CN102224909A - 山茱萸水溶性膳食纤维的制备及纤维饮用水的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种山茱萸果渣可溶性膳食纤维的制备方法及其采用该山茱萸可溶性膳食纤维制作的饮用水。该方法用星点设计优化山茱萸可溶性膳食纤维（CSDF）的制备条件，提高产品产量和纯度，并测定其化学成分和部分功能特性。采用山茱萸果渣可溶性膳食纤维制备的纤维饮用水，有良好的溶解性和透光性，无异味，有较长的储存期。

Description

山茱萸水溶性膳食纤维的制备及纤维饮用水的应用

技术领域

本发明涉及膳食纤维的制备，特别是一种山茱萸果渣水溶性膳食纤维的制备方法及采用该水溶性膳食纤维制备的饮用水。

背景技术

膳食纤维是人类健康饮食的重要组成部分，可分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）两部分。其中SDF包括木葡聚糖、半乳甘露聚糖半纤维素、β-葡聚糖、果胶质、树胶和黏胶（Jiménez-Escrig and Sánchez-Muniz，2000），它广泛存在于蔬菜和粮食作物中，是植物细胞壁的重要成分。

众所周知，SDF对降低血清胆固醇水平有显著的作用（Xu et al. 2010；Schwesinger et al.1999, Arjmandi et al.1992，Jensen et al.1997），高SDF含量的日常饮食可以降低人们患心血管疾病的风险（Theuwissen and Mensink 2008），降低高血压患者的血压水平（Burke et al. 2001）。膳食纤维所具有的粘性对人体健康代谢有很大的益处（JENKINS et al. 2004）,它也可能有效降低肥胖患者的体重水平（Artiss et al.2006）。SDF通过改善小肠粘膜萎缩症状和加强肠道菌群正常化水平来自发的控制肠道蠕动（Nakao et al. 2002）。SDF的摄入还可以明显增加短链脂肪酸的产生，有助于提高消化活力。因此摄入膳食纤维潜在的作用远远超过了它对人体的短期影响。

此外，SDF中包括的阿拉伯树胶，可以减少人体对致癌物质的吸收；给怀孕母猪喂食大豆壳SDF和IDF有助于增加母猪哺乳前期和哺乳期的进食量（Renteria-Flores et al.2008）；在婴幼儿配方奶粉中增加SDF的浓度可能对钙、铁、锌有效吸收具有一定的影响（Bosscher et al.2001；Bosscher et al.2003）。

由于目前食品加工越来越精细化，食品中膳食纤维含量达不到要求，加上SDF所具备的潜在健康作用，因此促进了高膳食纤维产品的不断开发。现在很多食品加工副产物已经被开发成膳食纤维产品，如苹果渣、柑橘果皮和甘蓝（Chantaro et al. 2008），这些产品作为食品添加剂被加入到烘焙食品、面条、乳制品及饮料中以提高这些食品的品质。

山茱萸作为传统中药已有两千多年的历史。在我国，山茱萸产品如山茱萸酒、饮料、蜜饯和口服液等发展良好。在日本和韩国它还被广泛用作滋补品、镇痛剂和利尿剂。半干燥去籽后的山茱萸还可以用来治疗肝功能衰竭、肾虚以及糖尿病（Wu et al.，2008）。山茱萸中环烯醚萜总甙被证实可以抑制高级糖基化终产物的形成，恢复血管活性因子和细胞因子的活性水平（Xu et al.，2004）。山茱萸齐墩果酸可以提高大鼠胰岛素的分泌（Hsu et al.，2006）。目前，大部分研究集中于山茱萸果实提取物中，而忽略了果渣作为膳食纤维资源的开发。根据申请人所作的资料检索，目前还没有关于山茱萸果渣作为膳食纤维的生产方法。

矿泉水是日常生活最常见的饮品，它可以为人体正常代谢提供矿质元素和水，但目前市场上还没有类似含有膳食纤维的饮用水问世。

胆固醇是动物细胞膜分子重要的生物组成部分，人体内正常的水平是240g，大部分血液胆固醇结合脂肪转化为胆固醇酯，剩余的小部分则成游离态。人体中胆固醇可以转化为一系列的具有生物活性的化合物，如胆酸维生素D2 、类胆固醇激素等。胆固醇的代谢紊乱会导致血液胆固醇含量升高，导致其在血管中沉淀，形成动脉硬化。胆固醇和一系列心血管疾病都有关，人体内总胆固醇正常含量低于200mg/dL，超过240mg/dL就偏高了；高密度脂蛋白胆固醇正常水平是大于45mg/dL，低于35mg/dL就是异常的；低密度脂蛋白胆固醇低于130mg是正常的，超过160mg/dL就偏高了（Wang Lin et al.2000）。

随着人民生活水平的普遍提高，人们在摄入营养物质的同时也吸收了一定量的胆固醇，使人体血液中的胆固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯过量。这些剩余的类脂物质就会沉积在血管壁上，导致血管变窄、变硬、变脆、弹性变小，严重影响血液循环，久而久之形成动脉硬化。由胆固醇引起的高脂蛋白血症是世界上危害最大、流行最广的慢性非传染性疾病之一，也是目前临床上的疑难病症（Liu Man-ying et al.，1999）。国外上世纪70年代就开始研究体外净化血液胆固醇的方法，已先后报道通过血浆置换、膜过滤、免疫亲和吸附等方法，其中免疫亲和吸附的选择性较高，但其制备工艺繁琐，存在较大的局限性（Fang Bo et al.，1998）。

目前，国内外大多采用吸附法来清除体内多余的胆固醇。所选择的吸附剂，如肝素- 脂糖凝胶吸附剂、磺化葡聚糖—维生素吸附剂，虽能较好的选择吸附胆固醇，但这些吸附剂部分是将大型聚阴离子配基固定在载体上，因此存在配基的固定化及防止配基脱落等安全问题，且其价格昂贵，在人体内使用存在安全问题，因而有待进一步研究（Hu Guo-hua and Huang Shao-hua， 2001：Agnieszka Nawitsk and Monika Kwasniewska，2005）。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种山茱萸水溶性膳食纤维的制备方法，该方法以山茱萸榨汁后的果渣为原料，利用星点设计优化山茱萸可溶性膳食纤维（CSDF）的制备条件，提高产品产量和纯度，确定其化学成分和部分功能特性。

本发明的另一个目的在于，利用制备的上述山茱萸水溶性膳食纤维制备低热量“可以喝饱”的纤维饮用水。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种山茱萸果渣水溶性膳食纤维的制备方法，其特征在于按下列步骤制备：

步骤一，将去核挤压果汁后剩余的山茱萸果渣用纯净水洗净，干燥，粉碎至380μm，5℃下储存备用；

步骤二，取粉碎后的山茱萸果渣粉末，用浓度为70%（v/v）的酒精在70℃下回流提取三次，第一次回流60min，第二次和第三次回流时间为20min，然后合并回流液和果渣，3000r/min离心10min，回收酒精，收集沉淀物；

步骤三，在沉淀物中加入蒸馏水，液料比为25mL/g，80℃下置于超声波提取器中，调节超声波频率至40KHz，功率250W，提取60min，静置后倒出上层提取液，重复提取两次，合并提取液后在3000r/min下离心5min，上清液减压浓缩，得浓缩液；

步骤四，在浓缩液中加入适量α淀粉酶，60℃下水解4h，pH值调至6.5，然后在3000r/min下离心30min，得到上清液；在上清液中加入氯仿和正丁醇混合溶液除去蛋白，其中，氯仿：正丁醇=5：1，在摇床上震荡2h后再次在3000r/min下离心10min；如果上清液还有沉淀存在，则再次离心，直到上清液无沉淀为止；

步骤五，将无沉淀上清液减压蒸馏除去氯仿和正丁醇，然后在上清液中加入4倍量的体积浓度为95%（v/v）的酒精，在恒温振荡器中20℃下维持12h，最后在3000r/min下离心5min，得沉淀物；

步骤六，将沉淀物用正己烷浸泡，除去脂类物质，用体积浓度为95%（v/v）的酒精冲洗两遍，再次在3000r/min下离心，离心后的沉淀物按体积比1：5加入水中充分溶解，过滤后滤液喷雾干燥，得到山茱萸果渣水溶性膳食纤维粉末。

本发明的山茱萸果渣水溶性膳食纤维的制备方法，得到的产品呈浅白色粉末、无异味，经申请人的实验证明，上述方法制备的山茱萸果渣水溶性膳食纤维能够制备纤维饮用水。

附图说明

图1是本发明的山茱萸果渣水溶性膳食纤维提取流程图；

图2分别是处理温度、料液比、时间对山茱萸果渣水溶性膳食纤维（CSDF）提取率的影响；其中，图2a是温度的影响，图2b是料液比的影响，图2c是时间的影响。

图3是液料比和时间对CSDF综合指标值的影响，此时处理温度控制在75℃；

图4是处理温度和时间对对CSDF综合指标值得影响，此时液料比控制在30 mL/g；

图5是处理温度和液料比对综合指标的影响，此时时间定在110min；

图6是胆固醇标准曲线；

图7是标品稳定性实验曲线；

以下结合附图和相关实验对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本实施例给出了一种山茱萸果渣水溶性膳食纤维的制备方法，以山茱萸榨汁后的果渣为原料，利用星点设计优化山茱萸可溶性膳食纤维（CSDF）的制备条件，提高产品产量和纯度，确定其化学成分和部分功能特性。并尝试制备低热量“可以喝饱”的纤维饮用水，并利用高效液相法测定束缚胆固醇能力。

星点设计-响应曲面法（RSM）是一个多变量系统中高效率的优化方法，可以用来评估几个影响因素的相对重要性。该方法已成功用于优化培养基组成、热水提取条件和光诱导脱色分析（Liew et al.,2005；Lee et al.,2006；K                                                

rbahti et al.,2008）。它可以提供变量之间以及设计和工艺优化间必要的信息，同时给予多个响应分析。

以下给出具体的实验过程：

1、材料和方法

1.1 材料

新鲜山茱萸购买自陕西汉中，除杂、去籽水洗干净后，榨汁后的山茱萸果渣在烘箱内干燥，粉碎指380μm，5℃下储存备用。

1.2 方法

1.2.1 材料的预处理

取50g粉碎后的山茱萸用200mL的浓度为70%（v/v）的酒精在70℃下回流提取三次，第一次提取时间60min，第二次和第三次提取时间均为20min，合并回流液和果渣，然后将提取液以3000r/min离心10min，收集沉淀物并回收酒精；

在沉淀物中加入1250mL蒸馏水，80℃下置于超声波提取器中，调节超声波频率为40KHz，功率250W，提取60min，重复提取两次，提取结束后合并提取液，在3000r/min下离心5min，减压，浓缩至100mL。

1.2.2浓缩液中提取CSDF

在100mL浓缩液中加入0.25g的α淀粉酶，60℃下维持4h，pH值调节到6.5，然后3000r/min下离心30min，得到上清液；

在上清液中加入氯仿和（氯仿：正丁醇=5：1，v/v）30mL除去蛋白，在摇床上震荡2h后再次在3000r/min下离心10min；如果上清液还有沉淀则再次离心，直到无沉淀为止；

得到的无沉淀上清液减压蒸馏除去氯仿和正丁醇，然后加入4倍体积的浓度95%（v/v）的酒精在恒温振荡器中沉淀，在20℃条件下维持12 h，最后3000r/min下离心5min，得沉淀物；

沉淀物用正己烷浸泡，除去脂类物质，用体积浓度为95%（v/v）酒精冲洗两次，再次以3000r/min离心，离心后的沉淀物按体积比1：5加入水中充分溶解，过滤后滤液喷雾干燥，得到山茱萸果渣水溶性膳食纤维粉末（SDF），其工艺流程图如图1所示。

1.2.3 化学组分测试

水分测试：在105℃下干燥至恒重计算得出；灰分的测定根据文献（AOAC法，1995）在马弗炉550℃下灼烧至恒重所得；

SDF测定：根据文献（AACC method 32-06，2000）酶-重量法进行；

粗脂肪测定：在索氏提取器中进行，用石油醚做提取剂，40℃～60℃下维持12h，回收石油醚，称重计算得出。

1.2.4 溶解度

溶解度的计算按参考文献（Wang et al.2008）的方法稍作改变。在三角瓶中制备1%（w/w）的CSDF悬浮液，恒温摇床40℃下每隔5min震荡一次，冷却至室温，然后在3000r/min离心30min，上清液在105℃下烘干称重，根据前后质量差计算溶解度。

1.2.5 纤维饮用水透光度测定

以矿泉水作为溶剂，加入0.25%（w/v）的CSDF粉末，在振荡器中25℃下震荡30min后抽滤后制备CSDF水溶液，该溶液的透光度测定条件是：在25℃下，1mm比色皿（石英）中， 752紫外分光光度计波长620nm下测定，平行三次测定。

1.2.6 束缚胆固醇实验

HPLC条件：高效液相色谱分离采用Symmery C18(4.6×750mm, 3.5μm)色谱柱，以色谱甲醇和双蒸水（99：1，v/v）作为流动相，流速为0.9mL/min，每次样品注射量为10μL，紫外光检测器设定波长为210nm（Wang Yong-sheng et al.2008）。

绘制标准曲线：配置0.3mg/mL，0.6 mg/mL，0.9 mg/mL，1.2 mg/mL，1.5 mg/mL，1.8mg/mL和2.1mg/mL胆固醇标准溶液，以样品浓度和峰面积做标准曲线。

待测样品的制备：称取500mg CSDF粉末，加入10mL的1.5mg/mL胆固醇标准溶液，分别在pH=2和pH=7条件下，37℃水浴震荡3h，然后4000rpm下离心10min，上清液微孔过滤后测定胆固醇含量。

稳定性实验：精密吸取供试样品10μL，分别在0、4、8、16h进样，按胆固醇峰面积计算稳定性：结果其RSD=2.18%，表明供试样品在16h内稳定。

1.2.7 数据处理

所有数据以算术平均值表示，通过统计分析系统（SAS 8.01）拟合方程生成三维曲面图。拟合方程在定义域内的极值用MATLAB 7.0软件运行得出。

2、结果和讨论

2.1单因素对CSDF提取率的影响

精确称取5.0g山茱萸果渣粉末，转移至三角瓶内，以料液比1：20 g/mL加入蒸馏水，放在超声波提取器内，调节超声波频率40KHz、功率250w，维持100min，控制处理温度分别为20℃，40℃，60℃，80℃，90℃和100℃。提取液浓缩至30mL后，用4倍量的95%（v/v）酒精沉淀，记录沉淀物质量，结果如图2a所示，由图可知在80℃～100℃时CSDF质量比较高。

为了测定液料比对CSDF提取率的影响，类似上述的操作，控制处理温度80℃，液料比分别是5：1，10：1，15：1，20：1，25：1，30：1和35：1mL/g，结果如图2b。可以看出在液料比大于30：1时CSDF质量比较高；类似操作来测定时间对CSDF提取率的影响，控制处理温度80℃，液料比是30：1 mL/g，时间分别设定在0～140min之间，结果如图2c，可以看出在90min之后CSDF质量基本保持在一个水平。

2.2 星点设计优化CSDF提取条件

为了找出优化CSDF制备的最佳工艺条件，必须找到关键影响因素的变量范围。基于单因素实验结果，选择主要影响因素的变化区间。根据星点实验要求，设计3因素5水平20组实验，主要因素分别是：处理温度（X₁）、液料比（X₂）和时间（X₃），如表1所示。

表1：星点设计实验及实验结果

注：所有测得值以平行三次实验算术平均值表示。

其中Y₁表示CSDF提取率,Y₂表示SDF含量，Y₃表示透光度（%,at 620nm），Y_A表示综合指标，Y_A=Y₁×Y₂+Y₃×10，Y_P：预测值。

根据实验结果，采用SAS 8.01拟合方程。结果显示二次项方程拟合度较高，方程如下：

Y_p=-6.55049+0.21402X₁+0.42337X₂+0.10059X₃-0.00170X₁X₁-0.00667X₂X₂-0.00044737X₃X₃+0.00030891X₁X₂+0.00014404X₁X₃-0.00042463X₂X₃

（R²=0.8441，R=0.919＞R_0.001=0.647，P=0.0049）

其中相关系数R²是对拟合方程适合度的衡量（Nath and Chattopadhyay 2007）。R²在0和1之间，R²越接近1，说明模型越好，预测值越精确。R²值越小说明模型独立变量关联度越差（Ghodke et al.2009）。二次项模型R²（0.8441）值较大，说明该预测模型更接近真实情况。

2.3 效应面优化与预测

三维曲面图是回归方程以图形的形式表示各变量之间以及与综合指标之间的关系，每一组效应曲面和等高线图表示固定一组变量在中间（0）水平，另两组变量在定义域范围内的变化对综合指标的影响。

图3、图4、图5是优化拟合方程生成的曲面图，由图可以看出，三个效应面呈现“丘状”，随着自变量的逐渐递增，综合指标先升后降，在自变量到中间值附近，综合指标也趋近极大值，通过等高线图的叠加，可以得到等高线图的交集，这个交集内对应的自变量值就是综合指标趋近极值时的自变量，但区域叠加可能无交集或者交集较大，不能精确到具体数值，因此本实验采用MATLAB数据处理软件，对拟合的二次项方程在定义域范围内计算得出综合指标在极大值是所对应的自变量值。计算得出自变量分别是：处理温度70.3029℃，液料比29.8775 mL/g，时间109.5628 min，此时所对应的综合指标预测值是12.8077。为了验证这个预测值，在类似的实验条件下再做实测，条件分别是：处理温度70.3℃，液料比30mL/g，时间110 min，在此条件下对应的CSDF提取率是4.097%、SDF含量是80.9%、透光率是94.7%，折合成综合指标是12.7845，这个值与预测值基本一致，说明预测结果是可信的。

2.4纤维饮用水制备

将CSDF溶解在矿泉水中，CSDF含量为0.25%（w/v），震荡溶解，过滤后滤液装瓶，紫外灭菌灯照射后储藏，定期观察纤维水溶液有无沉淀、有无悬浮物、有无微生物繁殖、色泽有无变化，两月之后，纤维水溶液色泽基本不变，无异味、无沉淀，口感良好，透光率94.9 %。

2.5 CSDF化学组分、溶解性及透光率

根据前面描述的方法测定CSDF的化学组分、溶解性及透光率，结果如表2所示。

表2：CSDF化学组分、溶解性及透光率（%）

注：所有测得值以平行三次实验算术平均值表示

2.6 束缚胆固醇实验：

标准曲线：以样品浓度和峰面积做标准曲线如图6所示，线性相关系数超过0.996.线性方程为：

Y=1.89×10⁶X + 2.28×10⁵ （n=7）,其中，R=0.996573；R²=0.993157。

稳定性实验：按胆固醇峰面积计算稳定性，结果其RSD=2.18%，表明供试品在16h内稳定。结果如图7所示。

束缚力：在pH值分别为2和7的时候，测定CSDF样品吸收峰的面积，计算相应的浓度和束缚率，如表3所示，从表中可以的看到，束缚率变化范围是55.9%-88.8%，这说明山茱萸SDF对胆固醇有一定的束缚能力。

表3：膳食纤维对胆固醇的束缚能力

3、结论

从以上所得结果可以看出，三个变量（处理温度、液料比、时间）对CSDF提取率都有显著影响。拟合二次项方程相关系数R²为0.8441，P值小于0.005,说明拟合方程适用于本实验，实测值与预测值比较吻合。优化的条件是：处理温度70.3℃、液料比30mL/g、时间110min,对应的超声波提取器功率250W，频率40 KHz。此时提取CSDF质量是0.8194g，对于20g原料来说提取率是4.097%。

本实施例制成的含量为0.25%（w/v）的CSDF饮用水，有良好的溶解性和透光率，无异味，无沉淀，有较长的储存期。这种纤维饮用水可能对糖尿病患者、高血压患者、肠道疾病患者以及肥胖人群有一定的帮助，当然，也可以作为新的功能性饮用水广泛投入市场。然而对CSDF化学结构以及一些生理活性目前尚不清楚，需要做进一步的研究，为其应用领域提供科学支持。

CSDF对胆固醇有一定的束缚能力，在pH=2时（模拟人体胃环境下）比在pH=7时（模拟人体肠道环境下）要高；本实施例只是对吸附现象做了简单的测试，虽然膳食纤维对胆固醇都有一定的束缚能力，但其具体束缚原理尚不清楚，因此有待于进一步研究。

Claims (3)

1.一种山茱萸果渣水溶性膳食纤维的制备方法，其特征在于按下列步骤制备：

步骤一，将去核挤压果汁后剩余的山茱萸果渣用纯净水洗净，干燥，粉碎至380μm，5℃下储存备用；

步骤二，取粉碎后的山茱萸果渣粉末，用浓度为70%的酒精在70℃下回流提取三次，第一次回流60min，第二次和第三次回流时间为20min，然后合并回流液和果渣，3000r/min离心10min，收集沉淀物；

步骤三，在沉淀物中加入蒸馏水，液料比为25mL/g，80℃下置于超声波提取器中，调节超声波频率至40KHz，功率250W，提取60min，静置后倒出上层提取液，重复提取两次，合并提取液后在3000r/min下离心5min，上清液减压浓缩，得浓缩液；

步骤四，在浓缩液中加入适量α淀粉酶，60℃下水解4h，pH值调至6.5，然后在3000r/min下离心30min，得到上清液；在上清液中加入氯仿和正丁醇混合溶液除去蛋白，其中，氯仿：正丁醇=5：1，在摇床上震荡2h后再次在3000r/min下离心10min；如果上清液还有沉淀存在，则再次离心，直到上清液无沉淀为止；

步骤五，将无沉淀上清液减压蒸馏除去氯仿和正丁醇，然后在上清液中加入4倍量的体积浓度为95%的酒精，在恒温振荡器中20℃下维持12h，最后在3000r/min下离心5min，得沉淀物；

步骤六，将沉淀物用正己烷浸泡，除去脂类物质用体积浓度为95%的酒精冲洗两遍，再次在3000r/min下离心，离心后的沉淀物按体积比1：5加入水中充分溶解，过滤后滤液喷雾干燥，得到山茱萸果渣水溶性膳食纤维粉末。

2.权利要求1所述方法制备的山茱萸果渣水溶性膳食纤维用于制备纤维饮用水的应用。

3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述的纤维饮用水中的山茱萸果渣水溶性膳食纤维的含量为0.25%。

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