全 文 ：广 西 植 物 Guihaia Nov．２０１４,３４(６):８５４－８５８ http://journal．gxzw．gxib．cn
DOI:１０．３９６９/j．issn．１０００Ｇ３１４２．２０１４．０６．０２１
彭辉,吕慧丽．酶解法提取甘薯茎叶中可溶性膳食纤维的研究[J]．广西植物,２０１４,３４(６):８５４－８５８
PengH,LüHL．Extractionofsolubledietaryfiberfromsweetpotatoleavesandstemsintheenzymesolution[J]．Guihaia,２０１４,３４(６):８５４－８５８
酶解法提取甘薯茎叶中可溶性膳食纤维的研究
彭 辉,吕慧丽
(河北经贸大学 生物科学与工程学院,石家庄０５００６１)
摘 要:通过单因素以及正交实验来探讨脂肪酶、淀粉酶和木瓜蛋白酶的加入对提取甘薯茎叶中水溶性膳食
纤维的影响,并在单因素基础上对提取工艺进行正交优化,得出酶法提取的最佳工艺条件是脂肪酶添加量为
０．０１５g１００mLＧ１,淀粉酶添加量为０．０３５g１００mLＧ１,木瓜蛋白酶添加量为０．０７５g１００mLＧ１,其中正交实
验中影响因素为淀粉酶＞蛋白酶＞脂肪酶.水溶性膳食纤维的最佳提取率为１．２８５％.提取得到的甘薯茎叶
中水溶性膳食纤维纯度高,持水力为７８７％,溶胀力为４．１０mLgＧ１,产品具有良好的性状.
关键词:甘薯茎叶;膳食纤维;正交实验;淀粉酶;脂肪酶;木瓜蛋白酶
中图分类号:Q９４６;TS２０１．２ 文献标识码:A 文章编号:１０００Ｇ３１４２(２０１４)０６Ｇ０８５４Ｇ０５
Extractionofsolubledietaryfiberfromsweetpotato
leavesandstemsintheenzymesolution
PENGHui,LÜHuiＧLi
(CollegeofBiologyScience&Technology,UniversityofEconomicsandBusiness,Shijiazhuang０５００６１,China)
Abstract:Throughthesinglefactorandorthogonaltestofadding,amylaseandpapainefectofsolubledietaryfiber
ontheextractionofsweetpotatostemandleaf,andorthogonaloptimizationofextractionprocessonthebasisofsinＧ
glefactorwerestudied．Theoptimumconditionofenzymaticextractionwereasfolows:addingamountoflipasewas
０．０１５g１００mLＧ１,addingamountofamylasewas０．０３５g１００mLＧ１,andaddingpapain０．０７５g１００mLＧ１,incluＧ
dingtheimpactoforthogonalexperimentfactorsforamylase＞protease＞lipase．ThebestextractionrateofwaterＧ
solubledietaryfiberwas１．２８５％．TheextractionofsweetpotatoleavesandstemsofsolubledietaryfiberinhighpuＧ
rity,waterholdingcapacitywas７８７％,theswelingforcewas４．１０mLgＧ１,theproducthadgoodquality．
Keywords:sweetpotatostemandleaf;dietaryfiber;orthogonaltest;amylase;lipase;papain
膳食纤维(DF)主要是指不能被人体利用的多
糖,即不能被人体胃肠道中消化酶所消化,而且不被
人体所吸收利用的多糖.这类多糖主要来自植物细
胞壁的复合碳水化合物,也可称之为非淀粉多糖,即
非aＧ葡聚糖的多糖.主要由可食性植物细胞壁残余
物及与之缔合的相关物质组成的化合物.以溶解于
水中可分为两个基本类型:水溶性纤维与非水溶性
纤维.纤维素、半纤维素和木质素是３种常见的非
水溶性纤维,存在于植物细胞壁中;而果胶和树胶等
属于水溶性纤维,则存在于自然界的非纤维性物质
中(Vasanthanetal．,２００２.Odakeetal．,１９９２).
DF具有防止肥胖症、润肠通便,促进结肠发酵、预
防结肠癌,降低血总胆固醇和低密度胆固醇水平,降
低餐后血糖和胰岛素水平等独特的生理保健功能,
享有“肠道清洁夫”的美誉,更是人类不可缺少的“第
七营养素”(Vasanthanetal．,２００２).
收稿日期:２０１３Ｇ１１Ｇ２１ 修回日期:２０１４Ｇ０１Ｇ０６
基金项目:河北省科技支撑计划项目(１１２３１０１３)
作者简介:彭辉(１９７７Ｇ),男,河北衡水市人,硕士,讲师,主要研究方向为天然产物的提取及加工,(EＧmail)foodsc＠sohu．com.
甘薯茎叶,即秋天甘薯成熟后地上秧茎顶端的
茎和嫩叶.测试表明,每１００g鲜甘薯茎叶含蛋白
质２．２８g、脂肪０．２g、糖４．１g、矿物质钾１６mg、铁
２．３mg、磷３４mg、胡萝卜素６．４２mg、维生素C０．３２
mg.亚洲蔬菜研究中心已将甘薯叶列为高营养蔬
菜品种,称其为“蔬菜皇后”.研究发现,甘薯叶有提
高免疫力、止血、降糖、解毒、防治夜盲症等保健功
能.经常食用有预防便秘、保护视力的作用,还能保
持皮肤细腻、延缓衰老.为了充分利用甘薯茎蔓丰
富资源,开展对甘著茎叶有效成分提取的研究具有
现实意义.甘薯茎中含有大量的可溶性膳食纤维,
可治疗糖尿病,防治结肠癌,防治冠心病和高血压等
(方岭等,２００８;张天翼,２００７).对于人民的健康以
及提高人们体质也具有一定意义.长期以来甘薯茎
尖被用做饲料或直接被抛弃,造成了资源的巨大浪
费,本研究采用酶法从甘薯茎叶中提取可溶性膳食
纤维,既可以解决甘薯茎叶的浪费现状,又能丰富膳
食纤维的原料来源.
１ 材料与方法
１．１材料与设备
材料为甘薯收获后遗弃的茎叶;木瓜蛋白酶(食
品级,活力不低于８０００００ugＧ１):广州华琪生物;
脂肪酶(食品级,活力不低于１００００ugＧ１):上海生
化试剂;淀粉酶(食品级,活力不低于６００００u
gＧ１):北京方程生物;其他试剂为分析纯,实验用水
为纯净水.
１．２方法
１．２．１工艺流程图 甘薯渣 →打浆 →过滤 →
滤液 →淀粉酶水解 →灭酶 →脂肪酶水解 →
灭酶 →木瓜蛋白酶水解 →灭酶 →乙醇沉淀离
心 →沉淀干燥 →成品.
１．２．２操作要点 鲜甘薯茎叶渣按１∶３(g∶mL)比
例加水,打浆后过２００目筛,得到滤液,滤渣为不溶
性膳食纤维.取滤液１００mL,再过尼龙滤布,加入
脂肪酶进行水解,３７℃恒温水浴中边搅拌边进行水
解３h,９０℃灭酶１０min;加入淀粉酶,６０℃水浴４
h,之后９０℃灭酶１０min;加入木瓜蛋白酶,６０℃水
浴２h,之后９０℃灭酶１０min;加入４倍体积的无
水乙醇,９０℃水浴１０min.静置８h后离心沉淀,
６０℃抽真空干燥后称重为可溶性膳食纤维.
１．３膳食纤维持水力的测定
取２．００g提取的膳食纤维置于１００mL烧杯
中,加入２０℃蒸馏水４０mL.常温浸泡１h后,在
定量滤纸上沥干水分,快速转入表面皿称重.按公
式计算持水力:持水力＝(样品湿重Ｇ样品干重)/样
品干重.
１．４水溶性膳食纤维溶胀力的测定
取０．１０g提取的膳食纤维于５mL量筒中,读
取体积后加５mL蒸馏水,浸泡２４h,读取体积.按
公式计算:纤维溶胀力(mLgＧ１)＝(浸泡后体积－
干品体积)/干质量.
１．５实验设计
１．５．１单因素确定实验 分别对淀粉酶加入量,脂肪
酶及木瓜蛋白酶的加入量进行单因素实验.
１．５．２多因素正交分析 由单因素得出的范围进行
四因素三水平正交实验,设计水平因素表(表１).
表１ 正交因素水平表
Table１ Factorsandlevelsoforthogonal
因素
Factor
淀粉酶A
Amylase
脂肪酶B
Lapse
木瓜蛋白酶C
Protease
水平
Level
１ １ １
２ ２ ２
３ ３ ３
２ 结果与分析
２．１单因素实验数据
２．１．１淀粉酶加入量实验数据 根据上述的甘薯茎
叶提取物品,在脂肪酶添加量为０．０１０g,木瓜蛋白
酶添加量为０．１０g的情况下,考察淀粉酶加入对可
溶性膳食纤维提取的影响.分别加入０．１０、０．２０、
０．３０、０．４０、０．５０g淀粉酶进行实验,实验反应时间为
６h,每组实验重复３次,实验结果见表２.
淀粉酶除去甘薯茎叶中的淀粉,我们采用淀粉
酶除淀粉,由于红薯茎叶中的淀粉含量会较高,我们
先采用淀粉酶去掉淀粉有利于后续操作,而且淀粉
酶的专一性较强,不会去除其他可溶性物质给实验
结果带来偏差.张赟彬等(２００８)认为淀粉酶加入不
会破坏果胶等可溶性物质,我们认为这是有一定道
理的,但我们认为加入淀粉酶应加入αＧ淀粉酶,这
样可以有效地酶解淀粉中的αＧ１,４链,从而高效迅
速的反应去除甘薯茎叶中的淀粉,如果加入βＧ淀粉
酶就没有如此高效,主要是因为其有特定的分解缺
５５８６期 彭辉等:酶解法提取甘薯茎叶中可溶性膳食纤维的研究
陷.当淀粉酶的添加达到一定量时,膳食纤维提取
率降低可能原因为淀粉酶破坏了部分可溶膳食纤维
或者说是本实验条件下提取的可溶膳食纤维并不
纯.由表２可知,淀粉酶添加量为０．３０g时,膳食纤
维的提取率最高,为１．３２％.
表２ 不同淀粉酶加入量下甘薯茎叶中膳食提取率
Table２ Extractionrateofdietaryfiberwhendifferent
amylaseaddedintodietaryamountofsweetpotatoleaf
淀粉酶加入量
Addingamountofamylase(g) ０．１００．２００．３００．４００．５０
膳食纤维提取率
Extractionrateofdietaryfiber(％) ０．５２０．９２１．３２１．０１０．８９
２．１．２脂肪酶加入量实验数据 根据上述的甘薯茎
叶提取物品,在淀粉酶添加量为０．３０g,木瓜蛋白酶
添加量为０．１０g情况下,考察脂肪酶加入对可溶性
膳食纤维提取的影响.分别加入０．００５、０．０１０、
０．０１５、０．０２０、０．０２５g脂肪酶进行实验,实验时间为
６h,每组实验重复３次,实验结果见表３.
表３ 不同脂肪酶加入量下甘薯茎叶中膳食提取率
Table３ Extractionrateofdietaryfiberwhendifferent
lapaseaddedintodietaryamountofsweetpotatoleaf
脂肪酶加入量
Addingamountoflapse(g)
０．００５ ０．０１０ ０．０１５ ０．０２０ ０．０２５
膳食纤维提取率
Extractionrateofdietary
fiber(％)
０．４８ ０．８２ １．２１ １．０６ ０．９０
由表３可知,当脂肪酶加入量在０．０１５g时,膳
食纤维的提取率最高,为１．２１％,当加入量低于此
量,随着脂肪酶的加入量提取率提高,当超过此量
后,反而会随着添加量得增加,提取率有下降的趋
势.理论上来说,脂肪酶的添加不会破坏膳食纤维,
因此膳食纤维的提取率不应形成这样的变化趋势,
出现这样趋势的原因只能解释为当酶的过量添加时
会影响膳食纤维的实验提取率,而不是理论提取率.
２．１．３木瓜蛋白酶加入量实验数据 根据以上提到
的甘薯茎叶提取物品,在淀粉酶添加量为０．３０g,脂
肪酶添加量为０．０１５g情况下,考察木瓜蛋白酶加
入对可溶性膳食纤维提取的影响.分别加入０．０５０、
０．１００、０．１５０、０．２００、０．２５０g脂肪酶进行实验,实验
反应时间为６h,每组实验重复３次.
由表４可知,当木瓜蛋白酶加入量在０．０１０g
时,膳食纤维的提取率最高,为１．２３％.木瓜蛋白酶
为高效蛋白去除物,可以有效去除甘薯茎叶中所含
有的蛋白质,有效提高膳食纤维的提取率.从表４
可以看到,加入量得增加并不能更有效的帮助提高
膳食纤维的提取率.在加入少量木瓜蛋白酶后就能
有效提取膳食纤维,随着加入蛋白酶的量的的增加,
并不能有效提高提取率,我们分析其主要原因可能
是因为蛋白酶的加入会导致膳食纤维的分解,影响
膳食纤维提取率.
表４ 不同蛋白酶加入量下甘薯茎叶中膳食提取率
Table４ Extractionrateofdietaryfiberwhendifferent
proteaseaddedintodietaryamountofsweetpotatoleaf
木瓜蛋白酶加入量
Addingamountofprotease(g) ０．００５ ０．０１０ ０．０１５ ０．０２０ ０．０２５
膳食纤维提取率 Extraction
rateofdietaryfiber(％) ０．９６ １．２３ １．１１ ０．９０ ０．８９
２．２三因素三水平正交实验设计数据
采用温度为３７℃的水浴加热６h,样品提取率
见表５.
表５ 三因素三水平正交实验分析表
Table５ Tableanalysisofthreefactorsand
threelevelsoforthogonaltest
项目
Item
淀粉酶A
Amylase
(g)
脂肪酶B
Lapse
(g)
木瓜蛋白酶C
Protease
(g)
产品质量
Productquality
(g)
① １(０．２５) １(０．０１０) １(０．０７５) １．１８
② １ ２(０．０１５) ２(０．０１０) １．１２
③ １ ３(０．０２０) ３(０．０１２) ０．９０
④ ２(０．３０) １ ２ １．１１
⑤ ２ ２ ３ ０．９９
⑥ ２ ３ １ １．２５
⑦ ３(０．３５) １ ３ ０．９７
⑧ ３ ２ １ １．２９
⑨ ３ ３ ２ １．１４
T１ ３．２０ ３．２６ ３．７２
T２ ３．３５ ３．４０ ３．３７
T３ ３．４０ ３．２９ ２．８６
K１ １．０６７ １．０８７ １．２４０
K２ １．１１７ １．１３３ １．１２３
K３ １．１３３ １．０９７ ０．９５３
R ０．０６６ ０．０４６ ０．２８７
由正交实验提取率结果(表５),淀粉酶A添加
量的最佳水平为第三水平,即添加淀粉酶量为０．０３５
g,脂肪酶B的添加量的最佳水平为第二水平,即添
加量为０．０１５g,木瓜蛋白酶C的添加量的最佳水平
为第一水平,即添加量为０．０７５g.此实验数据在正
交实验中出现,做重复实验.实验数据为３组,所得
平均提取率为１．２８５％,从而验证了实验数据的准确
性.实验结果A３B２C１为最佳组合.木瓜蛋白酶在
６５８ 广 西 植 物 ３４卷
正交实验中影响最大,其次是淀粉酶,再次为脂
肪酶.
表６ 方差分析表
Table６ Analysisofvariance
因素
Factor
偏差平方和
Deviation
squaresum
自由度
Freedomde
gree
F比
Fratio
F０．０５临界值
F０．０５Critical
value
显著性
Significance
淀粉酶
Amylase
０．００７ ２ １．７５０ １９．０００
脂肪酶
Lapse
０．００４ ２ １．０００ １９．０００
木瓜蛋白酶
Protease
０．１２５ ２ ３１．２５０ １９．０００ ∗(F０．５)
误差Error ０．００４ ２
２．３甘薯茎叶水溶性膳食纤维的功能特性测定
２．３．１持水力的测定 甘薯茎叶水溶性膳食纤维的持
水性测定结果见表７.
表７ 甘薯茎叶水溶性膳食纤维持水力测定结果
Table７ Sweetpotatostemandleafsolubledietary
fiberwaterholdingcapacitydeterminationresults
内容
Content
干物质
Drymatter
(g)
湿物质
Wetmatter
(g)
水质量
Water
(g)
比值
Ratio
持水力
Waterholding
capacity
数值
Numerical ２．０００ １７．７２３ １５．７２３ ７．８６１５ ７８７
由测定可得甘薯茎叶水溶性膳食纤维的持水力
为７８７％,远远高于小麦麸皮膳食纤维的持水力
４００％,得出甘薯茎叶水溶性纤维持水力较高,持水力
较高的膳食纤维会占用胃肠道体积,给人造成饱腹
感.有效抑制进食.减轻饥饿感,并且可以延缓、限
制糖和脂肪的吸收,减少了食物的摄入,增加了人体
对多余脂肪的消耗,所以具有减肥的作用.吸水后的
膳食纤维可以加大肠内容的体积,可以促进排便.
２．３．２溶胀力的测定 甘薯茎叶水溶性膳食纤维的溶
胀力测定结果见表８.
表８ 甘薯茎叶水溶性膳食纤维溶胀性测定结果
Table８ Determinationresultsofsweetpotatostemand
leafsolubledietaryfiberswelingcapacity
内容
Content
干物质
Drymatter
(g)
干物质体积
Drymatter
volume(mL)
溶胀后体积
Sweling
volume(mL)
溶胀力
Swelingcapacity
(mLgＧ１)
数值
Numerical ０．１０ ０．８５ １．２６ ４．１
由测定可得甘薯茎叶水溶性膳食纤维溶胀力为
４．１mLgＧ１,与小麦麸皮膳食纤维的溶胀力４mL
gＧ１相近,得出甘薯茎叶水溶性纤维溶胀力较高.可以
有效与水结合并在肠道内结合其他比如胆酸和胆固
醇以及其他毒素,有效保证人体健康.
３ 讨论与结论
本研究采用正交实验研究酶法提取甘薯茎叶中
的可溶性膳食纤维,得到了在甘薯茎叶中提取水溶性
膳食纤维的最佳酶添加量,解决了在甘薯茎叶中提取
水溶性膳食纤维的问题.并讨论了甘薯茎叶水溶性
膳食纤维的持水力和溶胀力的大小,与小麦麸皮膳食
纤维做比较,得到甘薯茎叶水溶性膳食纤维是一种优
良的膳食纤维,营养学界已确认膳食纤维为人体健康
所必须的“第七营养素”,将它列入必须的营养素范
围.目前,许多国家都在研究和开发将膳食纤维应用
于功能食品.膳食纤维的诸如有效减轻便秘,减少结
肠癌的发生,螯合有害物质等功能越来越为人们所重
视.适量摄入膳食纤维,可以有效解决肠道问题,减
少毒素吸收,因此,开发新的膳食纤维源十分重要.
本研究针对甘薯收获后的遗弃甘薯茎尖进行研
究.研究酶的加入量对水溶性膳食纤维提取的影响,
具有一定的现实意义.研究结果表明,在温度为３７
℃水浴加热６h,淀粉酶添加量为０．０３５g,脂肪酶添
加量为０．０１５g,木瓜蛋白酶添加量为０．０７５g,所得提
取率为１．２８５％,木瓜蛋白酶在正交实验中影响最大,
其次是淀粉酶,再次为脂肪酶.酶法提取甘薯茎叶中
的可溶性膳食纤维,成本适中,能源损耗低,有效的利
用了甘薯茎叶,对我国这样一个甘薯种植大国有着积
极的意义.
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８５８ 广 西 植 物 ３４卷