酶法制備山藥渣中水不溶性膳食纖維的研究

何侃亮

(陜西省中醫(yī)醫(yī)院藥劑科，陜西 西安　710000)

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酶法制備山藥渣中水不溶性膳食纖維的研究

何侃亮

(陜西省中醫(yī)醫(yī)院藥劑科，陜西 西安710000)

摘要：目的 以山藥廢渣為原料研究以淀粉酶和蛋白酶水解法制備水不溶性膳食纖維的工藝條件。方法 試驗選取淀粉酶的用量、酶解時間、蛋白酶的用量、酶解時間四個因素，確定最佳酶解工藝條件。結(jié)果 淀粉酶用量為2 U·mL(-1)，酶解時間為80 min，蛋白酶用量為3 U·mL(-1)，酶解時間為30 min。結(jié)論 該法可提高山藥的利用度，促進山藥相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)利用。

關(guān)鍵詞：山藥渣；酶法；水不溶性膳食纖維

山藥(DioscoreabatatasDecne.)為薯蕷科薯蕷屬多年生宿根蔓生草本植物的塊根，別名懷山藥、白山藥、淮山藥。山藥味甘，性平。歸脾、肺、腎經(jīng)。具有補脾養(yǎng)胃，生津益肺，補腎澀精。用于脾虛食少，久瀉不止，肺虛喘咳，腎虛遺精，帶下，尿頻，虛熱消渴。山藥營養(yǎng)價值豐富，每100 g含有碳水化合物12.40 g，脂肪0.2 g，蛋白質(zhì)1.9 g，纖維素0.8 g，另外還含有豐富維生素和礦物質(zhì)。現(xiàn)代藥理研究表明，山藥中的活性成分具有降血糖、降血脂、抗腫瘤、助消化等作用[1-3]，是很好的進補“食物藥”，因而備受青睞。目前，我國河南、四川等地區(qū)山藥的種植面積及年加工量逐年遞增，年產(chǎn)量萬余噸。山藥雖然營養(yǎng)價值豐富，但其含水量較高，不易貯藏和運輸。山藥淀粉是山藥的一種主要加工制品，其保留了山藥大部分的營養(yǎng)成分，又易方便貯藏和運輸，因而市場需求量很大。

膳食纖維是指不能被人體小腸消化和吸收，但對人體有健康意義的一類碳水化合物。現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)研究表明，膳食纖維具有降低血糖和膽固醇，控制體質(zhì)量和減肥，增強腸道功能、有利于糞便排出等生理功能[4-5]。膳食纖維的最好來源是天然的植物性食物，山藥中也富含膳食纖維，包括水溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)和水不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)。應(yīng)用現(xiàn)代生產(chǎn)工藝，將山藥加工成山藥淀粉后會產(chǎn)生較多的山藥廢渣，而這些廢渣中尚含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等水不溶性膳食纖維。本文以生產(chǎn)山藥淀粉的廢渣為原料，利用淀粉酶、蛋白酶水解作用生產(chǎn)水不溶性膳食纖維。此法可有效降低浪費，并可促進山藥產(chǎn)品的綜合開發(fā)和利用。

1材料與方法

1.1材料、試劑和儀器鐵棍山藥：購于西安市藥材市場;α-淀粉酶、蛋白酶：長泰生物科技有限公司(酶活力≥500 000 U·g-1);氫氧化鈉、無水乙醇、石油醚、丙酮、鹽酸、無水硫酸鈉均為分析純：西安化學(xué)試劑廠。

BZF-30真空干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司； SL-301粉碎機，上海宇索實業(yè)有限公司；TD5A低速離心機，濟南普納儀器設(shè)備有限公司；EV351旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，北京艾博泰科儀器股份有限公司。

1.2工藝流程[6]山藥渣→低溫干燥→粉碎過篩→酶解→堿液提取→離心→干燥→膳食纖維。

(1)低溫干燥：山藥加工山藥淀粉后的廢渣，于50℃干燥箱中干燥1 h；(2)粉碎過篩：干燥后經(jīng)粉碎機粉碎過100目篩；(3)酶解：先后加入一定量的淀粉酶和蛋白酶，分別于適宜溫度下酶解一定時間；(4)堿液提取：酶解后在酶解液中加入1%的氫氧化鈉溶液，60℃浸提2 h；(5)離心分離：離心機轉(zhuǎn)速3 000 r·min-1，離心分離30 min，棄去上清液；(6) 真空干燥：用一定量的無水乙醇反復(fù)洗滌水不溶性膳食纖維后，置于真空干燥箱干燥，控制真空度保持在0.1 MPa，干燥溫度60℃。

1.3酶解正交試驗設(shè)計稱取10 g烘干粉碎的山藥渣樣品，加50 mL水溶解，加入一定量的淀粉酶在60℃條件下酶解一定時間，煮沸滅酶。再加入一定量的中性蛋白酶在45℃條件下酶解一定時間，煮沸滅酶。試驗中選取考察淀粉酶用量(A)、淀粉酶酶解時間(B)、蛋白酶用量(C)、蛋白酶酶解時間(D) 4個參數(shù)，進行L9(34)正交試驗，以水不溶性膳食纖維的提取率為考察指標，確定最佳酶解工藝條件。見表1。

表1　正交試驗因素-水平表

1.4膳食纖維提取率計算方法[7-8]按照GB/T 5009.88-2008《食品中膳食纖維的測定》方法進行檢測。

式中：m1為提取物的質(zhì)量/g ；r1為提取物水分及揮發(fā)物含量/%；m2為原料的質(zhì)量/g；r2為原料水分及揮發(fā)物含量/%。

1.5膳食纖維理化性質(zhì)的測定方法[9-10]

1.5.1持水性測定稱取1.0 g干燥樣品于燒杯中，加30 mL去離子水，室溫下浸泡24 h，裝于50 mL離心管中3 000 r·min-1離心15 min，去上清液，精確稱重(濕質(zhì)量)，然后在105℃條件下烘干至質(zhì)量恒定，精確稱重(干質(zhì)量)。

1.5.2溶脹性測定稱取1.0 g干燥樣品于5 mL量筒中，輕微振蕩使表面平整，讀取干體積，再將干品轉(zhuǎn)移至50 mL量筒中，加入30 mL去離子水，振蕩搖勻，室溫下浸泡24 h，測定體積。

1.5.3理化特性分析方法試驗考察不同葡萄糖濃度(4%、5%、6%、7%、8%)、酸堿度(pH 6、7、8、9、10)對水不溶性膳食纖維持水性及溶脹性的影響。

2結(jié)果和分析

2.1單因素試驗結(jié)果

2.1.1淀粉酶用量對膳食纖維提取率的影響 由圖1可知，水不溶性膳食纖維的提取率隨著淀粉酶用量的增加而增加，當(dāng)酶用量大于2.5 U·mL-1以后，提取率增加緩慢，變化不大，說明山藥渣中的淀粉已水解的較為完全。從經(jīng)濟效益角度考慮，為節(jié)約成本，試驗確定淀粉酶用量在1.0～3.0 U·mL-1。

圖1　淀粉酶用量對水不溶性膳食纖維提取率的影響

2.1.2淀粉酶酶解時間對膳食纖維提取率的影響根據(jù)圖2的試驗結(jié)果，淀粉酶酶解時間與提取率正相關(guān)，試驗確定酶解時間為60～100 min。

圖2　淀粉酶酶解時間對水不溶性膳食纖維提取率的影響

2.1.3蛋白酶用量對膳食纖維提取率的影響由圖3可知，當(dāng)?shù)鞍酌赣昧?3 U·mL-1時，隨著用量的增加膳食纖維的提取率逐漸增加，當(dāng)?shù)鞍酌赣昧砍^3 U·mL-1時，反而出現(xiàn)下降的趨勢，趨勢正交試驗蛋白酶的用量范圍在2～3 U·mL-1。

圖3　 蛋白酶用量對水不溶性膳食纖維提取率的影響

2.1.4蛋白酶酶解時間對膳食纖維提取率的影響根據(jù)圖4結(jié)果，蛋白酶水解時間在50 min范圍內(nèi)，膳食纖維的提取率隨時間增加而增大，確定30～50 min為正交試驗范圍。

2.2正交試驗結(jié)果從正交試驗結(jié)果的直觀分析可知，淀粉酶和蛋白酶水解條件影響膳食纖維提取率值的因素主次順序為:淀粉酶用量>蛋白酶酶解時間>淀粉酶酶解時間>蛋白酶用量。正交試驗的最佳組合為：A1B2C3D1，即淀粉酶用量為2 U·mL-1，淀粉酶酶解時間為80 min，蛋白酶用量為3 U·mL-1，蛋白酶酶解時間為30 min。見表2，3。

圖4　蛋白酶酶解時間對水不溶性膳食纖維提取率的影響

試驗號因素ABCD提取率/%1112269.82121178.13132362.84212167.35223366.96131266.77311264.58322367.09333168.1K1207.3201.6203.0207.2K2200.9205.7202.5201.0K3199.6203.0204.8202.1k169.167.267.769.1k267.068.667.567.0k366.567.768.367.4R2.601.040.802.10

表3　方差分析表

2.3膳食纖維理化性質(zhì)分析

2.3.1葡萄糖濃度對膳食纖維持水性和溶脹性的影響由圖5、6可知，膳食纖維的持水性隨著葡萄糖濃度的增大，呈現(xiàn)先增大后減小再增大再減小的波浪式變化；隨著葡萄糖濃度的增大，溶脹性呈現(xiàn)先緩慢上升后緩慢下降的趨勢，分析原因可能是由葡萄糖與膳食纖維競爭性地和水分子的結(jié)合造成的[11-12]。因此在應(yīng)用膳食纖維制品時，應(yīng)考慮葡萄糖濃度對膳食纖維理化特性的影響。

圖5　不同葡萄糖濃度溶液中膳食纖維的持水性

圖6　不同葡萄糖濃度溶液中膳食纖維的溶脹性

2.3.2pH值對膳食纖維持水性和溶脹性的影響由圖7、8可知，在中性偏堿的條件下膳食纖維有較強的持水力和溶脹力；但當(dāng)pH>9時，膳食纖維的持水性呈明顯的下降趨勢。這可能是因為OH-影響了膳食纖維分子結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)部發(fā)生較大的變化[13-14]，導(dǎo)致持水性和溶脹性均呈現(xiàn)下降趨勢。

圖7　不同pH溶液中膳食纖維的持水性

圖8　不同pH溶液中膳食纖維的溶脹性

3結(jié)論

膳食纖維被稱為“第七大營養(yǎng)素”，其有益于亞健康人群的身體健康[15]。山藥廢渣是山藥淀粉生產(chǎn)的廢棄物，其中尚含大量水不溶性膳食纖維，以淀粉酶和蛋白酶進行水解，提取膳食纖維，此法可大大降低山藥資源的浪費，并進一步促進山藥資源的綜合開發(fā)利用。

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Preparation of insoluble dietary fiber from Dioscorea batatas Decne Residu by enzymatic method

HE Kan-liang

(DepartmentofPharmacy,ShaanxiProvincialHospitalof

TraditionalChineseMedicine,Xi'an,Shaanxi710000,China)

Abstract:Objective To study the process conditions of preparing water insoluble dietary with amylase and protease with Dioscorea batatas Decne Residu as raw material.Methods The amount of amylase,digestion time,the dosage of the protease and enzymolysis time were tested to determine the optimal enzymatic hydrolysis conditions.Results The amount of amylase was 2 U·mL(-1),the digestion time was 80 min,the dosage of the protease was 3 U·mL(-1) and the enzymolysis time was 30 min.Conclusions The method could improve the exploitation of Dioscorea,promote the development and utilization of Dioscorea related products.

Key words:dioscorea batatas decne residu;enzymatic method;insoluble dietary fiber

(收稿日期：2015-10-11，修回日期：2015-11-23)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.03.008