超声波辅助酶法提取莲藕渣可溶性膳食纤维的研究

2017-04-18宋春钱刘和平尤玉如

浙江农业科学 2017年3期

潘虹，宋春钱，刘和平，尤玉如*

(1.浙江省食品工业协会，浙江杭州 310005； 2.浙江科技学院省农产品化学与生物加工技术重点试验室，浙江杭州 310023；3.安徽铜陵县东湖莲藕专业合作社，安徽铜陵 244100)

潘虹1，宋春钱2，刘和平3，尤玉如2*

以莲藕渣为原料，研究超声波辅助酶法提取莲藕渣中的可溶性膳食纤维，并对其持水力、膨胀力等特性进行检测。试验结果表明，最佳工艺参数为料液比1∶20、酶用量0.5%、超声时间50 min、超声温度50 ℃；该条件下的可溶性膳纤维提取率达到5.2%，产物呈黄褐色，持水力和膨胀率分别为2.28 g·g-1和3.0 mL·g-1。影响莲藕渣可溶性膳食纤维提取率的因素主次顺序为超声温度>超声时间>酶用量>料液比。

莲藕渣；纤维素酶；可溶性膳食纤维；超声波

莲藕在我国已有两千多年的栽培历史，是一种高产高效的水生经济作物，种植面积广阔，分布极广，几乎各省都有栽培。目前，莲藕加工产品主要有藕粉、藕汁饮料、藕节制品、藕片及其他风味藕制品。在莲藕加工过程中，会产生很多莲藕副产物、藕渣等。为了环境保护与原料的综合开发利用，开发利用莲藕废弃物前景广阔[1]。

随着人民生活品质的提高，由于膳食不平衡、饮食不规律和营养过剩等导致高血压、肥胖症、糖尿病、冠心病和结肠癌等已成为危害人们健康的主要疾病[2]。大量研究表明，人体慢性病的发生、发展与膳食选择行为存在密切联系。高脂高蛋白饮食越来越多，膳食纤维的摄入量相对减少，从而增加了人体健康的风险性[3- 5]，因此合理的膳食纤维摄入对人体有极大的好处。中国营养学会对膳食纤维的定义是指不易被消化酶消化的多糖类食物成分，包含纤维素、半纤维素、果胶、树脂和木质素[6- 7]等。根据膳食纤维水溶的差异，将其分为2个类型，即水溶性膳食纤维(SDF)和不溶性膳食纤维(IDF)[8]。以莲藕渣为原料，开展超声辅助酶法提取膳食纤维，以期为莲藕的深加工提供一种新方法。

1 材料与方法

1.1 材料

以新鲜莲藕为试材。纤维素酶(绿色木霉，酶活力15 000 U·g-1，国药集团化学试剂有限公司)；α- 淀粉酶(40～60 U·g-1，国药集团化学试剂有限公司)；胰蛋白酶(50 000 U·g-1，上海长哲生物科技有限公司)；石油醚、95%乙醇(分析纯，杭州高晶精细化工有限公司)；75%乙醇(分析纯，杭州长征化学试剂有限公司)。

DZG- 6050型真空干燥箱(上海森信试验仪器有限公司)；DGG- 9023A型电热恒温鼓风干燥箱(上海林频仪器股份有限公司)；HH系列数显恒温水浴锅(上海江星仪器有限公司)；SHZ- D(Ⅲ)循环水式真空泵(上海东玺制冷仪器设备有限公司)；美的榨汁机(广东美的精品电器制造有限公司)；电子天平(梅特勒- 托利多(常州)称重设备系统有限公司)；分析天平(上海民桥精密科学仪器有限公司)；高速离心机TG16K- Ⅱ(长沙东旺试验仪器有限公司)；精密试纸(3.8～5.4，5.4～7.0，上海三爱思试剂有限公司)；KQ3200B超声波清洗器(昆山超声仪器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 工艺流程

莲藕渣→酶解→超声波处理→高温灭酶→真空抽滤→滤液→醇沉24 h→离心→干燥粉碎→水溶性膳食纤维。

1.2.2 预处理

将莲藕榨汁，取榨得的渣放入50 ℃烘箱中干燥24 h，取出粉碎成粉。在莲藕渣中加入4倍体积石油醚，磁力搅拌2 h，除去其中的脂肪，抽滤收集残渣，将所得的莲藕残渣在50 ℃条件下干燥24 h，取出后研磨，过60目筛，待用。

称取1.0 g(精确到0.001 g)莲藕渣，加入少量蒸馏水，在70 ℃水浴下加入适量α- 淀粉酶，酶解至滴加碘液不变蓝；加入适量胰蛋白酶，调节恒温水浴至37 ℃，酶解3 h；按料液比加入pH=3的醋酸- 醋酸钠缓冲液，在一定温度下加入一定量的纤维素酶，置入超声仪器中处理，抽滤，滤液在100 ℃水浴下灭酶5 min，50 ℃水浴下浓缩滤液；浓缩后加入4倍体积的95%乙醇，室温下醇沉24 h，设置离心机4 000 r·min-1，离心30 min，倾去上层清液，甩干水分，沉淀用95%乙醇洗涤2～3次，在恒温干燥箱中50 ℃烘干12 h，随即称重。

1.2.3 试验设计方案

试验过程中设定酶用量、超声时间、超声温度和料液比等4个因素的五水平进行单因素试验。根据使用纤维素酶后提取膳食纤维的提取率来选取因素水平范围，并在此基础上设计L9(34)4因素三水平进行正交试验。

1.2.4 测试方法

提取率计算参照文献[9]。

IDF或SDF的提取率/%=

持水力(WHC)的测定参照文献[10]。准确称取1.5gSDF于50mL离心管中，加入25mL去离子水，室温下搅打30min，4 000r·min-1离心30min，弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留水分，称重。

膨胀力SW(mL·g-1)的测定参照文献[11]。准确称取0.3gSDF置于10mL的量筒中，测定体积后，用移液管准确加入5.00mL蒸馏水，振荡均匀后室温下静置24h，读取体积。

2 结果与分析

2.1 纤维素酶用量对可溶性膳食纤维得率的影响

在40 ℃下作用40 min、料液比1∶20的条件下，研究纤维素酶用量对膳食纤维提取率的影响。

从图1可以看出，当纤维素酶用量达到0.4%时，所提取到的SDF最多，这是因为样品中的不溶性膳食纤维被纤维素酶水解，部分转化成了可溶性膳食纤维。因此，纤维素酶的最适用量为0.4%。当酶用量较大时，在不溶性膳食纤维水解得到可溶性膳食纤维的同时，一部分可溶性大分子物质也被降解成不能被乙醇沉淀的小分子物质，因此可溶性膳食纤维的提取率下降。

图1 酶用量对SDF得率的影响

2.2 超声温度对可溶性膳食纤维得率的影响

在酶用量为0.3%、料液比1∶20、时间40 min条件下，研究超声温度对膳食纤维提取率的影响。

由图2可知，SDF提取率随温度升高呈钟型变化。50 ℃时提取率最高，可达3.45%，与其他处理差异显著。这是因为温度升高会增加不同分子间的布朗运动，前期呈上升趋势，但达到一定温度后，温度继续升高会导致纤维素酶失活；且高温下溶剂汽化不利于提取。因此，选择超声温度50 ℃左右较适宜。

图2 超声温度对SDF得率的影响

2.3 超声时间对可溶性膳食纤维得率的影响

在温度为40 ℃、酶用量0.3%、料液比1∶20条件下，研究超声时间对SDF提取率的影响。

由图3可知，超声处理40 min时，SDF提取率最高可达3.05%；随着时间的延长，SDF提取率反而下降。因为超声波能在物料内部产生强烈振动，极高的加速度和强大的空化效应，对植物细胞和分子间的作用明显，从而提高提取率；随超声时间的延长，SDF结构会被破坏，致使SDF提取率下降[8]。故选择超声时间40 min左右为宜。

图3 超声时间对SDF得率的影响

2.4 料液比对可溶性膳食纤维得率的影响

在温度为40 ℃、酶用量0.3%、作用时间40 min条件下，研究料液比对膳食纤维提取率的影响。

从图4可以看出，当料液比小于1/30时，SDF的提取率随着料液比的增大而提高；当料液比大于1/30时，SDF的提取率随着料液比的增大而降低。由酶促反应动力学可知，酶浓度不变时，当底物浓度较低，反应速度的增加与底物浓度的增加成正比；随着底物浓度增加，反应速率的增加逐渐减少；当底物浓度增至一定量的时候，反应速率达到最大，不再随底物浓度的增加而增加，而料液比增大相当于减少了底物浓度，所以出现SDF在料液比为1∶30的时候提取率最高的现象。

图4 料液比对SDF得率的影响

2.5 正交设计试验结果

以SDF的提取率为指标，通过正交试验确定各因素的重要性次序和最佳作用条件。A为料液比，B为酶用量，C为超声时间，D为超声温度。正交试验因素水平表见表1，正交试验结果见表2。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验结果

由表2分析可知，D因素的极差RD=0.900，表明超声温度对SDF提取率的影响最大，料液比和酶用量的影响差别不大，超声时间对SDF提取率的影响居中。因此，纤维素酶提取莲藕渣中SDF的最适作用条件组合为A1B3C3D2，即料液比1∶20、酶用量0.5%、超声时间50 min、超声温度50 ℃，在该条件下提取出的SDF提取率达到5.2%。

3 小结

以莲藕渣为原料，试验获得了通过超声波技术辅助纤维素酶酶解方法提取莲藕渣中的可溶性膳食纤维最佳工艺条件为酶用量0.5%，料液比1∶20，超声时间50 min，超声时间50 ℃。在该条件下，可溶性膳食纤维提取率可达5.2%。在该工艺条件下制得的可溶性膳食纤维的持水力为2.28 g·g-1，膨胀力为3.0 mL·g-1。

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(责任编辑：张瑞麟)

2016- 12- 28

国家星火计划重点项目(2015GA710001)

潘虹(1982—)，女，浙江余姚人，工程师，硕士，从事食品营养研究及行业管理工作，E- mail：zjsxpanhong@163.com。

尤玉如，教授，从事食品工程技术研究工作，E- mail：youyuru0130@163.com。

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170334

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