火龍果果皮中水溶性膳食纖維的制備

牛春艷　鄭思蒙　吳瓊

摘 要：本文主要研究了超聲波-酶法制備火龍果果皮中膳食纖維的工藝。通過單因素和正交試驗，確定了最佳制備工藝條件。最佳制備條件為：纖維素酶用量0.6%，超聲時間25 min，pH 5.0，酶解溫度55 ℃。在此條件下，水溶性膳食纖維最佳得率是37.50%。

關鍵詞：火龍果果皮;膳食纖維;超聲波-酶法;制備

Abstract：The preparation of dietary fiber in the pericarp of pitaya by ultrasonic-assisted enzymatic extraction was studied in this paper， including the optimum preparation conditions were determined by single factor and orthogonal test. The optimum preparation conditions were as follows： cellulase dosage 0.6%， ultrasonic time 25 min， pH 5.0， enzymatic temperature 55 ℃. Under these conditions， the optimum yield of water-soluble dietary fiber was 37.50%.

Key words：Pericarp of pitaya; Dietary fiber; Ultrasonic-assisted enzymatic extraction; Preparation

中圖分類號：TS209

膳食纖維（DF）是指不能被人體內源酶消化吸收的可食性植物細胞、多糖、木質素以及相關物質的總和。膳食纖維是功能性食品一種重要的基料，對人體健康有非常重要的作用，尤其對促進良好的消化和排泄固體廢物有著舉足輕重的作用。適當的補充膳食纖維，可以防止便秘和降低腸癌的風險;同時可以降低膽固醇，預防膽結石、高脂血癥和心血管疾病并且預防糖尿病和改善腸道菌群。膳食纖維雖不具營養價值，但具有的物化特性使它具有獨特生理功能和營養保健作用因此被稱為繼碳水化合物、蛋白質、脂肪、維生素、礦物質和水之后的“第七大營養素”[1-3]。我國膳食纖維的生產用料來源十分廣闊，火龍果在加工利用過程中果皮作為加工廢棄物被浪費。現在很多研究者發現其果皮中含有很多功能性成分并不斷加以利用，這對實現副產物的綜合利用、變廢為寶、造福人類意義重大[4-5]。超聲波-酶法操作條件溫和，沉淀效能高，沉淀后能溶解組成細胞壁的纖維素、果膠以及蛋白質等，從而減少溶劑在提取時來自細胞壁的阻力，加速有效成分溶出，從而提高有效成分的提取效率，縮短提取時間。酶法提取膳食纖維因條件溫和，副產物少，產品品質良好，且對環境污染較小而具有很好的發展前景。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與設備

（1）實驗材料。果皮，從加工廠獲得;纖維素酶，酶活力 50 000 U·g-1。

（2）設備。萬分之一電子分析天平，北京京海佳業科貿有限公司生產;DHG-9030A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司生產;SH-500W超聲波清洗機，浙江嘉善設備廠生產。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

果皮→干燥→稱量→乙酸乙酯脫脂→常壓過濾→蒸餾水漂洗數次→超聲波酶法提取→蒸餾水漂洗數次→過濾→烘干→磨細→成品。

1.2.2 單因素試驗

經過脫脂的樣品，固定其他因素水平，分別改變纖維素酶用量、超聲時間、pH值及酶解溫度，考察單因素對膳食纖維得率的影響。

（1）纖維素酶用量的確定。準確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶超聲時間20 min，pH為4.5，酶解溫度55 ℃，分別在纖維素酶量為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%和0.9%的條件下進行實驗，用來考察纖維素酶用量對膳食纖維得率的影響。

（2）纖維素超聲時間的確定。準確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶量0.6%，pH為4.5，酶解溫度55 ℃，分別在超聲時間為10、15、20、25 min和30 min的條件下進行實驗，用來考察纖維素酶超聲時間對膳食纖維得率的影響。

（3）纖維素酶pH值的確定。準確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶量0.6%，超聲時間20 min，纖維素酶酶解溫度55 ℃，分別在纖維素酶pH值為3.5、4.0、4.5、5.0和5.5的條件下進行實驗，用來考察纖維素酶pH對膳食纖維得率的影響。

（4）纖維素酶溫度的確定。準確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶量0.6%，纖維素酶超聲時間20 min，纖維素酶pH為4.5，分別在纖維素酶酶解溫度為45、50、55、60 ℃和65 ℃的條件下進行實驗，用來考察纖維素酶酶解溫度對膳食纖維得率的影響。

1.2.3 設計正交試驗

依據單因素試驗初步確定的提取工藝條件，選擇纖維素酶用量、處理時間、pH及其溫度作為試驗因子，以膳食纖維得率為指標，進行L9（34）正交試驗。

1.2.4 膳食纖維得率的計算

式中，m0-火龍果果皮粉末質量，單位為g;m1-稱量瓶質量，單位為g;m2-稱量瓶和火龍果果皮水溶性膳食纖維的總質量，單位為g。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 纖維素酶用量對膳食纖維得率的影響

纖維素酶用量對膳食纖維得率的影響見表1。

由表1可知，纖維素酶用量在0.4%～0.6%時，膳食纖維得率逐漸增加;酶用量0.6%時膳食纖維得率最高;隨著酶用量的增加，膳食纖維得率反而略有下降，這可能是因為膳食纖維中含一定量的淀粉，過量的纖維素酶促使了淀粉降解。

2.1.2 超聲時間對膳食纖維得率的影響

超聲時間對膳食纖維得率的影響見表2。

由表2可知，超聲時間對膳食纖維的得率有一定的影響。超聲時間在20～30 min時，膳食纖維的得率隨超聲時間的延長逐漸增加。當超聲時間達到25 min時，膳食纖維得隨超聲時間增加變化很小。考慮到節約時間的原因，選擇超聲時間25 min較為適宜。

2.1.3 纖維素酶pH對膳食纖維得率的影響

纖維素酶pH對膳食纖維得率的影響見表3。

由表3可知，纖維素酶pH在3.5～4.5時，膳食纖維得率逐漸增加;當pH值為4.5時，膳食纖維得率最大;當纖維素酶pH在4.5～5.5時，粗膳食纖維得率反而略有下降。這可能是因為膳食纖維中仍含有一部分蛋白質;也可能是因為膳食纖維中含有碳氮鍵，有部分水溶性膳食纖維的流失，所以造成膳食纖維得率的降低。

2.1.4 纖維素酶酶解溫度對膳食纖維得率的影響

纖維素酶酶解溫度對膳食纖維得率的影響見表4。

由表4可知，纖維素酶酶解溫度對膳食纖維的得率有一定的影響。酶解溫度在45～55 ℃時，膳食纖維的得率隨酶解溫度的變化逐漸增加。當酶解溫度達到55 ℃時，膳食纖維得率隨酶解溫度增加變化很小。考慮到溫度變化的原因，選擇酶解溫度在55 ℃較為適宜。

2.2 正交試驗結果

選擇纖維素酶用量、超聲時間、pH及其酶解溫度作為試驗因子，設計正交試驗，正交設計見表5，結果見表6。

由極差分析可知，4種因素對提取效果的影響大小依次為D>A>C>B，即纖維素酶酶解溫度>纖維素酶量>纖維素酶pH>超聲時間，其中纖維素酶酶解溫度是影響最大的因子。通過正交試驗k值分析可以看出豆渣中膳食纖維的最佳提取工藝條件為A2B2C3D2，即纖維素酶用量0.6%，超聲時間25 min，纖維素酶pH 5.0，纖維素酶酶解溫度55 ℃。在此工藝條件下膳食纖維的得率達到37.50%。

3 結論

本文主要研究了火龍果果皮中膳食纖維的超聲波酶法提取工藝。通過單因素試驗和正交試驗，研究了纖維素酶用量、超聲時間、pH以及酶解溫度對果皮中膳食纖維得率的影響，結果顯示纖維素酶酶解溫度>纖維素酶量>pH>超聲時間，其中酶解溫度是影響最大的因子。確定了果皮中膳食纖維制備的最佳工藝條件：纖維素酶用量0.6%，超聲時間25 min，纖維素酶pH為5.0，酶解溫度55 ℃。在此條件下，果皮中水溶性膳食纖維最佳得率是37.50%。超聲波酶法提取膳食纖維條件溫和，副產物少，產品品質良好，且對環境污染較小，具有廣闊的市場前景。

參考文獻：

[1]扈曉杰，韓 冬，李 鐸.膳食纖維的定義、分析方法和攝入現狀[J].中國食品學報，2011，11（3）：134-135.

[2]杜亞軍.水溶性膳食纖維促進腸道益生菌生長的研究[J].中國乳品工業，2015，43（7）：26-29，34.

[3]吳洪斌，王永剛，鄭 剛，等.膳食纖維生理功能研究進展[J].中國釀造，2012，31（3）：13-16.

[4]趙湖冰，姚媛媛，楊樂樂，等.火龍果研究現狀與開發前景[J].山東化工，2018，47（14）：52-54.

[5]何玉倩，宋曉燕，劉寶林.干燥方式對火龍果果皮理化特性的影響[J].食品與發酵工業，2019，45（2）：159-165.