全 文 ：第2期
文章编号: 1008-830X(2008)02-0151-05
铜藻膳食纤维提取条件的研究
朱亚珠 1,2,郝云彬 3
(1.中国海洋大学食品科学与工程学院,山东青岛 266005;2.浙江国际海运职业技术学院,浙江舟山 316021;
3.舟山市水产研究所,浙江舟山 316000)
摘 要:以铜藻为原料,采用化学与酶解结合的方法,经酶解、碱提取、沉淀、漂白、活化、烘干等工艺处理提取膳食纤维,
研究了酶解、碱提取、漂白工艺条件对铜藻膳食纤维提取的影响,用正交设计法筛选出铜藻膳食纤维提取的最优工艺条件。
由正交试验结果分析可知,酶解工艺的最优条件为:纤维素酶用量 90 U/g、木瓜蛋白酶用量 5 000 U/g、酶解时间 1.5 h;碱提
取工艺的最优条件为:20倍的 200 g/LNa2CO3溶液、处理时间 2 h、处理温度 85℃;漂白工艺的最优条件为:3倍的 0.3%Na-
ClO溶液、pH7、漂白时间40 min。结果表明:在该工艺条件下提取的铜藻膳食纤维的产率为 35.4%,颜色较白,总膳食纤维干
基含量为78.6%,膨胀力为85.8 mL/g,持水力为4 220.0%,蛋白质含量0.45%,总灰分含量为18.3%。该方法所提取的铜藻膳
食纤维的产率较高。
关键词:铜藻;酶解;碱提取;漂白;膳食纤维;提取条件
中图分类号:S985.4+9 文献标识码:A
Study on Optimization of Dietary Fiber Extraction
from Sargassu horneri
ZHUYa-zhu1,2,HAOYun-bin3
(1. Food Science and EngierringCollege ofOccan UniversityofChina, Qingdao 266005;
2. ZhejiangInternational Martime College, Zhoushan 316021;
3. Fisheries Research Institute ofZhoushan, Zhoushan 316000,China)
Abstract: The optimal process conditions ofdietaryfiber extraction fromSargassu horneri were studied by
means of enzymatic and chemical method. The optimum technological condition of extraction of dietary fiber
have been chosen fromSargassu horneri by orthogonal design method after studying the influence of craft con-
ditions such as enzymolysis, the alkali withdraws, bleaching on dietary fiber extraction from Sargassu horneri.
Fromthe results ofthe orthogonal design,we knewthat the optimumtechnological condition of enzymolysis was
90 U/g of the cellulose use level, 5 000 U/g of the papain use level, 1.5 h of the enzymolysis time, the opti-
mum technological condition of the alkali withdraws was 20 times of the Na2CO3use level, 2 h of the proc s-
ing time, 85℃of the processing temperature. The optimum technological condition of bleaching was 0.3% of
NaClOconcentration, 3 times ofthe NaClOuse level, pH 7, 40 min of the bleaching time. The results at opti-
浙江海洋学院学报(自然科学版)
Journal ofZhejiangOcean University(Natural Science)
第27卷 第2期
008年6月
Vol.27 No.2
June.,2008
收稿日期:2008-01-15
作者简介:朱亚珠(1962-) ,女,浙江舟山人,副教授,研究方向:食品加工.
浙江海洋学院学报(自然科学版) 第27卷
malconditionsforextractingSargassumDFwere35.4%ofyield,nearlywhiteincolor,78.6%ofDFcontents,
85.8mL/gofexpansioncapacityand4220.0%ofwaterholdingcapacity,0.45%ofproteincontent,and18.3
oftotalashcontent.
Keywords:Sargassumhorneri;enzymolysis;alkaliwithdraws;bleaching;dietaryfiber;extraction
铜藻Sargassumhorneri(Turn.)Ag,又称丁香屋、竹茜菜,属褐藻类、马尾藻属。我国沿海都有分布,浙江
沿海为优势种,主要产于嵊山、中街山、渔山、韭山、大陈和南麂。铜藻是一种野生海藻,本种系北太平洋西
部特有的暖温带性海藻。藻体黄褐色,树状,枝叶繁茂,高0.5～lm,可达7m。生长在风浪较大的干潮线以
下至3m处的岩石上或低潮带石沼中。生长盛期3～5月。铜藻作为褐藻的一种,资源丰富,民间可全藻入
药,但铜藻的利用很少,特别是有生物活性的特效成分研究得更少,已见报道含褐藻酸,甘露醇,多糖等成
分[1]。
膳食纤维被现代医学和营养学确认为与传统的六大营养素,水、矿物质、维生素、蛋白质、脂肪和碳水
化合物并列的“ 第七营养素”。膳食纤维对多种疾病的防治具有积极作用,其生理功能的高低,除与加工方
法有关外,还与原料来源有关[2]。膳食纤维按其溶解性,可分为水溶性膳食纤维(solubledietaryfiber,SDF)
和水不溶性膳食纤维(insolubledietaryfiber,IDF)。膳食纤维中可溶性成分的比例是影响膳食纤维生理功
能的一个重要因素,因此,提高水溶性纤维含量成为膳食纤维研究的主要方向。
本文提取铜藻中的膳食纤维包括原料粉碎、酶解、碱消化、沉淀、漂白脱色、脱水干燥和产品粉碎过筛[3]
等步骤,用正交试验法筛选出膳食纤维提取的最优条件,以期为铜藻的开发利用提供参考资料。
1材料与方法
1.1材料
1.1.1原料
铜藻:取自舟山嵊泗海域,经清洗、晒干、粉碎后过40目筛备用。
1.1.2试剂
纤维素酶:上海蓝季科技发展有限公司,30U/mg;木瓜蛋白酶:上海蓝季科技发展有限公司,6000U/
mg;无水碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠、硼酸、次氯酸钠(上海联试化工试剂有限公司)、盐酸、氯化钙等均为分
析纯。
1.1.3设备
上海标本模型厂DS-1高速组织捣拌机,深圳天南海北实业公司HH电热恒温水浴锅,宁波江南仪器
厂DHG-9/4.AS型新型电热鼓风干燥机,上海安亭科学仪器厂TGL-16C台式离心机,常州市干燥设备有
限公司DZ真空干燥机,上海新嘉电子有限公司KDN-04消化炉,上海新嘉电子有限公司KDN-04A定氮
仪,上海实验电炉厂KDN-04消化炉,上虞市纱筛厂Φ200标准筛。
1.2方法
1.2.1常规成分的检测
蛋白质测定:按GB5009.3微量凯氏定氮法测定;水分测定:按GB5009.5105℃烘箱干燥法测定;灰
分测定:按GB5009.6,550℃干法灰化法测定[4]
1.2.2膨胀力测定
根据陈培基等[5]的方法,称取1.00g膳食纤维粉末放入量筒中,记录体积V1/mL,然后加入 20℃水适
量,摇匀,于20℃静置24h,记录物料吸水后的体积V2/mL,V2-V1即为膳食纤维的膨胀力(mL/g)。
1.2.3持水力测定
根据陈培基等[5]的方法,称取1.00g膳食纤维粉末放入烧杯中,加入20℃水适量,摇匀,20℃下浸泡1
152
第2期
h,将吸饱水的纤维倒入滤纸漏斗上过滤,待水滴干后,把结合了水的纤维全部转移到表面皿中称重。计算
持水力。持水力(%)=[纤维湿重(g)-纤维干重(g)]/纤维干重(g)×100%。
1.2.4产率测定
Y(%)=m2(1-X2)/m1(1-X1)×100%
式中:m2为纤维素质量(g),X2为纤维素水分含量(%),m1为原料质重(g),X1为原料水分含量(%)。
1.3提取工艺
1.3.1工艺流程
原料→粉碎→酶解→酸处理→碱提取→离心→滤液→中和→CaCl2沉淀→凝胶→漂白→活化→酒精
脱水→烘干→粉碎→成品。
1.3.2工艺流程简述
酶解:以过40目筛的铜藻为原料,称5.0g原料,用100mL蒸馏水浸泡过2~3h。取经浸泡后的原料,
调pH至4～5,加入纤维素酶和木瓜蛋白酶,在45℃下水浴处理一定的时间。
酸处理:酶解结束后,加入0.45%的HCl溶液100mL,处理1h,水洗至中性,去掉水分。
碱提取:在经过酸处理的铜藻中加入200g/L的Na2CO3溶液,恒温提取一定时间。
CaCl2沉淀:将离心所得的上层溶液调节
pH至中性后,加入 100g/L的 CaCl2溶液
100mL,待沉淀完全后过滤得凝胶沉淀。
漂白:在所得凝胶沉淀中加入NaClO溶
液,漂白一定时间后过滤。
活化:在漂白所得凝胶中加入 10g/L的
NaCl溶液,活化1h。
酒精脱水:活化后,加入 100mL95%医
用酒精脱水。
烘干:50℃真空干燥。
2结果与讨论
2.1酶解的最优条件
根据海藻膳食纤维提取的
相关文献资料[6],先用纤维素酶
和木瓜蛋白酶进行处理,以破坏
铜藻的细胞壁,经多次的预实
验,确定以纤维素酶(A)、木瓜蛋
白酶(B)的用量和酶解时间(C)
为考察因素,见表 1;选用 L9(34)
作正交试验,以蛋白质含量和膳
食纤维的产率为评定指标,淀粉
的含量见表2。
由表2可知,影响蛋白质含
量的主次因素为A>B>C,其最佳
组合为A3B1C3,即纤维素酶和蛋
白酶用量分别为90U/g和4000
U/g,酶解时间 2h。而影响膳食
表1 酶解工艺条件正交试验因素水平表
Tab.1 Thefactorandlevelintheenzymolysisexperiment
水平
因素
纤维素酶用量/U·g-1 蛋白酶用量/U·g-1 酶解时间/h
A B C
1
2
3
70
80
90
4000
5000
6000
1
1.5
2
表2 酶解工艺条件正交试验结果与分析
Tab.2 Theorthogonaldesignandresultsofenzymolysis
试验号
纤维素酶用量 蛋白酶用量 酶解时间
蛋白质含量/% 淀粉 产率/%
A B C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
R
K1
K2
K3
R
1
1
1
2
2
2
3
3
3
2.66
2.06
1.70
0.32
92.1
89.0
100.2
3.73
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1.80
2.30
2.32
0.17
91.2
97.0
93.1
1.93
1
2
3
2
3
1
3
1
2
2.08
2.37
1.97
0.13
91.6
97.8
91.9
1.97
0.76
1.09
0.81
0.57
0.69
0.80
0.47
0.52
0.71
阴性
阴性
阴性
阴性
阴性
阴性
阴性
阴性
阴性
28.5
35.2
28.4
28.7
29.5
30.8
34.0
32.3
33.9
蛋白质结果分析
产率结果分析
朱亚珠等:铜藻膳食纤维提取条件的研究 153
浙江海洋学院学报(自然科学版) 第27卷
纤维产率的主次因素依次为 A>C>B,其最佳
组合为A3C2B2,即纤维素酶用量和蛋白酶用
量分别为 90U/g和 5000U/g,酶解时间 1.5
h。淀粉含量均为阴性。综合考虑各因素对蛋
白质含量和膳食纤维产率的影响,确定最优
条件为纤维素酶用量和蛋白酶用量分别为
90U/g和5000U/g,酶解时间1.5h。
酶解法处理铜藻的最大优点是能有效地
破坏藻体的细胞壁,使褐藻胶、蛋白质和褐藻
淀粉等成分从藻体的细胞组织中释放出来,
有利于蛋白质的降解以及脂肪、色素等非膳
食纤维成分的去除,铜藻中的褐藻淀粉是水
溶性淀粉[6]也被除去,从实验结果得到验证,
这样用酶解法处理铜藻提高了铜藻膳食纤维
的纯度和产率。
2.2碱提取的条件
根据海藻膳食纤维提取的相关文献资料
[7,8],海藻消化时,碱浓度过低时蛋白质的肽链
不易被除去,但碱浓度过大时纤维素和半纤
维素会发生轻度水解,且产品色泽加深。因
此,选用碳酸钠浓度为 200g/L,既可防止处
理过度,又减少了碱的用量。经过一系列的预
实验,确定在 200g/LNa2CO3浓度下,以
Na2CO3用量(按原料的量)、处理时间、处理温
度为考察因素,见表 3;选用 L9(34)作正交试
验,以膳食纤维的产率为考察指标,结果见表
4。
由表4可知,影响铜藻膳食纤维碱提取
结果的主次因素依次为 C>A>B,碱提取的最
佳条件为C3A2B2,即20倍的 Na2CO3溶液,处
理温度85℃,处理时间2h。碱浓度过低时蛋
白质的肽链不易被除去,但碱浓度过大时纤
维素和半纤维素会发生轻度水解,且产品色
泽加深。因此,本文所用碳酸钠浓度为200g/
L,既可防止处理过度,又减少了碱的用量。
2.3漂白的最优条件
根据海藻膳食纤维提取的相关文献资料
[7,8],经过一系列的预实验,确定在 pH为 7条
件下,以 NaClO浓度、用量(液固比)、漂白时
间为考察因素(表 5),选用 L9(34)作正交试
验,以膳食纤维的产率和色泽作为考察指标,
表3 碱提取工艺条件正交试验因素水平表
Tab.3 Thefactorandlevelinthealkaliextractionexperiment
水平
因素
Na2CO3用量/倍 处理时间/h 处理温度/℃
A B C
1
2
3
10
20
30
1
2
3
65
75
85
表4 碱提取工艺条件正交试验结果与分析
Tab.4 Theorthogonaldesignandresultsofalkaliextraction
试验号
Na2CO3用量 处理时间 处理温度 产率/%
A B C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
R
1
1
1
2
2
2
3
3
3
74.7
95.3
92
6.86
1
2
3
1
2
3
1
2
3
81.6
90.4
90.0
2.93
1
2
3
2
3
1
3
1
2
67.8
97
97.2
9.8
15.8
28.7
30.2
34.2
35.4
25.7
31.6
26.3
34.1
产率结果分析
表5 漂白工艺条件正交试验因素水平表
Tab.5 Thefactorandlevelinthebleachingexperiment
水平
因素
NaClO浓度/g·L-1 NaClO用量/倍 漂白时间/min
A B C
1
2
3
2
3
4
2
3
4
20
30
40
表6 漂白工艺条件正交试验结果与分析
Tab.6 Theorthogonaldesignandresultsofbleaching
试验号
NaClO浓度 NaClO用量 漂白时间
A B C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
R
1
1
1
2
2
2
3
3
3
103.3
92.5
85.8
5.83
1
2
3
1
2
3
1
2
3
99.2
98.1
84.3
4.96
1
2
3
2
3
1
3
1
2
92.4
94.2
95
0.86
产率/%
36.2
35.8
31.3
32.4
33.1
27.0
30.6
29.2
26.0
产率结果分析
色泽
白色
白色
白色
较白
白色
黄色
白色
较白
较白
154
第2期
结果见表6。
由表 6可
知,结合白度和
产率两个因素
来考虑,确定铜
藻膳食纤维漂
白工艺的最优条件为:次氯酸钠浓度3g/L,次氯酸钠用量3倍,漂白40min。
2.4铜藻膳食纤维的试制与组成分析
以铜藻膳食纤维的最佳提取工艺为试验条件,进行铜藻膳食纤维产品的试制,并对所制得的膳食纤维
试制品的常规化学成分、膨胀力、持水力、产率等各项指标进行了测定,结果见表7。
3结论
通过化学和酶结合的方法处理铜藻,以正交实验法筛选出膳食纤维提取的最优条件,结论如下:
1.膳食纤维提取最佳工艺
酶解工艺最优条件:纤维素酶用量90U/g、木瓜蛋白酶用量5000U/g、酶解时间1.5h。碱提取工艺的
最优条件为:40倍的Na2CO3溶液、处理温度85℃、处理时间2h。漂白工艺的最优条件为:3倍的3g/L
NaC1O溶液、pH7、漂白时间40min。
2.提取的铜藻膳食纤维性能指标
在本工艺条件下提取的铜藻膳食纤维产率达到 35.4%,颜色较白,膳食纤维干基含量高达 78.6%,总
灰分含量为18.3%,其膨胀力和持水力两项功能性指标分别达到85.8mL/g和4220.0%,比陆上植物的膳
食纤维的功能性指标都高[9-10]。
参考文献:
[1]袁清香,付 玲.铜藻Sargassuhorneri的化学成分研究[J].广东化工,2006,33(5):42-43.
[2]张燕平,戴志远,王宏海,等.羊栖菜高活性膳食纤维提取工艺的研究[J].中国食品学报,2005,5(3):67-72.
[3]曾顺德,张迎君,漆巨容.膳食纤维开发利用现状[J].西南园艺,2005,33(B05):99-101.
[4]吴谋成.食品分析与感官评定[M].北京:中国农业出版社,2007:43-140.
[5]陈培基,李来好,李刘冬,等.二种褐藻膳食纤维的功能活化及其生理功能的比较[J].食品科学,2005,26(1):226-230.
[6]陈培基,李刘冬,杨贤庆,等.酶处理马尾藻提取膳食纤维的研究[J].食品与发酵工业,2003,29(12):76-79.
[7]李来好,杨贤庆,吴燕燕,等.用正交设计法提取马尾藻高活性膳食纤维[J].湛江海洋大学学报,1998,18(2):39-43.
[8]王 扬,王海洪,徐大伦.羊栖菜多糖的提纯和分离[J].宁波大学学报,2002,15(1):53-55.
[9]严万婕,刘成梅,刘 伟,等.麦麸膳食纤维提取条件的优化[J].江西食品工业,2005(3):36-37.
[10]王景会,曹龙奎,马毓霞,等.豆渣制取高活性膳食纤维的研究[J].吉林农业科学,2004,29(3):53-57.
表7 铜藻膳食纤维的试制品的组成分析
Tab.7 TheanalysisofthecomponentsoftestproductsonSargassumhomeridietaryfiber
水分/% 粗蛋白/% 脂肪/% 灰分/% 淀粉 碳水化合物/% 膨胀力/mL·g-1 持水力/% 得率/%
12.1 0.45 / 18.3 阴性 69.2 85.8 4220 35.4%
朱亚珠等:铜藻膳食纤维提取条件的研究 155