用响应面
Fig.6 Response surface for ultrasonication time and extraction temperature
2.6 IDF的持水性和溶胀性
2.6.1 葡萄糖质量分数的影响
由图7可知，随着葡萄糖溶液质量分数的增大，IDF
的持水性呈先增大后减小再增大再减小的变化趋势；随
着葡萄糖质量分数的增大，溶胀性先缓慢上升，继而缓
慢降低，这可能是由葡萄糖与IDF竞争和水分子的结合造
成的[23]。因此在制作膳食纤维制品时，应考虑葡萄糖质
量分数对IDF理化特性的影响。ⓦ㛰ᙗ/ ˄mL/ g˅ᤱ≤ᙗ/%
葡萄糖质量分数/%
300
700
600
500
400
800
200
100
0
2 106
ᤱ≤ᙗⓦ㛰ᙗ
4 8 12
图 7 不同质量分数葡萄糖溶液中IDF的持水性和溶胀性
Fig.7 Water-holding capacity and swelling capacity of IDF in the
presence of various concentrations of glucose
2.6.2 酸碱度的影响⒊㚔ᗻ/ ˄mL/ g˅ᣕ∈ᗻ/%
pH
300
700
600
500
400
800
200
100
0
3 9
ᣕ∈ᗻ⒊㚔ᗻ
5 7 11
图 8 不同pH值条件下IDF的持水性和溶胀性
Fig.8 Water-holding capacity and swelling capacity of IDF at
various pH levels
由图8可知，苦杏仁皮中IDF在中性条件下有较强的
持水力和膨胀力；与中性环境相比，在偏酸性环境下IDF
的持水性无明显变化，在碱性条件下，IDF的持水性呈明
显的下降趋势。溶胀性在pH 3～9范围内缓慢的增加，但
在强碱条件下下降明显。这可能是因为氢氧根离子影响
了膳食纤维分子，使其内部结构发生变化[24]，导致持水
性和溶胀性均下降。
2.6.3 超声温度的影响ⓦ㛰ᙗ/ ˄mL/ g˅ᤱ≤ᙗ/% 䎵༠⑙ᓖ/ć300700600500400900800200100020 80ᤱ≤ᙗⓦ㛰ᙗ40 60 100
图 9 不同超声温度条件下IDF的持水性和溶胀性
Fig.9 Water-holding capacity and swelling capacity of IDF at
various temperatures
由图9可知，随着超声温度的升高，苦杏仁皮IDF
的持水性和溶胀性均呈上升趋势。这是由于超声温度升
10 2014, Vol.35, No.20 食品科学 ※工艺技术
高，膳食纤维更易与水分子结合，使其持水性和溶胀性
增强[25]。当超声温度高于60 ℃时，持水性和溶胀性的增
加趋势变缓。因此，在使用苦杏仁皮水不溶性膳食纤维
制品时，应保持在较温和的超声温度条件下，以保证其
良好的理化性能。
3 结 论
本研究以苦杏仁皮为原料提取水不溶性膳食纤维，
以单因素试验为基础，利用响应面分析法，对提取条件
进行了优化，结果表明最优提取条件为NaOH溶液浓度
0.70 mol/L、超声时间51 min、超声温度86 ℃，此时IDF
的提取率为49.73%。
持水性和溶胀性随超声温度的升高而增大，随葡
萄糖质量分数增大呈波浪形变化。持水性受酸性影响较
小，但在碱性条件下开始显著下降，而溶胀性随pH值的
增大而增大，但在过碱环境中呈现下降趋势。这些性质
是苦杏仁皮水不溶性膳食纤维开发利用的有益基础。
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