Optimization of Process for Preparation of Arabinoxylan from Vinegar Residue and Its Effect on the Quality of Steamed Bread
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摘要: 采用碱提法从醋糟中提取阿拉伯木聚糖。对NaOH（含0.88% H2O2）浓度、提取温度、料液比、提取时间进行单因素实验，得到阿拉伯木聚糖得率最高的四个参数水平，并在此基础上，利用响应面法优化碱提阿拉伯木聚糖最佳工艺条件，并对优化工艺所得的多糖进行了单糖组成分析、分子量等分析以及对馒头品质的影响。结果表明：最佳实验条件为：NaOH（含0.88% H2O2）浓度0.92 mol/L，提取温度75 ℃，料液比1:35 g/mL，提取时间1.5 h，所得阿拉伯木聚糖得率为8.75%。得到醋糟阿拉伯木聚糖（AX）主要由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸6种单糖组成，含量分别为38.9%、1.32%、2.37%、55.84%、0.66%、0.91%。提取的阿拉伯木聚糖分散系数为2.45，均一性较好，分子量分布比较均匀，重均分子量为245997。同时，向面粉中添加适量的醋糟AX，能够降低馒头的硬度、黏性，可以改善馒头的质构特性，提高馒头的品质。本研究所获得的阿拉伯木聚糖具有较好的功能特性，为醋糟综合利用提供数据和理论支撑。Abstract: The arabinoxylan was extracted from the vinegar residues by alkaline extraction. Single-factor experiments were carried out on the concentration of NaOH (containing 0.88% H2O2), extraction temperature, solid-liquid ratio, and extraction time, and the four parameter levels with the highest extraction rate of arabinoxylan were found. On this basis, the response surface method was used to optimize. The monosaccharide composition and molecular weight of the optimized polysaccharides were analyzed and their effects on the quality of steamed bread were studied. The results showed that the optimal experimental conditions for alkaline extraction of arabinoxylan were as follows: NaOH (containing 0.88% H2O2) concentration 0.92 mol/L, extraction temperature 75 ℃, solid-liquid ratio 1:35 g/mL, extraction time 1.5 h, the yield of arabinoxylan was 8.75%. The main monosaccharides extracted by this experiment were as follow: Arabinose, galactose, glucose, xylose, galacturonic acid, glucuronic acid with ration of 38.9%, 1.32%, 2.37%, 55.84%, 0.66%, 0.91%. The dispersion coefficient of the arabinoxylan extracted by this method was 2.45, average molecular weight was 245997, indicating arabinoxylan was a homogeneous polysaccharide. Additional, adding an appropriate amount of vinegar AX to the flour could reduce the hardness and viscosity of the steamed bread, improve the texture characteristics of the steamed bread, and improve the quality of the steamed bread. The arabinoxylan obtained in this study had good functional characteristics, which also provided data and theoretical support for the utilization of vinegar residues.
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Keywords:
- vinegar residues /
- arabinoxylan /
- response surface methodology /
- alkaline extraction /
- steamed bread
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醋糟是食醋酿造过程中的副产物，其主要成分为蛋白质和碳水化合物等，可用于生产生物饲料、生物肥料、生物能源及化工产品，醋糟利用潜力巨大[1-4]。但由于其产量大、含水率较高、粗纤维含量高、营养价值低、季节性加工等特点，短期内如果不及时处理或露天放置极易发生腐败和变质，从而造成环境污染和资源浪费[5-6]。大力推进酿造糟渣资源化再利用是我国实施碳达峰碳中和、走循环经济发展的战略决策。
醋糟粗纤维含量高（主要为纤维素、半纤维素和木质素），其中作为半纤维素主要成分的阿拉伯木聚糖（AX）含量丰富。AX具有高粘度、高持水性等特征，可作为食品增稠剂、稳定剂[7-9]；还具有诸多重要的生理活性，如降低胆固醇、抗氧化、调节免疫力等功能，其应用价值高、应用前景广泛[10-12]。根据其溶解性可以分为水溶性阿拉伯木聚糖和水不溶性阿拉伯木聚糖[13]。AX提取方法主要有：水热提取、酶法提取和碱法提取[8,14-15]。由于水具有无毒无害、价廉易得、无需回收等优点，因此是一种理想的提取剂。但以水作为提取剂也有一定的缺陷，在一定提取条件下水溶剂不能打破阿拉伯木聚糖与细胞壁中其他组分间的交联作用，导致AX得率较低[2]；酶法提取技术因其条件温和、能最大程度地回收有效成分、绿色无污染，代表了AX的发展方向、但酶法得率一般比较低[16]；目前产业化制备AX主要采用的是碱提技术[17-18]。目前对AX的研究主要聚焦在玉米、小麦和大麦等谷类作物，对醋糟AX的研究还较少。同时，AX因较好的吸水性、氧化凝胶性而被用于低温稳定剂、表面活性剂，AX在馒头、面包制作的各个环节以及成品的储存、感官、营养性质等方面都有重要意义[19-20]。
本实验采用碱法提取醋糟中的AX，分别研究料液比、提取温度、提取时间、NaOH浓度（含0.88% H2O2）对醋糟AX得率的影响，同时通过响应面法优化AX的提取工艺。利用高效凝胶渗透色谱、离子色谱和红外吸收光谱分别测定醋糟AX的分子量、单糖组成和A/X比值等，初步探究碱法提取的醋糟AX的理化性质和结构特征；同时探究醋糟AX的添加对馒头品质的影响，以期为醋糟AX的开发和利用提供一定的理论依据。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
高温α-淀粉酶（酶活力为20000 U/mL） 南京百斯杰生物科技有限公司；中性蛋白酶（酶活力为100 U/mg）、糖化酶（酶活力为40000 U/mL） 上海源叶生物有限公司；氢氧化钠、过氧化氢、乙酸、盐酸、三氯化铁、无水乙醇、木糖、地衣酚 均为分析纯；醋糟 江苏科技大学粮食学院；馒头专用小麦粉 新良面粉。
U-T3紫外可见分光光度计 上海屹谱仪器制造有限公司；高速冷冻离心机 德国Eppendorf；HWS-26型电热恒温水浴锅、DHG-9240A型电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；LGJ-12D型冻干机 宁波浪力仪器有限公司；ICS-5000离子色谱仪 美国戴安公司；高效凝胶色谱仪 美国沃特世公司；TA.XTC-18质构仪 保圣科技；扫描电子显微镜 日本Hitachi Regulus 8100。
1.2 实验方法
1.2.1 醋糟阿拉伯木聚糖提取
1.2.1.1 醋糟预处理
将醋糟研磨，过40目筛后，取50 g醋糟，加入500 mL蒸馏水和4 mL高温α-淀粉酶，60 ℃下水浴2 h，不断搅拌。反应结束后用0.3 mol/L NaOH溶液调节pH至7.5，随后加入2 g中性蛋白酶60 ℃下水浴1 h。再用0.3 mol/L的HCl将pH调至4.5，同时加入2 g糖化酶，60 ℃下水浴1 h，反应结束后于4000 r/min离心10 min，所得沉淀用蒸馏水洗涤至中性，放入60 ℃烘箱中干燥24 h，得到脱淀粉脱蛋白醋糟，备用[18]。
1.2.1.2 阿拉伯木聚糖提取工艺
称一定质量的脱淀粉脱蛋白醋糟，在预设条件下进行提取，反应结束后将溶液于8000 r/min离心20 min后取上清液，加水洗涤并再次离心，合并上清液。用冰醋酸调pH至中性（如有沉淀应再次离心），加入乙醇使体系于65%乙醇浓度沉淀样品，搅拌30 min后于4 ℃过夜。将上清液倒去，于8000 r/min离心20 min后收集沉淀，此时沉淀所得为多糖样品，将其冷冻干燥，即得醋糟阿拉伯木聚糖（AX）。
1.2.2 单因素实验
固定基本参数设置为料液比1:50 g/mL、提取温度为60 ℃、提取时间为3 h、NaOH浓度为0.6 mol/L（含0.88% H2O2）。在基本提取参数条件下，以醋糟AX得率为考察指标，分别以料液比、提取温度、提取时间、NaOH浓度（含0.88% H2O2）进行单因素实验，料液比为（1:20、1:30、1:40、1:50、1:60 g/mL）、提取时间为（1、2、3、4、5 h）、提取温度为（40、50、60、70、80 ℃）、NaOH浓度（含0.88% H2O2）为（0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mol/L）。
1.2.3 响应面试验
通过单因素实验，以料液比、提取温度、提取时间、NaOH浓度（含0.88% H2O2）为参数，依据Box-Behnken响应面设计原则，以醋糟AX提取得率为指标，利用Design Expert 11软件，编制四因素三水平响应面试验表格，并对碱提醋糟AX提取工艺进行优化。实验因素水平设计见表1。
表 1 AX提取工艺优化响应面分析试验因素水平设计Table 1. Independent variables and their coded values tested in response surface analysis of AX extraction process
水平因素 X1：料液比
（g/mL）X2：提取温度
（℃）X3：提取时间
（h）X4：NaOH
（mol/L）−1 1:20 40 1 0.2 0 1:40 60 3 0.6 1 1:60 80 5 1.0 1.2.4 醋糟AX对馒头品质的影响
1.2.4.1 不同AX添加量的混合粉制备
称取6份馒头专用小麦粉，每份质量为200 g，醋糟AX分别以0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%加入小麦粉中混合均匀，制得混合粉。
1.2.4.2 馒头的制作
馒头制作方法参照LS/T3204-1993所用的面粉中附录A的配方进行了修改。馒头具体制作参照马瑞杰等[20]的方法。将6份面粉混合在面盆中待用，在适当的温水（35 ℃）中溶解一定量的酵母（1%的面粉质量），加水量参照面粉的粉质吸水率（80%），再与面粉利用揉面机一同拌匀3 min，然后在80%的湿度、40 ℃的醒发箱中醒发40 min，将醒发后的面团分成3个质量一致的小面团，并揉制成馒头坯，盖上保鲜膜醒发20 min，水沸腾后放入电磁炉蒸煮25 min后取出，盖上纱布冷却至室温后待用。
1.2.5 测定指标
1.2.5.1 原料分析
原料中纤维素、半纤维素和木质素含量的分析参照美国可再生能源实验室（NREL）的方法测定[21]。
1.2.5.2 醋糟AX含量的测定
AX含量的测量：称重100 mg AX，加入2 mL 2 mo1/L HCl于具塞试管中，100 ℃水浴3 h；然后适当地稀释上清液。将1 mL的上清液精确注入具塞试管，加入2 mL蒸馏水、0.1% FeCl3浓盐酸3 mL、1%地衣酚无水乙醇0.3 mL，在旋转式搅拌器中搅拌，搅拌均匀，在沸水浴中处理30 min（将样品放置后重新煮沸），然后快速冷却到室温，在670和580 nm处测量吸光度，然后用标准曲线（y=0.0103x−0.0083，R2=0.9971）求出样品溶液中AX的浓度，由此得到醋糟中AX的含量[9]。
1.2.5.3 醋糟AX得率的计算
采用盐酸地衣酚法测定总糖的含量，以木糖制作标准曲线，其中木糖的质量浓度为100 µg/mL，经稀释后，多糖得率按下式计算。
多糖得率(%)=(C×V×n×106)/m×100 式中：C为提取液多糖的质量浓度（µg/mL）；V是提取溶液的容积（mL）；n是提取溶液的稀释倍数；m是经预处理过粉末的重量（g）。
1.2.5.4 醋糟AX红外光谱分析
称取3.0 mg最优提取条件下得到的多糖干燥样品（下同），与300 mg KBr研磨后压片，在4000～400 cm−1区域内进行红外光谱扫描分析。
1.2.5.5 醋糟AX单糖组成分析
采用带有脉冲安培检测器的高效离子交换色谱测定单糖组成。具体参考鲁振杰等[18]的方法。色谱系统采用的是Thermo ICS5000+离子色谱系统ICS5000+，（Thermo Fisher Scientific，USA），采用Dionex™ CarboPac™ PA10（250 mm×4.0 mm，10 µm）液相色谱柱，进样量为5 µL。流动相A（H2O），流动相B（100 mmol/L NaOH），柱温为30 ℃，利用电化学检测器对单糖组分进行分析检测。
1.2.5.6 醋糟AX相对分子质量的测定
采用高效凝胶色谱仪（GPC）对醋糟阿拉伯木聚糖分子量分布情况进行测定。色谱条件：高效液相色谱仪Waters 1525、色谱柱PL aquqgel-OH MIXED-H 8 µm；示差检测器的型号为Waters 2414；流动相为0.2 mol/L NaNO3和0.01 mol/L NaH2PO4；流速为1 mL/min；柱温为30 ℃；进样量为10 µL。
1.2.5.7 醋糟AX扫描电镜分析
取一定量的醋糟AX平铺于导电胶，吹去未被粘住的粉末，放入离子溅射仪真空喷金30 s，再将样品置于扫描电子显微镜下观察，选取合适区域拍照。
1.2.5.8 馒头质构特性测定
将冷却后的馒头都切成厚度为15 mm、上下面光滑的薄片。采用TA.XTC-18质构仪对馒头进行了质构分析。该质构仪的主要参数是：TA/35 R探针（36 mm直径圆筒），试验前速度是3 mm/s，试验中速度是1 mm/s，试验后的速度是1 mm/s，压缩率设置在50%。每个试样用3个馒头进行检测。
1.3 数据处理
实验数据均以3次实验结果的平均数±标准误差表示。采用Origin 9.2软件绘图，并用SPSS软件进行差异显著性分析，P<0.05为显著性差异。
2. 结果与分析
2.1 醋糟化学成分分析
醋糟化学成分分析如表2所示，醋糟中含水量为67.00%±0.23%，含水率较高，影响醋糟高值化利用。由表2可知醋糟主要成分为碳水化合物，其中木质素含量为24.59%±0.40%，纤维素含量为18.41%±0.32%，木聚糖含量为11.48%±0.21%，阿拉伯聚糖含量为4.90%±0.09%。同时，醋糟中灰分含量为5.54%±0.06%，较高的灰分含量也是制约醋糟综合利用的主要因素之一。
表 2 醋糟化学成分分析Table 2. Component analysis of vinegar residues名称 水分 纤维素 木聚糖 阿拉伯聚糖 木质素 灰分 含量（%） 67.00±0.23 18.41±0.32 11.48±0.21 4.90±0.09 24.59±0.40 5.54±0.06 2.2 醋糟AX提取单因素实验
2.2.1 料液比对AX得率的影响
在其他因素固定条件下，探讨不同料液比对AX得率的影响。实验结果如图1所示。由图1可知，在料液比较低（即加水量较少）的情况下，AX的得率低，这是由于此时醋糟与碱溶液的接触不充分，AX很难完全溶解。随着氢氧化钠用量的增大，醋糟与碱溶液充分接触，加速AX的溶解释放。随着料液比的增加，AX的得率呈现先上升后下降的趋势。当料液比为1:40 g/mL时，得率达到最大值为5.73%。实际应用中考虑到用水量以及后续浓缩干燥时难度和成本，在兼顾得率和经济性的同时，确定料液比为1:20 、1:40 、1:60 g/mL进行响应面试验。
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2.2.2 提取时间对AX得率的影响
在其他因素固定条件下，探讨研究得率与提取时间的关系。实验结果如图2所示。由图2可知，随着提取时间不断延长，醋糟AX得率呈现上升的趋势。在提取时间较短的情况下，提取液和醋糟的接触不完全，混合不彻底，原料中的AX尚未完全溶出。随着提取时间的延长，AX的得率整体升高，但在2 h以后，得率并没有明显的提高。因此考虑到经济性，确定提取时间为1、3、5 h进行响应面试验。
2.2.3 提取温度对AX得率的影响
在其他因素固定条件下，探究提取温度对醋糟AX得率的影响。实验结果如图3所示。由图3可知，随着提取温度的升高，醋糟AX的得率有较大的提高。在60 ℃之前，随着温度升高，得率提高不明显，60 ℃以后，AX得率迅速升高，70 ℃以后，得率逐渐降低。AX的得率随温度的升高呈递增趋势，温度越高溶液黏度越小，分子运动加快，越有利于AX溶出；但是在高温下AX的色泽比温度低时要深，同时还会使色素等杂质溶解，不利于后续的纯化[22]。因此本实验选择40、60、80 ℃为提取温度进行响应面试验。
2.2.4 碱浓度对AX得率的影响
在其他因素固定条件下，探究NaOH溶液浓度对醋糟AX得率的影响。实验结果如图4所示。由图4可知，AX作为细胞壁中的一类结构性多糖，它与纤维素、木质素、蛋白质、多糖等具有非常复杂的物理交缠关系，形成了复杂的共价键，在水提法和稀碱条件下，提取困难[17]。当NaOH浓度很低时，AX溶解程度较低，得率低，随着NaOH浓度增加，AX得率明显上升。当NaOH浓度高于0.4 mol/L且低于0.6 mol/L时，AX得率提高比较明显，随后得率提高不明显。考虑到碱浓度过高会引起多糖结构的改变和破坏，进而引起多糖活性丧失。同时，碱浓度过高在实际生产过程中会严重腐蚀设备，综合考虑确定NaOH浓度为0.2、0.6、1.0 mol/L进行响应面试验。
2.3 醋糟AX提取响应面分析
2.3.1 响应面分析试验设计及其响应值
以X1、X2、X3、X4为代表，对料液比、提取时间、提取温度、NaOH（含0.88% H2O2）含量进行了编码。在单因素实验的基础上，以多糖得率为响应值，进行四因素三水平响应面分析试验（见表3）。本研究共29个测试点，包括24个析因试验点（由各个因子组成的3维顶点）、5个中央测试点（为了估算实验误差而进行平行试验）。利用设计Design Expert 11软件对测试结果进行分析。响应面试验设计及结果见表3。
表 3 醋糟AX提取响应面分析试验设计及结果Table 3. Experimental design and results of response surface analysis for AX extraction of vinegar residues实验号 X1 X2 X3 X4 Y：AX得率
（%）1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
150
0
0
0
−1
1
−1
1
−1
1
−1
−1
1
1
00
0
−1
1
0
0
−1
−1
1
1
0
0
0
0
−1−1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
−1
1
−1
1
−1−1
−1
−1
−1
−1
−1
0
0
0
0
0
0
0
0
01.27
4.81
2.39
4.12
1.72
3.25
6.73
5.05
6.00
6.84
4.28
6.37
3.95
6.61
3.3616
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
290
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
−1
1−1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
−1
1
0
01
−1
1
0
0
0
0
0
−1
1
0
0
0
00
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
18.56
5.28
8.12
6.54
6.52
6.73
6.98
7.11
6.14
8.08
7.57
8.80
7.73
7.22根据表4可知，AX得率近似于回归方程Y=6.78+0.0075X1+0.46X2+1.52X3+2.33X4+0.63X1X2+0.14X1X3−0.51X1X4−0.59X2X3−0.12X2X4−0.40X3X4−0.79X12+0.12X22−0.63X32−1.09X42。该回归模型P<0.0001，结果显示，模型是显著的，且其响应值与试验因子存在明显的线性关系；R2=0.9912，RAdj2=0.9942，结果显示，所建模型与试验结果吻合良好，可反映醋糟AX得率随提取工艺的改变； 失拟项P=0.0829，不显著，同时也显示了该模式的有效性；自变量X2（提取时间）、X3（提取温度）、X4（NaOH浓度）的P值均小于0.01，结果表明其对醋糟AX得率的影响极显著；X1的P 值>0.05，说明料液比例对AX得率的影响不大。根据自变量对应F的大小，可以看出，各个因子对AX的得率有较大的影响：X4（NaOH浓度）>X3（提取温度）>X2（提取时间）>X1（料液比）。交互项X1X2、X2X3的P值小于0.05，均影响显著。二次项除X22外均影响极显著（P<0.01）。
表 4 响应面模型方差分析Table 4. ANOVA for response surface quadratic model方差来源 平方和 自由度 F值 P值 模型 112.49 14 33.85 <0.0001 X1-料液比
X2-提取时间
X3-提取温度
X4-NaOH浓度
X1X2
X1X3
X1X4
X2X3
X2X4
X3X4
X12
X22
X32
X42
残差
失拟性
纯误差
总离差0.0007
2.52
27.82
65.24
1.59
0.081
1.04
1.39
0.063
0.64
3.78
0.095
2.56
7.77
3.32
3.05
0.28
115.811
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
14
10
4
280.0028
10.62
117.19
274.87
6.69
0.34
4.38
5.87
0.26
2.70
15.91
0.40
10.78
32.72
4.41
0.9582
0.0057
<0.0001
<0.0001
0.0215
0.5679
0.0550
0.0296
0.6158
0.1228
0.0013
0.5381
0.0054
<0.0001
0.0829
2.3.2 醋糟AX得率的响应面分析
料液比、提取时间、提取温度、NaOH浓度对醋糟AX得率影响的三维立体图（如图5）。由图5可知，醋糟AX的得率与四个因素的三维立体图抛物面的开口均向下，有最大值。由图5a可知，AX得率随提取时间和料液比的增加而提高，两者达到一定组合后，AX得率趋于平缓，两者交互作用显著。从图5b中可以看出，在一定范围内，AX得率随着提取时间以及提取温度增加显著提高，但当二者达到一定的组合后，AX得率随着组合条件的增加，上升趋势放缓。较高的温度造成了杂质的溶出，从而影响了AX得率。
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图 5 两因素交互作用对提取效果影响的响应面Figure 5. Response surface showing the interactive effects of factors on extraction efficiency2.3.3 最佳提取条件的确定及其验证试验
响应面回归模型预测得到的醋糟AX最佳提取条件为：料液比1:34.6 g/mL、提取时间1.46 h、提取温度75.3 ℃、NaOH（含0.88% H2O2）溶液浓度0.92 mol/L，在此条件下AX得率为8.81%。考虑实际的操作性，对工艺参数进行调整：料液比1:35 g/mL、提取时间1.5 h、提取温度75 ℃、NaOH（含0.88% H2O2）溶液浓度0.92 mol/L，通过两次醋糟提取AX的平行试验，按回归模型的预测，AX的得率为8.75%。结果表明：回归公式能较好地反映出不同因素对醋糟AX的浸出率的影响，采用响应面分析法进行优化，结果准确、可靠。曾红亮等[23]采用碱法对金柑多糖进行提取，在最优提取条件下多糖得率为8.56%。
2.4 醋糟AX红外光谱分析
醋糟AX的红外光谱图如图6所示。其中，3384 cm−1左右的强吸收峰为O-H的伸缩振动峰，宽吸收峰，说明存在分子间和分子内氢键；2926和1414 cm−1左右的强吸收峰为C-H的伸缩振动峰和变角振动峰；1045 cm−1左右有强吸收峰，说明存在吡喃糖环C-O-C的特征骨架振动；898 cm−1左右有强吸收峰，说明所提取的多糖为β型[24]。由此可知，本实验中碱法提取的阿拉伯木聚糖的主链是β-吡喃型多糖。研究表明，阿拉伯木聚糖的基本结构为β-D-吡喃木糖残基经β-（1→4）糖苷键连接而成的木聚糖，在C2和C3位β-D-木糖残基可被α-L-呋喃阿拉伯糖取代，形成多分支结构[25-26]。本实验提取的醋糟阿拉伯木聚糖符合AX的基本结构特征。
2.5 醋糟AX单糖组成分析
由图7可知，醋糟AX主要成分由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸6种单糖组成，单糖对应的含量分别为38.9%、1.32%、2.37%、55.84%、0.66%、0.91%。由此可知所提取的醋糟多糖中主要成分为阿拉伯木聚糖，同时所提取的多糖中杂质糖含量较低，所得阿拉伯糖与木糖含量之比为0.70。徐中香等[17]对青稞麸皮中阿拉伯木聚糖采用碱法进行提取，所得阿拉伯糖与木糖物质的量（A/X）比值为0.645。研究表明，来源不同A/X值会有不同，A/X值在一定程度上表明了多糖结构的分支程度，一般在0.3~1.1之间[27]。本实验碱法提取的醋糟AX主要由阿拉伯糖和木糖组成，分支度较高。
2.6 醋糟AX的相对分子质量分布
研究表明多糖的生理活性及其功能特性与其相对分子质量大小密切相关。目前多糖相对分子质量分布多采用HPGPC法测定，该法具有操作简便、检测迅速和分辨率高等优点。
由表5可知，以该法提取的阿拉伯木聚糖的分散系数为2.45，说明该法提取的阿拉伯木聚糖均一性较好，分子量分布比较均匀。多分散系数（Mw/Mn）能够反映样品所含物质的质量与结构的差异性，分散系数数值越大，其结构差异性就越大[28]。研究表明，吡喃木糖残基经β-1,4-糖苷键连接而成的木聚糖构成了阿拉伯木聚糖的主链，侧链是由α-L-呋喃阿拉伯糖连接而成。因此，提取方式和方法对阿拉伯木聚糖的相对分子质量影响较显著。
表 5 阿拉伯木聚糖相对分子量分布Table 5. Relative molecular weight distribution of arabinoxylan分子结构特征 分子量（Daltons） 多分散系数 Mw Mn Mz Mw/Mn 醋糟阿拉伯木聚糖 245997 100552 447767 2.45 2.7 醋糟AX扫描电镜分析
对醋糟多糖微观结构进行观察分析，结果如图8所示。由图8可知，醋糟AX的主要形态为表面均匀的致密片层结构，碎片大，无卷曲，部分出现堆积现象。说明醋糟AX的分子量偏大，形态较均一，分子间作用力大。同时可以看出，醋糟AX呈不规则的几何外形，晶体间有非常微小的空隙。这说明多糖分子间相互存在排斥力，分子间吸引力较为弱小。
2.8 醋糟AX添加对馒头品质的影响
在食品行业，相比于感官评价质构仪以其可靠性强和重复性高得到广泛应用[29]。由表6可知，添加醋糟AX后，馒头的硬度下降。当AX添加量0.4%时，馒头硬度最低为473.1。研究表明，面粉中的蛋白质与醋糟AX发生氧化交联，同时醋糟AX的高持水性也促使面筋网络结构的形成，导致馒头的硬度降低[30-31]。样品经过压缩之后能够再次恢复的能力称为弹性，由表6可知，添加醋糟AX后馒头的弹性指数变化不明显。胶着性是用来测量试样的粘附程度，以探头所做的功表示，而咀嚼性则是由胶着性与弹性之积来表达。结果表明，添加醋糟AX后馒头的胶着性都明显下降，并且添加量为0.4%时，胶着性最低为382.2；同时，添加醋糟AX后馒头的咀嚼性降低。回复性是指在第一次压缩期间，当探测器返回时，试样的弹性能和被压缩时消耗的能量之比。随AX加入量的增大，馒头的回复性、内聚性、弹性等指标均无显著改变。
表 6 馒头质构分析数据Table 6. Steamed bread texture analysis data添加量（%） 样品高度（mm） 脆度
（gf）黏着度（gf·s） 弹性 咀嚼性（gf） 胶着性（gf） 硬度
（gf）内聚性 回复性 0 26.7 745.6 −1.31 0.90 542.7 602.2 745.6 0.808 0.486 0.2 27.2 1152.9 −0.41 0.90 825.1 919.9 1152.9 0.799 0.464 0.4 27.3 473.1 −14.84 0.89 341.1 382.2 473.1 0.808 0.462 0.6 27.3 518.3 −8.04 0.88 363.7 414.1 518.3 0.803 0.461 0.8 27.5 666.0 −3.06 0.89 462.2 520.0 666.0 0.781 0.444 1.0 28.2 594.2 −2.41 0.88 412.0 468.2 594.2 0.789 0.445 因此，将适量的醋糟AX加入到面粉中，可以使馒头的硬度和黏性下降，并改变馒头的质地。醋糟AX的吸水性和持水性较强，在加入醋糟AX后面粉的吸水率提高，促使面粉中蛋白质能更好地与水相结合，面筋网络结构形成更充分，从而提高馒头的品质[20]。
3. 结论
本研究采用响应面优化试验，对醋糟AX的提取工艺进行了研究，并对四因子三水平响应面进行了回归分析。实验中得到的最佳萃取条件是：料液比1:35 g/mL、提取时间1.5 h、提取温度75 ℃、NaOH（含0.88% H2O2）溶液浓度0.92 mol/L，在此条件下AX得率为8.75%。通过对提取得到的醋糟AX分析说明该法提取的阿拉伯木聚糖均一性较好，分子量分布比较均匀。另外向面粉中添加适量的醋糟AX，可以减少馒头的黏性和硬度，改变馒头的质地，提高馒头的品质。未来还需对醋糟AX体外、体内生理活性以及作用机制进行深入的研究，最终实现醋糟的综合利用率，提高资源的利用效率。
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图 5 两因素交互作用对提取效果影响的响应面
Figure 5. Response surface showing the interactive effects of factors on extraction efficiency
表 1 AX提取工艺优化响应面分析试验因素水平设计
Table 1 Independent variables and their coded values tested in response surface analysis of AX extraction process
水平因素 X1：料液比
（g/mL）X2：提取温度
（℃）X3：提取时间
（h）X4：NaOH
（mol/L）−1 1:20 40 1 0.2 0 1:40 60 3 0.6 1 1:60 80 5 1.0 
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表 2 醋糟化学成分分析
Table 2 Component analysis of vinegar residues
名称 水分 纤维素 木聚糖 阿拉伯聚糖 木质素 灰分 含量（%） 67.00±0.23 18.41±0.32 11.48±0.21 4.90±0.09 24.59±0.40 5.54±0.06
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表 3 醋糟AX提取响应面分析试验设计及结果
Table 3 Experimental design and results of response surface analysis for AX extraction of vinegar residues
实验号 X1 X2 X3 X4 Y：AX得率
（%）1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
150
0
0
0
−1
1
−1
1
−1
1
−1
−1
1
1
00
0
−1
1
0
0
−1
−1
1
1
0
0
0
0
−1−1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
−1
1
−1
1
−1−1
−1
−1
−1
−1
−1
0
0
0
0
0
0
0
0
01.27
4.81
2.39
4.12
1.72
3.25
6.73
5.05
6.00
6.84
4.28
6.37
3.95
6.61
3.3616
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
290
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
−1
1−1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
−1
1
0
01
−1
1
0
0
0
0
0
−1
1
0
0
0
00
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
18.56
5.28
8.12
6.54
6.52
6.73
6.98
7.11
6.14
8.08
7.57
8.80
7.73
7.22
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表 4 响应面模型方差分析
Table 4 ANOVA for response surface quadratic model
方差来源 平方和 自由度 F值 P值 模型 112.49 14 33.85 <0.0001 X1-料液比
X2-提取时间
X3-提取温度
X4-NaOH浓度
X1X2
X1X3
X1X4
X2X3
X2X4
X3X4
X12
X22
X32
X42
残差
失拟性
纯误差
总离差0.0007
2.52
27.82
65.24
1.59
0.081
1.04
1.39
0.063
0.64
3.78
0.095
2.56
7.77
3.32
3.05
0.28
115.811
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
14
10
4
280.0028
10.62
117.19
274.87
6.69
0.34
4.38
5.87
0.26
2.70
15.91
0.40
10.78
32.72
4.41
0.9582
0.0057
<0.0001
<0.0001
0.0215
0.5679
0.0550
0.0296
0.6158
0.1228
0.0013
0.5381
0.0054
<0.0001
0.0829
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表 5 阿拉伯木聚糖相对分子量分布
Table 5 Relative molecular weight distribution of arabinoxylan
分子结构特征 分子量（Daltons） 多分散系数 Mw Mn Mz Mw/Mn 醋糟阿拉伯木聚糖 245997 100552 447767 2.45
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表 6 馒头质构分析数据
Table 6 Steamed bread texture analysis data
添加量（%） 样品高度（mm） 脆度
（gf）黏着度（gf·s） 弹性 咀嚼性（gf） 胶着性（gf） 硬度
（gf）内聚性 回复性 0 26.7 745.6 −1.31 0.90 542.7 602.2 745.6 0.808 0.486 0.2 27.2 1152.9 −0.41 0.90 825.1 919.9 1152.9 0.799 0.464 0.4 27.3 473.1 −14.84 0.89 341.1 382.2 473.1 0.808 0.462 0.6 27.3 518.3 −8.04 0.88 363.7 414.1 518.3 0.803 0.461 0.8 27.5 666.0 −3.06 0.89 462.2 520.0 666.0 0.781 0.444 1.0 28.2 594.2 −2.41 0.88 412.0 468.2 594.2 0.789 0.445
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