发酵法从柠檬果渣中制备膳食纤维的研究

蒋　丽，雷　激*

（西华大学 食品与生物工程学院 食品生物技术重点实验室，四川 成都 610039）

发酵法从柠檬果渣中制备膳食纤维的研究

蒋丽，雷激*

（西华大学 食品与生物工程学院 食品生物技术重点实验室，四川 成都 610039）

以柠檬果渣为原料，乳酸菌和绿色木霉作为发酵菌种，探讨这两种微生物发酵法从柠檬果渣中提取膳食纤维的加工工艺及其理化性质的研究，结果表明绿色木霉发酵法制备柠檬果渣膳食纤维显著优于乳酸菌发酵法，其最佳工艺是：接种量为6%，发酵温度34℃，培养时间为50 h，底物pH值为5.0；此条件下产品的膳食纤维含量是88.3%，溶胀性和持水力分别为13.21 mL/g和9.15 g/g。

柠檬果渣；发酵法；膳食纤维

膳食纤维是一种功能性的食料，人们称它是“第七大营养素”，小肠不能直接将其吸收，但是在大肠内可以全部的吸收或者部分在大肠内发酵［1］。虽然人体不能直接消化吸收膳食纤维，但是可以间接的对人体起作用，即保持消化系统健康、增强免疫系统、降低胆固醇和高血压等。

柠檬是一种优良的人体保健果品，它全身都是宝，商业价值极高。目前国内柠檬除鲜果销售外，还有若干加工企业柠檬油、柠檬汁、柠檬干片等加工产品［2］，40%～50%的果渣会在柠檬加工后剩下，大部分被作为垃圾，没有被合理的加以利用，这样不仅造成了资源浪费，而且还对环境产生了不好的影响［3］。丰富的膳食纤维被蕴藏在柑橘类皮渣中，其中柠檬中的膳食纤维是所有柑桔类原料中含量最高的品种［4］。

目前，国内外对膳食纤维的提取主要是用物理方法（国内为主）、化学方法［5］，还有结合法和微生物法等［6］，其中微生物发酵对膳食纤维的改性有很好的效果［7］。本实验以柠檬果渣为原料，比较乳酸菌发酵与绿色木霉发酵法制备膳食纤维的工艺参数和其制备出来的产品的理化特性，选出合适的微生物发酵法，为柠檬果渣的综合以及合理利用找出最佳的途径，更为柠檬果渣膳食纤维的加工再生产打下试验基础。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

安岳尤力克柠檬：市售，洗净、机械磨油、榨汁、除去滤液、烘干、打碎备用。

保加利业乳杆菌（Lactobacillusbulgaricus）ACCC.30432、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）ACCC.10651、绿色木霉（Trichoderma viride）ACCC.30434：北京北纳创联生物技术研究院；试验所用试剂均为分析纯。

马铃薯汁培养基：马铃薯20%，葡萄糖2%，琼脂1.5%～2%。将马铃薯去皮切碎，煮烂后取得土豆汁，加入20 g葡萄糖，添加蒸馏水至1 000 mL，搅拌均匀，121℃灭菌20 min。利用马铃薯汁培养基对绿色木霉进行扩大培养，得到扩大发酵液。

1.2仪器与设备

TSTDZ-150恒温培养箱：常州市城西富威实验仪器厂；PB 303-N电子天平：梅特勒一托利多公司；DHP-9052型高压灭菌锅：上海久昌生物科技有限公司；TDZS-WS型离心机：济南福的机械有限公司；DF206型电热鼓风干燥箱、GSY-11型电热恒温水浴锅：吴江德顺电热设备厂；双人超净工作台：无锡易纯净化有限公司。

1.3方法

1.3.1菌种活化与驯化

将烘干粉碎后的柠檬果渣加水打浆，过滤取滤液后的柠檬汁逐步加入脱脂乳中活化，驯化方法参考毛慧君等［8］的文章（其中保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的体积比是1∶1）。

绿色木霉菌种的活化选择马铃薯汁培养基。将烘干粉碎后的柠檬果渣加水打浆，过滤取滤液后的柠檬汁逐步加入到马铃薯培养基溶液中中活化，驯化方法同上。

1.3.2膳食纤维的制备

（1）乳酸菌发酵法

将干燥后的柠檬与水按质量比1∶2混合均匀后，将2%的脱脂奶粉和1.5%白砂糖加入浆液中，慢慢搅拌直至溶解，然后将浆液装入锥形瓶中，混合均匀后121℃灭菌10 min，快速冷却至室温。接入一定量的混合菌剂（保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌按1∶1的比例接种到浆液中）在一定温度条件下发酵一定时间，当发酵结束后，先使用酒精使其沉淀后于70℃环境下烘干，最后将粉碎品过60目筛，即得到膳食纤维产品，称量产品质量，设置对照样。

（2）绿色木霉发酵法

将粉碎干燥后的柠檬与水按质量比1∶2的混合搅匀，向混合液中加入0.3%硫酸铵、0.325%磷酸二氢钾等无机盐，慢慢搅拌直到溶解，然后将浆液装入锥形瓶中，混合均匀后121℃灭菌10 min，快速冷却至室温。接入一定量的发酵菌剂绿色木霉扩大发酵液到浆液中，在一定温度条件下发酵一定时间，发酵结束后，用酒精沉淀后于70℃环境下烘干，最后粉碎过60目筛，即得到膳食纤维产品，称量，设置对照样。

1.3.3指标的测定

柠檬总膳食纤维（total dietary fiber，TDF）用美国分析化学家协会（AssociationofOfficialAnalyticChemists，AOAC）991.43酶-重量法测定［9］，持水力的测定和溶胀性的测定参考文献［10］。

2　结果与分析

2.1微生物菌剂接种比例对柠檬果渣膳食纤维含量的影响

将这两种发酵法的底物pH值调至5.8，分别将不同比例（2%、4%、6%、8%和10%）的发酵剂接种到浆液中，放入38℃的恒温培养箱中培养20 h，烘干分别测定膳食纤维含量，结果如图1所示。

图1　接种量对总膳食纤维含量的影响Fig.1 Effect of inoculum on total dietary fiber content

由图1可知，乳酸发酵法所制备出的膳食纤维明显少于霉发酵方法。对于乳酸发酵法：膳食纤维的含量并没有随着接种比例的上升而一直上升，当接种量＞4%时，膳食纤维含量出现下降趋势，当接种比例偏小时，其含量也就偏小，这是因为柠檬果渣膳食纤维的含量会被过多的乳酸菌体影响。对于绿色木霉发酵法：当接种的量控制在2%到6%时，其含量不断上升，当接种量从6%增加了10%时，发酵剂的接种量继续被增大，并不能显著提高柠檬皮渣膳食纤维的量。故绿色木霉发酵法在接种量为6%时效果最好。

2.2发酵过程中发酵温度对柠檬果渣膳食纤维的影响

将这两种浆液的底物pH值调至5.8，添加4%的发酵剂，在5种不同的温度条件下（28℃、30℃、32℃、34℃和36℃）培养20 h，然后烘干测定膳食纤维含量。结果如图2所示。

图2　发酵温度对总膳食纤维含量的影响Fig.2 Effect of fermentation temperature on total dietary fiber content

由图2可知，乳酸发酵法条件下随着温度的上升，其膳食纤维的量没有显著的变化，其原因是乳酸菌在温度30～49℃之间都能正常生长，只要发酵时间一定，同样能达到良好的发酵效果；而绿色木霉发酵法条件下随着发酵温度的增加，膳食纤维的量随着增加，当培养温度超过34℃时，其含量变化不明显。当温度较低时，发酵剂所提供的绿色木霉的生长受到抑制，影响代谢产物的生成，从而影响其转化量的减少，温度偏高时，绿色木霉的生长同样会受到抑制。故绿色木霉发酵方法34℃时效果最好。

2.3发酵过程中培养时间对柠檬果渣膳食纤维含量的影响

将两种浆液的底物pH值调至5.8，在柠檬浆液中添加4%的发酵剂，分别在40℃的恒温培养箱中培养35 h、40 h、45 h、50 h和55 h，然后测定膳食纤维含量。结果如图3所示。

图3　培养时间对总膳食纤维含量的影响Fig.3 Effect of culture time on total dietary fiber content

由图3可知，培养时间对柠檬果渣的膳食纤维影响不大。对于乳酸发酵法：当培养时间超过45 h时，其含量略有下降。如果发酵时间短暂，浆液会被乳酸菌不完全发酵，有效代谢产物不足，影响膳食纤维的转化量；但培养时间过长时，活菌活力会降低，死亡菌增多，失活后的菌体被留在果渣中，会影响膳食纤维含量；绿色木霉发酵法条件下随着培养时间的进行，膳食纤维的含量变化不大，有可能是因为在发酵前期绿色木霉所产生的代谢产物已于柠檬果渣充分反应，发酵菌已经完全生长，充分与其反应。所以故绿色木霉发酵方法培养45 h时效果最好。

2.4发酵底物pH值对柠檬果渣膳食纤维含量的影响

分别将两种底物pH值调至不同的pH值（4.0、4.5、5.0、5.5和6.0），再将柠檬发酵浆液中添加4%生产发酵剂，培养20 h在40℃的恒温培养箱中，分别测定膳食纤维含量，结果见图4。

图4　发酵pH对总膳食纤维含量的影响Fig.4 Effect of fermentation pH on total dietary fiber content

由图4可知，发酵的pH值会对膳食纤维的含量产生影响，这两种菌剂的最适的pH值不同。对于乳酸菌发酵法，当底物pH值是5.0时，产品中膳食纤维含量最高；而对于绿色木霉发酵法，当发酵底物pH值4.0～5.5时，膳食纤维含量不断上升；当pH值被继续调高，产品中的膳食纤维反而下降，表明发酵过程中最适pH值是5.5。

2.5绿色木霉发酵提取柠檬果渣膳食纤维工艺优化

在单因素试验的基础上，设计L9（34）正交试验［11］，以总膳食纤维的含量作为评价指标，探讨绿色木霉发酵最佳的工艺参数，试验结果见和表1，方差分析见表2。

表1　绿色木霉发酵提取柠檬果渣膳食纤维工艺优化正交试验结果与分析Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for dietary fiber extraction conditions optimization from lemon by Trichoderma viridefermentation

表2　绿色木霉发酵正交试验结果方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experiments forTrichoderma viridefermentation conditions optimization

从表1正交试验直观分析可以看出，各因素对结果的影响次序是B＞A＞C＞D，从表2方差分析表可以看出，接种量和培养温度对柠檬果渣膳食纤维含量影响显著。正交试验结果显示，最佳工艺条件为A2B2C3D1。即最佳工艺条件为接种量为6%，发酵温度34℃，培养时间为50 h，底物pH值为5.0。在此条件下做验证试验，结果表明制备的膳食纤维含量可达88.3%。

2.6发酵结束后两种方法制备的膳食纤维的理化性质的比较

运用最佳的工艺组合对柠檬果渣进行提取，对制备的膳食纤维理化性质进行测定，结果见表3。

表3　膳食纤维理化性质的比较Table 3 Physicochemical properties of dietary fibers comparison

由表3可知，发酵法制备的总膳食纤维含量、溶胀性和持水力都高于果渣和样品对照。绿色木霉发酵法提取的总膳食纤维的含量高达88.92%，明显高于乳酸菌发酵法提取的总膳食纤维、果渣中的和样品对照样。绿色木霉发酵法产品的溶胀性是13.21mL/g，明显高于乳酸菌发酵法产品、果渣中的和样品对照样。而持水力是乳酸发酵法大于绿色木霉发酵法。溶胀性和持水力均高于西方国家常用的的小麦麸皮膳食纤维的标准［14］（持水力4 g/g和溶胀性4 mL/g）。综合各指标来看，绿色木霉发酵法效果最好，产品质量高。

3　结论

柠檬果渣是一种极好的膳食纤维资源，通过乳酸发酵和绿色木霉发酵两种发酵法制备其膳食纤维，得出绿色木霉发酵法明显优于乳酸菌发酵法，其最佳工艺是：接种量6%，发酵温度34℃，培养时间50 h，底物pH值为5.0。本试验说明制备膳食纤维采用绿色木霉发酵法，可以有效的解决柠檬果等渣的浪费，提高了柠檬的附加值，为企业增加经济效益，也极大的改善环境。

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Dietary fiber preparation from lemon fruit residue by fermentation

JIANG Li，LEI Ji*
（Key Laboratory of Food Bio-Technology，School of Food and Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

Using lemon fruit reside as material，lactic acid bacteria andTrichoderma virideas fermentation strains，dietary fiber was prepared.The extraction process and physicochemical properties of dietary fiber from lemon fruit reside by two kinds of microbial fermentation was studied.Results showed thatT.viridefermentation was better than lactic acid bacteria fermentation，and the optimum process was determined as follows：T.viride

inoculum 6%，fermentation temperature 34℃，time 50 h，and substrate pH 5.0.Under these conditions，the dietary fiber content of the product was up to 88.3%，the swelling and water holding capacity was 13.21 ml/g and 9.15 g/g，respectively.

lemon fruit residue；fermentation；dietary fiber

TS261.1

0254-5071（2016）03-0133-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.030

2015-11-16

教育部春晖计划（Z2012019）

蒋丽（1989-），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。

雷激（1966-），女，教授，博士，研究方向为食品科学。