盧忠英1，魯道旺1，陳仕學1，姚元勇1，朱苗1，文靜2

 1．銅仁學院材料與化學工程學院（銅仁554300）；2．畢節市植保植檢站（畢節551700）

摘要  以西蘭花作為材料，采用堿提法對水不溶膳食纖維進行提取。在單因素試驗基礎上，選取液料比、堿濃度、浸提時間和浸提溫度為自變量，IDF提取率為響應值，采用Box-Behnken試驗設計方法研究各自變量及其交互作用對IDF提取率的影響；結果表明：西蘭花IDF提取率的最佳提取工藝條件為液料比18：1(mL/g)，堿濃度0.15 mol/L，提取溫度35℃，提取時間74 min。西蘭花IDF提取率可達55.31%，與IDF的提取理論值比較，其相對誤差約為0.54%，且重復性也很好，說明響應面法建立的西蘭花IDF提取模型對西蘭花IDF提取具有穩定可靠性，且提取的IDF持水力為2.853 g/g，溶脹度8.6 mL/g。

關鍵詞  西蘭花；水不溶膳食纖維；持水力；溶脹肚；響應面

 西蘭花（Brassica oleracea var．Italica），十字花科蕓苔屬甘藍變種，又名綠菜花、青花菜。西蘭花營養豐富，主要成分含蛋白質、多糖、脂肪、維生素和胡蘿卜素，營養成份位居同類蔬菜之首，被譽為“蔬菜之王”。據報道，西蘭花具有防癌抗癌的功效，特別在防止胃癌、肝癌方面效果更佳。膳食纖維（Dietary fiber，DF）是指不被消化的多糖類碳水化合物和木質素的總稱。根據溶解性不同可分兩類：水溶性膳食纖維( Soluble dietary fiber，SDF)和水不溶性膳食纖維( Insoluble dietary fiber，IDF) 。其中水不溶膳食纖維主要包括纖維素、半纖維素和木質素等，其吸水性和膨脹性良好，能加速胃腸道蠕動、對胃腸道毒素吸附作用顯著，并且能將其從體內排出，并且具有預防便秘、結腸癌、高血壓、動脈硬化等生理作用。IDF是西蘭花主要成分之一，試驗以西蘭花為材料，在預試驗基礎之上采用Box-Behnken中心組合設計，響應面法優化了西蘭花IDF的提取條件，為西蘭花的開發利用提供理論參考。

1  材料與方法

1.1材料、儀器與設備

 西蘭花：市售，洗凈切成條狀，自然晾干，于50℃烘箱中干燥，粉碎，過80目篩備用。H2O2:天津市永大化學試劑有限公司；乙酸乙酯：成都金山化學試劑有限公司；氫氧化鈉成都金山化學試劑有限公司；鹽酸：成都金山化學試劑有限公司；試劑均為分析純。

 DHG-9146型真空干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；HH-2型數顯恒溫水浴鍋：國華電器有限公司；FW80型萬能粉碎機：北京科偉永興儀器有限公司；JJ-500精密電子天平：上海恒平科學儀器有限公司。

1.2試驗方法

1.2.1工藝流程

1.2.2 IDF的提取操作要點

  取一定量烘干的西蘭花樣品，室溫條件下用8-倍體積的乙酸乙酯浸泡2.5 h，用蒸餾水清洗殘留的有機溶劑至樣品無味，將其置于50℃的烘箱內烘干，得脫脂樣品。取脫脂樣品提取SDF，過濾得濾渣，烘干后作為IDF的試驗材料備用。將試驗材料與Na OH液按一定質量分數混合，在一定溫度下水浴恒溫浸提一定時間；用鹽酸調pH至中性，加入10 m L 5% H2O2，在50℃恒溫水浴鍋中加熱脫色20 min;離心速率控制轉速3 500 r/min左右，離心分離20 min，棄去上清液；用一定量的無水乙醇反復洗滌IDF后，并將樣品置于60℃烘箱中烘干，平行試驗3次，取平均值，計算IDF的提取率。

1.3  IDF性能測定

1.3.1持水力測定

 準確稱取IDF粉末1.000 g（m A），放人100 m L量筒中，加入20 m L蒸餾水飽和2h后，置于濾紙上，瀝干后將其轉移在培養皿中稱其質量( m B，g)，重復3次，取平均值，計算IDF持水力(WHC)。

1.3.2溶脹度測定

 準確稱取IDF粉末1.000 g（m），置于10 m L量筒中，使表面平整，讀取IDF膨脹前體積(VA，m L)，將樣品轉入100 m L量筒中，加入蒸餾水50 m L，搖勻后在室溫下放置24 h，讀取液體中IDF體積(VBm L)，重復3次，取平均值，計算IDF溶脹度。

1.4試驗設計

1.4.1西蘭花IDF提取單因素試驗

 設定液料比20：1（m L/g），提取溫度34 ℃，堿濃度0.15 mol/L，考察堿(Na OH)濃度0.05，0.10，0.15, 0.20和0.25 mol/L時對西蘭花IDF提取率的影響；設定液料比20：1(m L/g)，堿濃度0.15 mol/L，提取時間70 min，考察提取溫度在16 0C，25℃，34℃，43℃和52℃時對西蘭花IDF提取率的影響。

 設定提取溫度34 0C，堿濃度0.15 mol/L，提取時間70 min，考察液料比為5:1，10：1，15：1，20：1和25：1(m L/g)時對西蘭花IDF提取率的影響；設定液料比20：1（m L/g），提取溫度34℃，堿濃度0.15mol/L，考察提取時間在20，45，70，95和120 min時對西蘭花IDF提取率的影響。

1.4.2響應面試驗

 由單因素結果，依據Box-Behnken Design的中心組合設計原理。以液料比、堿濃度、提取溫度和提取時間為自變量，以西蘭花IDF提取率為響應值，采取4因素3水平的響應面分析方法求優化工藝參數，試驗因素水平設計見表1。

1.5數據分析

 單因素試驗數據用Microsoft Office Excel 2007分-析作圖。響應面優化試驗數據采用Design-Expert V 8.0進行分析處理和作圖。

2結果與分析

2.1單因素試驗分析

2.1.1  液料比對西蘭花IDF提取率的影響

 如圖1所示，當液料比在5：1～15：1（m L/g）之間隨著液料比的增加，IDF提取率明顯升高，在15：1( m L/g)處達到最大，繼續增加液料比，IDF提取率顯著下降，分析可能是液料比較大時，部分裸露纖維素發生水解，從而導致提取率下降。因此，確定最佳液料比為15：1(m L/g)。

2.1.2堿濃度對西蘭花IDF提取率的影響

 如圖2所示，堿濃度在0.05～0.15 mol/L時，堿濃度逐漸增大，IDF提取率顯著上升，在0.15 mol/L處達到最大值，繼續增加堿濃度，IDF提取率反而呈下降趨勢，原因是堿濃度過高可能導致半纖維素與纖維素之間的氫鍵破壞，引起纖維素降解。因此，確定最佳濃度為0.15 mol/L。

2.1.3提取溫度對西蘭花IDF提取率的影響

  如圖3所示，當提取溫度在16℃～34℃時，隨溫度升高IDF提取率顯著提高，當超過34℃時，IDF提取率有下降趨勢，分析可能是溫度過高使纖維素和半纖維素之間的氫鍵遭破壞，加速纖維素的溶解。

2.1.4提取時間對西蘭花IDF提取率的影響

  如圖4所示，提取時間在20～70 min之間，IDF提取率明顯上升，繼續延長提取時間，IDF提取率有下降趨勢，分析可能是提取時間過長使產物、原材料及堿液混合黏稠降低纖維素的溶出。因此，確定最佳時間為70 min。

2.2響應面優化提取IDF

2.2.1響應面優化試驗設計與結果

  根據單因素試驗，選取各因素的最佳試驗范圍，以液料比(A)、堿濃度(B)、提取溫度(C)和提取時間(D)為自變量，以西蘭花IDF提取率(Y)為響應值。響應面分析試驗設計及試驗結果、響應面方差分析結果見表2和3。

2.2.2響應面試驗結果分析

  經回歸擬合后，由響應面分析法得出關于西蘭花IDF提取率的二次回歸擬合方程：IDF提取率=

對表2中的數據進行多元回歸分析可得方差分析，見表3。由表3可知，回歸方程失擬檢驗p>0.05，差異不顯著，說明未知因素對試驗結果干擾很小；回歸方程擬合檢驗p <0.000 1，差異極顯著，說明模型的預測值和實際值非常吻合，模型成立。因此，該回歸方程可以較好地描述各因素與響應值之間的真實關系，可以用其確定最佳提取工藝條件。此外，各因素中一次項A、B、C和D及二次項A2、B2、C2和D2對IDF提取率均表現出了差異顯著水平，AD、BC、BD和CD交互作用的影響差異顯著(p<0.05)，AB、AC交互作用差異不顯著。影響西蘭花IDF提取率的主次因素為C>B>D>A，即提取溫度>堿濃度>提取時間>液料比。

2.2.3各交互項對IDF提取率影響的分析

 為考察各交互項對IDF提取率的影響，對各響應面三維圖進行分析。由圖5可直觀觀察各因素對響應值的影響，其中AD的響應面曲線陡峭，對IDF提取率影響顯著，BC、BD和CD的響應面曲線較陡，對IDF提取率影響僅次于AD曲線，AB和AC響應面曲線較平緩，對IDF提取率影響不顯著，與方差分析一致。

2.2.4最優條件的確定及驗證試驗

  根據響應面試驗設計及結果分析，得到影響西蘭花IDF提取率的最佳條件為：液料比18.32：1(m L/g)，堿濃度0.15 mol/L，提取溫度34.89 0C，提取時間73.52 min，實際測得西蘭花IDF提取率55.61%。為檢驗響應面優化結果的可靠性，分別取各因素的整數值，液料比18：1（m L/g），堿濃度0.15 mol/L，提取溫度35 0C，提取時間74 min。在此最優條件下進行3次驗證試驗，西蘭花IDF提取率可達55.31%，與IDF的提取理論值比較，其相對誤差約為0.54%，且重復性也很好，因此該優化提取工藝參數準確可靠。

2.3  IDF性能測定結果

2.3.1 IDF持水力

 根據1.3.1測定方法，代入公式可得出西蘭花IDF持水力為2.853 g/g，如表4。

2.3.2 IDF溶脹度

  根據1.3.2測定方法，代入公式可得西蘭花IDF溶脹度8.6 m/g，如表5。

3結論

 采用響應面優化堿提取法提取西蘭花中IDF，結果表明：西蘭花IDF提取率的最佳提取工藝條件為液料比18：1（m L/g），堿濃度0.15 mol/L，提取溫度35 0C，提取時間74 min。西蘭花IDF提取率可達55.31%，與IDF的提取理論值比較，其相對誤差約為0.54%．且重復性也很好，說明響應面法建立的西蘭花IDF提取l莫型對西蘭花IDF提取具有穩定可靠性，且提取的IDF持水力為2.853 g/g，溶脹度8.6 m L/g。