生姜可溶性膳食纖維的酶法提取工藝中植物蛋白酶條件的確定

宋榮珍，位思清，孫靖雯，張曉珂，喬旭光，唐曉珍*

（1.山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271018；2.山東省外貿職業學院，山東泰安 271000）

生姜可溶性膳食纖維的酶法提取工藝中植物蛋白酶條件的確定

宋榮珍1，位思清2，孫靖雯1，張曉珂1，喬旭光1，唐曉珍1*

（1.山東農業大學食品科學與工程學院，山東泰安 271018；2.山東省外貿職業學院，山東泰安 271000）

采用植物蛋白酶和糖化酶聯合提取生姜中可溶性膳食纖維，固定糖化酶提取條件，探討植物蛋白酶的工藝條件。在固定糖化酶加酶量1%，酶解溫度60℃，酶解時間1 h的條件下，確定了植物蛋白酶的優化條件為加酶量6%，酶解溫度55℃，酶解時間5 h，此條件下生姜中可溶性膳食纖維提取率高達13.24%。

生姜；可溶性膳食纖維；植物蛋白酶

生姜在中國的栽培歷史悠久，不僅是日常調味品［1］，更是最常用的藥材之一。生姜中含有豐富的膳食纖維，從而使其具有更獨特的保健作用。

膳食纖維是一類能夠在小腸內部分或完全吸收，并在大腸內發酵的植物類碳水化合物，是人類所需第七大營養素［2，3］。膳食纖維在提高食品粘度；幫助消化；改善面團粘彈性；提高香腸類制品品質方面發揮著重要作用［4－7］。

膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF）兩大類。其中，SDF是指不能被人體消化酶消化，且能溶于熱水或溫水的一類非淀粉多糖，包括細胞內分泌物和儲存物以及一些微生物多糖和合成多糖［8，9］。SDF在預防人體糖尿病、高血壓，通過在消化過程中的成分變化、發酵作用促進人體胃腸蠕動，影響皮膚免疫參數，氧化穩定性，預防癌癥，影響脂質消化等方面［10－13］，有著明顯的生理功效，此外，有研究發現SDF還有輔助降血脂的功效［14］。相比于生姜IDF，生姜SDF作為一種多功能性保健食品的添加料，將會有更廣闊的發展和應用前景［15］。

目前，膳食纖維的提取方法主要有酶法、堿法、超聲輔助法、膜分離法、發酵法、剪切乳化輔助酶水解法［16－21］。酶法操作簡便，節省能源，有利于環境保護，所以本文采用酶法提取生姜中的可溶性膳食纖維。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

鮮姜：山東保康生物科技有限公司；植物蛋白酶（活力80萬U／g）、糖化酶（活力10萬U／g）：天津市諾奧科技發展有限公司；其他為實驗室常規試劑。

1.2 主要儀器

LRH-250A干燥箱 廣東省醫療器械廠；JA2002型電子天平 上海精天電子儀器有限公司；DELTA 320型酸度計 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；HH-4型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司。

1.3 生姜中可溶性膳食纖維提取工藝

生姜去皮后，在45℃烘箱中烘至恒重，粉碎過40目篩備用。稱取生姜樣品1 g，加水溶解，固液比1∶15，加入10 m L p H 7.0的磷酸緩沖液，然后加入植物蛋白酶，變化酶用量、酶解時間、酶解溫度，然后滅酶，調p H在4.0～4.6之間，加入糖化酶1.0%，在溫度60℃下水浴，酶解1 h，滅酶，抽濾。上清液與并入的沖洗液濃縮后，用4倍體積的95%乙醇醇沉10 h，然后用抽濾器抽濾，抽濾完畢后用丙酮、78%乙醇洗滌濾渣，將濾渣干燥后稱重，得可溶性膳食纖維SDF［22，23］。可溶性膳食纖維提取率的計算：提取率（%）＝樣品中所得可溶性膳食纖維的質量（g）／樣品質量（g）×100。

1.4 數據處理與分析

試驗中每個水平做3次平行實驗，取平均值進行計算。

2 結果與分析

2.1 植物蛋白酶的加酶量對膳食纖維提取率的影響

按照1.3依次加入4%，6%，8%，10%，12%植物蛋白酶液，在溫度50℃下酶解4 h滅酶。

圖1 植物蛋白酶用量對生姜中可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.1 Effects of plant protease dosage on extraction rate of SDF

由圖1可知，植物蛋白酶用量由4%～6%時，可溶性膳食纖維的提取率極其顯著快速提高（p＜0.01），在6%時提取率達到最高峰為9.06%，從6%下降到8%極其迅速（p＜0.01），8%到10%變化不顯著（p＞0.05），從10%以后反而又開始顯著下降（p＜0.01）。這可能是因為膳食纖維仍含有一部分蛋白質，隨著蛋白酶增加，將其降解；也可能是因膳食纖維含有碳氮鍵，過量蛋白酶將之降解，再加之有部分水溶性膳食纖維流失，這些因素都造成膳食纖維得率減少。故確定植物蛋白酶的用量為6%，正交試驗選為5%，6%，7%。

2.2 植物蛋白酶酶解時間對可溶性膳食纖維提取率的影響

按照1.3加入6%植物蛋白酶液，50℃下依次酶解2，3，4，5，6 h滅酶，結果見圖2。

圖2 酶解時間對可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.2 Effects of enzymolysis time on extraction rate of SDF

由圖2可知，植物蛋白酶酶解時間在2～3 h時，可溶性膳食纖維得率不顯著緩慢增長（p＞0.05），在3～4 h時，得率極其顯著快速增長（p＜0.01），并在4 h時得率達到最高為9.18%；在4 h之后得率不顯著下降（p＞0.05）。這可能是因為時間延長可使酶與蛋白質分子充分作用，從而形成更多的共價交聯，使膳食纖維得率增加，4 h時蛋白酶充分降解完全，再隨著時間的延長，由于酶的專一性及高效性，膳食纖維的純度將有所降低，故酶解時間確定為4 h。因6 h時膳食纖維得率比3 h時高，故正交試驗選為4，5，6 h。

2.3 植物蛋白酶酶解溫度對可溶性膳食纖維提取率的影響

按照1.3加入6%植物蛋白酶液，在溫度為40，45，50，55，60℃酶解4 h滅酶，結果見圖3。

圖3 酶解溫度對可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.3 Effects of enzymolysis temperature on extraction rate of SDF

由圖3可知，在40～55℃，隨著溫度升高，植物蛋白酶的活性顯著增加（p＜0.05），使生姜中可溶性膳食纖維的提取率顯著提高（p＜0.05），當溫度為55℃時，提取率最高為8.98%。超過最適溫度后，可能是因為高溫使得植物蛋白酶的活性部位三維結構的完整性和穩定性逐漸被破壞，從而使酶活力喪失，導致水解能力降低，可溶性膳食纖維的提取率極其顯著降低（p＜0.01）。故植物蛋白酶的酶解溫度確定為55℃。因60℃的得率比45℃時低，故正交試驗選為45，50，55℃。

2.4 植物蛋白酶工藝參數的優化

采用正交試驗優化植物蛋白酶水解條件，采用L9（34）正交試驗（見表1），以可溶性膳食纖維提取率為評價指標，研究植物蛋白酶用量、酶解時間、酶解溫度各因素對提取率的影響，從而確定酶法提取生姜中可溶性膳食纖維的最佳工藝參數。正交試驗結果見表2。

表1 植物蛋白酶水解正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of hydrolysis orthogonal test for plant protease

表2 正交試驗結果表Table 2 Results of orthogonal test

由表2可知，植物蛋白酶用量、酶解時間、酶解溫度對生姜可溶性膳食纖維的提取率均有不同程度的影響。由極差分析得出：RA＞RC＞RB，即各因素對可溶性膳食纖維的提取率影響的主次順序為：植物蛋白酶用量＞酶解溫度＞酶解時間，植物蛋白酶用量是其中最顯著的影響因子。酶法提取生姜中可溶性膳食纖維的最佳工藝組合為A2C3B2，即植物蛋白酶用量6%，酶解溫度55℃，酶解時間5 h，此時可溶性膳食纖維的提取率為13.24%。

3 結論

在固定糖化酶加酶量1.0%、糖化酶酶解溫度60℃、酶解1 h的條件下，優化出植物蛋白酶提取生姜中可溶性膳食纖維的工藝條件為植物蛋白酶用量6%，酶解溫度55℃，酶解時間5 h，此時可溶性膳食纖維的提取率為13.24%。3個影響因素的主次順序為：植物蛋白酶用量＞酶解溫度＞酶解時間，植物蛋白酶用量是其中最顯著的影響因子。

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Determination of Plant Protease Conditions in Ginger Soluble Dietary Fiber Enzymatic Extraction Process

SONG Rong-zhen1，WEI Si-qing2，SUN Jing-wen1，ZHANG Xiao-ke1，QIAO Xu-guang1，TANG Xiao-zhen1*
（1.College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai＇an 271018，China；2.Shandong Foreign Trade Vocational College，Tai＇an 271000，China）

Extract the soluble dietary fiber from ginger by plant protease and glucoamylase，fix the extraction conditions of glucoamylase，study on the process conditions of plant protease.On the basis of glucoamylase fixed additive amount of 1%，enzymolysis temperature of 60℃，enzymolysis time of 1 h，the experiment shows that the optimal extraction conditions of plant protease are as follows：enzyme dosage is 6%，enzymolysis temperature is 55℃，enzymolysis time is 5 h，under such conditions，the extraction ratio of soluble dietary fiber from ginger reaches 13.24%.

ginger；soluble dietary fiber；plant protease

TS264.2

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.005

1000-9973（2017）10-0020-03

2017－05－15 *通訊作者

山東省自然科學基金（ZR2014CM035）；山東省2016年度農業重大應用技術創新項目（2130106）；國家科技支撐計劃子課題（2012BAD33B07）；泰安市科技發展項目（20113075）

宋榮珍（1993－），女，碩士，研究方向：功能因子的提純與功能食品開發；唐曉珍（1969－），女，副教授，博士，研究方向：功能因子的提純與功能食品開發。