赵新宇，赵海琳，牟藤，李其久，李辉

辽宁大学生命科学院（沈阳 110000）

随着我国社会经济的发展，国民消费水平和食品意识逐步提高，人们对食品的需求不仅是提供身体生长所必需的营养素，且更注重食物在调节身体功能、促进健康方面的作用。黑蒜（black garlic）是以新鲜生蒜为原料，经历1至1个半月的发酵，经过灭菌处理包装制成的食品，因蒜瓣呈黑色而得名，是一种具有保健功能的食品[1]。黑蒜中营养物质丰富，富含钙、铁、镁等微量元素及尼克酸，并含有丰富的膳食纤维。经常食用黑蒜，可以起到增强免疫力、增强抗氧化能力、调节血糖、抑制血栓、抗癌防癌、排毒清肠等作用[2]。

膳食纤维（dietary fiber）是一种多糖，广泛来源于果胶、藻胶、麦片、燕麦全谷类食物、豆类、蔬菜和水果等，被称为第七大营养素[3-5]。研究证明，膳食纤维具有治疗便秘、胆石症等功效，能预防某些癌症的发生，还能通过降低血液胆固醇以降低糖尿病、高血压等疾病的发生风险[6-9]。因此，近年来膳食纤维的摄取逐渐受到人们关注[10-12]。在黑蒜的开发利用过程中，有大量的残渣被丢弃，或将导致营养元素的大量浪费，因黑蒜含有大量膳食纤维，故推测其榨汁残渣中也含有丰富的膳食纤维可供提取利用。国内对黑蒜残渣膳食纤维的提取研究还未开展，试验以黑蒜榨汁残渣为原料，采用酸提法和碱提法提取黑蒜榨汁残渣中的膳食纤维，探究从残渣中提取膳食纤维的最佳方案[13-17]，为黑蒜榨汁残渣的深加工工业提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

黑蒜（辽宁大学生命科学院实验室自制）；分无水乙醇（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；盐酸（国药集团化学试剂有限公司）；氢氧化钠（粒状，分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

AQ-180E粉碎机（慈溪市耐欧电器有限公司）；HH-W420数显三用恒温水浴锅（晶坛市晶玻实验仪器厂）；BPH-9042精密恒温培养箱（上海一恒科学仪器有限公司）；JW-3021HR高速冷冻离心机（安徽嘉文仪器装备有限公司）；XD-52AA旋转蒸发器（上海贤德实验仪器有限公司）；SHB-A循环水式真空泵（北京中兴伟业仪器有限公司）；SHA-2恒温摇床（上海比朗仪器有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 黑蒜榨汁残渣的获得

挑选优质的自制黑蒜，剥皮清洗后进行粉碎，得到黑蒜蒜泥，采用一次浸提法，按照料水比，即黑蒜蒜泥∶蒸馏水=1∶6 g/mL进行浸提，浸提温度50 ℃，浸提时间20 min，得到黑蒜粗浸提汁。将上述黑蒜粗浸提汁经0.075 0 mm孔径（200目）滤网过滤后，将滤得残渣沥干备用。黑蒜粗浸提汁过滤后于10 000 r/min离心10 min，得到黑蒜浸提汁和沉淀物，其中离心沉淀与上述残渣混合，置于40 ℃干燥箱内恒温干燥至质量恒定，用粉碎机粉碎所得固体，并用60%乙醇以1∶20 g/mL在50 ℃下水浴90 min进行醇析后过滤，对过滤残渣进行干燥后粉碎从而制得粉末，即为黑蒜残渣粉末，作为提取原料备用[18]。

1.2.2 酸提法提取黑蒜残渣可溶性膳食纤维单因素试验

将上述黑蒜残渣粉末记为提取物1。将提取物1置于酸性水溶液中恒温提取[19]，得到提取液后于5 000 r/min离心10 min，留取上清液。将滤得的沉淀放置于温度40 ℃的恒温干燥箱中进行干燥，直至质量恒定，进行粉碎从而制得粉末，即为用于碱提法提取不可溶性膳食纤维的材料，记为提取物2备用。

利用旋转蒸发仪将上一步离心后留存的上清液蒸发浓缩至原体积的1/4，用95%乙醇溶液进行醇析，得到黑蒜残渣中的可溶性膳食纤维[20]。将分离所得膳食纤维置于40 ℃恒温干燥箱中进行干燥至质量恒定，得到黑蒜残渣可溶性膳食纤维。

分别以pH（1，2，3和4）、浸提液料比（10∶1，15∶1，20∶1，25∶1和30∶1 mL/g）、浸提温度（60，70，80，90和100 ℃）和浸提时间（20，40，60，80和100 min）为影响因素，通过单因素试验研究不同因素对黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取的影响[21]。

1.2.3 碱提法提取黑蒜残渣不溶性膳食纤维单因素试验

将提取物2置于碱性水溶液中恒温提取。将所得提取液进行过滤，将滤液于5 000 r/min离心10 min，所得沉淀即为碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维。将分离所得膳食纤维置于40 ℃恒温干燥箱中进行干燥至质量恒定，得到黑蒜残渣不溶性膳食纤维。

分别以碱液浓度（3%，4%，5%，6%和7%）、浸提液料比（10∶1，15∶1，20∶1，25∶1和30∶1 mL/g）、浸提温度（30，40，50，60和70 ℃）和浸提时间（20，40，60，80和100 min）为影响因素，通过单因素试验研究不同因素对黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取的影响。

1.2.4 正交试验

在单因素试验基础上，确定主要影响因素，设计不同因素不同水平的正交试验，制作正交试验表，见表1，确定最佳提取条件。

表1 正交试验因素与水平

2 结果与分析

2.1 不同因素对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维的单因素试验结果影响

2.1.1 pH对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维的影响试验

分别取l.00 g提取物1于5个250 mL锥形瓶中，分别加入20 mL的蒸馏水，混合均匀，分别调节pH为1，2，3和4后在80 ℃水浴中提取40 min，得到提取液，在5 000 r/min下离心10 min后取出上清液，利用旋转蒸发仪对提取液进行浓缩，用95%乙醇进行醇析，得到黑蒜残渣可溶性膳食纤维，得到最佳pH 1左右。对pH范围进行详细考察，调节pH 0.5，1.0，1.5和2.0，再按照上述步骤进行试验，确定最佳pH。

由图1可知，进一步确定pH 1时，酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率最高。pH过高或过低，都会使提取的膳食纤维含量降低。原因可能是：酸度减小，水解反应进行缓慢，从而使黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率降低；过低的pH会加剧水解反应的进行，使得果胶脱脂并裂解，从而导致黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率降低。

图1 pH对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率的影响

2.1.2 液料比对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物1于5个250 mL锥形瓶中，分别加入10，15，20，25和30 mL的蒸馏水，混合均匀，调节pH 1在80 ℃水浴中提取40 min，得到提取液，在5 000 r/min下离心10 min后保留上清液，用旋转蒸发仪对留存的上清液进行浓缩，用95%乙醇溶液进行醇析，得到黑蒜残渣可溶性膳食纤维，得出最佳浸提液料比。

如图2所示，液料比15∶1 mL/g时，黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率相对较高。因此当具有足够大的液料比时，才能保证黑蒜残渣中可溶性膳食纤维得到充分水解[22]。但提取液浓度会因为液料比过大而变小，增加果胶提取难度，而且在醇析时会增加乙醇用量，造成不必要的资源浪费。

图2 液料比对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率的影响

2.1.3 温度对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物1于5个250 mL锥形瓶中，加入20 mL蒸馏水，混合均匀，调节pH为1，分别在60，70，80，90和100 ℃水浴中提取40 min，得到提取液，在5 000 r/min下离心10 min后取出上清液，用旋转蒸发仪对提取液进行浓缩，用95%乙醇进行醇析，得到黑蒜残渣可溶性膳食纤维，选出最佳提取温度。

由图3可知，80 ℃时，黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率相对较高。随着温度的增高，黑蒜残渣可溶性膳食纤维的提取率反而降低。原因可能是温度较低时，水解反应速度较慢，温度较高时又会破坏果胶结构，导致膳食纤维的提取率偏低。

图3 温度对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率的影响

2.1.4 水解时间对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物1于5个250 mL锥形瓶中，加入20 mL蒸馏水，混合均匀，调节pH为1，在80 ℃水浴中分别提取20，40，60，80和100 min得到提取液，在5 000 r/min下离心10 min后取出上清液，用旋转蒸发仪对提取液进行浓缩，用95%乙醇进行醇析，得到黑蒜残渣可溶性膳食纤维，选出最佳的提取时间。

如图4所示，水解时间60 min时，黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率相对较高。若时间过长，溶液中的氢离子可能会导致果胶的裂解，若时间较短，果胶不能被充分水解[23]，都可能导致黑蒜残渣可溶性膳食纤维的提取率降低。

图4 时间对酸提黑蒜残渣可溶性膳食纤维提取率的影响

将酸提黑蒜残渣可溶性提膳食纤维提取工艺的单因素最佳条件确定为浸提pH 1.0、浸提液料比15∶1 mL/g、浸提温度80 ℃、浸提时间60 min。

2.2 碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维的单因素试验结果

2.2.1 碱液浓度对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物2于5个250 mL锥形瓶中，分别加入25 mL 3%，4%，5%，6%和7%的NaOH溶液，混合均匀，在50 ℃水浴中提取60 min，在5 000 r/min下离心10 min，所得沉淀即为不溶性膳食纤维，选出最佳碱液浓度。

由图5可知，碱液浓度5%时，不溶性膳食纤维的提取率较高。随着碱液浓度增大，黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率反而降低。其原因可能是碱液浓度过低时，膳食纤维水解不够充分，而碱液浓度达到一定值时，不溶性膳食纤维会进一步降解，从而生成小分子多糖、低聚糖等物质，最终导致黑蒜残渣不溶性膳食纤维的提取率降低。

图5 碱液浓度对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率的影响

2.2.2 液料比对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物2于5个250 mL锥形瓶中，分别加入10，15，20，25和30 mL 6%的NaOH溶液，混合均匀，在50 ℃水浴中提取60 min，过滤得滤液，在5 000 r/min下离心10 min，所得沉淀即为不溶性膳食纤维，选出最佳液料比。

如图6所示，浸提液料比15∶1 mL/g时，黑蒜残渣不溶性膳食纤维的提取率相对较高。随着液料比的不断增加，黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率逐渐降低。可能的原因是液料比过大会导致纤维素发生水解反应，造成不溶性膳食纤维损失，导致黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率下降。

2.2.3 温度对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物2于5个250 mL锥形瓶中，加入20 mL 6%的NaOH溶液，混合均匀，分别在30，40，50，60和70 ℃水浴中提取60 min，在5 000 r/min下离心10 min，所得沉淀即为不溶性膳食纤维，选出最佳提取温度。

由图7可知：提取温度在40～60 ℃时，黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率随着碱提取温度的升高而提升；温度在60～70 ℃时，不溶性膳食纤维提取率开始下降。可能的原因是温度的升高导致蛋白质等物质的溶解性增大，而半纤维素等物质仍未被水解[24]，导致黑蒜残渣中不溶性膳食纤维提取率不断升高。当温度逐渐升高，高于60 ℃时，一部分纤维素或半纤维素等物质会随着温度升高逐步分解、转化或散失，致使黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率不断下降。

图7 温度对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率的影响

2.2.4 浸提时间对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维的影响试验

分别取1.00 g提取物2于5个250 mL锥形瓶中，分别加入6%的20 mL NaOH溶液，混合均匀，置于50 ℃水浴中提取20，40，60，80和100 min，在5 000 r/min下离心10 min，所得沉淀即为不溶性膳食纤维，选出最佳提取时间。

由图8可看出：浸提时间在20～40 min范围内，随着时间延长，黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率增高；浸提时间40 min时，黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率最高；在40～80 min范围内，黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率则迅速下降。可能的原因是浸提时间过长会导致碱溶性物质的溶解，从而使黑蒜残渣不溶性膳食纤维中的某些纤维素物质溶解，使黑蒜残渣不溶性膳食纤维纯度下降[25-27]，将碱提黑蒜残渣可溶性提膳食纤维提取工艺的单因素最佳条件确定为碱液浓度5%、浸提液料比15∶1 mL/g、浸提温度60 ℃、浸提时间40 min。

图8 时间对碱提黑蒜残渣不溶性膳食纤维提取率的影响

2.3 正交试验结果

2.3.1 酸提法正交试验结果

酸提法主要影响因素为pH、液料比、温度、时间，设计四因素三水平的正交试验，因素与水平见表2。

表2 酸提法L9(34)正交试验因素水平

基于单因素试验，进行L9(34)正交试验，试验结果如表3所示。在所测范围内，提取温度、提取时间对提取效果影响显著（P＜0.05），其影响强弱顺序为C＞D＞A=B。最佳组合为A1B3C3D3，即pH 0.5的酸溶液、料液比20∶1 mL/g、提取温度90 ℃、提取时间80 min，按该提取条件进行验证，测得黑蒜残渣膳食纤维提取率为11.4%，结果高于正交表中任意组合，说明在该组合条件下提取效果最佳。

表3 酸提法正交试验结果

2.3.2 碱提法正交试验结果

碱提法主要影响因素为碱液浓度、液料比、温度、时间，设计四因素三水平正交试验，因素与水平见表4。

表4 碱提法L9(34)正交试验因素水平

基于单因素试验，进行L9(34)正交试验，试验结果如表5所示。在所测范围内，碱浓度和液料比对提取效果影响显著（P＜0.05），其影响强弱顺序为A＞B＞C＞D。最佳组合为A3B3C1D2，即6%碱溶液、液料比20∶1 mL/g、提取温度50 ℃、提取时间40 min。按该提取条件进行验证，测得不溶性膳食纤维提取量为38.4%，结果高于正交表中任意组合，说明在该组合条件下提取效果最佳。

表5 碱提法正交试验结果

3 结论

黑蒜中的微量元素含量较高，具有较好的抗氧化功效和食疗保健疗效，其发展前景相对较为广阔。膳食纤维作为功能食品的基础原料，已占据一定消费市场，也存在不可估量的潜在价值[28]。对黑蒜榨汁残渣膳食纤维提取开展深入试验研究，对黑蒜榨汁残渣的深加工及资源化利用具有指导性意义[29]。试验探究黑蒜榨汁残渣膳食纤维的最佳提取工艺条件，并根据试验结果对不同的影响因素进行分析。试验采用科学的研究方法，通过控制单一变量的原则，在对比大量试验结果的基础上得出结论，结果表明：黑蒜榨汁残渣酸提可溶性膳食纤维的最佳提取工艺条件为pH 0.5、液料比20∶1 mL/g、温度90 ℃、时间80 min，在此条件下黑蒜榨汁残渣可溶性膳食纤维的提取率最高；黑蒜榨汁残渣碱提不溶性膳食纤维最佳提取工艺条件为碱液浓度6%、液料比20∶1 mL/g、提取温度50 ℃、提取时间40 min，在此条件下黑蒜榨汁残渣不溶性膳食纤维的提取率最高。综上，利用酸提法提取黑蒜榨汁残渣中可溶性膳食纤维，碱提法提取黑蒜榨汁残渣中不溶性膳食纤维可行，这种方法不仅能充分利用资源，也能为食品工业提供原料，具有一定经济效益和社会效益，这对黑蒜的综合利用有较高的参考价值[30]。但是，黑蒜残渣中的膳食纤维的功能和特性还有待研究。