酶法制備芋頭不溶性膳食纖維的研究

黃 雪，鄧天祥，朱家琪，李 麗，何莉萍

（武昌工學院食品與環境工程學院，湖北武漢 430065）

0 引言

芋頭（Colcasia esculenta（L.）Schott）別名芋魁、俗稱芋艿，屬天南星科植物。我國芋頭種植資源豐富、品種多樣，廣泛種植于福建、廣東、廣西、湖南、湖北、山東等地。芋頭加工成飲料后，其副產物的渣中含有一定量的不溶性膳食纖維，如何將這部分不溶性膳食纖維收集起來用于其他食品的生產，是課題研究的主要內容。膳食纖維是一種不被人體消化酶所消化的碳水化合物，被稱為第七大營養素。膳食纖維具有防治結腸癌、冠心病、便秘、糖尿病、預防肥胖、降血壓等功能，在抗腫瘤方面也有較好的效果[1]。目前，提取膳食纖維的方法主要有酸法、堿法、酶法、膜分離法等，其中酶法制備的過程，條件較溫和，生產出來的膳食纖維色澤好，因此大部分食品用膳食纖維都采用酶法制備[2-3]。試驗以芋頭制得飲料后的副產物為原料，分別加入淀粉酶和蛋白酶水解，研究酶處理的相關參數，對生產工藝進行優化，以期能夠最大限度地提取芋頭膳食纖維，提高芋頭的資源利用率和經濟附加值，為農產品的深加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芋頭，購于武漢白沙洲大市場；中溫淀粉酶（酶活3 000 U/mL），夏盛實業集團有限公司提供；堿性蛋白酶（酶活200 000 U/g），南寧龐博生物工程有限公司提供。

HH-S2型電熱恒溫水浴鍋，力辰科技有限公司產品；分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產品；DS-1型高速組織搗碎機，上海標本模型廠產品；GZX-907MBE型電熱恒溫烘箱，上海博訊實業有限公司產品；SHZ-D（III）循環水真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 芋頭膳食纖維制備工藝流程[4]

1.2.2 中溫淀粉酶水解芋頭淀粉工藝優化[5]

（1）酶法水解芋頭淀粉單因素試驗設計。取新鮮無霉爛的芋頭進行清洗、去皮、切塊，稱取20 g；以不同料液比，用高速組織搗碎機先以低速搗碎10 s，再以高速搗碎15 s；用400目濾布過濾，取濾渣后加水調pH值，置于不同的酶解溫度；加入淀粉酶水解1 h，過濾，調pH值至9.0后，加入0.01 g堿性淀粉酶水解、抽濾；加水，水洗至中性，再次抽濾后烘干。

芋頭不溶性膳食纖維單因素與水平設計見表1。

表1 芋頭不溶性膳食纖維單因素與水平設計

（2）正交試驗設計優化芋頭不溶性膳食纖維提取工藝[7]。根據單因素試驗，運用正交試驗設計，選擇酶用量、料液比、酶解溫度、pH值4個因素，采用四因素三水平試驗設計，進行優化芋頭不溶性膳食纖維的提取工藝。

芋頭不溶性膳食纖維正交試驗設計見表2。

表2 芋頭不溶性膳食纖維正交試驗設計

1.2.3 芋頭不溶性膳食纖維得率的計算

準確稱取芋頭的質量，記為m1，經淀粉酶及堿性蛋白酶水解后，抽濾、水洗至中性，再次抽濾后，將濾渣置于60℃烘箱中干燥至恒質量，得到芋頭不溶性膳食纖維提取物，準確稱量其質量，記為m2。芋頭不溶性膳食纖維按照式（1）進行計算。

1.2.4 芋頭不溶性膳食纖維含量的測定

膳食纖維含量參照AOAC酶-質量法進行測定。

2 結果與分析

2.1 淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖1。

圖1 淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

芋頭中含有大量淀粉，在制備不溶性膳食纖維的過程中，去除淀粉是最關鍵的步驟。采用α-淀粉酶將淀粉水解為小分子的糖類，使其溶于水中，利用抽濾將其去除。由圖1可知，曲線走勢陡峭，說明淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響較大，這主要是因為芋頭中淀粉含量較多所導致。隨著酶用量的增加，不溶性膳食纖維提取率增大，但在酶用量為0.2 g時，增大的趨勢放緩，再提高淀粉酶的用量，不溶性膳食纖維提取率提高不大，因此，綜合考慮，確定淀粉酶用量為0.2 g。

2.2 料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖2可知，曲線走勢平穩，說明料液比對芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響相對較小。當料液比較低時，芋頭不溶性膳食纖維的提取率較低，是因為水相體系中，固相過高不利于淀粉水解，當料液比較高時，芋頭不溶性膳食纖維的提取率也有所下降，這可能是因為水增加后，收集不溶性膳食纖維有一定困難，部分不溶性膳食纖維在抽濾的過程中有損失。

2.3 酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖3。

由圖3可知，酶解溫度升高，分子運動加劇，酶促反應速度加快，當酶解溫度到達60℃時，芋頭不溶性膳食纖維提取率達到最高，即該淀粉酶的最適酶解溫度為60℃。當酶解溫度大于60℃后，芋頭不溶性膳食纖維提取率下降，這是因為淀粉酶為蛋白質，在高溫下容易發生變性。酶解溫度大于60℃后，中溫淀粉酶發生輕微變性，導致水解能力下降，淀粉水解不夠徹底，烘干的產品中，淀粉含量過高，膳食纖維含量過低。

圖3 酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

2.4 pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖4。

圖4 pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

當pH值升高時，芋頭不溶性膳食纖維提取率顯著提高，這是因為在pH值6.5時，達到淀粉酶的最適pH值。當pH值升高后，淀粉酶的酶活明顯下降，在下降到一定幅度時，趨于平緩。

2.5 正交試驗設計優化芋頭不溶性膳食纖維提取工藝

芋頭不溶性膳食纖維提取工藝L9（34）正交試驗設計結果見表3。

由表3可知，各因素在試驗中的主次順序為酶解溫度＞料液比＞pH值＞淀粉酶用量，即酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響最大，酶量對其影響最小。提取工藝的最優組合為A2B2C2D1，即芋頭不溶性膳食纖維提取的最佳工藝為酶解溫度60℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶用量0.18 g。根據最優工藝條件對芋頭中不膳食纖維進行提取，經3次驗證，所得不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。

表3 芋頭不溶性膳食纖維提取工藝正交L9（34）試驗設計結果

3 結論

采用酶法提取芋頭不溶性膳食纖維，對酶解溫度、料液比、pH值、加酶量進行單因素試驗及正交試驗分析，得到最佳工藝為酶解溫度60℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶量0.18 g。經驗證試驗，得到芋頭不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。經60℃烘干的芋頭不溶性膳食纖維，其顏色為淡黃色，可以直接用作食品配料。

[1]高曉麗，王瑞，閆艷華，等.堿法提取黍米粉膳食纖維的研究 [J].安徽農學通報，2017，23（21）：105-107.

[2]劉寧，戴瑞，劉濤，等.膳食纖維脫色技術的研究進展 [J].農產品加工，2016（12）：65-68，71.

[3]胡楊，周夢舟.膳食纖維在食品中應用的研究進展 [J].糧油食品科技，2017，4（25）：52-55.

[4]曹晟，黃雪，鄧天祥，等.芋頭清汁飲料生產工藝的研究 [J].食品研究與開發，2017，38（19）：92-97.

[5]千春錄，王兢業，戴露婷，等.水芹膳食纖維提取工藝優化及其特性 [J].食品工業科技，2017，38（21）：119-124.

[6]吳俊男，馬森，王曉曦，等.小麥麩皮膳食纖維的超聲波-酶法改性研究 [J].糧食與油脂，2017，30（6）：22-26.

[7]丁莎莎，黃立新，張彩虹，等.油橄欖果渣膳食纖維堿法提取工藝優化及其理化性質研究 [J].林產化學與工業，2017，37（1）：116-122.◇