羧甲基化大豆水酶法膳食纖維的制備及其性能研究

江連洲 張巧智 關(guān)嘉琦 鞏 涵 李 楊 隋曉楠

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，哈爾濱 150030)

羧甲基化大豆水酶法膳食纖維的制備及其性能研究

江連洲 張巧智 關(guān)嘉琦 鞏 涵 李 楊 隋曉楠

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，哈爾濱 150030)

大豆水酶法殘渣可作為膳食纖維的來源。以大豆水酶法殘渣為原料，對其中的膳食纖維進行羧甲基化修飾，在單因素試驗的基礎(chǔ)上，通過Box-Behnken響應面試驗設(shè)計建立了堿化溫度、氯乙酸添加量、醚化時間和醚化溫度對羧甲基取代度的模型。研究結(jié)果表明，各參數(shù)對羧甲基取代度的影響程度依次為醚化時間、氯乙酸添加量、堿化溫度、醚化溫度。通過對試驗結(jié)果的二次回歸分析得到的最佳制備工藝為堿化溫度25℃、氯乙酸添加量為膳食纖維質(zhì)量的1.05倍、醚化溫度70℃、醚化時間3.8 h，在此最優(yōu)條件下制備的水酶法膳食纖維羧甲基取代度為0.430 5，其持水率、持油率和膨脹率分別較修飾前提升了89.61%、20.63%和114.32%。紅外光譜結(jié)果表明，制備的大豆水酶法膳食纖維發(fā)生了羧甲基取代反應。

大豆； 膳食纖維； 水酶法； 羧甲基化修飾； 響應面分析

引言

膳食纖維是指不被人體胃腸道消化酶分解、吸收，而在大腸中會部分或全部發(fā)酵的一類碳水化合物的總稱，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、果膠、多糖等，膳食纖維不僅可以取自天然食物，還可以經(jīng)物理、化學和生物法處理原料后獲得[1-2]。攝入膳食纖維對人體具有重要的生理保健功能，如降低膽固醇、降低餐后血糖、預防肥胖癥、預防結(jié)腸癌等，因此又被稱作“第七大營養(yǎng)素”[3-5]。根據(jù)溶解性，膳食纖維分為可溶性膳食纖維(Soluble dietary fiber, SDF)和不溶性膳食纖維(Insoluble dietary fiber, IDF)。理想的膳食纖維組成中，SDF應在10%以上，其結(jié)構(gòu)中豐富的親水基團可形成網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)，使膳食纖維具備持水、持油、吸附溶脹等特性，在人體內(nèi)發(fā)揮上述生理功能[6-8]。但天然來源的膳食纖維中多為不溶性膳食纖維，水溶性差、口感粗糙、加工特性低下，因此，通過物理、化學和生物方法對不溶性膳食纖維進行修飾改造，提升其理化性質(zhì)和生理特性，一直是國內(nèi)外學者研究的熱點[9]。羧甲基化修飾是一種重要的化學修飾方法，羧甲基是一種強親水基團，通過取代反應添加到膳食纖維結(jié)構(gòu)中，可增強其對水分的親和作用，提升口感、加工和功能特性，使其在一定程度上具有與可溶性膳食纖維類似的功能作用[10]。荊曉飛[11]以玉米皮不溶性膳食纖維為原料，采用羧甲基化修飾的膳食纖維替代海綿蛋糕中的部分脂肪，降低烘焙損失；黃紀念等[12]以不溶性麥麩膳食纖維為原料，通過羧甲基化反應制備高持水力麥麩膳食纖維，持水力提升105.79%；趙國華等[13]以豆渣為原料，采用羧甲基化改性制備豆渣膳食纖維，經(jīng)動物試驗證明較原豆渣具有更強的降血糖作用。

水酶法是一種新型綠色提油技術(shù)，通過溫和酶解手段提取油脂，具有廣闊的應用前景[14-15]。水酶法殘渣是水酶法提油工藝的主要副產(chǎn)物，提取1 L大豆油將產(chǎn)生約4.4 kg殘渣[16-17]。因此，對水酶法殘渣的合理利用將關(guān)系到水酶法工藝的經(jīng)濟可行性。研究表明殘渣的主要成分為不溶性纖維、蛋白質(zhì)及少量礦物質(zhì)，可作為膳食纖維的豐富來源[18-19]，但由于其中主要為不溶性膳食纖維，直接添加到食品中口感和功能特性不佳，因此，本文以大豆水酶法殘渣為原料提取其中的膳食纖維，并通過羧甲基取代反應改善不溶性膳食纖維的親水特性，在探討影響羧甲基取代度主要因素的基礎(chǔ)上，通過響應面法試驗設(shè)計確定最佳取代條件，并進一步對修飾后膳食纖維的持水率、持油率、膨脹率等功能特性進行測定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

全脂大豆片(東農(nóng)42號，含水率10.54%，粗脂肪質(zhì)量分數(shù)19.73%，粗蛋白質(zhì)量分數(shù)38.48%，灰分質(zhì)量分數(shù)4.21%)，聊城藍山集團；Alcalase 2.4L堿性內(nèi)切蛋白酶 (AU)，杰能科(中國)生物工程有限公司；α-淀粉酶、葡萄糖苷酶，北京索萊寶科技有限公司；甲醇、乙醇、異丙醇、氯乙酸、氫氧化鈉、鹽酸等均為分析純。

T20型雙螺桿擠壓機，法國Clextral公司；電子分析天平，上海精密科學儀器有限公司；PHS-25型數(shù)顯臺式酸度計，上海雷磁儀器廠；HH-4型恒溫水浴鍋，上海邦西儀器科技有限公司；JJ-1型精密電動攪拌器，金壇市順華儀器有限公司；FD5型冷凍干燥機，美國西盟國際集團；SHZ-B型恒溫水浴振蕩器，上海博訊實業(yè)有限公司；3-18K型高速冷凍離心機，Sigma公司；K-436型快速消解儀、K-370型自動凱氏定氮儀，瑞士步琦有限公司；高速剪切乳化機，上海昂尼儀器儀表有限公司；IRTracer-100型傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津公司。

1.2 試驗方法

1.2.1基本化學成分測定

含水率測定，依據(jù)GB/T 5497—1985 《糧食、 油料檢驗 水分測定法》；粗脂肪含量測定，依據(jù)GB/T 14772—2008 《食品中粗脂肪的測定》；粗蛋白含量測定，依據(jù)GB 5009.5—2010 《食品中蛋白質(zhì)的測定》；灰分含量測定，依據(jù)GB/T 5009.4—2010 《食品中灰分的測定》。總膳食纖維含量(Total dietary fiber, TDF)、可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維含量，依據(jù)GB/T 22224—2008 《食品中膳食纖維的測定》。

1.2.2水酶法大豆殘渣中膳食纖維制備

殘渣作為大豆水酶法提油工藝的副產(chǎn)物，本文所采用的酶解條件為LI等[15,20-21]優(yōu)化的最佳提取工藝，其主要流程如下：

全脂大豆片→粉碎→調(diào)節(jié)含水率為14.5%→擠壓膨化(60℃，300 r/min)→粉碎過60目篩→調(diào)節(jié)液料比為6 mL/g→調(diào)節(jié)溫度為50℃，pH值為8.5→酶解3 h(加酶量1.85 mL/(100 g))→酶滅活(100℃，10 min)→離心分離(8 000g，20 min)→收集殘渣→液料比為10 mL/g，水洗3次至中性→抽濾，60℃干燥→水酶法膳食纖維。

1.2.3羧甲基化水酶法膳食纖維制備

參照劉穎等[10]羧甲基化修飾的方法，將上述水酶法膳食纖維按液料比10 mL/g加入反應介質(zhì)中，取與膳食纖維等質(zhì)量的NaOH，配制為一定質(zhì)量濃度溶液后加入，于設(shè)定溫度下堿化一定時間。稱取一定量的氯乙酸，溶于上述介質(zhì)后加入反應液中，于設(shè)定溫度下醚化一定時間。醚化反應結(jié)束后，用乙酸中和溶液pH值至7，真空濃縮后加入4倍體積無水乙醇沉淀，抽濾后于60℃干燥，粉碎后即得羧甲基化膳食纖維。

1.2.4羧甲基取代度測定

參照黃紀念等[12]、趙國華等[13]的方法，稱取0.3 g水酶法膳食纖維，向其中加入 40 mL HCl 溶液(2 mol/L)，攪拌3.5 h后過濾，用80%甲醇溶液洗滌樣品直至濾液用AgNO3檢查無Cl-離子，此時樣品轉(zhuǎn)化為酸式，再將樣品溶解于50 mL NaOH溶液(0.5 mol/L)中，加熱使溶液呈透明，立即用0.1 mol/L HCl標準溶液滴定剩余NaOH，以酚酞為指示劑，以紅色剛褪去為滴定終點，計算公式為

(1)

其中

X=CNaOHVNaOH-CHClVHCl

(2)

式中DS——樣品羧甲基取代度

CNaOH——NaOH溶液濃度，取0.5 mol/L

VNaOH——NaOH溶液體積，取50 mL

CHCl——HCl溶液濃度，取0.1 mol/L

VHCl——消耗HCl溶液體積，mL

1.2.5試驗設(shè)計

1.2.5.1單因素試驗

(1)反應溶劑

分別以水、甲醇、乙醇和異丙醇為溶劑，按1.2.3節(jié)中所述將大豆水酶法膳食纖維加入上述各介質(zhì)中，加入15%NaOH溶液，于25℃堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸于70℃醚化4 h，以羧甲基取代度為指標確定最佳反應溶劑。

(2)堿化溫度

向水酶法膳食纖維溶液中加入15% NaOH溶液，分別于20、25、30、35、40℃堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸，于70℃醚化4 h，測定所得樣品的羧甲基取代度。

(3)氯乙酸添加量

向水酶法膳食纖維溶液中加入15% NaOH溶液，于25℃堿化1 h，分別稱取與膳食纖維質(zhì)量比為0.5、0.75、1.0、1.25、1.5的氯乙酸加入，于70℃醚化4 h，測定所得樣品的羧甲基取代度。

(4)醚化溫度

向水酶法膳食纖維溶液中加入15% NaOH溶液，于25℃堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸，分別于55、60、65、70、75℃醚化4 h，測定所得樣品的羧甲基取代度。

(5)醚化時間

向水酶法膳食纖維溶液中加入15% NaOH溶液，于25℃堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸，于70℃分別醚化3、3.5、4、4.5、5 h，測定所得樣品的羧甲基取代度。

1.2.5.2響應面試驗

在上述單因素試驗基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計原理，以堿化溫度、氯乙酸添加量(與膳食纖維質(zhì)量比)、醚化時間、醚化溫度為自變量，以水酶法膳食纖維的羧甲基取代度為響應值，試驗因素編碼見表1。

表1 Box-Behnken試驗因素編碼Tab.1 Codes of variables in Box-Behnken experiment

1.2.6水酶法膳食纖維物理化學性能測定

1.2.6.1持水率和持油率

(3)

式中WHC——持水率，g/g

M0——膳食纖維干質(zhì)量，g

M1——膳食纖維濕質(zhì)量，g

持油率的測定與持水率相同，但用葵花籽油替代蒸餾水與膳食纖維混合，離心后棄掉上層游離油，用濾紙輕輕吸干沉淀殘渣表面的葵花籽油，持油率計算公式為

(4)

式中OHC——持油率，g/g

1.2.6.2膨脹率

膨脹率的測定參照FEMENIA等[23]的方法，稱取0.3 g膳食纖維，置于10 mL量筒中，準確記錄此時量筒中膳食纖維的體積，向其中加入5 mL蒸餾水，振蕩均勻后于室溫放置24 h，再次讀取水中膳食纖維的體積，膨脹率計算公式為

(5)

式中E——膨脹率，mL/g

V0——膨脹前體積，mL

V1——膨脹后體積，mL

MD——膨脹前干質(zhì)量，g

1.2.7水酶法膳食纖維紅外光譜測定

參照荊曉飛[11]的方法，將2 mg膳食纖維樣品與200 mg 干燥的KBr混合后在瑪瑙研缽中研磨均勻，使其粒度在2.5 μm以下，放入壓片機模具中壓成樣品薄片，在500～4 000 cm-1范圍內(nèi)以4 cm-1的分辨率掃描32次，采集樣品圖譜數(shù)據(jù)，并在相同測試條件下采集背景。

1.2.8數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)均表示為“平均值±標準差”，試驗重復3次。采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析(p<0.05)。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆水酶法殘渣的主要化學組成

大豆水酶法殘渣的主要化學組成中含有69.05%碳水化合物、20.54%蛋白質(zhì)、6.43%油脂及3.98%灰分。該化學組成與常用來提取大豆膳食纖維的豆制品加工副產(chǎn)物——豆渣組成相類似，如王波等[24]曾報道豆渣中主要含有約74%碳水化合物、22%蛋白質(zhì)、0.43%油脂及3%灰分。水酶法殘渣中總膳食纖維質(zhì)量分數(shù)為68.22%，可作為膳食纖維的豐富來源，且其中還含有豐富的蛋白質(zhì)，加入食品中可同時提供膳食纖維的保健功能并增加蛋白質(zhì)含量。殘渣中膳食纖維主要為IDF，質(zhì)量分數(shù)為66.69%，占總膳食纖維的97.76%，而SDF質(zhì)量分數(shù)僅為1.53%。當不溶性膳食纖維含量較多時，雖可起到促進腸道蠕動、增加排泄量等作用[25]，但食品口感粗糙，水溶性、持水率等加工特性不佳，限制了其保健功能的發(fā)揮，因此有必要對所提取的水酶法膳食纖維進行修飾改性處理，使其在一定程度上具備水溶性膳食纖維的功能和特性。

2.2 反應溶劑對膳食纖維羧甲基取代度的影響

羧甲基取代反應是在堿性條件下，通過取代膳食纖維多糖結(jié)構(gòu)中的部分羥基，起到提升持水率、增強功能特性的作用，而羧甲基取代度可在一定程度上說明取代羥基數(shù)量的多少[12]。由圖1所示，溶劑的選擇對羧甲基取代度有顯著影響，在相同反應條件下，采用乙醇作為反應溶劑得到的羧甲基取代度最高，為0.403 5，采用異丙醇的羧甲基取代度次之，為0.328 8，且當以甲醇或異丙醇作為反應介質(zhì)時，堿化階段纖維易結(jié)塊，產(chǎn)物顏色偏深，不利于后續(xù)醚化反應，此現(xiàn)象與王伊沂等[26]的發(fā)現(xiàn)一致。以水為溶劑的改性效果最差，其產(chǎn)物的羧甲基取代度僅為0.190 6，該現(xiàn)象說明水作為載體對試驗條件要求較苛刻，反應體系中副反應增多并嚴重抑制羧甲基化反應，造成醚化劑的效用大幅降低，增加了產(chǎn)物后處理的難度，因此，本試驗選擇乙醇作為反應溶劑，并進一步優(yōu)化羧甲基取代反應的試驗條件。

圖1 反應溶劑對水酶法膳食纖維羧甲基取代度的影響Fig.1 Influence of solvent on DS of EAEP dietary fiber

2.3 單因素試驗分析結(jié)果

2.3.1堿化溫度

以15%NaOH溶液分別于20、25、30、35、40℃溫度下堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸于70℃醚化4 h，測定堿化溫度對膳食纖維羧甲基取代度的影響，如圖2所示。

圖2 堿化溫度對水酶法膳食纖維羧甲基取代度的影響Fig.2 Influence of alkalization temperatures on DS of EAEP dietary fiber

堿化反應中，NaOH作為反應中釋放酸類物質(zhì)的中和劑，具有促進膳食纖維溶脹，增進醚化反應活力的作用[13]。NaOH與膳食纖維結(jié)構(gòu)單元上的羥基反應，形成多糖鈉鹽，作為下一步醚化反應的活性中心。隨堿化溫度的升高，羧甲基取代度呈先升高后逐漸下降的趨勢，在20～30℃范圍內(nèi)，溫度的升高有利于羧甲基與膳食纖維的活性中心反應，反應速率不斷增大，為后續(xù)醚化階段提供更多活性末端，當溫度為25℃時，羧甲基取代度達到最大，為0.417 3。繼續(xù)升高溫度，將不利于膳食纖維結(jié)構(gòu)中羥基基團的外露，并逐步縮小反應空間，對取代反應有不利影響，劉穎等[10]的研究同樣發(fā)現(xiàn)堿化溫度為25℃時羧甲基取代度較為理想，且25℃接近室溫，對反應設(shè)備及耗能要求較低，因此在優(yōu)化堿化溫度時選擇25℃為中心點。

2.3.2氯乙酸添加量

以15%NaOH溶液分別于25℃下堿化1 h，分別加入與膳食纖維質(zhì)量比為0.50、0.75、1.00、1.25、1.50的氯乙酸于70℃醚化4 h，測定氯乙酸添加量對膳食纖維羧甲基取代度的影響，如圖3所示。

圖3 氯乙酸添加量對水酶法膳食纖維羧甲基取代度的影響Fig.3 Influence of chloroacetic acid dosage on DS of EAEP dietary fiber

如圖3可知，隨氯乙酸添加量的增加，羧甲基取代度呈先增加后逐漸減小的趨勢。當堿化反應中用堿量一定時，生成的多糖鈉鹽活性中心一定，此時增加氯乙酸添加量，其與活性中心碰撞的頻率也隨之增加，產(chǎn)物羧甲基取代度逐漸上升[13]。但當氯乙酸添加量過高時，多余的氯乙酸會與NaOH反應，改變體系堿性環(huán)境，主反應醚化反應速率降低，副反應增加，致使取代度降低。由圖3可知，當氯乙酸添加量為1.0時，產(chǎn)物羧甲基取代度最高，為0.412 6，此條件可確保反應體系中效率最高，因此在優(yōu)化氯乙酸添加量時選擇與膳食纖維質(zhì)量比為1.0作為中心點。

2.3.3醚化溫度

以15%NaOH溶液于25℃下堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸分別于55、60、65、70、75℃醚化4 h，測定醚化溫度對膳食纖維羧甲基取代度的影響，如圖4所示。

圖4 醚化溫度對水酶法膳食纖維羧甲基取代度的影響Fig.4 Influence of etherification temperature on DS of EAEP dietary fiber

如圖4所示，隨醚化溫度的升高，產(chǎn)物羧甲基取代度呈先上升后逐漸下降的趨勢。醚化溫度在55～70℃范圍內(nèi)時，羧甲基取代度從0.315 7上升至0.406 1。醚化溫度的升高增加了醚化劑氯乙酸與多糖鈉鹽相互碰撞的頻率，有利于反應基團與活性位點間的相互作用，從而促進羧甲基取代產(chǎn)物的生成[24]。而當醚化溫度高于70℃時，繼續(xù)升高溫度，將導致膳食纖維在強堿條件下發(fā)生降解，已經(jīng)取代的基團牢固程度下降，且纖維易發(fā)生焦化反應，產(chǎn)物顏色變深并結(jié)塊。當醚化溫度為70℃時，羧甲基取代度最高，為0.406 1，該溫度既可保證主反應效率，又可有效控制副反應速率，使醚化劑利用充分，因此在優(yōu)化醚化溫度時選擇70℃為中心點。

2.3.4醚化時間

以15%NaOH溶液于25℃下堿化1 h，加入與膳食纖維等量的氯乙酸于70℃分別醚化3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 h，測定醚化時間對膳食纖維羧甲基取代度的影響，如圖5所示。

圖5 醚化時間對水酶法膳食纖維羧甲基取代度的影響Fig.5 Influence of etherification time on DS of EAEP dietary fiber

由圖5可知，當醚化時間在3～4 h時，羧甲基取代度隨醚化時間的增加而逐漸上升，延長醚化時間將使取代反應進行得更充分，當醚化時間在4～5 h時，反應已達平衡，繼續(xù)延長反應時間，由于體系長期處于強堿環(huán)境中易導致纖維發(fā)生降解，可能致使連接上的羧甲基被再次裂解下來，從而使羧甲基取代度逐漸降低。當醚化時間為4 h時，羧甲基取代度最大，為0.409 5，因此在優(yōu)化醚化時間時選擇4 h為中心點。

2.4 響應面試驗結(jié)果與分析

2.4.1模型建立與方差分析

在上述單因素試驗基礎(chǔ)上，以膳食纖維羧甲基取代度為響應值，選擇堿化溫度、氯乙酸添加量、醚化溫度和醚化時間4個因素，采用Box-Behnken試驗設(shè)計進行響應面分析。試驗設(shè)計及結(jié)果見表2，表中X1、X2、X3、X4分別為堿化溫度、氯乙酸添加量、醚化溫度和醚化時間的編碼值。

通過Design-Expert 8.0.6軟件，對表2中數(shù)據(jù)進行多元線性回歸擬合，得到膳食纖維羧甲基取代度(DS)對堿化溫度X1、氯乙酸添加量X2、醚化溫度X3、醚化時間X4的二次多項回歸方程模型為

表2 Box-Behnken試驗設(shè)計與結(jié)果Tab.2 Experimental design and results of Box-Behnken design

表3 響應面結(jié)果方差分析Tab.3 ANOVA of response surface results

2.4.2響應面分析與優(yōu)化

在回歸方程基礎(chǔ)上，考察各因素及其交互作用對羧甲基取代度的影響，所得響應曲面及等高線圖如圖6所示。在響應曲面中，曲面越陡峭則該因素對響應值影響較大，反之較??；而等高線圖可反映因素間交互作用的程度，橢圓形表示交互作用顯著，圓形表示交互作用不顯著[12]。結(jié)合圖6及回歸方程可知，堿化溫度與氯乙酸添加量、堿化溫度與醚化溫度對羧甲基取代度影響極顯著(P<0.01)，氯乙酸添加量與醚化溫度、氯乙酸添加量與醚化時間對羧甲基取代度影響顯著(P<0.05)。在所考察因素范圍內(nèi)，響應值均隨各因素先升高后降低，各曲面呈下開口凹面，中心位于所考察區(qū)域內(nèi)，說明回歸方程有極大值。

圖6 羧甲基化工藝參數(shù)對羧甲基取代度影響的響應曲面Fig.6 Response surfaces exhibiting effects of parameters on DS of EAEP dietary fiber

通過Design-Expert軟件分析，得到羧甲基化制備大豆水酶法膳食纖維的最佳工藝參數(shù)為：堿化溫度25℃、氯乙酸添加量為膳食纖維質(zhì)量的1.04倍、醚化溫度 70.20℃、醚化時間3.80 h，此條件下由回歸方程推算出羧甲基取代度的預測值為0.432 0?？紤]到實際可操作性，將上述參數(shù)調(diào)整為：堿化溫度25℃、氯乙酸添加量為膳食纖維質(zhì)量的1.05倍、醚化溫度70℃、醚化時間3.8 h，在此最優(yōu)條件下進行3次平行驗證試驗，得到的羧甲基取代度平均值為0.430 5，與預測值較為接近，說明響應面優(yōu)化的結(jié)果準確可靠，具有一定的實際參考價值。

2.5 水酶法膳食纖維的物化特性

在上述最優(yōu)條件下制備羧甲基化水酶法膳食纖維，測定修飾反應前后膳食纖維的物化特性，結(jié)果如表4所示。

表4 水酶法膳食纖維的物化特性Tab.4 Physiochemical properties of EAEP dietary fiber

注：同列不同字母表示差異顯著。

制得的羧甲基化膳食纖維呈乳白色，無豆腥味，質(zhì)地細膩。由表4可知，經(jīng)羧甲基化處理后膳食纖維的各項物化指標均有不同程度的改善，其持水率、持油率和膨脹率分別提升至8.21 g/g、3.80 g/g和9.88 mL/g，較原膳食纖維分別提升了89.61%、20.63%和114.32%。修飾反應后膳食纖維良好的物化特性，有助于其功能特性的發(fā)揮，可將其應用于肉制品、焙烤食品、冷凍食品、飲料等中制備高功能性的產(chǎn)品。

2.6 水酶法膳食纖維的紅外光譜結(jié)果

利用紅外光譜對羧甲基修飾反應前后水酶法膳食纖維進行了表征，如圖7所示。

圖7 水酶法膳食纖維的紅外光譜圖Fig.7 Infrared spectrum of EAEP dietary fiber

3 結(jié)束語

采用羧甲基化對大豆水酶法膳食纖維進行修飾改性，在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過Box-Behnken響應面法試驗設(shè)計建立了堿化溫度、氯乙酸添加量、醚化溫度和醚化時間對羧甲基取代度影響的模型。試驗結(jié)果表明，各因素對羧甲基取代度影響大小依次為醚化時間、氯乙酸添加量、堿化溫度、醚化溫度。經(jīng)優(yōu)化得到的最佳工藝參數(shù)為：堿化溫度25℃、氯乙酸添加量為膳食纖維質(zhì)量的1.05倍、醚化溫度70℃、醚化時間3.8 h，在上述最優(yōu)條件下羧甲基取代度為0.430 5。修飾反應后水酶法膳食纖維持水率、持油率和膨脹率分別較反應前提升了89.61%、20.63%和114.32%。紅外光譜譜圖顯示經(jīng)修飾反應后水酶法膳食纖維結(jié)構(gòu)中發(fā)生了羧甲基取代。

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PreparationofDietaryFiberfromEnzyme-assistedAqueousExtractionofSoybeansthroughCarboxymethylationandItsFunctionalProperties

JIANG Lianzhou ZHANG Qiaozhi GUAN Jiaqi GONG Han LI Yang SUI Xiaonan

(CollegeofFoodScience,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

Enzyme-assisted aqueous extraction (EAEP) is an environmental-friendly method which is an alternative to conventional hexane oil extraction.During EAEP of soybeans, an additional by-product, residue fraction was produced.About 4.4 kg residue would be produced for every liter soybean oil extracted.The residue fraction of EAEP of soybeans contains substantial amount of fibers, which can be considered as a rich resource of dietary fiber.A soybean dietary fiber was prepared from EAEP residues and further modified through carboxymethyl substitution.According to the results of single factor experiments, Box-Behnken response surface methodology was conducted to investigate the correlation between operating parameters and degree of substitution (DS).The results indicated that the effects of four parameters on DS followed an order of etherification time, chloroacetic acid dosage, alkalization temperature, and etherification temperature.For optimizing the four independent variables, square regression analysis was performed.The regression model was fitted with determination coefficientR2of 0.968 4 and optimal parameters were as follows: alkalization temperature was 25℃; dosage of chloroacetic acid was 1.05 times of the mass of raw fiber; etherification temperature was 70℃ and etherification time was 3.8 h.The DS under above conditions was 0.430 5.Compared with the raw sample, the water holding capacity, oil holding capacity and expansion capacity of modified fiber were 8.21 g/g, 3.80 g/g and 9.88 mL/g, which were improved by 89.61%, 20.63% and 114.32%, respectively.The infrared spectrum showed that carboxymethyl substitution was occurred during modification.The modified dietary fiber from EAEP of soybeans exhibited desired functional properties, which can be used in meat, beverage and bakery products.

soybeans; dietary fiber; enzyme-assisted aqueous extraction method; carboxymethylation modification; response surface analysis

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.10.042

TS221

A

1000-1298(2017)10-0330-08

2017-02-20

2017-03-05

國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0401402、2016YFD0400700)、國家自然科學基金重點項目(31430067)、國家自然科學基金面上項目(31571876)和東北農(nóng)業(yè)大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目(201610224178)

江連洲(1960—)，男，教授，博士，主要從事糧食、油脂及植物蛋白工程研究，E-mail:jlzname@163.com

隋曉楠(1987—)，男，副教授，博士，主要從事糧食、油脂及植物蛋白工程研究，E-mail: xiaonan.sui@neau.edu.cn