酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的工藝研究

黃麗婕，蔡園園，古碧，劉明，王曉彤，周雷，楊瑩，勞彩嫻（.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧50004；.廣西大學(xué)淀粉研究所，廣西南寧50004；.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧50004）

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酶-物理法提取木薯渣中膳食纖維的工藝研究

黃麗婕1，蔡園園1，古碧2，劉明1，王曉彤1，周雷1，楊瑩3，勞彩嫻1
（1.廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院，廣西南寧530004；2.廣西大學(xué)淀粉研究所，廣西南寧530004；3.廣西清潔化制漿造紙與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530004）

摘要：對(duì)干木薯渣進(jìn)行物理粉碎，再用α-淀粉酶和糖化酶（中溫淀粉酶60℃~70℃）、脂肪酶和風(fēng)味蛋白酶除去木薯渣中的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)，得到純凈的木薯膳食纖維并用超聲波輔助脫色；通過(guò)單因素試驗(yàn)得到了木薯渣化學(xué)成分去除率和膳食纖維脫色的最佳工藝條件。化學(xué)成分去除的最佳工藝條件為：當(dāng)α-淀粉酶和糖化酶的質(zhì)量比1∶6，用量為0.6%，酶解pH=7，酶解時(shí)間為120min，酶解溫度為60℃時(shí)，淀粉去除率最高；當(dāng)脂肪酶用量0.21 %，酶解pH=7，酶解時(shí)間90 min，酶解溫度為50℃時(shí)，脂肪去除率最高；當(dāng)風(fēng)味蛋白酶用量0.6 %，酶解pH=4，酶解時(shí)間150 min，酶解溫度為35℃時(shí)，蛋白質(zhì)去除率最好。脫色的最佳試驗(yàn)條件為：當(dāng)H2O2濃度為10 %，漂白時(shí)間40 min，超聲功率為60 W，漂白溫度50℃時(shí)，漂白效果最好。

關(guān)鍵詞：木薯渣；α-淀粉酶和糖化酶；脂肪酶；風(fēng)味蛋白酶；膳食纖維；H2O2；漂白

木薯屬于熱帶作物，與馬鈴薯和紅薯并稱為世界三大薯類作物，于19世紀(jì)20年代引入中國(guó)廣東省高州一帶栽培，后被引入海南島，現(xiàn)廣泛分布于中國(guó)華南地區(qū)，其中以廣西、海南、廣東栽培最多[1]。

木薯中含有大量的淀粉，所以木薯被廣泛地用來(lái)生產(chǎn)木薯淀粉，發(fā)酵生產(chǎn)酒精等。我國(guó)對(duì)木薯的需求量很大，目前我國(guó)自產(chǎn)的木薯已經(jīng)無(wú)法滿足木薯深加工的需要，需要大量從國(guó)外進(jìn)口，因此產(chǎn)生了許多無(wú)法處理的木薯渣。木薯渣是提取淀粉后的下腳料混合物，按現(xiàn)在的生產(chǎn)水平測(cè)定，中國(guó)每年可產(chǎn)約9.25萬(wàn)t木薯渣（干物質(zhì)計(jì)）[2]。目前木薯渣主要用來(lái)：（1）處理作為動(dòng)物飼料；（2）發(fā)酵生產(chǎn)沼氣；（3）用作培養(yǎng)菇類培養(yǎng)基[3]；（4）用作燃料。雖然這樣，仍有大量木薯渣廢棄，無(wú)法利用，散發(fā)臭味，造成環(huán)境污染，所以如何有效利用木薯渣，是我們面臨的一個(gè)嚴(yán)峻的問(wèn)題。

本文正是從綠色環(huán)保角度出發(fā)，采用酶-物理法從木薯渣中提取木薯膳食纖維，木薯渣進(jìn)行物理粉碎后能使酶更容易進(jìn)入物料發(fā)生酶解反應(yīng)，這為利用木薯渣提供了一種新方法。膳食纖維（DF）可分為水溶性和水不溶性膳食纖維兩大類，是指不被人體消化的多糖類碳水化合物和木質(zhì)素的總稱[4]。膳食纖維對(duì)健康很有好處，可以減少熱量攝入，改善餐后血糖反應(yīng)和降低總低密度脂蛋白（LDL）水平[5]。膳食纖維也有清潔消化壁和增強(qiáng)消化的功能，并且有助于移除食物中的致癌物質(zhì)和有毒物質(zhì)，具有“腸道清道夫”的美譽(yù)[6]。因此研究此課題不僅能為處理木薯渣提供一個(gè)有效的解決方案，并且產(chǎn)品具有很高的附加值，應(yīng)用前景廣闊且意義重大。

1材料與方法

1.1材料和試劑

木薯渣：廣西武鳴縣安寧淀粉有限責(zé)任有限公司；α-淀粉酶[中溫淀粉酶60℃~70℃（酶活力10000U/g）]、糖化酶（酶活力100000U/g）、脂肪酶（酶活力20000U/g）、風(fēng)味蛋白酶（酶活力100000 U/g）：和氏璧生物技術(shù)有限公司；30 %雙氧水：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

晶玻HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州普天儀器制造有限公司；新儀UWave-1000合成萃取反應(yīng)儀：上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；電熱101-1型鼓風(fēng)干燥箱：北京科偉永興儀器有限公司；中草藥粉碎機(jī)：武義縣屹立工具有限公司。

1.3方法

1.3.1木薯渣成分的測(cè)定

測(cè)定淀粉采用酸水解法參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測(cè)定》，測(cè)定水分采用直接干燥法GB 5009.3—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》，灰分采用灼燒法GB 5009.4—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》，蛋白質(zhì)采用凱氏定氮法參照國(guó)標(biāo)GB 5009.5—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》，脂肪采用索氏提取法GB/T 14772—2008《食品中粗脂肪的測(cè)定》。

1.3.2影響淀粉含量因素的測(cè)定

1.3.2.1 α-淀粉酶和糖化酶濃度對(duì)淀粉含量影響的測(cè)定

取木薯渣5 g，控制酶解溫度60℃，酶解時(shí)間120 min，pH=6，α-淀粉酶和糖化酶質(zhì)量比為1∶1，加入與木薯渣質(zhì)量比分別為0.2 %、0.4 %、0.6 %、0.8 %、1 %的復(fù)合酶，考查α-淀粉酶和糖化酶總用量對(duì)去除木薯渣中淀粉的影響。

1.3.2.2 α-淀粉酶和糖化酶用量比例對(duì)淀粉含量影響的測(cè)定

取木薯渣5 g，控制酶解溫度60℃，酶解時(shí)間120 min，pH=6，復(fù)合酶用量為0.03 g（木薯渣用量的0.6 %），加入質(zhì)量比例為1∶4、1∶5、1∶6、1∶7、1∶8的α-淀粉酶和糖化酶，考查淀粉酶和糖化酶比例對(duì)去除淀粉含量的影響。

1.3.2.3 α-淀粉酶和糖化酶的酶解pH對(duì)淀粉含量影響的測(cè)定

取木薯渣5g，酶解溫度60℃，酶解時(shí)間120min，酶用量0.03 g，α-淀粉酶和糖化酶加入質(zhì)量比為1食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)1，調(diào)節(jié)pH分別為4、5、6、7、8，考查α-淀粉酶和糖化酶的酶解pH對(duì)去除木薯渣中淀粉的影響。

1.3.2.4 α-淀粉酶和糖化酶的酶解時(shí)間對(duì)淀粉含量影響的測(cè)定

取木薯渣5 g，控制酶解溫度60℃，酶用量0.03 g，pH=6，淀粉酶和糖化酶加入質(zhì)量比為1∶1，酶解時(shí)間分別為60、90、120、150、180 min，考查淀粉酶和糖化酶酶解時(shí)間對(duì)去除淀粉含量的影響。

1.3.2.5 α-淀粉酶和糖化酶的酶解溫度對(duì)淀粉含量影響的測(cè)定

取木薯渣5g，控制酶解時(shí)間120min，酶用量0.03g，pH=6，淀粉酶和糖化酶加入質(zhì)量比為1∶1，酶解溫度分別為30、40、50、60、70℃，考查淀粉酶和糖化酶酶解溫度對(duì)去除淀粉含量的影響。

1.3.3影響脂肪含量因素的測(cè)定

1.3.3.1脂肪酶濃度對(duì)脂肪含量影響的測(cè)定

取木薯渣含量4 g，控制酶解溫度40℃，酶解時(shí)間120min，pH=6，分別加入0.07%、0.14%、0.21%、0.28%、0.35 %濃度的脂肪酶，考查脂肪酶濃度對(duì)去除脂肪含量的影響。

1.3.3.2脂肪酶的酶解pH對(duì)脂肪含量影響的測(cè)定

取木薯渣4 g，控制酶解溫度40℃，酶解時(shí)間120 min，酶用量0.008 g（酶濃度為0.21 %），設(shè)置pH分別為5、6、7、8、9，考查脂肪酶的酶解pH對(duì)去除脂肪含量的影響。

1.3.3.3脂肪酶的酶解時(shí)間對(duì)脂肪含量影響的測(cè)定

取木薯渣4 g，酶解溫度40℃，酶解pH=6，酶用量0.008 g，設(shè)置脂肪酶酶解時(shí)間分別為30、60、90、120、150 min，考查脂肪酶的酶解時(shí)間對(duì)去除脂肪含量的影響。

1.3.3.4脂肪酶的酶解溫度對(duì)脂肪含量影響的測(cè)定

取木薯渣4 g，酶解時(shí)間120 min，酶解pH=6，酶用量0.008 g，設(shè)置脂肪酶酶解溫度分別為40、50、60、70、80℃，考查脂肪酶的酶解溫度對(duì)去除脂肪含量的影響。

1.3.4影響蛋白質(zhì)含量因素的測(cè)定

1.3.4.1風(fēng)味蛋白酶濃度對(duì)蛋白質(zhì)含量影響的測(cè)定

取木薯渣2 g，控制酶解pH=6.5，酶解溫度50℃，酶解時(shí)間180 min，分別加入濃度為0.3 %、0.4 %、0.5 %、0.6 %、0.7 %的蛋白酶，考查蛋白酶濃度對(duì)去除蛋白質(zhì)含量的影響。

1.3.4.2風(fēng)味蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

取木薯渣2 g，控制酶解pH 6.5，酶解溫度50℃，蛋白酶0.012 g（蛋白酶濃度為0.6 %），設(shè)置時(shí)間分別為60、90、120、150、180 min，考查蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)去除蛋白質(zhì)含量的影響。

1.3.4.3風(fēng)味蛋白酶酶解pH對(duì)蛋白質(zhì)含量影響的測(cè)定

取木薯渣2 g，控制酶解時(shí)間180 min，酶解溫度50℃，蛋白酶0.012 g，設(shè)置pH分別為3、4、5、6、7，考查蛋白酶酶解pH對(duì)去除蛋白質(zhì)含量的影響。

1.3.4.4蛋白酶酶解溫度對(duì)蛋白質(zhì)含量影響的測(cè)定

取木薯渣2 g，控制酶解時(shí)間180 min，酶解pH為6.5，蛋白酶0.012 g，調(diào)節(jié)溫度分別為30、35、40、45、50℃，考查蛋白酶酶解溫度對(duì)去除蛋白質(zhì)含量的影響。1.3.5漂白效果影響因素的測(cè)定

1.3.5.1 H2O2濃度對(duì)漂白效果影響的測(cè)定

膳食纖維產(chǎn)品2 g，控制超聲時(shí)間30 min，超聲溫度50℃，超聲功率90 W，設(shè)置H2O2濃度分別為5 %、10 %、15 %、20 %、25 %，考查雙氧水濃度對(duì)漂白效果的影響。

1.3.5.2漂白時(shí)間對(duì)漂白效果影響的測(cè)定

膳食纖維產(chǎn)品2 g，控制H2O2濃度10 %，超聲溫度50℃，超聲功率90 W，設(shè)置超聲時(shí)間分別為25、30、35、40、45 min，考查超聲時(shí)間對(duì)漂白效果的影響。

1.3.5.3超聲功率對(duì)漂白效果的影響

膳食纖維產(chǎn)品2 g，控制超聲時(shí)間30 min，超聲溫度50℃，H2O2濃度10 %，使超聲功率分別為50、60、70、80、90 W，考查不同超聲功率對(duì)漂白效果的影響。

1.3.5.4漂白溫度對(duì)漂白效果的影響

膳食纖維產(chǎn)品2 g，控制超聲時(shí)間30 min，超聲溫度功率90 W，雙氧水濃度10 %，使漂白溫度分別為45、50、55、60、65℃，考查不同溫度對(duì)漂白效果的影響。

1.3.6提取木薯膳食纖維的工藝

2結(jié)果與分析

2.1木薯渣成分分析

木薯渣各化學(xué)成分測(cè)定結(jié)果見表1。

表1木薯渣成分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)（干重）Table 1 Composition and weight percent of cassava residue （dry weight）

2.2淀粉含量的影響因素

2.2.1 α-淀粉酶和糖化酶濃度對(duì)淀粉含量的影響

α-淀粉酶和糖化酶濃度對(duì)去除淀粉的結(jié)果見圖1。

圖1 α-淀粉酶和糖化酶濃度對(duì)淀粉含量的影響Fig.1 Influence of α-amylase and glucoamylase concentration on starch content

由圖1可見，當(dāng)酶用量與木薯渣用量比為0.6 %時(shí)，去除淀粉效果最佳。酶濃度處于0.2 %~0.6 %時(shí)，曲線快速下降，這是由于α-淀粉酶和糖化酶的協(xié)同作用水解了淀粉分子中的α-1，4葡萄糖苷鍵，使其斷裂成短鏈糊精和糖類；而濃度在0.6 %~1 %時(shí)，曲線開始上升且呈平穩(wěn)趨勢(shì)，隨著水解產(chǎn)物中的低分子質(zhì)量的產(chǎn)物越來(lái)越多，底物越難被水解，故淀粉剩余量開始升高。

2.2.2 α-淀粉酶和糖化酶用量比例對(duì)淀粉含量的影響

α-淀粉酶和糖化酶用量比對(duì)去除淀粉的結(jié)果見圖2。

圖2可見，當(dāng)兩種酶質(zhì)量比為1∶6時(shí)，淀粉的剩余量最低。酶質(zhì)量比為1∶4~1∶6時(shí)，曲線緩慢下降，α-淀粉酶以“液化”方式將支鏈淀粉和直鏈淀粉進(jìn)行無(wú)規(guī)則分解，糖化酶是一種外切型淀粉酶，優(yōu)先從淀粉的非還原性末端順序切開α-1，4葡萄糖苷鍵，故淀粉含量減少；當(dāng)酶質(zhì)量比為1∶6~1∶8時(shí)，隨著小分子物質(zhì)的增加，兩種酶的水解速度都受到了減慢，故曲線又開始上升。

2.2.3 α-淀粉酶和糖化酶的酶解pH對(duì)淀粉含量的影響

α-淀粉酶和糖化酶的酶解pH值對(duì)去除淀粉的結(jié)果見圖3。

圖2 α-淀粉酶和糖化酶比例對(duì)淀粉含量的影響Fig.2 Influence of α-amylase and glucoamylase ratio on starch content

圖3 α-淀粉酶和糖化酶的酶解pH對(duì)淀粉含量的影響Fig.3 Influence of α-amylase and glucoamylase enzymolysis pH on starch content

圖3可見，當(dāng)酶解pH為7時(shí)，去除淀粉效果最佳。當(dāng)pH處于4~7時(shí)，曲線下降，說(shuō)明這一階段的pH使淀粉更容易解離，有利于酶和淀粉的結(jié)合，酶解反應(yīng)表現(xiàn)出最大的活力。而當(dāng)pH大于7時(shí)，過(guò)高的pH開始影響酶的結(jié)構(gòu)，使酶變性失活，故曲線又開始上升。

2.2.4 α-淀粉酶和糖化酶的酶解時(shí)間對(duì)淀粉含量的影響

α-淀粉酶和糖化酶的酶解時(shí)間對(duì)去除淀粉的結(jié)果見圖4。

圖4 α-淀粉酶和糖化酶的酶解時(shí)間對(duì)淀粉含量的影響Fig.4 Influence of α-amylase and glucoamylase enzymolysis time on the starch content

圖4可見，隨著α-淀粉酶和糖化酶的酶解時(shí)間的增加，當(dāng)時(shí)間為120 min時(shí)，淀粉剩余量最低。當(dāng)時(shí)間處于60 min~120 min時(shí)，曲線下降，說(shuō)明在這一段時(shí)間內(nèi)酶不斷的作用于淀粉進(jìn)行解離，大分子淀粉被持續(xù)水解變成小分子糖類等；當(dāng)時(shí)間大于120 min時(shí)，底物濃度變小，底物也越難被水解，酶的活力隨著時(shí)間變化開始減弱，故曲線又開始上升。

2.2.5 α-淀粉酶和糖化酶的酶解溫度對(duì)淀粉含量的影響

α-淀粉酶和糖化酶的酶解溫度對(duì)去除淀粉的結(jié)果見圖5。

圖5 α-淀粉酶和糖化酶的酶解溫度對(duì)淀粉含量的影響Fig.5 Influence of α-amylase and glucoamylase enzymolysistemperature on the starch content

圖5可見，隨著酶解溫度的增加，當(dāng)α-淀粉酶和糖化酶的酶解溫度為60℃，淀粉剩余最少。溫度對(duì)酶促反應(yīng)速率主要影響在兩個(gè)方面：隨著溫度的提高，反應(yīng)速率加快；溫度提高，酶變性失活[7]。當(dāng)溫度處于30℃~60℃時(shí)，曲線下降，說(shuō)明這個(gè)溫度段前一個(gè)因素占主導(dǎo)地位，隨著溫度的提高，水解速率升高，淀粉含量變少；而當(dāng)溫度大于60℃時(shí)，后一因素使酶活力變?nèi)酰是€又上升。

2.3脂肪含量影響因素

2.3.1脂肪酶濃度對(duì)脂肪含量的影響

脂肪酶濃度對(duì)去除脂肪的影響結(jié)果見圖6。

圖6脂肪酶濃度對(duì)脂肪含量的影響Fig.6 Influence of lipase concentration on fat content

圖6可見，脂肪酶濃度為0.21 %時(shí)，脂肪剩余量達(dá)到最低點(diǎn)。隨著酶添加量的持續(xù)增加，脂肪不斷被酶水解，但是當(dāng)酶濃度大于0.21 %時(shí)，油水界面開始被飽和，影響傳質(zhì)效果，導(dǎo)致水解率開始下降[8]，故曲線開始上升。

2.3.2脂肪酶的酶解pH對(duì)脂肪含量的影響

脂肪酶酶解pH對(duì)去除脂肪的影響結(jié)果見圖7。

圖7脂肪酶的酶解pH對(duì)脂肪含量的影響Fig.7 Influence of lipase enzymolysis pH on fat content

圖7可見，酶解pH=7時(shí)，去除脂肪的效果最好。當(dāng)pH處5~7時(shí)，脂肪酶的活性較高，快速與脂肪水解，脂肪含量減少，曲線下降；當(dāng)pH大于7，酶的活性減弱，故曲線上升。

2.3.3脂肪酶的酶解時(shí)間對(duì)脂肪含量的影響

脂肪酶酶解時(shí)間對(duì)去除脂肪的影響結(jié)果見圖8。

圖8脂肪酶的酶解時(shí)間對(duì)脂肪含量的影響Fig.8 Influence of lipase enzymolysis time on fat content

圖8可見，酶解時(shí)間為90 min時(shí)，脂肪剩余量最少，去除脂肪的效果最佳。脂肪酶的水解反應(yīng)在油-水界面進(jìn)行催化[9]，脂肪水解快速進(jìn)行，并不斷產(chǎn)生甘油和脂肪酸或中間產(chǎn)物甘油單酯、甘油二酯等，但是隨著時(shí)間的推進(jìn)，反應(yīng)漸漸達(dá)到飽和，反應(yīng)速率變慢，故當(dāng)時(shí)間大于90 min后，曲線開始回升。

2.3.4脂肪酶的酶解溫度對(duì)脂肪含量的影響

脂肪酶酶解溫度對(duì)去除脂肪的影響結(jié)果見圖9。

圖9可見，酶解溫度為50℃時(shí)，脂肪剩余達(dá)到曲線最低。在40℃~50℃時(shí)，脂肪酶活性較好，不斷與底物發(fā)生反應(yīng)，曲線不斷下降。但是隨著溫度的不斷提高，較高的溫度使酶開始鈍化，活性降低，底物水解速率變慢，曲線又開始回升。

圖9脂肪酶的酶解溫度對(duì)脂肪含量的影響Fig.9 Influence of lipase enzymolysis temperature on fat content

2.4蛋白質(zhì)含量的影響因素

2.4.1風(fēng)味蛋白酶濃度對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

風(fēng)味蛋白酶濃度對(duì)去除蛋白質(zhì)的影響結(jié)果見圖10。

圖10風(fēng)味蛋白酶濃度對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響Fig.10 Influence of flavourzyme concentration on protein content

圖10可見，風(fēng)味蛋白酶質(zhì)量與木薯渣質(zhì)量之比為0.6 %時(shí)，蛋白質(zhì)剩余量最少，去除蛋白質(zhì)含量的效果最佳。隨著濃度的升高，蛋白酶不斷打斷那些將氨基酸連結(jié)成多肽鏈的肽鍵，水解蛋白質(zhì)，所以蛋白質(zhì)含量下降；但是當(dāng)?shù)鞍酌笣舛却笥?.6 %時(shí)，此時(shí)底物產(chǎn)生大量的氨基酸和多肽，即使酶濃度變大，也不容易被酶解，所以曲線又開始上升。

2.4.2風(fēng)味蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

風(fēng)味蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)去除蛋白質(zhì)的影響結(jié)果見圖11。

圖11蛋白酶酶解時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響Fig.11 Influence of flavourzyme enzymolysis time on protein content

圖11可見，酶解時(shí)間為150 min時(shí)，蛋白質(zhì)含量最少。隨著時(shí)間的推進(jìn)，蛋白質(zhì)不斷被水解，曲線下降；但是當(dāng)時(shí)間大于150 min后，蛋白質(zhì)水解達(dá)到飽和，生成大量的多肽物質(zhì)，曲線又開始回升。

2.4.3風(fēng)味蛋白酶酶解pH對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

風(fēng)味蛋白酶酶解pH對(duì)去除蛋白質(zhì)的影響結(jié)果見圖12。

圖12蛋白酶pH對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響Fig.12 Influence of flavourzyme enzymolysis pH on protein content

圖12可見，酶解pH為4時(shí)，蛋白質(zhì)剩余量達(dá)到最低點(diǎn)。pH影響蛋白酶的構(gòu)象，進(jìn)而影響它的活性。當(dāng)pH在3~4時(shí)，蛋白酶的活性較強(qiáng)，不斷與蛋白質(zhì)結(jié)合反應(yīng)，曲線下降；但是當(dāng)pH開始大于4，蛋白酶開始受較高pH的影響，活性也開始減弱，蛋白質(zhì)水解速度變慢。

2.4.4蛋白酶酶解溫度對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響

風(fēng)味蛋白酶酶解溫度對(duì)去除蛋白質(zhì)的影響結(jié)果

圖13蛋白酶溫度對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響Fig.13 Influence of flavourzyme enzymolysis temperature on protein content

圖13可見，酶解溫度為35℃時(shí)，蛋白質(zhì)剩余量最少，去除蛋白質(zhì)的效果最佳。合適的溫度會(huì)加快酶的反應(yīng)速率，但是較高的溫度會(huì)引起蛋白酶失活。在30℃~35℃之間，曲線下降，說(shuō)明酶的反應(yīng)速率較快，不斷水解蛋白質(zhì)；但是當(dāng)溫度大于35℃時(shí)，曲線又開始回升，說(shuō)明溫度的升高使酶漸漸開始失活，反應(yīng)速率減慢，蛋白質(zhì)水解減少。

2.5漂白效果的影響因素

2.5.1 H2O2濃度對(duì)漂白效果的影響

H2O2濃度對(duì)漂白效果影響的影響結(jié)果見圖14。

圖14 H2O2濃度對(duì)漂白效果的影響Fig.14 Influence of H2O2concentration on bleaching effect

圖14可見，當(dāng)H2O2濃度為10 %時(shí)，白度值和色差值都最高，說(shuō)明該濃度下，漂白效果最好。隨著H2O2濃度的提升，H2O2不斷分解，脫色效果逐漸提高，漂白樣品與原始樣品比較也趨于變白。但是當(dāng)達(dá)到一定濃度時(shí)，曲線開始平緩，說(shuō)明H2O2分解后與物料的脫色反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到極限，效果也趨于穩(wěn)定，考慮到H2O2的殘余量的影響和產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)濟(jì)成本，選用10 %濃度的H2O2是比較合適的。

2.5.2漂白時(shí)間對(duì)漂白效果的影響

漂白時(shí)間對(duì)漂白效果影響的影響結(jié)果見圖15。

圖15漂白時(shí)間對(duì)漂白效果的影響Fig.15 Influence of bleaching time on bleaching effect

由圖15可見，當(dāng)漂白時(shí)間為40 min時(shí)，白度和色差值都是最高，說(shuō)明該時(shí)間下，漂白效果最好。當(dāng)漂白時(shí)間處于25 min~40 min時(shí)，曲線逐漸升高，說(shuō)明時(shí)間越長(zhǎng)，H2O2與物料的反應(yīng)程度更深，漂白效果越好；但是當(dāng)時(shí)間大于40 min時(shí)，曲線開始下降，說(shuō)明H2O2與物料的反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到最大程度，再延長(zhǎng)時(shí)間效果也明顯不大，并且也會(huì)消耗更多的能源。

2.5.3超聲功率對(duì)漂白效果的影響

超聲功率對(duì)漂白效果影響的影響結(jié)果見圖16。

由圖16可見，當(dāng)超聲功率為60 W時(shí)，白度值和色差值最大，說(shuō)明在該功率下，漂白效果最好。超聲波具有空化效應(yīng)和分散效應(yīng)，超聲的振動(dòng)使H2O2快速進(jìn)入木薯渣中，使色素與木薯渣分離[10]，起到漂白效果。隨著頻率的升高，曲線上升，說(shuō)明H2O2與物料充分結(jié)合發(fā)生反應(yīng)；但是當(dāng)功率大于60 W時(shí)，曲線開始下降，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到極限，而且過(guò)高的功率會(huì)影響到纖維的性質(zhì)。

圖16超聲功率對(duì)漂白效果的影響Fig.16 Influence of Ultrasonic power on bleaching effect

2.5.4漂白溫度對(duì)漂白效果的影響

漂白溫度對(duì)漂白效果影響的影響結(jié)果見圖17。

圖17不同溫度對(duì)漂白效果的影響Fig.17 Influence of bleaching temperature on bleaching effect

由圖17可見，當(dāng)漂白溫度為50℃時(shí)，白度和色差值最大，說(shuō)明該溫度下，漂白效果最好。當(dāng)溫度處于45℃~50℃時(shí)，溫度升高，H2O2與物料的反應(yīng)速率加快，且利用超聲波色素被很好地?zé)岢曃剑亟到鈁11]；但是隨著溫度的升高，當(dāng)溫度大于50℃時(shí)，曲線開始下降，說(shuō)明溫度過(guò)高，可能產(chǎn)生氧化褐變等造成木薯渣的顏色又加深[12]，所以選用漂白溫度50℃較為適宜。

3　結(jié)論

1）本文利用酶-物理法去除木薯渣中的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)，試驗(yàn)先對(duì)樣品進(jìn)行物理粉碎，打散淀粉的結(jié)構(gòu)，更有利于酶進(jìn)入物料進(jìn)行酶解反應(yīng)，接著利用α-淀粉酶和糖化酶、脂肪酶、風(fēng)味蛋白酶進(jìn)行酶解，提取純凈的木薯膳食纖維。

2）試驗(yàn)結(jié)果得到當(dāng)α-淀粉酶和糖化酶的質(zhì)量比1∶6，α-淀粉酶和糖化酶的酶用量為0.6 %，酶解pH 為7，酶解時(shí)間為120 min，酶解溫度為60℃時(shí)，淀粉去除率最高；當(dāng)脂肪酶酶用量0.21 %，酶解pH為7，酶解時(shí)間90 min，酶解溫度為50℃時(shí)，脂肪去除率最高；當(dāng)風(fēng)味蛋白酶酶用量0.6 %，酶解pH為4，酶解時(shí)間150 min，酶解溫度為35℃時(shí)，蛋白質(zhì)去除率最好。

3）超聲波具有一定的空化效應(yīng)和分散效應(yīng)，可以促進(jìn)顆粒的解體[13]。運(yùn)用超聲波輔助H2O2對(duì)木薯膳食纖維進(jìn)行脫色，可以使脫色劑與物料更好地接觸反應(yīng)，提高漂白效果。

4）試驗(yàn)結(jié)果得到當(dāng)H2O2濃度為10 %，漂白時(shí)間40 min，超聲功率為60 W，漂白溫度50℃時(shí)，漂白效果最好。

5）本研究為高效利用廢棄木薯渣提供了一種新方法，使木薯渣的附加值提高，真正“變廢為寶”，意義重大。

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Study on Process of Dietary Fiber Extraction from Cassava Residue by Physics-enzymatic Method

HUANG Li-jie1，CAI Yuan-yuan1，GU Bi2，LIU Ming1，WANG Xiao-tong1，ZHOU Lei1，YANG Ying3，LAO Cai-xian1
（1. Light Industry and Food Engineering College，Guangxi University，Nanning 530004，Guangxi，China；2. Starch Research Institute of Guangxi University，Nanning 530004，Guangxi，China；3. Guangxi Clean Pulp
and Paper and Pollution Control Key Laboratory，Nanning 530004，Guangxi，China）

Abstract：Dry cassava residues were physically crushed，and then the starch，fat and protein of cassava residue were hydrolyzed by α-amylase and glucoamylase（medium temperature amylase 60℃to 70℃），lipase and flavorzyme. Finally cassava dietary fiber was got and bleached it with the help of ultrasonic；the optimum technological conditions were confirmed through the single factor experiments. Experimental results showed that：when α-amylase and glucoamylase ratio was 1∶6，the concentration of them was 0.6 %，pH=7，enzymolysis time was 120 min，enzymolysis temperature was 60℃，starch removal rate was best；when lipase dosage was 0.21 %，pH=7，enzymolysis time was 90 min，enzymolysis temperature was 50℃，fat removal rate was best；when the concentration of flavourzyme was 0.6 %，pH=4，enzymolysis time was 150 min，enzymolysis temperature was 35℃，protein removal rate was best. When H2O2concentration was 10 %，the bleaching time was 40 min，the ultrasonic power was 60 W，and the temperature was 50℃，the bleaching effect was best.

Key words：cassava residue；α-amylase and glucoamylase；lipase；flavorzyme；dietary fiber；H2O2；bleach

收稿日期：2015-09-11

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.01.026

作者簡(jiǎn)介：黃麗婕（1983—），女（漢），副研究員，博士研究生，研究方向：可再生資源利用與環(huán)境保護(hù)。

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)基金（CARS-12）；南科發(fā)[2014] 11號(hào)重大專項(xiàng)資金