雙酶水解香蕉皮提取可溶性膳食纖維初步研究

劉美池，陳 華，秦海旭，曹靈菲，張焦敏

（鞍山師范學院化學與生命科學學院，遼寧鞍山 114007）

膳食纖維（DF）是指一種不能被人體消化酶所消化，也不被小腸吸收的，以多糖為主體的高分子物質的總稱，包括多糖、寡糖、木質素和相關的植物物質。按其溶解性可分為水溶性的膳食纖維SDF（Soluble dietary fiber）和水不溶性膳食纖維IDF（Insoluble dietary fiber）兩大類。膳食纖維是一類理想的功能性食品添加劑，能有效預防和降低糖尿病、結腸癌、冠心病、心肌梗塞、直腸癌、便秘等疾病的發生[1-4]。

香蕉是我國的大宗果品之一，加工中產生大量香蕉皮等廢棄物，隨意丟棄會造成環境污染和資源浪費。開發并加以綜合利用香蕉皮，使其變廢為寶具有重要的現實意義。試驗以香蕉皮為原材料，采用雙酶水解香蕉皮提取其中可溶性膳食纖維，通過單因素試驗和正交試驗優化，確定可溶性膳食纖維提取工藝的最佳條件，不僅可提高香蕉的附加值,增加果農收入，為香蕉副產物的開發和利用開辟一條新的途徑。

1 材料和方法

1.1 材料、儀器與試劑

材料：香蕉，購于當地超市。

儀器：PL2002型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產品；DHG-033BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海新苗醫療器械制造有限公司產品；SHB-B95型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司產品；DK-98-Ⅱ型電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司產品；pH計、FZ10微型植物粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司產品。

試劑：α-淀粉酶（3 700 U/g） 250 g、木瓜蛋白酶（90萬U/g），北京奧博星生物技術有限公司提供；乙醇、石油醚、檸檬酸、磷酸二氫鈉，以上試劑均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 水溶性膳食纖維提取工藝流程

香蕉皮→干燥→粉碎→過篩（40目）→石油醚脫脂→干燥→加入pH值6.0的磷酸鹽緩沖液→加入α-淀粉酶水浴酶解→滅酶活→木瓜蛋白酶水浴酶解→離心分離得上清液 →濃縮→乙醇沉淀（4倍體積95%乙醇）→離心→沉淀干燥→可溶性膳食纖維（SDF）。

1.2.2 操作要點

（1）香蕉皮粉末的制備。稱量所用香蕉皮的質量并大致測量香蕉皮的體積。準備10倍體積的冷水浸泡香蕉皮5 min，洗滌。撈出瀝干水分，加石油醚脫脂，靜置24 h。清洗香蕉皮數次，放入鼓風干燥箱中烘干。最后用粉碎機粉碎，得到的粉末過40目篩，裝好備用。

（2）水浴酶解。稱取5 g干燥的香蕉皮粉末，加入pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液30 mL，調節水浴溫度，加入α-淀粉酶酶解60 min；降溫后調節水浴溫度，加入木瓜蛋白酶酶解60 min。酶解期間，注意避免水分蒸發。

（3）真空抽濾。酶解后的料液抽濾，濾渣用10 mL蒸餾水反復沖洗2次。將所得濾液于60℃烘箱中濃縮，除去多余水分，有利于乙醇沉淀。

（4）乙醇沉淀。濃縮后的溶液中加入4倍體積的95%乙醇，室溫靜置60 min后，抽濾得到沉淀。旋轉蒸發沉淀表面多余的乙醇，將所得沉淀于105℃烘箱中干燥3 h，稱質量得SDF，計算SDF得率。

1.2.3 單因素試驗

為了確定工藝條件，分別研究2種酶的酶解溫度、加入量和酶解時間共6個因素對SDF得率的影響，從中優選出影響最大的4個因素及相應的3個水平，進行正交試驗。

（1）α-淀粉酶酶解溫度的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，分別加入α-淀粉酶15.0 mg，木瓜蛋白酶10.0 mg，木瓜蛋白酶酶解溫度保持為55℃。改變α-淀粉酶酶解溫度，依次為80，85，90，95，100℃。2種酶的酶解時間均為60 min。根據SDF提取率來確定α-淀粉酶最佳酶解溫度。

（2）木瓜蛋白酶酶解溫度的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，分別加α-淀粉酶15.0 mg，木瓜蛋白酶10.0 mg，α-淀粉酶酶解溫度保持為90℃。改變木瓜蛋白酶酶解溫度，依次為45，50，55，60，65℃。2種酶的酶解時間均為60 min。根據SDF提取率來確定木瓜蛋白酶最佳酶解溫度。

（3）α-淀粉酶加入量的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。木瓜蛋白酶加入量均為10.0 mg，改變α-淀粉酶用量依次為 10.0，12.5，15.0，17.5，20.0 mg。2 種酶的酶解時間均為60 min。根據SDF提取率來確定α-淀粉酶最佳用量。

（4）木瓜蛋白酶加入量的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。α-淀粉酶加入量均為15.0 mg，改變木瓜蛋白酶用量依次為5.0，7.5，10.0，12.5，15.0 mg。2種酶的酶解時間均為60 min。根據SDF提取率來確定木瓜蛋白酶最佳用量。

（5）α-淀粉酶酶解時間的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。α-淀粉酶、木瓜蛋白酶用量分別為15.0，10.0 mg。使木瓜蛋白酶酶解時間均為60 min，改變α-淀粉酶酶解時間依次為20，40，60，80，100 min。根據SDF提取率來確定α-淀粉酶最佳酶解時間。

（6）木瓜蛋白酶酶解時間的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。α-淀粉酶、木瓜蛋白酶用量分別為15.0，10.0 mg。使α-淀粉酶酶解時間均為60 min，改變木瓜蛋白酶酶解時間依次為20，40，60，80，100 min。根據SDF提取率來確定木瓜蛋白酶最佳酶解時間。

1.2.4 正交試驗

根據單因素試驗結果，找出其中的4個主要影響因素，即α-淀粉酶酶解溫度、木瓜蛋白酶酶解溫度、α-淀粉酶用量、木瓜蛋白酶用量，通過對單因素分析與試驗探討，從中選出合適的水平做正交試驗，再經過數據處理確定可溶性膳食纖維制備的最佳工藝條件。

1.2.5 可溶性膳食纖維提取率的計算

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果與分析

選擇上述單因素試驗中較優因素，每個因素設計3個水平，選取L9（34）正交表，確定最佳提取條件。

正交試驗因素水平及極差分析見表1。

由表1可知，各因素對SDF得率影響的主次順序為A>D>C>B，即α-淀粉酶水解溫度>木瓜蛋白酶用量>α-淀粉酶用量>木瓜蛋白酶水解溫度。由香蕉皮制備SDF的最佳條件為A3B1C3D2，即 α-淀粉酶酶解溫度為95℃，木瓜蛋白酶酶解溫度為45℃，α-淀粉酶用量為17.5 mg，木瓜蛋白酶用量為12.5 mg。

表1 正交試驗因素水平及極差分析

正交試驗方差分析見表2。

表2 正交試驗方差分析

由表2的方差分析結果可知，因素A，D對SDF提取率的影響差異極顯著；因素C對SDF得率的影響在試驗水平范圍內不顯著；各因素對SDF得率影響的主次順序與極差分析的結果一致。

2.2 驗證試驗

以正交試驗得到的最佳組合A3B1C3D2，即α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別為95，45℃，2種酶用量分別為17.5，12.5 mg，做驗證試驗，得提取率為6.33%。

3 結論

香蕉皮中可溶性膳食纖維最佳提取條件為α-淀粉酶解溫度95℃，木瓜蛋白酶酶解溫度45℃，α-淀粉酶用量17.5mg，木瓜蛋白酶用量12.5 mg，酶解時間60 min。在此條件下，做驗證試驗得到可溶性膳食纖維最大提取率為6.33%。

復合酶法從香蕉皮中提取可溶性膳食纖維的方法簡便易行，不需要特殊的設備，投資少、污染少，而且產品得率高，成分較理想。研究極具開發利用價值，香蕉皮的有效利用將為香蕉加工企業解決香蕉皮處理的難題提供新思路，既保護了環境又為企業創造了一定了經濟價值，為膳食纖維來源提供可靠保證。