張偉的畢業(yè)論文-牛蒡中膳食纖維的提取與含量測定要點

1、牛蒡中膳食纖維的提取與含量測定科研成果論文牛蒡中膳食纖維的提取與含量測定化學(xué)部：張 偉摘要：牛蒡中含有極其豐富的營養(yǎng)成分，本實驗對牛蒡中膳食纖維的提取與含量測 定進行了大量研究，實驗用牛蒡作為原料，以溶劑法”為基礎(chǔ)，提取膳食纖維，改進提取工藝，測定牛蒡中膳食纖維的總含量，為牛蒡膳食纖維功能食 品的開發(fā)提供了可參考的理論數(shù)據(jù)。正交試驗結(jié)果表明，提取新鮮牛蒡中水 溶性膳食纖維的最佳條件為：加熱溫度 80C，時間2h，pH=5, V（原料）:V（水）為1: 20,產(chǎn)率2.37%，成品顏色為黃色；提取水不溶性膳食纖維的 最佳條件為：溫度90C, pH= 7,時間3h，V（原料）:V （水）為1: 20

2、,產(chǎn) 率9.14%，成品顏色為黃褐色；水不溶性膳食纖維浸堿液中含有大量的半纖 維素，為了準(zhǔn)確測定牛蒡中膳食纖維的總含量，本試驗對其進行了提取，最 佳條件為：溫度80C, pH= 5,時間2h, V（原料）：V （水）為1： 20,產(chǎn)率 1.56%，成品顏色為黃褐色。綜合最后測定結(jié)果，牛蒡中膳食纖維的總含量 為 13.07%。關(guān)鍵詞：牛蒡；膳食纖維；提取工藝；含量測定I牛蒡中膳食纖維的提取與含量測定1刖言牛蒡，菊科，二年生草本耐鹽植物，又名黑蘿卜、蒡翁菜、白肌人參等。肉質(zhì)肥 大，根作蔬菜食用，它的干燥成熟果實稱牛蒡子，為常用中藥。牛蒡主產(chǎn)山東、江蘇、 河南等省，生物量可達75t/km2，多用作蔬

3、菜對日本出口，日本人稱之為東洋參 。 牛蒡中含有極豐富的膳食纖維、胡蘿卜素、鈣及菊糖等營養(yǎng)成分，因而具有降低血糖、 降壓、消除便秘、預(yù)防直腸癌和增強免疫功能等作用 。膳食纖維是指能抗人體小腸消化吸收，而在大腸能部分或全部發(fā)酵的可食用的 植物性成分、碳水化合物及其相類似物質(zhì)的總和 。膳食纖維具有較強的吸水功能和 預(yù)防腸道疾病的作用，大大減少腸道癌和座瘡的發(fā)病幾率。實驗證實，膳食纖維能顯著抑制總膽固醇濃度、降低膽酸及其鹽類的合成與吸收，從而阻礙中性脂肪和膽固 醇的再吸收，限制了膽酸的肝腸循環(huán)，加快了脂肪物的排泄，可直接遏制冠狀動脈硬 化、膽結(jié)石、高血脂癥、高血壓，對預(yù)防心腦血管疾病有重要作用5。西

4、方發(fā)達國家早在七十年代就著手對膳食纖維的研究與開發(fā)，并形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。20世紀(jì)90年代初期，全美以及整個歐共體掀起了一股研制和開發(fā)膳食纖維 食品的熱潮，在年銷售60億美元的方便谷物食品中，約20%是富含膳食纖維的食品。 歐美及日本盛行強化膳食纖維功能食品，日本八十年代后期利用可溶性膳食纖維制成 的飲料，包括酸飲料、果汁等。富含膳食纖維的品種達 30多種，實際應(yīng)用于生產(chǎn) 的已有10余種。目前，膳食纖維的測定方法、營養(yǎng)和保健功能及功能產(chǎn)品的開發(fā) 仍然是國際上關(guān)注的熱點領(lǐng)域，而且這種關(guān)注隨著現(xiàn)代社會“富貴病”、“文明病”的流行不斷得到加強。過去的25年中建立了許多膳食纖維的分析方法，這些方法的

5、主要目的是模擬消 化過程，用酶除去食物中的可溶性部分，即獲得不被消化部分。這些測定方法可以概 括為：溶劑法、酶法和其它補充方法三大類9。溶劑法是根據(jù)初期膳食纖維的定義出 現(xiàn)的測定方法，是利用酸、堿和洗滌劑的作用將膳食纖維可消化的部分除去，從而獲得不溶性膳食纖維1012。酶法能同時分析出樣品中的可溶性和不可溶性膳食纖維的 含量，且分析設(shè)備少，但是過程復(fù)雜；后又被 Lee和Prosky等改良成為操作比較簡 單的方法，并被推薦為美國官方分析化學(xué)師協(xié)會（AOAC ）與美國谷物化學(xué)家協(xié)會（AACC ）共同的分析測定方法1316。其它補充分析方法是利用標(biāo)準(zhǔn)測定方法測定的 同時結(jié)合補充方法加以測定，如輔以高

6、壓氣相色譜測定等?？梢?，在測定膳食纖維時 除了標(biāo)準(zhǔn)方法外還應(yīng)根據(jù)植物的不同種類輔以其它方法。我國膳食纖維的制取技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)尚處于起步階段，目前主要側(cè)重于其生理效應(yīng)的研究、資源分布和農(nóng)副產(chǎn)品綜合利用研究、 工業(yè)制取方法研究、改性研究和食品 加工的應(yīng)用研究等方面。研究資源也主要集中在玉米麩皮纖維、 小麥麩皮纖維、大豆 纖維及甜菜纖維等品種。縱觀國內(nèi)外大量研究結(jié)果，我們認(rèn)為開發(fā)膳食纖維的關(guān)鍵是 開拓資源和改進提取方法，這也是現(xiàn)階段我國面臨的資源可持續(xù)利用問題。由于牛蒡中含有大量的膳食纖維， 根據(jù)目前的研究與現(xiàn)狀，為進一步加強對牛蒡 的綜合利用與深層次研發(fā)，也為牛蒡其它產(chǎn)品的開發(fā)解決下腳料處理問題提

7、供參考（也可用牛蒡渣為原料提取膳食纖維），我們在實驗中采用牛蒡作為原料，提取并測 定其中膳食纖維的總含量。本實驗采用了“溶劑法”和“酶法”的綜合運用，并對其 中的實驗環(huán)節(jié)及步驟進行了優(yōu)化和改進，這樣不僅測定了牛蒡中的水溶性膳食纖維和 水不溶性膳食纖維，而且對不被科研工作者重視的半纖維素進行了提取與測定，文獻中未見對牛蒡中膳食纖維的提取與測定進行過報道。 在優(yōu)化的實驗條件下提取與測定 出了牛蒡中膳食纖維的總含量，為牛蒡中膳食纖維功能食品的研究提供了可供參考的 理論數(shù)據(jù)，同時也開拓了膳食纖維的資源。2實驗部分2.1材料與方法2.1.1試驗原料牛蒡福建寧德產(chǎn)2.1.2試劑中性蛋白酶分析純北京奧博星生

8、物技術(shù)有限公司95%無水乙醇分析純天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠氫氧化鈉分析純沈陽化學(xué)試劑廠次氯酸分析純哈爾濱化學(xué)試劑廠醋酸分析純哈爾濱化學(xué)試劑廠乙醚分析純沈陽化學(xué)試劑廠水一次蒸餾水2.1.3主要儀器電熱恒溫水浴鍋HS11.2B,上海醫(yī)療器械五廠循環(huán)水多用蒸空泵SHB-B,鄭州杜甫儀器廠電熱真空干燥箱山東鄄城福利科研儀器廠離心機LD4-2,北京醫(yī)用離心機廠分析天平TG328A,湘儀天平儀器廠粉碎機雙環(huán)牌，青島大華機器有限公司酸度計上海精密儀器廠2.2工藝流程濾液 醇析 洗滌 干燥 粉 碎水溶性膳食纖維牛蒡預(yù)處理水煮蛋白酶水解火酶過濾濾渣 脫脂濾渣洗滌干燥粉碎水不溶性膳食纖維濾渣 洗滌 干醇洗堿浸提過濾

9、燥 半纖維A濾液酸浸提過濾濾液醇析過濾濾渣洗滌干燥半纖維B2.3實驗步驟2.3.1提取工藝方案的確定經(jīng)過對膳食纖維提取率各因素的初步分析，參照其它膳食纖維的提取，找出4個主要影響因素，即提取溫度 TC)、pH值、提取時間t(h)、及加水比。因此確定 用正交試驗的方法，最佳方案如表1所示。表-1試驗方案試驗因素位級編號A溫度/ CB pH值C時間/hD加水比組合11111A1B1C1D121222A1B2C2D231333A1B3C3D342123A2B1C2D352231A2B2C3D162312A2B3C1D273132A3B1C3D283213A3B2C1D393321A3B3C2D12.

10、3.2預(yù)處理牛蒡去皮，水洗，切片，迅速放入水中以防止變色，粉碎，按方案要求加入蒸餾 水并在規(guī)定的時間及酸度下水煮。2.3.3水煮取一定量的處理后牛蒡，按照表1設(shè)計的方案，平行三組，每組三份按照表2條件進行水煮，以利于水溶性膳食纖維的溶出。表-2水煮條件試驗編號m(g)T(C)pHt(h)加水量（ml）130.267072300230.357053450320.477034400420.098073400530.168054300630.218032450730.369074450820.069052400930.1490333002.3.4蛋白酶水解水煮后將溫度降至40C,這一溫度下蛋白酶的活

11、性最強，調(diào)pH為7-8 ,按照8% 加入中性蛋白酶，恒溫作用 2h，使牛蒡中的蛋白質(zhì)水解成為可溶性物質(zhì)，然后升溫 滅酶。2.3.5過濾蛋白質(zhì)酶解后，采用240號尼龍濾布過濾，濾渣、濾液分別用于提取水不溶性膳 食纖維和水溶性膳食纖維。2.3.6脫脂2.3.5中的濾渣以4倍體積的無水乙醚浸泡24h,然后分別以水、80%的乙醇洗 滌除醚，重復(fù)3次。2.3.7提取水不溶性膳食纖維2.3.6處理后的濾渣浸堿以溶解半纖維素，浸堿采用10%的NaOH，以淹沒為準(zhǔn)，浸泡20h，經(jīng)常攪拌，然后過濾，并用10%的NaOH洗滌濾布和濾渣幾次，合并濾液，用以提取半纖維素，濾渣洗至中性，烘干，為水不可溶性膳食纖維。2.

12、3.8提取半纖維素237中濾液用50%的HAc溶液調(diào)pH為5.0 （若用強酸會將半纖維素水解，影 響產(chǎn)量），靜置，離心，沉淀取出烘干為半纖維素 A,濾液用4倍體積的95%無水乙醇 醇析，離心，烘干，為半纖維素 B，回收乙醇。2.3.9提取水溶性膳食纖維2.3.5的濾液用4倍體積的95%的無水乙醇醇析，抽濾，沉淀用無水乙醇反復(fù)洗 滌，濾渣為水溶性膳食纖維，于 40C真空度為0.085MPa下干燥，回收乙醇。3結(jié)果與討論3.1水溶性膳食纖維的提取工藝確定實驗中用不同質(zhì)量的新鮮牛蒡提取水溶性膳食纖維，產(chǎn)量如表3所示表-3水溶性膳食纖維的產(chǎn)量試驗編號牛蒡質(zhì)量（g）產(chǎn)量（g）130.260.504230

13、.350.309320.470.394420.090.348530.160.651630.210.462730.360.348820.060.430930.140.423水溶性膳食纖維對熱較敏感，溫度、時間、酸度、加水比是影響水溶性膳食纖維得率的因素，試驗中以得率為目標(biāo)，選擇提取溫度（A）、pH值（B）、提取時間（C）、 加水比（D） 4個因素，每個因素3個水平，采用L9（34）表，考察結(jié)果對產(chǎn)率的影響， 結(jié)果如表4所示。表-4 L9 （34）水溶性膳食纖維正交試驗結(jié)果表試驗A因B素CD得率編號溫度/CPH時間/h加水比/%11(70)1(7)1(2)1(110)1.6821(70)2(5)2

14、(3)2(115)1.0331(70)3(3)3(4)3(120)1.9742(80)1(7)2(3)3(120)1.7452(80)2(5)3(4)1(110)2.1762(80)3(3)1(2)2(115)1.5473(90)1(7)3(4)2(115)1.1683(90)2(5)1(2)3(120)2.1593(90)3(3)2(3)1(110)1.41K11.561.531.791.75K21.821.781.391.24K31.571.641.771.95R0.260.250.400.71由表4可知，利用牛蒡提取水溶性膳食纖維條件為溫度 80C, PH為5,時間2h， V （原料）：

15、V （水）=1: 20時產(chǎn)率最高，后經(jīng)試驗驗證為 2.37%。根據(jù)極差R的大 小判斷各因素對得率影響的主次關(guān)系為 D>C>AB。即加水比時間溫度"pH。 驗證試驗表明其重復(fù)性較好，成品呈黃色，成本較低。3.2水不溶性膳食纖維的提取工藝確定實驗中用不同質(zhì)量的新鮮牛蒡提取水不溶性膳食纖維，產(chǎn)量如表5所示14表-5水不溶性膳食纖維的產(chǎn)量試驗編號牛旁質(zhì)量（g）130.262.187230.352.232320.471.398420.091.800產(chǎn)量（g）530.161.497630.212.115730.362.667820.061.550930.141.884對水不溶性膳食纖

16、維的提取結(jié)果分析仍然采用正交試驗表格討論，如表6所示 采用最佳提取方案，即：溫度 90C, pH= 7,時間3h,V（原料）:V （水）為1: 20,產(chǎn)率為9.14%，成品顏色為黃褐色。有關(guān)資料表明，如果用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的H2O2作為脫色計，成品為白色。表-6 L9 （34）水不溶性膳食纖維正交試驗結(jié)果表試驗因素得 率ABCD編號溫度/CPH時間/h加水比/%11(70)1(7)1 (2)1 (1 : 10)7.2921(70)2(5)2(3)2(1 : 15)7.4431(70)3 (3)3 (4)3(1: 20)6.9942 (80)1(7)2 (3)3(1: 20)9.0052 (80)

17、2(5)3 (4)1 (1: 10)4.9962 (80)3 (3)1 (2)2(1: 15)7.0573 (90)1(7)3 (4)2(1: 15)8.8983 (90)2(5)1 (2)3(1: 20)7.7593 (90)3 (3)2 (3)1 (1: 10)6.28K17.248.397.366.19K27.016.737.577.79K37.646.776.967.91R0.631.660.611.723.3半纖維素的提取工藝確定如前言所述，對膳食纖維的提取每種方法都會使膳食纖維損失，本試驗考慮到各種方法的弊端，采用了“溶劑法”和“酶法”的綜合運用，產(chǎn)量十分可觀，如表7所示。表-7半

18、纖維素的產(chǎn)量試驗編號牛旁質(zhì)量（g）產(chǎn)量（g）130.260.243230.350.345320.470.208420.090.228530.160.357630.210.411730.360.186820.060.266930.140.270通過正交試驗表明，如表8,提取半纖維素的最佳工藝為：溫度80C,pH= 5,時間2h,V（原料）：V （水）為1:20,產(chǎn)率為1.56%，成品顏色為黃褐色試驗因素D得ABC編號溫度/CPH時間/h加水比/%11(70)1(7)1 (2)1 (110)21(70)2(5)2(3)2 (115)31(70)3 (3)3 (4)3 (120)42 (80)1(7

19、)2 (3)3 (120)52 (80)2(5)3 (4)1 (110)62 (80)3 (3)1 (2)2 (115)73 (90)1(7)3 (4)2 (115)83 (90)2(5)1 (2)3 (120)93 (90)3 (3)2 (3)1 (110)K11.000.861.170.97K21.231.221.061.05K30.951.100.951.17R0.280.360.220.20表-8 L9（34）半纖維素正交試驗結(jié)果表0.811.151.041.141.191.370.621.330.903.4醇析采用乙醇沉析法，為減少乙醇的消耗量，提高效率，應(yīng)濃縮到原體積的三分之一 再

20、沉析。4結(jié)論（1）本實驗研究討論了以牛蒡為原料，提取其中的膳食纖維，對以牛蒡為原料進 行膳食纖維的開發(fā)提供了參考方法，為膳食纖維的開發(fā)增添了一種新的原料， 拓寬了 膳食纖維的原料來源，同時也為牛蒡的綜合加工利用提供了參考價值， 并且給予了理 論支持。（2）最終實驗結(jié)果表明：牛蒡中含有極其豐富的膳食纖維，水溶性膳食纖維產(chǎn)率為2.37%,提取條件為：溫度80C, pH=5,時間2h,V（原料）: V （水）為 1: 20;水不溶性膳食纖維產(chǎn)率為9.14%，提取條件為：溫度90C, pH=乙時間3h,V（原 料）：V （水）為 1: 20;半纖維素產(chǎn)率為1.56%，提取條件為：溫度80C, pH= 5，時間2h,V（原料）：V （水）為1： 20;最后結(jié)果，牛蒡中膳食纖維的總含量為 1