发酵法对绿豆粉中膳食纤维的改性研究

陈海强，杜　冰，梁钻好，夏　雨，杨公明，余　铭，*

（1.阳江职业技术学院，广东阳江529566；2.华南农业大学食品学院，广东广州510642；3.咀香园健康食品（中山）有限公司，广东中山528437）

发酵法对绿豆粉中膳食纤维的改性研究

陈海强1，杜冰2，梁钻好2，夏雨3，杨公明2，余铭1，*

（1.阳江职业技术学院，广东阳江529566；2.华南农业大学食品学院，广东广州510642；3.咀香园健康食品（中山）有限公司，广东中山528437）

利用枯草芽孢杆菌BF7658发酵绿豆粉，对比发酵前后可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）的含量变化，研究表明发酵后SDF含量明显增加。在单因素实验基础上进行正交优化实验，得出发酵的最佳工艺条件：料水比1∶10（w∶v）条件下，接种量11%（w/w），发酵时间24h，发酵温度34℃，在此条件下SDF含量高达10.08%，在发酵原料0.78%的基础上增加了9.30%。

发酵法，膳食纤维，绿豆粉，改性

绿豆粉为豆科植物绿豆的种子经水磨加工干燥而得到的，含有丰富的无机盐、维生素、蛋白质和膳食纤维。膳食纤维根据溶解性分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）。与IDF相比，SDF在许多方面具有更强的生理功能，如排除有害金属离子、降低胆固醇、预防高血压、心脏病、胆结石和糖尿病等，而且有利于人体的消化吸收［1-3］。但天然的绿豆粉膳食纤维中大多数为IDF，SDF含量较低，在3%以下，生理活性较低，而高品质膳食纤维组成中SDF含量应在10%以上［4］。因此，对绿豆粉中的膳食纤维进行改性，提高SDF含量，能进一步提高绿豆粉质量，增强绿豆粉的综合利用价值。

膳食纤维改性的方法主要有高温蒸煮、挤压膨化技术、动态高压技术、离心分离技术、盐法、酶法、发酵法等［1，5-6］。酸碱法会降低膳食纤维的持水性和膨胀度［5］，酶法虽条件温和能耗低，但单一酶解的效率并不高［7］，其他方法或操作复杂或成本高。相比之下，微生物发酵法能明显增加SDF含量的同时，在提高膳食纤维的持水力和膨胀度［8-10］方面具有明显的优势，利用微生物分泌的多种酶系，水解或消耗原料中的淀粉、蛋白质、脂肪等［11］，提高产品中SDF的含量，操作简便、绿色安全、产品质量好、污染少，已成为当下膳食纤维改性方法的研究重点［9］。我国绿豆产量大，但大多只停留在粗产品加工，有效成分没有得充分利用，产品价格低廉。国内外暂无发酵绿豆粉改善膳食纤维的相关报道，对此进行研究，利用发酵法对绿豆粉中膳食纤维进行改性处理，提高SDF含量，能为进一步提高绿豆产品质量提供新途径。

1　材料与方法

1.1材料与设备

绿豆粉咀香园健康食品（中山）有限公司提供；枯草芽孢杆菌BF7658广州智享生物科技有限公司；耐热型α-淀粉酶Sigma公司；糖化酶、蛋白酶Novo公司；无水乙醇、丙酮、醋酸、醋酸钠、磷酸氢二钾、硫酸锰、硫酸铵均为分析纯；种子液培养基蛋白胨、酵母膏、葡萄糖和糊精各1%，K2HPO40.1%，MnSO40.05%，（NH4）2SO40.20%，调节pH至7.0，105℃灭菌15m in，冷却备用。

GB204电子天平梅特勒-托利多仪器上海有限公司；SH 2-88台式水浴恒温器江苏太仓市实验设备厂；DGG-9070B电热恒温鼓风干燥箱上海森信实验仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发器、SHZ-III循环水真空泵上海亚荣生化仪器厂；高压灭菌锅上海三申医疗器械有限公司。

1.2实验方法

1.2.1种子液的制备从斜面中挑取2环枯草芽孢杆菌菌体接入种子液培养基中，于37℃，170r/m in摇床培养24h。

1.2.2可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）的测定方法采用酶-重量法分别测定SDF和IDF含量［1，12］。

1.2.3工艺流程绿豆粉→过筛100目→调料→灭菌→冷却→接种→液体发酵→洗涤→滤渣干燥→测定SDF和IDF含量。

1.2.4单因素实验

1.2.4.1接种量对SDF含量的影响准确称取绿豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混匀，121℃灭菌30m in，分别按3%、5%、7%、9%、11%、13%的接种量（w/w）接入种子液，于36℃恒温培养24h。发酵完毕后过滤并多次洗涤滤渣，滤渣60℃热风干燥后测定SDF和IDF含量。

1.2.4.2发酵时间对SDF含量的影响准确称取绿豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混匀，121℃灭菌30m in，按9%的接种量（w/w）接入种子液，于36℃恒温培养，培养时间分别为18、21、24、27、30、33h。发酵完毕后过滤并多次洗涤滤渣，滤渣60℃热风干燥后测定SDF和IDF含量。

1.2.4.3发酵温度对SDF含量的影响准确称取绿豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混匀，121℃灭菌30m in，按9%的接种量（w/w）接入种子液，分别于28、32、36、40、44、48℃恒温培养24h。发酵完毕后过滤并多次洗涤滤渣，滤渣60℃热风干燥后测定SDF和IDF含量。

1.2.5正交优化实验在单因素实验的基础上进行L9（34）正交实验，因素水平如表1所示，以SDF含量为指标，得出发酵法对膳食纤维改性的最佳工艺条件。

表1　因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.6数据处理Excel 2010统计分析所有数据并制图，DPS 6.50软件对正交实验数据进行分析。

2　结果与分析

2.1接种量对可溶性膳食纤维含量的影响

由图1可见，接种量较小时，SDF含量随接种量的增大而急剧增加，随后基本稳定在10%左右。相比之下，IDF含量则呈现相反趋势。即接种量小时，接种量的增大会提高发酵效率和发酵程度，促使更多的IDF转化为SDF。底物量一定，当接种量达到一定程度时，发酵程度已达到最大，SDF含量也达到最大值。

图1　接种量对SDF和IDF含量的影响Fig.1　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

2.2发酵时间对可溶性膳食纤维含量的影响

由图2可以看出，发酵时间在18～24h，菌体处于快速生长及产酶旺期，以及发酵过程中分泌的多糖类物质以SDF形式存在，膳食纤维的转化基本以恒速进行，SDF含量明显上升，IDF含量则呈明显的下降趋势。但24h后，由于培养基中营养物质的消耗，很大程度上抑制了菌体的生长，膳食纤维的转换速度趋于平缓，SDF得率达到最大值。但发酵后期SDF含量略有下降，究其原因，可能是随着发酵时间的增长，纤维素酶降解的底物消耗殆尽，而一些多糖类物质需要维持菌体生长而被耗掉。

图2　发酵时间对SDF和IDF含量的影响Fig.2　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

2.3发酵温度对可溶性膳食纤维含量的影响

由图3可以看出，发酵温度对SDF含量有显著影响（p＜0.05）。28℃发酵，SDF含量比IDF含量高32.5%，随着发酵温度升高，SDF含量不断增加，并在36℃时出现最大值。发酵温度继续升高，SDF含量大幅度减少，发酵温度超过44℃时，IDF含量反超SDF的含量，当发酵温度达到48℃时，SDF含量反而比IDF含量低36.1%。故发酵温度为36℃左右为宜。

2.4正交优化实验

在单因素实验的基础上进行L9（34）正交实验，正交实验结果如表2所示。

图3　发酵温度对SDF和IDF含量的影响Fig.3　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

表2　L9（34）正交实验设计及结果分析Table 2　The results of orthogonal experiment

由表2极差分析得知，发酵法提取绿豆粉SDF过程中，影响SDF含量的因素主次顺序为A＞C＞B，即接种量＞发酵温度＞发酵时间，最佳工艺条件为A3B1C1，即接种量11%（w∶w），发酵时间24h，发酵温度34℃。对最佳工艺条件进行实验验证，测得SDF含量为10.08%，高于正交表中各实验组的SDF含量，说明最佳工艺合理。

3　结论

为了使绿豆粉成为高品质膳食纤维食品，必须对其膳食纤维进行改性。本研究利用枯草芽孢杆菌发酵绿豆粉，极大程度的提高了SDF含量，在发酵过程中，各因素的影响大小依次为：接种量＞发酵温度＞发酵时间，通过正交实验，确定其最佳发酵工艺为：料水比为1∶10（w∶v）条件下，接种量11%（w/w），发酵时间24h，发酵温度34℃，产品SDF含量高达10.08%，在发酵原料0.78%的基础上增加了9.30%。与此相比，螺杆挤压技术仅提高绿豆皮SDF含量4.7%［1］。

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Study on modified dietary fiber ofmung-bean powder by fermentation

CHEN Hai-qiang1，DU Bing2，LIANG Zuan-hao2，XIA Yu3，YANG Gong-m ing2，YU M ing1，*
（1.Yangjiang Vocational and Technical College，Yangjiang 529566，China；2.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；3.Juxiangyuan Health Food（Zhongshan）Co.，Ltd.，Zhongshan 528437，China）

Contents of the solub le d ietary fiber（SDF）and the insolub le dietary fiber（IDF）ofmung-bean powder before and after fermentation by Bacillus sub tilis BF7658 were com pared and a marked inc rease in the content of SDF was found.Based on sing le factor experiments，the orthogonal test was conducted to determ ine the op timum cond itions which were as follows：material and water ratio 1∶10（w∶v），inoculation amount 11%（w/w），fermentation time 24h and tem perature 34℃.Under these cond itions，the content of SDF was up to 10.08%，a 9.30%increase compared w ith thatbefore fermentation of 0.78%.

fermentation；d ietary fiber；mung-bean powder；mod ification

TS201.2+3

A

1002-0306（2015）06-0200-03

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.036

2014-05-26

陈海强（1986-），男，硕士研究生，研究方向：食品加工技术。

余铭（1973-），男，博士，高级工程师，研究方向：食品生物技术。