全 文 ：香芋可溶性膳食纤维提取工艺及其性能研究
陈致印 1，胡一鸿 1，金晨钟 1，朱定萍 1，王 琼 2
（1. 湖南人文科技学院生命科学系，湖南 娄底 417000；
2. 平凉市产品质量监督检验所，甘肃 平凉 744000）
摘 要：以新鲜香芋为原料，经烘干、粉碎、酶解、离心工艺提取可溶性膳食纤维，采用单因素试验和正交试验相结合，研究了 4
种因素对可溶性膳食纤维提取率的影响。试验结果表明：当酶用量为 2.0%、pH值为 4.5、水浴时间 150 min、水浴温度为 55℃时，
可溶性膳食纤维提取率达到 39.88%，其溶胀性和持水力分别为 8.53 mL/g和 4.24 g/g。
关键词：香芋；可溶性膳食纤维；纤维素酶；溶胀性；持水力
中图分类号：TS205 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2012）09-0089-03
Extracting Technologies for Soluble Dietary Fibers from Ube and Its Properties
CHEN Zhi-yin1, HU Yi-hong1, JIN Chen-zhong1, ZHU Ding-ping1, WANG Qiong2
(1. Department of Life Sciences, Hunan Institute of Humanity and Technology, Loudi 417000, PRC;
2. Pingliang Branch of Gansu Provincial Product Quality Supervision and Testing Institute, Pingliang 744000, PRC)
Abstract: The soluble dietary fibers of fresh ube (Colocasia esculenta schott) were extracted through drying, crushing,
enzymatic hydrolysis and centrifuging. The effects of the four factors on extraction rate of soluble dietary fibers were
analyzed by using single factor test and orthogonal experiment. The results showed that the extraction efficiency of
soluble dietary fibers reached 39.88% when enzyme dosage, pH, water-bath time and water-bath temperature were 2.0%,
4.5, 150 min and 55℃, respectively, meanwhile the swelling property and water holding capacity of the extracted soluble
dietary fibers reached 8.53 mL/g and 4.24 g/g.
Key words: ube; soluble dietary fibers; cellulase; swelling property; water holding capacity
膳食纤维是人体平衡膳食结构的必需营养素
之一，不能被人体内消化酶分解和吸收，称为“第七
营养素”，对人体具有重要的生理功能[1-2]，如降低便
秘、肠癌、肥胖症、II型糖尿病和冠心病等慢性病的
发生率。膳食纤维按其水溶性可分为不溶性膳食纤
维（Insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纤维
（Soluble dietary fiber，SDF）两类。可溶性膳食纤维
在许多方面的生理功能比不溶性膳食纤维更强[3]，
其应用范围更为广泛。因此，可溶性膳食纤维的制
备具有特别重要的意义。
香芋（Eolocasia esculenta schott）属天南星科
芋属，为多年生单子宿根性草本植物，是热带亚太
地区重要块茎类作物之一[4]。香芋引进我国种植已
久[5]，资源极为丰富，营养物质含量也高。香芋除了
富含蛋白质、钙、磷、铁、钾、镁、钠、胡萝卜素、烟酸、
B族维生素、皂角等多种成分外，还含有大量可溶
性膳食纤维成分，如黏液多糖、黏液皂素、碱性物质
等成分，具有重要的生理功能[6]。多年来，人们对香
芋的研究主要集中在栽培方面，有关其深加工研究
报道很少，目前仍没有对其可溶性膳食纤维提取方
法的研究报道。本试验以香芋为原料，探讨提取其
中水溶性膳食纤维的方法，以期为香芋资源的深度
开发提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
香芋（购于当地市场）；纤维素酶（20 000 U/g）
（山东枣庄杰诺生物酶有限公司）；标准葡聚糖
Dextran 2000（瑞典 Phamrmacia 公司）；氢氧化钠、
盐酸、无水乙醇、等药品均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
F160 型粉碎机（北京中兴伟业仪器有限公
司）；R-201L旋转蒸发仪（西安常仪仪器设备有限
公司）；PHBJ-260便携式 pH计（上海将来实验设
备有限公司）；HH-8型恒温水浴锅（江苏宏华仪器
厂）；GZX-DH.300-BS-II电热恒温干燥箱（上海跃
收稿日期：2012-03-06
基金项目：湖南省科技计划项目（2009FJ3159）；湖南省教育厅
重点项目（10A63）
作者简介：陈致印（1981-），男，江西全南县人，讲师，硕士，主
要研究方向为食品加工及贮藏。
通讯作者：胡一鸿
湖南农业科学 2012，（09）：89~91 Hunan Agricultural Sciences
DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2012.09.008
表 1 试验选取因素及水平
水 平
1
2
3
A酶用量（%）
2.0
2.5
3.0
B pH值
4.5
5.0
5.5
C时间（min）
90
120
150
D温度（℃）
50
55
60
40
30
20
10
0S
DF
提
取
率
（
%）
35 40 45 50 55 60
反应温度（℃）
图 1 温度对提取率的影响
40
30
20
10
0S
DF
提
取
率
（
%）
3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
pH值
图 2 pH值对提取率的影响
40
30
20
10
0S
DF
提
取
率
（
%）
30 60 90 120 150 180
酶解时间（min）
图 3 时间对提取率的影响
40
30
20
10
0S
DF
提
取
率
（
%）
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
加酶量（%）
图 4 酶用量对提取率的影响
进医疗器械厂）；台式离心机 Thermo Scientific
（Heraeus Megafuge 1.0 R）。
1.3 试验方法
1.3.1 工艺流程 香芋→恒温干燥（60℃）→粉
碎→过筛（60目）→加水（香芋粉∶纯净水＝1∶40）→
调 pH 值→纤维素酶酶解→恒温水解→高温灭酶
（90℃，10 min）→冷却→离心分离→
固体→干燥→不可溶膳食纤维
上清液→浓缩→醇沉→离心分离→固→ 体
→可溶膳食纤维
1.3.2 提取率测定方法 可溶性膳食纤维烘干至
恒重，称取质量，其与干样品重的比值即为提取率，
计算公式为：
可溶性膳食纤维（SDF）提取率＝恒重 SDF质量
干样品重
×100
1.3.3 性能测定方法 持水力（Water holding ca－
pacity, WHC）测定：准确称取 250 mg过 40目筛的
样品，放入离心管中，加入 25 mL去离子水，振荡后
在室温下静置 60 min。离心（15 min, 3 000 g），除去
上清液，称重，换算成每克干样品保持水的量（g/g
干物质）:
持水力＝样品湿重（g）－样品干重（g）
干样品重（g）
膨胀力（Swelling, SW）测定：称取 1.00 g 过 40
目筛的样品，放入 20 mL的具塞刻度玻璃试管中，
加入 20 mL去离子水，振匀后在室温（20℃）下放置
16 h，观察样品在试管中的自由膨胀体积（mL）。按
下面公式计算每克样品的膨胀力（mL/g）：
膨胀力＝膨胀后样品体积（mL）－干品体积（mL）
干样品重（g）
1.3.4 单因素试验和正交设计试验 分别选取水
浴温度，pH值，提取时间，以及酶用量先进行单因
素试验。根据单因素试验结果，采用 4因素 3水平
L9（34）设计（表 1）进行正交试验。
2 结果与分析
2.1 提取因素对香芋可溶性膳食纤维提取
率的影响
2.1.1 单因素试验 图 1 显示，提取温度在 35～
55℃时，可溶性膳食纤维提取率随温度的升高而升
高；当提取温度高于 55℃时，可溶性膳食纤维提取
率随着温度的升高而降低。这是由于可溶性膳食纤
维主要成分为天然果胶和 β-葡聚糖，如果胶、瓜尔
豆胶、卡拉胶、黄原胶、甘露糖、葡聚糖、海藻酸钠、
真菌多糖等，提取温度过高，会使其本身分子结构
受到破坏，从而降低提取率[7]。因此，提取温度控制
在 55℃左右较为适宜。
图 2显示，随着 pH值的升高，可溶性膳食纤维
提取率有所上升，至 pH值为 5.5达到最大，之后随
着 pH值的升高提取率下降。这可能因为酶是一种
特殊的蛋白质分子，其催化能力与 pH 值密切相
关，当 pH 值超过酶活性的最佳范围时，提取效率
有所下降。
图 3显示，可溶性膳食纤维提取率随酶解时间
延长而增加，但当酶解时间超过 120 min后提取率
增加的趋势减缓。这可能是因为在提取过程中有效
成分的浓度差是提取的推动力，在提取初期，浓度
差大，提取速率快，产物增加得也快[8]；随着提取时
间的延长，溶剂中有效成分浓度增大，与固相中的
浓度差逐渐变小，推动力也就变小，所以提取率减
缓，直至提取达到平衡，产物浓度也趋于恒定[8]。因
此试验选定最佳酶解时间为 120 min。
图 4显示，随着酶浓度的增加，可溶性膳食纤
维提取率逐渐增加，当酶浓度达到 2.5%时其提取
率最高，达 33.4%；随着酶浓度的进一步的增加得
率反而减少。可能是由于香芋中含有大量不溶性纤
维，酶浓度过低，不溶性纤维水解不完全，而酶浓度
过高，使膳食纤维中可溶性纤维素等生理活性物质
分解，造成提取率降低，所以纤维素酶的浓度以
第 09期湖南农业科学90
表 2 正交设计与数据处理
试验号
1
1
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
R
A酶用量
1
1
1
2
2
2
3
3
3
34.34
33.23
32.57
1.77
B pH值
1
2
3
1
2
3
1
2
3
35.87
33.88
30.31
5.56
C时间
1
2
3
2
3
1
3
1
2
33.67
32.64
33.76
1.12
D温度
1
2
3
3
1
2
2
3
1
33.38
36.79
29.91
6.88
提取率（%）
37.05
37.45
27.90
31.55
34.51
33.92
39.14
29.71
28.82
-
-
-
-
37.20
37.52
28.46
31.62
33.86
33.94
38.69
30.21
28.84
-
-
-
-
2.5%为最宜。
2.1.2 正交试验 综合考虑多因素相互作用对于
香芋水溶性膳食纤维提取的影响，根据单因素的试
验结果，采用 L9（34）正交设计对香芋水溶性膳食纤
维提取的条件进行优化，重复 2次，正交试验结果
见表 2。
根据极差分析，影响香芋水溶性膳食纤维得率
的各因素主次关系依次为：水浴温度（D）＞pH值
（B）＞酶用量（A）＞提取时间（C），水浴温度影响最
大，水浴时间影响最小，最优组合为 A1B1C3D2，即酶
用量为 2.0%，pH值为 4.5，水浴时间 150 min，水浴
温度为 55℃。这与正交试验中的最高提取率组合
A3B1C3D2水平不一致，故需要验证试验。两次验证
试验得到的水溶性膳食纤维提取率分别为 39.86%
和 39.90%，高于正交试验中的最高提取率组合
A3B1C3D2，因此采用 A1B1C3D2组合，水溶性膳食纤维
提取率能达到 39.88%。
2.2 香芋可溶性膳食纤维性能
研究水溶性膳食纤维物理特性，能够判断香芋
纤维生理性能。在最佳提取工艺条件制备下，香芋
可溶性膳食纤维的溶胀性为 8.53±0.32 mL/g（n=3），
明显高于豆渣的溶胀性 6.33 mL/g，说明香芋纤维
在增加粪便体积、稀释潜在致癌物方面的生理功能
具有更明显的优势。香芋纤维持水力为 4.24±0.26
g/g（n=3），低于大豆纤维 5.56 g/g[9]，说明香芋纤维
在增加水相体积，降低吸收速度和减少肠内吸收部
位方面不及大豆纤维优越。
3 讨 论
采用纤维素酶提取香芋中可溶性纤维，利用单
因素试验和正交试验，对影响其提取结果的相关因
素进行试验和探讨，通过极差分析和验证试验得
出，提取香芋可溶性膳食纤维的最佳工艺为：酶用
量为 2.0%，pH值为 4.5，水浴时间 150 min，水浴温
度为 55℃，可溶性膳食纤维提取率能达到 39.88%。
其提取率明显高于豆渣纤维的提取率 13.7%，也高
于花生纤维的提取率 6.98%[10]。这可能是由于香芋
原料中淀粉含量相对较高，或者香芋纤维的提取工
艺较为优越。
香芋纤维溶胀性为 8.53±0.32 mL/g，高于豆渣；
持水力为 4.24±0.26 g/g，低于大豆纤维。这可能是
由于香芋纤维黏多糖的黏度较差所致，可以通过添
加蔗糖、明矾、硼砂和 pH值改变其黏度[10]，使其获
得更好的生理性能。
参考文献：
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（责任编辑：卢红玲）
第 09期 陈致印等：香芋可溶性膳食纤维提取工艺及其性能研究 91