全 文 ：响应曲面法优化绿豆皮中膳食纤维的提取工艺
袁艳娟 ,金苗 ,赵珺 ,葛佳璐 ,吴燕娇 ,屠春燕 ＊　(南京工业大学制药与生命科学学院,江苏南京 210009)
摘要　[目的 ]为绿豆的综合开发利用提供有效途径。 [方法]采用酶碱共处理法提取绿豆皮中的膳食纤维 ,以碱液浓度(NaOH)、提取
时间、提取温度为考察因素进行单因素试验 ,再利用正交试验和响应曲面法优化提取工艺。 [结果]膳食纤维提取率随碱液浓度、提取温
度的增加而增加 ,随提取时间的延长而降低。各因素对绿豆皮膳食纤维提取率的影响由大到小依次为:提取温度>提取时间 >碱液浓
度。提取温度越高 ,提取时间越短 ,获得的膳食纤维量越多。 [结论]绿豆皮中膳食纤维的最适提取工艺为:3mol/L氢氧化钠 ,提取温度
70℃,提取时间 0.5h,该条件下膳食纤维提取率达 62.93%,所得膳食纤维的持水率为 344%,溶胀性为 3.2ml/g。
关键词　绿豆皮;膳食纤维;响应曲面法;提取工艺
中图分类号　TS209　　文献标识码　A　　文章编号　0517-6611(2008)23-09900-02
OptimizingExtractionTechnologyofDietaryFiberfromMungbeanSkinwithResponseSurfaceMethod
YUANYan-juanetal　(ColegeofLifeScienceandPharmaceuticalEngineering, NanjingUniversityofTechnology, Nanjing, Jiangsu
210009)
Abstract　[ Objective] Thepurposewastoprovideefectiveapproachforcomprehensivedevelopmentandutilizationofmungbean.[ Method]
Theenzyme-alkalitreatmentmethodwasusedtoextractdietaryfiberfrommungbeanskin, thesinglefactorexperimentwasconductedwith
concn.oflye(NaOH), extractingtimeandextractingtemperatureastheinvestigationfactorsandthentheorthogonaltestandresponsesurface
methodwereadoptedtooptimizeextractiontechnology.[ Result] TheextractionrateofdietaryfiberwasincreasedwiththerisingofNaOH
concn.andextractingtemperature, anddecreasedwiththeprolongingofextractingtime.Theimpactofeachfactoronextractionrateofdietary
fiberinmungbeanskinfrombigtosmalwas:extractingtemperature>extractingtime>concn.ofNaOH.Thehighertheextractingtempera-
turewas, theshortertheextractingtimewasandthemoredietaryfiberamountwasgained.[ Conclusion] Theoptimalextractiontechnologyfor
dietaryfiberfrommungbeanskinwas:3mol/Lsodiumhydroxide, extractingtemperatureof70℃, extractingtimeof0.5h.Underthesecon-
ditions, theextractionrateofdietaryfiberreached62.93%, thewaterholdupforobtaineddietaryfiberwas344%, andtheswelingproperty
was3.2 ml/g.
Keywords　Mungbeanskin;Dietaryfiber;Responsesurfacemethodology(RSM);Extractiontechnology
作者简介　袁艳娟(1984-),女 ,江苏无锡人 , 硕士研究生 ,研究方向:
食品分析。 ＊通讯作者。
收稿日期　 2008-05-15
　　膳食纤维(Dietaryfiber)是指植物性食品中不能被人类
胃肠道消化酶消化 ,但能被大肠内的某些微生物部分酵解和
利用的非淀粉多糖类物质与木质素的合称 ,它包括水溶性膳
食纤维(SDF)和非水溶性膳食纤维(IDF)。水溶性膳食纤维
包括植物细胞壁内的贮存物质和分泌物 ,还包括部分微生物
多糖和合成多糖 ,如瓜儿胶 、果胶 、葡聚糖 、海藻酸钠和真菌
多糖。非水溶性膳食纤维包括细胞壁组成成分 ,如纤维素 、
半纤维素 、木质素 、壳聚糖。膳食纤维对人体具有重要的生
理作用 ,已经成为人类的第七大营养素 [ 1] 。
膳食纤维的提取方法最常用的有酸性洗涤法 、中性洗涤
法 、酶 -质量法 、酶化学法 [ 2] ,但是这些方法步骤繁琐。碱法
是精简的膳食纤维提取方法 ,其提取方法简单 、提取率高 ,已
经广泛用于大豆 、花生 、海带 、玉米 、剑花中膳食纤维的提
取 [ 3-7] 。
绿豆皮作为加工的副产物是可以直接利用的资源 。绿
豆皮占绿豆总质量的 7%～ 10%。在绿豆皮中 ,纤维素含量
高达 60%左右 ,是难得的膳食纤维源 ,笔者以绿豆皮为原料 ,
研究膳食纤维的提取工艺 ,以期为绿豆的综合开发利用提供
一条有效途径 ,也为推动我国绿豆的深加工提供参考数据。
1　材料与方法
1.1　材料　绿豆皮 ,市售;Alcalase碱性蛋白酶(液态),酶活
为 163 924U/ml, Novo公司;Neutrase中性蛋白酶(液态),酶
活为 99 783 U/ml, Novo公司;NaH2PO4·2H2O、Na2HPO4·
12H2O、NaOH、无水乙醇 、过氧化氢均为分析纯 ,由广东汕头
市西陇化工厂提供。
1.2　仪器　HH-S2型水浴锅 , PHSJ-3F型 pH计 ,电子天平 ,
分析天平 , CS202-3型烘箱 , KQ-400DB型超声机 ,离心机 ,循
环水式真空泵。
1.3　方法
1.3.1　绿豆膳食纤维持水性的测定。称取 1 g干燥绿豆膳
食纤维置于 50ml锥形瓶中 ,加蒸馏水 30 ml,室温搅拌 24 h,
在 8 000r/min的转速下离心 20 min,去上清液 ,甩干水分称
重 ,计算持水能力:持水能力 =(样品湿重 -样品干重)/样
品干重 。
1.3.2　绿豆膳食纤维溶胀性的测定。称取 1 g干燥大豆膳
食纤维置于 10ml量筒中 ,加入 5 ml蒸馏水 ,振荡均匀 ,在室
温下放置 24 h,读取液体中膳食纤维的体积 ,并与原料对照 ,
计算溶胀性:溶胀性 =(溶胀后体积 -干品体积)/样品干重。
1.3.3　工艺 。将绿豆皮晒干通过植物粉碎机粉碎 ,在一定
温度 、pH值条件下用蛋白酶水解使蛋白质成为肽或氨基酸
而溶于水 ,再加入一定浓度的碱液(氢氧化钠),将膳食纤维
提取出来同时溶解蛋白。将处理液抽滤 ,得到的清液用过氧
化氢漂白 ,加无水乙醇沉淀 ,离心即得可溶性膳食纤维 ,将滤
渣用水洗至中性烘干称重即得不溶性膳食纤维。
1.3.4　复合酶法设计 。绿豆皮中含有一定量的蛋白质和脂
肪 ,蛋白质直接影响膳食纤维的纯度 ,脂肪经氧化后 ,会使产
品产生异味 ,因此提取膳食纤维时应将二者去除。考察 2种
不同作用位点的酶水解绿豆皮中的蛋白质对膳食纤维量的
影响 ,从而确定绿豆皮中蛋白质是否水解彻底 。工艺流程:
绿豆皮液经碱性蛋白酶水解一定时间后 ,调节其 pH值 、温
度 ,再加入一定量的中性蛋白酶水解。其他操作同 “1.3.3”。
1.3.5　试验设计。称取 1g绿豆皮 ,以碱液浓度 、提取时间 、
提取温度 、酶解条件为考察因素 ,以膳食纤维提取率为指标
责任编辑　庆瑢　责任校对　傅真治安徽农业科学 , JournalofAnhuiAgri.Sci.2008, 36(23):9900-9901, 9986
DOI :10.13989/j.cnki.0517-6611.2008.23.036
进行单因素试验。在单因素试验的基础上 ,再设计 4因素 3
水平正交试验对提取工艺进行进一步优化 ,方案设计见表 1。
按 “1.3.3”的试验方法得到水不溶性膳食纤维和水溶性膳食
纤维。
表 1　正交试验因素设计 L9(34)
Table1　FactorsandlevelsofL9(34)orthogonaltest
水平
Level
碱液浓度∥mol/L
Concentrationoflye
温度∥℃
Temperature
时间 ∥h
Time
1 2 60 0.5
2 3 70 1.0
3 4 80 2.0
2　结果与分析
2.1　单因素试验
2.1.1　碱液浓度对膳食纤维提取率的影响。试验碱液浓度
为 0.5 ～ 4.0mol/L,考察不同的碱量对膳食纤维提取率的影
响 。由试验结果可知 ,随碱液浓度提高 ,膳食纤维的提取率
增大 ,但是差别不大 ,反而随着碱液浓度的增加 ,得到的膳食
纤维的颜色就越深 ,漂白越困难 。因此初步选择碱液浓度为
2 ～ 4mol/L。
2.1.2　温度对膳食纤维提取率的影响。膳食纤维是一种高
分子有机物 ,耐热性较差 ,如果温度过高 ,会使其自身结构受
到破坏;如果温度较低 ,则不利于水解 ,导致提取率不高 。试
验在温度为 40 ～ 80 ℃进行。试验数据显示 ,随着温度增加
提取率变高 ,至 70、80 ℃时的提取率相差不多 ,但是随着提
取温度的升高所得的膳食纤维的颜色明显加深 ,漂白就越不
易 ,因此初步选择提取温度在 60 ～ 80 ℃。
2.1.3　提取时间对膳食纤维提取率的影响。膳食纤维是一
种高分子有机物 ,其自身的结构可以被破坏 ,影响提取率 ,试
验时间在 0.5 ～ 4.0h。由试验结果看出 ,提取时间越长膳食
纤维的提取率就越低 ,在 30 ～ 60 min没有太大变化 ,但是当
提取时间小于 30 min时膳食纤维提取率很低 ,因此 ,时间选
择 30 min至 2 h。
2.2　正交试验　由正交试验得出碱液浓度 、提取温度 、提取
时间两两对膳食纤维提取比率的影响 ,对数据进行曲面响应
分析。由图 1 ～ 3可以得出 ,提取温度越高 、提取时间越短得
到的膳食纤维量越多 ,碱液浓度的影响不显著。由表 2可
知 ,影响膳食纤维提取率的因素主次关系为温度 >时间 >碱
液浓度。提取膳食纤维的最优条件为碱液浓度 3mol/L的氢
氧化钠 、提取温度 80 ℃、提取时间 0.5 h。但是结合单因素
试验结果温度为 70、80 ℃所得的膳食纤维提取率相差并不
多 ,而提取温度为 80 ℃所得膳食纤维的颜色很深 ,漂白困
难 ,因此最终选择提取条件定为:碱液 3mol/L的氢氧化钠 ,
提取温度 70℃,提取时间 0.5 h。
由正交得到的最佳条件进行试验 ,得到膳食纤维提取率
为 62.93%。
2.3　复合酶试验　经碱性蛋白酶和中性蛋白酶水解后得到
的膳食纤维量几乎相同 ,表明绿豆皮中的蛋白质已经由碱性
蛋白酶水解为肽或氨基酸而除去。
表 2　正交试验结果与分析 L9(34)
Table2　ResultandanalysisofL9(34)orthogonaltest
水平Level 碱液浓度 A∥mol/LConcentrationoflye 温度 B∥℃Temperature
时间ChTime
提取率值∥%Extractionrate
1 2 60 0.5 41.56
2 2 70 1 41.52
3 2 80 2 50.08
4 3 60 1 44.77
5 3 70 2 38.76
6 3 80 0.5 51.10
7 4 60 2 5.37
8 4 70 0.5 61.94
9 4 80 1 59.62
K1 1.331 6 0.917 0 1.546 0
K2 1.346 3 1.422 2 1.459 1
K3 1.269 3 1.608 0 0.942 1
K1 0.443 9 0.305 7 0.515 0
K2 0.448 8 0.474 1 0.486 4
K3 0.423 1 0.536 0 0.314 0
R 0.025 7 0.230 3 0.201 0
优水平Optimiza-tionlevel
A2 B3 C1
主次Primary-secondary
BCA
图 1　温度和浓度对提取率的影响
Fig.1　Effectsoftemperatureandconcentrationonextraction
rate
图 2　时间和浓度对提取率的影响
Fig.2　Effectsoftimeandconcentrationonextractionrate
3　结论
　　以绿豆皮为原料 ,提取膳食纤维 ,通过正交设计和响应
(下转第 9986页)
990136卷 23期　　　　　　　　　　　　　　　　袁艳娟等　响应曲面法优化绿豆皮中膳食纤维的提取工艺
使得养殖场员工和周围居民长期摄入砷。这些传播方式可能
成为新的砷污染途径 ,引起人们经食物或饮水摄入过多残留的
砷而致慢性砷中毒 ,同时还会对生态环境产生污染 [ 6-9] 。这将
使我国原有的地方性砷中毒范围扩大。
大量动物试验显示 ,砷可致睾丸组织细胞退化 、萎缩 ,干扰
精子发生 [ 10-11] 。在生精过程中睾丸生精上皮细胞增殖与凋亡
的动态平衡 ,对于维持精子的生成数量和质量具有重要的作
用。砷的生殖毒性研究显示 ,环境有害因素所致生精障碍和睾
丸萎缩的主要原因之一为生精细胞凋亡 [ 12-13] 。该研究表明 ,
随着染砷剂量的增加 ,睾丸精子头计数及每日精子生成量逐渐
减少 ,中 、高剂量组较对照组明显减少。同时 ,随着染砷剂量的
增加 ,生精细胞凋亡也随之增加 ,凋亡生精细胞以精原细胞 、精
母细胞为主 ,并且存在剂量 -效应关系。DSP与生精细胞 AI
的直线相关性分析结果显示 ,二者之间呈直线负相关 ,说明染
砷大鼠 DSP的降低与生精细胞的凋亡增加有关 ,推测 As2 O3
可诱导大鼠睾丸生精细胞凋亡增加 ,主要作用于精原细胞 、精
母细胞 ,即精子发生的最初阶段 ,使精子生成减少 ,导致成熟精
子数量下降 ,产生雄性生殖毒性。因此 ,砷制剂的过量使用可
能通过食物链 、环境危害直接 、间接导致相关人群和动物的男
(雄)性生殖能力下降。
图 3　各组大鼠生精细胞凋亡变化(TUNEL, ×200)
Fig.2　Apoptosischangesofratspermatogeniccelsineachgroup(TUNEL, ×200)
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(上接第 9901页)
图 3　时间和温度对提取率的影响
Fig.3　Efectsoftimeandtemperatureonextractionrate
曲面得出最佳提取工艺条件为碱液 3mol/L的氢氧化钠 ,提
取温度 70 ℃,提取时间 0.5 h。得到膳食纤维提取率为
62.93%,膳食纤维的持水率为 344%,溶胀性为 3.2 ml/g。
该提取方法简单 、提取率高 ,经短时间漂白即可得到绿豆皮
中膳食纤维 ,为绿豆的综合开发利用提供了一条有效途径 。
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9986 　　　　　　　　　　安徽农业科学　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2008年