生物酶法提取豆渣中膳食纖維的工藝研究

高 珊

（青島工學(xué)院食品工程學(xué)院，山東 青島 266300）

可溶性膳食纖維可以降低高血脂患者膽固醇水平，提高肥胖患者的葡萄糖耐受性，同時具有改善腸道內(nèi)微生物菌群、清除外源有害物質(zhì)、清除體內(nèi)自由基、抗氧化防衰老、抗癌防癌及增強(qiáng)機(jī)體免疫力等生理功效[1]。非可溶性膳食纖維則促進(jìn)排便、減少胃腸蠕動時間[2]。大豆膳食纖維具有良好的吸水吸油性能、增稠性能、同時能改善一些產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)，因此目前已被作為食品配料廣泛應(yīng)用于食品加工中，如制備高纖維面包、餅干等健康食品[3]。

通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對豆渣中可溶性與不溶性膳食纖維進(jìn)行提取，以豆渣中總膳食纖維的提取率為評價指標(biāo)，研究提取可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

豆渣，由學(xué)校食堂提供；鹽酸、氨水、無水乙醇，均為分析純，煙臺三和試劑有限公司提供；糖化酶和木瓜蛋白酶，為食品級，鄭州裕和食品添加劑有限公司提供。

1.1.2 儀器設(shè)備

精密電子天平，沈陽龍騰電子有限公司產(chǎn)品；高速臺式離心機(jī)，北京時代北利離心機(jī)有限公司產(chǎn)品；電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；高速多功能粉碎機(jī)，鉑歐五金廠產(chǎn)品；可調(diào)萬用電爐，龍口市電爐制造廠產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 豆渣的預(yù)處理

將新鮮豆渣分散平鋪在托盤之中，置于烘箱中，調(diào)節(jié)溫度為60℃，干燥24 h后粉碎，得到豆渣粉末。

1.2.2 可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）的提取工藝

（1）SDF的提取工藝。稱取樣品5.00 g，按一定的料液比加入蒸餾水后搖勻，加入一定量的糖化酶和木瓜蛋白酶，混勻后在一定溫度的水浴鍋中提取2 h，反應(yīng)完成后加熱滅酶（100℃條件下加熱3 min），調(diào)節(jié)pH值至中性在離心機(jī)中分離，取上清液，以4倍體積的無水乙醇洗滌得到沉淀，抽濾后在烘箱中干燥至恒質(zhì)量，稱重記為m1。

（2）IDF的提取工藝。取離心分離后的沉淀部分先用無水乙醇洗滌后，再水洗至中性，離心分離得到IDF，在烘箱中干燥至恒質(zhì)量，稱重記為m2。

1.2.3 膳食纖維提取試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)中，研究影響膳食纖維提取的因素主要有料液比、蛋白酶添加量、糖化酶添加量和提取溫度4個因素。

分別以料液比為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30加入蒸餾水，加入3%的糖化酶，3%的蛋白酶，提取溫度50℃，分5組做料液比的最優(yōu)參數(shù)的試驗(yàn)；分別以糖化酶添加量為1%，2%，3%，4%，5%，選取料液比最優(yōu)值，其他條件不變，分5組做糖化酶的最優(yōu)參數(shù)的試驗(yàn)；分別以蛋白酶量為1%，2%，3%，4%，5%，選取料液比與糖化酶的最優(yōu)值，提取溫度50℃，分5組做蛋白酶的最優(yōu)參數(shù)的試驗(yàn)；分別以提取溫度為40，45，50，55，60℃，選取料液比、糖化酶添加量、蛋白酶添加量的最優(yōu)值，分5組做提取溫度的最優(yōu)參數(shù)的試驗(yàn)。

以料液比、糖化酶添加量、蛋白酶添加量、提取溫度四因素三水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定膳食纖維提取的最佳工藝。

2 結(jié)果及分析

2.1 膳食纖維提取單因素試驗(yàn)

2.1.1 料液比對膳食纖維提取率的影響

料液比對膳食纖維提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對膳食纖維提取率的影響

由圖1可以看出，當(dāng)料液比為1∶25時，膳食纖維提取率最高為8.40%；當(dāng)料液比小于1∶25時，提取率隨著料液比的增大而增大，原因是料液比過低使得膳食纖維不能完全溶于溶液中；而當(dāng)料液比大于1∶25時，提取率不再增大反而略有減小，原因可能是過高的料液比需要消耗大量的乙醇來提取SDF，導(dǎo)致提取不完全。

2.1.2 糖化酶添加量對膳食纖維提取率的影響

糖化酶添加量對膳食纖維提取率的影響見圖2。

圖2 糖化酶添加量對膳食纖維提取率的影響

由圖2可以看出，當(dāng)糖化酶添加量為3%時，膳食纖維的提取率可以達(dá)到9.2 %；當(dāng)糖化酶添加量小于3%時，提取率隨著糖化酶添加量的增大而增大，原因是糖化酶將淀粉水解，使得膳食纖維更好地分離出來；而當(dāng)糖化酶添加量大于3%時，提取率變化不大，原因可能是糖化酶已經(jīng)大量水解淀粉，因此對于膳食纖維的提取率影響不再顯著。

2.1.3 蛋白酶添加量對膳食纖維提取率的影響

蛋白酶添加量對膳食纖維提取率的影響見圖3。

圖3 蛋白酶添加量對膳食纖維提取率的影響

由圖3可以看出，當(dāng)?shù)鞍酌柑砑恿繛?%時，膳食纖維的提取率最高為9.30%；蛋白酶添加量在2%以下時，膳食纖維提取率上升明顯，說明蛋白酶水解蛋白，破壞了氫鍵，將結(jié)合的膳食纖維釋放出來，提取率逐漸上升；而蛋白酶添加量在2%以上時，膳食纖維的提取率反而略有下降，應(yīng)該是大量的蛋白酶破壞掉了膳食纖維的結(jié)構(gòu)，或是后續(xù)滅酶不徹底導(dǎo)致膳食纖維的提取不夠完全。

2.1.4 提取溫度對膳食纖維提取率的影響

提取溫度對膳食纖維提取率的影響見圖4。

由圖4可以看出，提取溫度對膳食纖維的提取有著顯著的影響作用；當(dāng)溫度為55℃時，膳食纖維的提取率最高為9.42%。溫度在55℃以下時，提取率上升明顯，說明溫度升高有利于膳食纖維的溶解，有利于酶解的作用溫度；而當(dāng)溫度大于55℃時，膳食纖維的提取率下降，原因可能是溫度過高會導(dǎo)致酶的活性降低，使得膳食纖維提取不完全。

圖4 提取溫度對膳食纖維提取率的影響

2.2 膳食纖維提取正交試驗(yàn)

根據(jù)前述單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用正交設(shè)計對膳食纖維提取的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

膳食纖維正交試驗(yàn)結(jié)果分析見表1。

由表1可以看出，影響SDF提取率的各因素主次關(guān)系為料液比（A）＞提取溫度（D）＞糖化酶添加量（B）＞蛋白酶添加量（D）；正交試驗(yàn)最佳條件為A1B1C2D3，即料液比1∶20，糖化酶添加量2%，蛋白酶添加量2%，提取溫度60℃。按該條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，得出膳食纖維提取率為12.6%。

表1 膳食纖維正交試驗(yàn)結(jié)果分析

3 結(jié)論

研究顯示，提取膳食纖維的最佳工藝條件是料液比1∶20，糖化酶添加量2%，蛋白酶添加量2%，提取溫度60℃，在此條件下膳食纖維的提取率為12.6%。