酶解法去除麥麩中蛋白質的工藝優化

摘要：以麥麩為原料，采用酶法去除麥麩膳食纖維中的蛋白質，在單因素試驗基礎上，采用正交試驗對其工藝進行了探討。結果表明，復合酶去除麥麩中蛋白質最優工藝為堿性蛋白質酶添加量為0.4%，酶解溫度為60 ℃，酶解時間90 min，酶解pH 8.5，此工藝下所制備的麥麩膳食纖維蛋白質殘留率僅為3.54%。從正交試驗各因素對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響大小來看，堿性蛋白酶添加量的影響最大。

關鍵詞：麥麩；膳食纖維；酶解法；蛋白質殘留率

中圖分類號：TS210.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）23-6215-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.054

Abstract： Using wheat bran as raw material， removing dietary fiber from wheat bran protein by enzymatic decomposition method was studied. The technology were optimized by orthogonal test on the basis of single factor experiment. Results showed that the optimum conditions were the dosage of alkaline protease 0.4%， hydrolysis temperature 60 ℃， hydrolysis time 90 min and hydrolysis pH 8.5. Under these conditions， the protein residue ratio was 3.54%. The main factor that influenced protein residues most was the dosage of alkaline protease.

Key words： wheat bran；dietary fiber；enzyme decomposition method；protein residue ratio

麥麩是小麥制粉加工過程中的主要副產品，其比例約占小麥制粉加工量的20%。小麥麩皮主要由小麥的皮層組織、胚乳和麥胚組成，除大量的纖維成分外，還含有豐富的蛋白質、脂肪、碳水化合物、礦物質和維生素等營養成分，因此，麥麩被視為重要的膳食纖維資源[1，2]。膳食纖維是一種多糖，它既不能被胃腸道消化吸收，也不能產生能量，具有較強的吸水能力，可促進腸道蠕動而防止便秘，可抑制膽固醇的吸收而預防動脈硬化，可抑制葡萄糖的吸收而降低血糖濃度，還可以吸附腸道的鈉離子而降低血壓。此外，膳食纖維因不能被人體消化吸收，易使人產生飽腹感，還可作為肥胖患者減肥的療效食品。膳食纖維現已成為關注的焦點，并被營養學界補充認定為第七類營養素[3-7]。

膳食纖維的制備方法有物理法、化學法、酶-化結合法、酶法，其中酶法是一種更為常用的方法。酶法是指利用淀粉酶、糖化酶、蛋白酶分別除去淀粉和蛋白質，得到純度更高的膳食纖維[5]。本研究以麥麩為原料，采用酶法去除麥麩中的蛋白質，采用單因素和正交試驗對酶解工藝進行了探討，為探尋酶法制備麥麩膳食纖維提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥麩由湖北省同光面粉廠提供；堿性蛋白酶（200 U/mg）、胰蛋白酶（250 U/mg）、木瓜蛋白酶（800 U/mg）均購于上海源葉生物科技有限公司；中性蛋白酶（60 000 U/g）購于武漢市華順生物技術有限公司；乙醇、二甲亞砜、鹽酸等均為分析純。

UV-280型紫外可見分光光度計，尤尼柯上海儀器有限公司；TYSP-200型高速多功能粉碎機，浙江省永康市紅太陽機電有限公司；HJ-4A型磁力攪拌器，江蘇金壇市宏華儀器廠；LXJ-IIB型離心機，上海安亭科學儀器廠；GZX-9240MBE電熱鼓風干燥箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠；SHA-B恒溫水浴鍋，常州國華電器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 麥麩膳食纖維制備工藝流程 麥麩膳食纖維制備工藝：稱取一定量麥麩，加入適量蒸餾水，95 ℃糊化15 min后冷卻至室溫；調節溶液pH，去除淀粉，水浴振蕩，煮沸滅酶；調節pH，去除蛋白質，煮沸滅酶，冷卻離心，取上清液，濃縮、醇沉、離心，得到沉淀，合并之前濾渣干燥即為麥麩膳食纖維。

1.2.2 麥麩基本成分分析 對麥麩中水分、蛋白質、脂肪、灰分、淀粉、膳食纖維等基本成分進行分析。

1.2.3 單因素試驗 以酶解后，麥麩中蛋白質的殘留率為指標，采用單因素試驗對麥麩膳食纖維制備工藝中蛋白酶種類（堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、復合蛋白酶）、料液比（1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20）（麥麩∶去離子水=g∶mL）、蛋白酶添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%）、酶解時間（30、50、70、90、110、130 min）、酶解pH（8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5）、酶解溫度（40、45、50、55、60、65 ℃）進行分析。

在進行單因素試驗過程中，探討某一單因素時，其他各因素水平分別定為堿性蛋白酶、料液比1∶14、蛋白酶添加量0.5%、酶解時間90 min、酶解pH 8.5、酶解溫度55 ℃。

1.2.4 正交試驗 在單因素試驗基礎上，進行四因素三水平正交試驗，進一步探討酶解法去除麥麩膳食纖維中蛋白質的最優工藝，正交試驗因素和水平如表1所示。

1.3 測定方法

水分、蛋白質、脂肪、灰分、淀粉、膳食纖維分別參照GB/T 5009.3-2010、GB/T5009.5-2010、GB/T14772-2008、GB/T5009.9-2008、GB/T 5009.88-2008等方法進行測定。

2 結果與分析

2.1 麥麩基本成分分析

麥麩基本成分中膳食纖維、淀粉和蛋白質含量較高，分別為45.12%、17.92%、16.10%，水分、脂肪、灰分含量分別為8.18%、3.47%、4.68%，其中蛋白質含量高是影響麥麩膳食纖維制備的主要因素，因此，有效去除麥麩中蛋白質是制備麥麩膳食纖維的關鍵。

2.2 酶解制備麥麩膳食纖維單因素試驗結果

2.2.1 蛋白酶種類對麥麩中蛋白質殘留率的影響 不同種類蛋白酶對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響結果如圖1所示。從圖1中可以看出，經堿性蛋白酶水解后的麥麩殘渣中的蛋白質殘留率為6.15%，比原有麥麩中的蛋白質含量降低了9.95個百分點，中性蛋白酶與木瓜蛋白酶水解效率相差不大，復合蛋白酶的水解效率最低，蛋白質殘留率為11.33%，比原有麥麩中的蛋白質含量相比僅降低了4.77個百分點，因此，選用堿性蛋白酶水解麥麩蛋白質。

2.2.2 料液比對麥麩中蛋白質殘留率的影響 不同料液比對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響結果如圖2所示。從圖2中可以看出，麥麩中蛋白質殘留率隨料液比的增加呈先降低后上升的趨勢。當料液比為1∶14時，蛋白質殘留率最低，為7.66%，與原有麥麩中的蛋白質含量相比，降低了8.44個百分點，而當料液比大于1∶14時，蛋白質殘留率反而升高了，當料液比為1∶20時，蛋白質殘留率為9.80%，與原有麥麩中蛋白質含量相比，僅降低了6.30個百分點。這主要是因為隨著料液比的增加，底物與酶濃度被稀釋了，從而使蛋白酶的活性降低，影響了蛋白質的殘留率。

2.2.3 蛋白酶添加量對麥麩中蛋白質殘留率的影響 不同蛋白酶添加量對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響結果如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著蛋白酶添加量的增加，麥麩中蛋白質的殘留率呈先下降后上升的變化趨勢。當蛋白酶的添加量為0.5%時，麥麩中蛋白質殘留率最低為7.95%，與原麥麩的蛋白質含量相比，降到了8.15個百分點；當酶的添加量為1.0%時，蛋白質殘留率最高為11.53%，與原麥麩相比，僅下降了4.57個百分點。這可能是因為蛋白酶本身也是一種蛋白質，當添加量較高時，也會造成麥麩中的蛋白質殘留率升高。

2.2.4 酶解時間對麥麩中蛋白質殘留率的影響 不同蛋白酶添加量對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響結果如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著酶解時間的延長，麥麩中蛋白質的殘留率呈下降的變化趨勢。堿性蛋白酶與麥麩蛋白作用30～50 min內，蛋白殘留率由15.02%急劇下降到9.92%；50～110 min，隨著酶解時間的延長，蛋白質的殘留率變化較小；110 min時，麥麩中的蛋白質殘留率最低為8.27%，與原麥麩中蛋白質含量相比，蛋白含量下降了7.83個百分點，當反應110 min后，蛋白質殘留率變化不明顯，可能是因為麥麩中的蛋白質基本被分解完全。

2.2.5 pH對麥麩中蛋白質殘留率的影響 不同pH對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響結果如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著酶解pH的增大，麥麩中蛋白質的殘留率呈先下降后上升的變化趨勢。當溶液pH為8.5時，蛋白質殘留率最低為7.63%；當溶液pH從8.5增加到10.0后，蛋白質的殘留率從7.63%上升到13.75%；當溶液pH為10.5時，蛋白質殘留率變為13.64%，略有降低。這主要是因為過高的pH會抑制蛋白酶的活性，而當溶液pH升到10.5時，麩皮中的蛋白質溶解在堿性溶液中，導致麥麩中的蛋白質殘留率有所下降。

2.2.6 溫度對麥麩中蛋白質殘留率的影響 不同溫度對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響結果如圖6所示。從圖6中可以看出，隨著酶解溫度的增大，麥麩中蛋白質的殘留率呈先下降后上升的變化趨勢。當酶解溫度為40～45 ℃時，麥麩中的蛋白質殘留率下降不明顯。當溫度達到50 ℃時，麥麩中的蛋白質殘留率下降較明顯，當溫度為55 ℃時，蛋白殘留率最低為9.06%，說明堿性蛋白酶水解麥麩蛋白質的最適溫度為50～60 ℃，當溫度升高到65 ℃時，蛋白質殘留率又開始上升，這可能有兩方面原因，一是溫度較高，抑制了蛋白酶的活性，阻礙了麥麩蛋白質的水解；二是溫度較高，蛋白質變性，也可能形成凝膠，阻礙了麥麩蛋白質的水解。

2.3 正交試驗

根據單因素試驗結果，以麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率為指標，對酶解去除蛋白質工藝進行四因素三水平正交試驗，試驗結果如表2所示。

從表2中各因素極差可以看出，4個因素對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率影響大小順序為蛋白酶添加量>酶解溫度>酶解pH>酶解時間，各因素最優水平組合為A2B3C2D2，即為蛋白酶添加量0.4%、酶解溫度60 ℃、酶解時間90 min、酶解pH 8.5。正交試驗9個處理中，最優因素水平組合為A2B3C1D2，即為蛋白酶添加量0.4%、酶解溫度60 ℃、酶解時間70 min、酶解pH 8.5，此時所得麥麩膳食纖維中蛋白殘留率僅為4.93%。根據驗證試驗，當分別按照A2B3C1D2和A2B3C2D2酶解麥麩蛋白質時，驗證試驗結果分別為4.39%和3.54%。因此，堿性蛋白酶酶解麥麩蛋白質的最優組合為A2B3C2D2，即添加蛋白酶量為0.4%，酶解溫度為60 ℃，酶解時間90 min，酶解pH 8.5。

3 小結與討論

在前人的研究中，田學森等[8]確定了酶法制備麥麩膳食纖維的最優工藝參數，混合酶的用量為0.2%，淀粉酶與糖化酶的比為1∶3，酶解時間30 min，混合酶解溫度60 ℃。繆岳琴等[9]選出最佳蛋白水解酶為木瓜蛋白酶，通過正交試驗確定了α-淀粉酶和糖化酶的最佳水解條件。馮志強等[10]研究得到的最佳工藝組合為混合酶制劑用量0.3%，α-淀粉酶與糖化酶用量的比值1∶1，混合酶的酶解時間30 min，蛋白酶制劑用量0.5%，蛋白酶酶解時間30 min。李慧靜等[11]經研究發現，響應面法優化麥麩膳食纖維提取工藝參數為蛋白酶用量0.4%，蛋白酶反應時間60 min，α-淀粉酶與糖化酶比值1∶3，用量0.5%，酶反應時間30 min。

本試驗先后采用單因素試驗和正交試驗對酶解去除麥麩中蛋白質的工藝進行了探討，結果表明堿性蛋白酶添加量為0.4%，酶解溫度為60 ℃，酶解時間90 min，酶解pH 8.5，此工藝下所制備的麥麩膳食纖維蛋白質殘留率僅為3.54%。從正交試驗各因素對麥麩膳食纖維中蛋白質殘留率的影響大小來看，堿性蛋白酶添加量的影響最大。

參考文獻：

[1] 湯葆莎，沈恒勝.麥麩膳食纖維制備及研究進展[J].中國農學通報，2009，25（12）：53-57.

[2] 趙文華，魏彩嬌，白瑞平，等.麥麩膳食纖維對面團流變學特性及饅頭品質的影響[J].糧食加工，2009，34（3）：16-19.

[3] 李應彪，陸 強.麥麩膳食纖維的提取技術研究[J].糧油加工與食品機械，2005（11）：77-79.

[4] 王 麗.高品質麥麩膳食纖維的制備及其單糖組成與性質的研究[D].武漢：武漢工業學院，2009.

[5] 陶顏娟.小麥麩皮膳食纖維的改性及應用研究[D].江蘇無錫：江南大學，2008.

[6] 董曉偉，溫紀平，王華東，等.麥麩膳食纖維在食品中的應用研究[J].糧食與油脂，2016，29（1）：1-3.

[7] 任志遠，李鵬飛.麥麩可溶性膳食纖維提取及在乳品中的應用[J].山西農業大學學報（自然科學版），2010，30（4）：305-308.

[8] 田學森，王亞偉，申曉琳.影響麥麩膳食纖維得率的因素分析[J].食品工業科技，2003，24（1）：77-79.

[9] 繆岳琴，劉學文，陳 謹.麥麩活性膳食纖維提取工藝條件的優化研究[J].河南工業大學學報，2005，26（5）：76-81.

[10] 馮志強，李夢琴，劉燕燕.生物酶法提取麥麩膳食纖維的研究[J].現代食品科技，2006，22（1）：8-10.

[11] 李慧靜，賈英民，王 林.響應面法優化酶法提取麥麩膳食纖維工藝[J].農業工程技術，2007（7）：27-31.