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火棘果水溶性膳食纤维酶法制备工艺
及单糖成分和物化性质研究
韩 林，吴应梅* ，汪开拓，王兆丹，唐华丽，高玉洁
(重庆三峡学院生命科学与工程学院，重庆 404100)
收稿日期:2014－11－24
作者简介:韩林(1985－) ，男，硕士研究生，讲师，研究方向:果蔬深加工与综合利用，E－mail:hanlin730@ 163.com。
* 通讯作者:吴应梅(1981－) ，女，硕士，研究方向:果蔬深加工，E－mail:353950226@ qq.com。
基金项目:重庆市教委科学技术研究项目(KJ131114) ;重庆三峡学院创新团队项目(201302)。
摘 要:以野生火棘果为原料，采用酶法制备火棘果水溶性膳食纤维(SDF)。以单因素纤维素酶添加量、酶解时间和
液料比为实验因素，以水溶性膳食纤维得率为响应值，采用三因素三水平的响应面分析法优化提取工艺条件。同时，
利用气相色谱法研究了火棘果膳食纤维的单糖组成和物化性质。结果表明，酶法制备火棘果水溶性膳食纤维的最佳
工艺条件为:酶添加量 0.83%，酶解时间 2 h，液料比 23 mL /g，在此条件下火棘果 SDF的得率预测值为 5.97%，实际验
证值为 5.91%。火棘果膳食纤维的单糖成分主要为木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、山梨糖，同时还含有少量的果糖和甘露
糖，其中以木糖含量最高，达 33.56%。物化性质实验表明，火棘果膳食纤维具有良好的持水性和持油性，同时对葡萄
糖也具有较强的吸收能力。
关键词:火棘果，水溶性膳食纤维，响应面分析，单糖组成，物化性质
Study on the monosaccharide compositions，physico－properties and
preparation technology of soluble dietary fiber by
enzymatic method from Pyracantha Fortuneana
HAN Lin，WU Ying－mei* ，WANG Kai－tuo，WANG Zhao－dan，TANG Hua－ li，GAO Yu－jie
(College of Life Science and Engineering of Chongqing Three Gorges University，Chongqing 404100，China)
Abstract:The enzymatic method was adopted to extract soluble dietary fiber from Pyracantha Fortuneana. The
experimental factors including the amount of cellulose，extract time and liquid－ to－solid ratio on the extraction ratio
of soluble dietary fiber(SDF)was adopted.Meanwhile，the monosaccharide compositions and physico－properties
of the dietary fiber from Pyracantha Fortuneana was researched.The results showed that，the optimal extraction
conditions of the soluble dietary fiber prepared by enzymatic method were as follows:the amount of cellulose was
0.83%;extract time was 2 h and the liquid－ to－solid ratio was 23 mL/g，the predicted value and measured value of
the soluble dietary fiber were 5.97% and 5.91%，respectively.The main monosaccharide compositions of the dietary
fiber from Pyracantha Fortuneana were xylose，arabinose，rhamnose and sorbose，also contained a small amount of
fructose and mannose，among them with xylose content was the highest，reached to 33.56% .The results of the
physico－properties experiments showed that，the dietary fiber from Pyracantha Fortuneana possessed good WHC
and OHC，and had strong glucose－adsorption capacity.
Key words:Pyracantha Fortuneana;soluble dietary fiber(SDF);response surface analysis;monosaccharide;
physico－properties
中图分类号:TS255.1 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2015)17－0215－05
doi:10． 13386 / j． issn1002 － 0306． 2015． 17． 035
火棘果(Pyracantha fortuneana)又称救军粮、赤
阳子、火把果等，是蔷薇科苹果亚科(maloideane)火
棘属(Pyracantha Roem)常绿灌木，也是一种可药可
食可观赏的多用途花果植物，广泛分布于湖北、湖
南、四川、重庆等省市，产量极大，仅湖北恩施州年产
量便可达 3 × 107 kg［1］。火棘果营养成分丰富，含有
18 种氨基酸，包括 7 种人体必需氨基酸和 2 种婴幼
儿必需氨基酸，鲜果可溶性糖含量高达 10% ～13%，
其中果糖、葡萄糖和蔗糖占 90%以上，此外，还有大
量维生素 B1、B2、PP，以及花色苷和矿物元素
［2－3］。近
年来的研究表明，火棘果具有抗氧化［3］、降血脂［4］、护
肝［5］等功效，广泛应用于食品、医药和化妆品等
216
领域［2，6］。
膳食纤维在人体内发挥着重要的作用，被称为
“第七营养素”，许多疾病如高血压、高血脂、糖尿病
等都与膳食纤维的摄入量不足有关［7］。李加兴［8］等
采用碱水解法，通过单因素实验和响应面分析，优化
了火棘果中水不溶性膳食纤维的提取工艺，而水溶
性膳食纤维则还未见相关的研究报道。本实验以野
生火棘果为原料，利用响应面法优化了酶法制备水
溶性膳食纤维的工艺条件，并对火棘果膳食纤维的
单糖组成及物化性质进行了研究，为提高火棘果的
利用率和附加值提供了科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
火棘果 采摘于重庆万州区铁峰乡;纤维素酶
10000 U /g，上海紫一试剂厂;甘露糖、鼠李糖、半乳
糖、木糖、山梨糖、果糖和阿拉伯糖 美国 Sigma 公
司;葡萄糖试剂盒 上海士峰生物科技有限公司;无
水乙醇、碳酸钡、吡啶、盐酸羟胺、乙酸酐等 分析
纯，四川西陇化工有限公司。
ZXFD－A5250型电热恒温鼓风干燥箱 上海智成
分析仪器制造有限公司;FW80 型高速万能试样粉碎
机 上海胜启仪器仪表有限公司;800 型离心
机 上海手术器械厂;HH－ 4 型号数显恒温水浴
锅 江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;SHZ－
95B型循坏水式多用真空泵 巩义市予华仪器有限
责任公司;AL104 电子天平 梅特勒－托利多仪器
(上海)有限公司;GC－2010 Plus 气相色谱仪 日本
岛津。
1.2 实验方法
1.2.1 火棘果膳食纤维的制备 挑选无腐烂的火棘
果，清洗后，置于 55 ℃烘箱中干燥，粉碎，加入 10 倍
去离子水，同时加入 1.5%混合酶(α－淀粉酶∶糖化酶
=1∶3)，在 57 ℃下处理 90 min，然后在 75 ℃条件下
于 3.6% NaOH 溶液中处理 90 min，用去离子水反复
洗涤至中性，干燥后粉碎过 40 目筛，得到火棘果膳
食纤维，进行 SDF提取、单糖组成成分及物化性质的
研究［9］。
1.2.2 提取工艺流程 称取 5 g 火棘果膳食纤维，加
纤维素酶→水浴酶解，抽滤→滤液加 4 倍体积乙醇
沉淀 1 h 后再次过滤，干燥，得到可溶性膳食纤维
(SDF)［10］。
操作要点:
准确称取 5 g 1.2.1 中制备的火棘果膳食纤维，
加入一定量的纤维素酶和蒸馏水，调节 pH至 5.5，置
于 55 ℃水浴锅中进行酶解。
酶解完成后进行过滤，所得的滤液加入 4 倍的
乙醇，静置 1 h，再过滤，沉淀干燥得到火棘果可溶性
膳食纤维(SDF)。
1.2.3 火棘果可溶性膳食纤维得率计算 SDF 得率
(%)=(火棘果可溶性膳食纤维质量 /火棘果粉末质
量)× 100
1.2.4 单因素实验 分别选取酶添加量(0.4%、
0.6%、0.8%、1.2%、1.6%)，酶解时间 2.0 h，酶解温度
55 ℃，液料比 20 mL /g;酶解时间(0.5、1.0、2.0、3.0、
4.0 h)，酶添加量 0.8%，酶解温度 55 ℃，液料比
20 mL /g;液料比(10、15、20、25、30 mL /g) ，酶添加量
0.8%，酶解时间 2.0 h，酶解温度 55 ℃ 3 个条件，进
行火棘果可溶性膳食纤维提取的单因素实验，考察
各因素对 SDF得率的影响。
1.2.5 火棘果 SDF提取工艺的响应面法优化 在单
因素实验的基础上，分别以酶添加量、酶解时间和液
料比 3 个因素为响应变量，以火棘果 SDF 得率为响
应值，采用响应分析进行提取条件的优化［10］。各因
素的水平编码如表 1 所示。
表 1 响应面因素水平编码表
Table 1 Variables and levels in response surface method
因素
编码及水平
－ 1 0 1
X1 酶添加量(%) 0.4 0.8 1.2
X2 酶解时间(h) 1 2 3
X3 液料比(mL/g) 15 20 25
1.2.6 火棘果膳食纤维的单糖组成成分 火棘果膳
食纤维的水解及单糖衍生化:准确称取 1.0 g 1.2.2 中
制备的火棘果膳食纤维，置于圆底瓶中，加入 20 mL
1 mol /L的硫酸，于 100 ℃水解 6～8 h，水解液用碳酸
钡中和后过滤，滤液定容至 100 mL，取一定滤液经真
空冷冻干燥后即为游离单糖。加入 1.0 mL 吡啶，
20 mg盐酸羟胺，于 90 ℃水浴锅中保持 30 min，取出
冷却后加入 1.0 mL乙酸酐，再水浴 30 min，冷却后即
可进行气相色谱分析［9］。
色谱条件:设备型号为岛津 GC－2010 Plus，使
用 Rtx－1 毛细管色谱柱，检测器 FID，温度 260 ℃，载
气为氮气，进样量 1 μL，进样口温度 280 ℃，色谱柱
温 120 ℃，升温程序，起始温度 120 ℃保持 2 min，120
～180 ℃，每分钟升温 8 ℃，180～240 ℃，每分钟升温
5 ℃，240 ℃维持 15 min。载气(N2) ，2.1 mL /min，燃
气(H2)，30 mL /min，助燃气(空气) ，400 mL /min，分
流比，45∶1［11］。
1.2.7 火棘果膳食纤维的物化性质
1.2.7.1 持水性(WHC)和溶解性 准确称取 250 mg
火棘果膳食纤维于离心管中，加入 10 mL 去离子水，
置于室温条件下振摇 24 h，3000 r /min 离心 15 min，
弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留水分，称重
得质量 M1。将沉淀烘干后，再称重得质量 M2
［12］。
持水力(%)= 100 ×(M1－样品质量)/样品质量
溶解性(%)= 100 ×(样品质量－M2)/样品质量
1.2.7.2 持油性(OHC) 准确称取 250 mg 火棘果膳
食纤维于离心管中，加入 10 mL 花生油，置于室温条
件下振摇 24 h，3000 r /min 离心 15 min，弃去上层油
并用滤纸吸干沉淀表面游离的油，称重得质量 M［12］3 。
持油力(%)= 100 ×(M3－样品质量)/样品质量
1.2.7.3 膨胀性 准确称取 250 mg 火棘果膳食纤维
于 10 mL 量筒中，加入 5.0 mL 蒸馏水，摇匀后放置
24 h，读取量筒中膳食纤维的体积［12］。
膨胀力(mL /g)=(膨胀后体积－干品体积)/样
217
品质量
1.2.7.4 葡萄糖吸附能力 准确称取 1.0 g 火棘果膳
食纤维，加入 100 mL 质量浓度分别为 1.0、2.0、4.0、
8.0、16 g /L的葡萄糖溶液，即加入的葡萄糖质量分别
为 0.1、0.2、0.4、0.8、1.6 g，置于室温下振摇 6 h，
3000 r /min离心 15 min，用葡萄糖试剂盒测定上清液
中葡萄糖的含量［13］。
葡萄糖吸附能力(%)= 100 ×加入的葡萄糖质
量－上清液中葡萄糖质量 /上清液中葡萄糖质量
1.3 统计学分析
使用 SAS9.0 软件对数据进行统计分析，每组实
验均重复三次。
2 结果与分析
2.1 单因素实验
单因素酶添加量、提取时间和液料比对火棘果
SDF得率的影响如图 1～图 3 所示。由图 1 可知，当
纤维素酶添加量达到 0.8%时，火棘果 SDF 的得率达
到最大值，为 5.86%，继续增加酶添加量，则会导致
SDF的得率下降，说明纤维素酶的添加量与 SDF 的
生成量之间并不是简单的正相关，而是存在着一个
临界点［10］。由图 2 可知，火棘果 SDF 的得率随酶解
时间的延长而增大，但并非一直呈正相关，当酶解时
间超过 2 h后，SDF 的得率会逐步下降，主要原因在
于可溶性膳食纤维的主要成分会随着酶解时间的增
加而被氢离子水解，或者解酯裂解，从而使生成的
SDF量减少［14］。图 3 表明，液料比对火棘果 SDF 得
率的影响较为显著，随着液料比的增大，SDF的得率也
增加，当液料比达到 20 mL /g 后，SDF 的增加不再显
著，故选择液料比 20 mL /g作为响应面分析的中心值。
图 1 酶添加量对火棘果 SDF得率的影响
Fig.1 Effect of the amount of cellulose
on the extraction of SDF
2.2 响应面优化实验
根据表 2 的结果，利用 SAS 软件对火棘果 SDF
提取数据进行回归分析，得到其回归方程为:
Y = 5.78 + 0.32125X1 + 0.18625X2 + 0.635X3 －
1.36375X1
2 － 0.8625X1X2 － 0.55875X2
2 － 0.065X1X3 －
0.08X2X3－0.57625X3
2。
对模型进一步分析，得到方差分析和相关系数
结果，如表 3 和表 4 所示。由表 3 和表 4 可知，该回
归模型的 p值小于 0.0001，复相关系数 R2 为 0.9772，
说明该二次多项模型具有显著性，与实际情况拟合
程度很好，能够真实的反映实验结果。在所选的各
图 2 酶解时间对火棘果 SDF得率的影响
Fig.2 Effect of extract time on the extraction of SDF
图 3 液料比对火棘果 SDF得率的影响
Fig.3 Effect of liquid to solid ratio on the extraction of SDF
因素水平范围内，对火棘果 SDF 得率影响的大小顺
序为:液料比 ＞酶添加量 ＞酶解时间。由显著性检
验可知，仅 X2、X1X3、X2X3 对响应值的影响不显著，
其余项均显著。
表 2 火棘果 SDF提取响应面实验设计方案及结果
Table 2 Experimental design and results of
central composite test on the extraction of SDF
实验号 X1 X2 X3 SDF得率(%)
1 － 1 － 1 0 2.74
2 1 － 1 0 4.66
3 － 1 1 0 4.78
4 1 1 0 3.25
5 － 1 0 － 1 2.57
6 1 0 － 1 3.79
7 － 1 0 1 4.02
8 1 0 1 4.98
9 0 － 1 － 1 3.74
10 0 1 － 1 4.33
11 0 － 1 1 5.12
12 0 1 1 5.39
13 0 0 0 5.88
14 0 0 0 5.75
15 0 0 0 5.67
16 0 0 0 5.76
17 0 0 0 5.84
根据回归方程，作出酶添加量、酶解时间和液料
比 3 个因素对火棘果 SDF得率的响应曲面图(如图 4
所示)。图 4 直观反映了因素间的交互作用对火棘
果 SDF得率的影响。各因素之间的交互作用对火棘
218
果 SDF 得率均有一定的影响，但其中以 X1 和 X2 之
间的交互影响显著，表现为曲面比较陡。
表 5 火棘果膳食纤维的单糖组成
Table 5 The monosaccharide composition of dietary fiber from Pyracantha Fortuneana
成分 甘露糖 鼠李糖 半乳糖 木糖 山梨糖 果糖 阿拉伯糖
含量(%) 1.69 ± 0.03 14.50 ± 0.37 － 33.56 ± 0.72 8.93 ± 0.02 5.34 ± 0.06 30.37 ± 0.66
表 6 火棘果膳食纤维的持水性、溶解性、持油性和膨胀性
Table 6 The WHO，solubility，OHC and swelling properties of dietary fiber from Pyracantha Fortuneana
物化性质 持水性(%) 溶解性(%) 持油性(%) 膨胀性(mL/g)
火棘果膳食纤维 16.10 ± 1.59 1.67 ± 0.03 14.42 ± 1.82 2.17 ± 0.30
表 7 火棘果膳食纤维的葡萄糖吸收能力
Table 7 The glucose－adsorption capacity of dietary fiber from Pyracantha Fortuneana
葡萄糖浓度(g /L) 1.0 2.0 4.0 8.0 16.0
葡萄糖吸收能力(%) 29.20 ± 1.13 33.80 ± 1.70 54.45 ± 0.78 62.98 ± 2.44 77.43 ± 1.66
表 3 二次多项回归模型的方差分析
Table 3 Analysis of variance of the regression model
回归模型 自由度 平方和 复相关系数 F值 p值
线性 3 4.33 0.22 23.00 0.0005
二次方程 3 11.49 0.60 61.03 ＜ 0.0001
交互作用 3 3.02 0.16 16.04 0.0019
总模型 9 18.83 0.98 33.36 ＜ 0.0001
表 4 二次多项式回归模型系数的显著性检验结果
Table 4 Regression coefficients of
predicted quadratic polynomial model
参数 自由度 估计值 标准差 T值 p值
截距 1 5.78 0.11 51.60 ＜ 0.0001
X1 1 0.32 0.09 3.63 0.0084
X2 1 0.19 0.09 2.10 0.0735
X3 1 0.64 0.09 7.17 0.0002
X1
2 1 － 1.36 0.12 － 11.17 ＜ 0.0001
X1X2 1 － 0.86 0.13 － 6.89 0.0002
X2
2 1 － 0.56 0.12 － 4.58 0.0026
X1X3 1 － 0.07 0.13 － 0.52 0.6197
X2X3 1 － 0.08 0.13 － 0.64 0.5433
X3
2 1 － 0.58 0.12 － 4.72 0.0022
通过二次回归模型的数学分析后，得出火棘果
SDF提取的最佳工艺条件为:酶添加量为 0.83%，酶
解时间为 2.06 h，液料比为 22.7 mL /g，在此条件下预
测的火棘果 SDF得率为 5.97%。为了方便实验实际
操作，将提取工艺条件适当调整为酶添加量 0.83%，
酶解时间 2 h，液料比 23 mL /g，在此条件下进行 3 次
验证实验，得到火棘果 SDF得率为 5.91%，与预测值
的相对误差仅为 1.01%。说明该模型能够很好的优
化火棘果 SDF提取的工艺参数，具有实际应用价值。
2.3 火棘果膳食纤维的单糖组成分析
由表 5 可知，火棘果膳食纤维中单糖组分主要
为木糖、阿拉伯糖、鼠李糖、山梨糖，还有少量的果糖
和甘露糖，未检出半乳糖，其中以木糖含量最高，达
33.56%，其次为阿拉伯糖，含量为 30.37%。
图 4 因素交互作用对火棘果 SDF得率影响的响应曲面
Fig.4 Response surface for effects of interaction of
various factors on response value on the extraction of SDF
2.4 火棘果膳食纤维的物化性质
膳食纤维的物化性质主要包括持水性、持油性、
膨胀性、溶解性、水合作用、与金属离子的螯合作用，
对葡萄糖的吸收作用以及对 α－淀粉酶、胰脂肪酶活
性的抑制作用等［15］。火棘果膳食纤维的物化性质如
表 6 和表 7 所示。由表 6 可知，火棘果膳食纤维的持
水性和持油性分别为 16.10%和 14.42%，膨胀性和溶
解性分别为 2.17 mL /g 和 1.67%。与芒果［12］、胡萝
卜［16］、桃和燕麦［17］等中的膳食纤维相比，火棘果膳食
纤维显示了良好的持水性和持油性，但在溶解性方
219
面则相对较弱。膳食纤维对葡萄糖的吸收能力可有
效抑制葡萄糖的扩散、加强葡萄糖的吸收功效，进而
有效地降低血液中葡萄糖的含量［18］。由表 7 可知，
随着葡萄糖浓度的增加，火棘果膳食纤维对其的吸
收能力也增强，在实验范围内最高可达 77.43%。
3 结论与讨论
3.1 根据 Box－Benhnken的中心组合实验设计原理，
采用三因素三水平实验，考察了酶添加量、酶解时间
和液料比对火棘果中 SDF 得率的影响，确定最佳提
取工艺条件为:酶添加量 0.83%，酶解时间 2 h，液料
比 23 mL /g，在此条件下火棘果 SDF的得率预测值为
5.97%，实际验证值为 5.91%，相对误差仅为 1.01%。
说明该模型能较好的反映实验真实情况，具有实际
应用价值。
3.2 通过 GC 对火棘果膳食纤维中的单糖组成进行
了研究，结果表明，其主要单糖成分为木糖、阿拉伯糖、
鼠李糖、山梨糖，同时还含有少量的果糖和甘露糖。
3.3 对火棘果膳食纤维的物化性质进行了研究，结
果表明，火棘膳食纤维显示了良好的持水性和持油
性，同时对葡萄糖也具有较强的吸收能力，而在溶解
性和膨胀性方面则相对不足。
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