酶法制備番茄速溶纖維粉的工藝研究

周靖　孫靜濤　劉靈針　魏長慶　劉文玉

摘 要：以番茄皮為原料，對番茄纖維粉的制備工藝進行研究。利用生物酶法及超微粉碎技術制備速溶番茄粉，通過單因素實驗和正交實驗確定了番茄粉提取的最佳工藝。最佳工藝條件為：蛋白酶添加量0.7%，料液比1∶20，酶解溫度70 ℃，pH 7，酶解時間2 h，在此條件下，番茄粉提取率可達74.32%。制得的番茄粉持水力和膨脹性分別為1.307 8 g·g-1和4.467 5 mL·g-1，速溶性較好，色澤呈微紅色，符合國家標準。

關鍵詞：番茄皮;速溶粉;膳食纖維;超微粉碎

Abstract：Taking tomato skin as raw material， the preparation process of tomato fiber powder was studied. The instant tomato powder was prepared by bio-enzymatic method and ultra-fine pulverization technology. The optimum process of tomato powder extraction was determined by single factor experiment and orthogonal experiment. The optimum conditions were as follows： the protease addition amount was 0.7%， the ratio of material to liquid was 1∶20， the enzymatic hydrolysis temperature was 70 ℃， pH 7， and the hydrolysis time was 2 h. Under this condition， the extraction rate of tomato powder reached 74.32%. The tomato powder has a water holding capacity and swelling of 1.3078 g·g-1 and 4.467 5 mL·g-1， respectively. The instant solubility is good and the color is reddish， which is in line with national standards.

Key words：Tomato skin; Instant powder; Dietary fiber; Superfine pulverization

中圖分類號：TS254.5

新疆維吾爾族自治區是中國最大的番茄種植加工基地，全疆每年消耗新鮮番茄約1 000萬t，同時產生番茄皮渣40萬t（干重）[1]。番茄皮約占皮渣總量的40%，含有48.5%的不溶性膳食纖維（IDF）和8.9%的可溶性纖維（SDF），是很好的膳食纖維來源[2]。膳食纖維是平衡膳食結構的必需營養素之一，有潤腸通便、改善血糖血脂水平和腸道菌群等功能[3-4]，以番茄皮為原料制作膳食纖維補充劑，能發揮其生物功能特性，解決了廢料造成的環境問題。

本實驗采取超微粉碎結合酶法來處理番茄皮，通過單因素實驗以及正交優化實驗確定工藝流程，以開發一種速溶番茄粉，來補充現代人們因飲食習慣而過少攝入的膳食纖維[5-7]，并為番茄皮渣的進一步加工利用奠定基礎[8]。番茄速溶粉的開發能夠提升番茄的精深加工水平，延長產業鏈，克服產品單一等缺點，提高企業經濟效益和競爭力，同時彌補了番茄傳統利用方法產生的資源浪費，為保護環境以及進一步工業化生產提供了一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

番茄皮：新疆百禾晶生物技術有限公司提供;食品級CMC、β-環糊精、黃原膠、檸檬酸與果膠酶：新疆恒朝生物技術有限公司;所有有機溶劑均為國產分析純。

超微粉碎機：江蘇宏達粉體裝備有限公司;離心機：美國Kocour公司;熱風烘干機：上海森信實驗儀器有限公司;JA2003數字型電子天平：上海天平儀器廠;DF-101S5L磁力攪拌器：上海邦西儀器有限公司;恒溫水浴鍋：金壇市醫療儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

番茄皮→烘干→粉碎（80目）→蛋白酶酶解→過濾→噴霧干燥→粉碎細化→成品。

番茄纖維粉提取率（%）=提取后番茄粉的質量（g）/原料質量（g）×100%

1.2.2 單因素實驗設計

以番茄皮為原料，番茄粉提取率為評價指標進行單因素實驗。單因素實驗分別考察酶解溫度、料液比、酶添加量、提取時間以及pH對提取率的影響。

1.2.3 正交實驗

在單因素實驗的基礎上，進行正交實驗，優化提取工藝。確定酶解溫度、pH、料液比、酶添加量為主要因素，番茄纖維粉提取率為指標，設計的正交試驗如表1。

1.2.4 產品功能指標及質量指標的測定

（1）膨脹性的測定。稱量1.0 g番茄粉于干燥的50 mL量筒中，記錄初始體積，然后添加蒸餾水至刻度，攪拌均勻后于室溫下靜置過夜，觀察并記錄吸水后體積，計算其膨脹性。膨脹性計算公式如式（1）。

式（1）中：SWC為番茄皮的膨脹性mL·g-1;V1為初始體積mL;V2為吸水膨脹后的體積mL;m1為試樣質量g。

（2）持水性的測定。稱量0.5 g番茄粉置于50 mL

離心管中，向其添加20 mL蒸餾水，室溫下振蕩24 h，3 000 r·min-1離心15 min，除去上清液并用濾紙吸干殘留水分稱量后計算為濕重M，番茄粉的持水性計算公式如式（2）。

式（2）中：WHC為番茄粉的持水性g·g-1;m2為試樣質量g;M為濕重g。

（3）溶解性的測定[9]。稱量5 g粉末，加入45 g、80 ℃的蒸餾水溶解，啟動攪拌器低速攪拌，記錄粉末完全溶解的時間（s）。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗結果分析

2.1.1 溫度對纖維粉提取率的影響

溫度對纖維粉提取率的影響如圖1所示。

由圖1的實驗結果可知，70 ℃以后，提取率開始呈下降趨勢。隨著溫度的升高，高于最適溫度后，酶分子的非共價鍵開始斷裂，使酶逐步變性，反應速度下降。

2.1.2 料液比對纖維粉提取率的影響

料液比對纖維粉提取率的影響如圖2所示。

由圖2的實驗結果可知，當料液比為1∶20時提取率最高，達67.45%，且濾液顏色較淺。當料液比繼續增大時，提取率呈下降趨勢。其原因可能是原料濃度較高，流動性變差，酶與底物難以充分作用。

2.1.3 蛋白酶添加量對纖維粉提取率的影響

蛋白酶添加量對纖維粉提取率的影響如圖3所示。

圖3的結果表明，蛋白酶添加量對提取率的影響顯著，但當酶添加量超過0.7%時，提取率變化不大，所以綜合考慮蛋白酶添加量應為0.7%。

2.1.4 酶反應時間對纖維粉提取率的影響

酶反應時間對纖維粉提取率的影響如圖4所示。

由圖4可知，2 h之后提取率僅有小幅上升，基本無變化。但提取時間超過2 h能耗加大，還可能對品質產生影響。因此，酶反應時間應在2 h較為合適。

2.1.5 pH對纖維粉提取率的影響

pH對纖維粉提取率的影響如圖5所示。

由圖5所知，提取率隨pH值的增大，呈先升后降的趨勢。pH過高過低都會影響酶的效率，使酶活性下降。

2.2 正交試驗分析

根據單因素實驗結果，按表1進行正交試驗，結果如表2所示。

由實驗結果可知，影響番茄粉提取率的主次因素順序為：酶添加量，料液比，溫度，pH。由于正交實驗所得出的最優方案不在上述9組實驗內，故進行驗證實驗，得到的番茄纖維粉提取率為74.32%，確定A2B2C3D2為最優方案。

2.3 番茄粉溶解實驗與產品品質分析

2.3.1 番茄粉質量指標分析

對制備的番茄粉進行質量分析，結果如表3所示，番茄粉中水分、灰分含量均符合膳食纖維粉國家標準，且總膳食纖維含量高達82.1%。

2.3.2 番茄粉功能性指標測定

實驗得出番茄粉的持水力為1.307 8 g·g-1，膨脹性為4.467 5 mL·g-1，溶解度為4.74 s。說明番茄粉持水力、膨脹性和溶解性良好。持水力、膨脹性較高的膳食纖維可使人產生一定的飽腹感，刺激腸道蠕動，進而降低腸道癌、痔瘡等的患病風險[10]。

3 結論

通過對提取工藝的研究，以番茄纖維粉提取率為指標，綜合分析得到番茄速溶粉的最佳提取條件為：蛋白酶添加量0.7%，料液比1∶20，酶解溫度70 ℃，pH 7，酶解時間2 h。產品呈紅黃色粉末狀，速溶性良好，質量指標符合國家標準，可以作為一種功能性營養保健食品。

參考文獻：

[1]劉 超.新疆番茄加工產業的現狀及發展前景分析[J].現代食品，2018（13）：4-5，9.

[2]Shao D，Atungulu G G， Pan Z， et al. Separation methods and chemical and nutritional characteristics of tomato pomace[J]. Transactions of the ASABE，2013，56（1）：261-268.

[3]Alvaradoa，Acheco-delahayee，Heviap. Value of a tomato byproduct as a source of dietary fiber in rats[J]. Plant Foods for Human Nutrition， 2001，56（4）：335-348.

[4]Lu Z，Wang J，Gao R， et al. Sustainable valorisation of tomato pomace： A comprehensive review[J].Trends in Food Science & Technology， 2019.

[5]王慶玲，朱 莉，孟春棉，等.番茄皮渣膳食纖維的理化性質及其結構表征[J].現代食品科技，2014，30（11）：60-64.

[6]吳洪斌，楊 明，魏 婷，等.番茄皮渣膳食纖維酶法改性工藝研究[J].食品科技，2011，36（6）：104-107.

[7]葉 青，任雷厲，莊新霞，等.加工番茄皮渣中水溶性膳食纖維提取工藝的研究[J].食品工業，2011，32（7）：12-15.

[8]敬思群，楊文菊.番茄渣、皮成分分析及在食品加工中的應用[J]. 新疆大學學報（自然科學版），2006（2）：197-200.

[9]王雪竹.枇杷葉速溶粉制備工藝優化及其性能研究[J].食品與發酵科技，2018，54（6）：49-52.

[10]寧建紅，張 杰，李 霞.膳食纖維的生理功能、制備方法和改性技術的研究進展[J].中國食物與營養，2019，25（1）：43-45.