生姜可溶性膳食纤维的酶法提取工艺中植物蛋白酶条件的确定

宋荣珍，位思清，孙靖雯，张晓珂，乔旭光，唐晓珍*

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安 271018；2.山东省外贸职业学院，山东泰安 271000）

生姜可溶性膳食纤维的酶法提取工艺中植物蛋白酶条件的确定

宋荣珍1，位思清2，孙靖雯1，张晓珂1，乔旭光1，唐晓珍1*

（1.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安 271018；2.山东省外贸职业学院，山东泰安 271000）

采用植物蛋白酶和糖化酶联合提取生姜中可溶性膳食纤维，固定糖化酶提取条件，探讨植物蛋白酶的工艺条件。在固定糖化酶加酶量1%，酶解温度60℃，酶解时间1 h的条件下，确定了植物蛋白酶的优化条件为加酶量6%，酶解温度55℃，酶解时间5 h，此条件下生姜中可溶性膳食纤维提取率高达13.24%。

生姜；可溶性膳食纤维；植物蛋白酶

生姜在中国的栽培历史悠久，不仅是日常调味品［1］，更是最常用的药材之一。生姜中含有丰富的膳食纤维，从而使其具有更独特的保健作用。

膳食纤维是一类能够在小肠内部分或完全吸收，并在大肠内发酵的植物类碳水化合物，是人类所需第七大营养素［2，3］。膳食纤维在提高食品粘度；帮助消化；改善面团粘弹性；提高香肠类制品品质方面发挥着重要作用［4－7］。

膳食纤维可分为水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）两大类。其中，SDF是指不能被人体消化酶消化，且能溶于热水或温水的一类非淀粉多糖，包括细胞内分泌物和储存物以及一些微生物多糖和合成多糖［8，9］。SDF在预防人体糖尿病、高血压，通过在消化过程中的成分变化、发酵作用促进人体胃肠蠕动，影响皮肤免疫参数，氧化稳定性，预防癌症，影响脂质消化等方面［10－13］，有着明显的生理功效，此外，有研究发现SDF还有辅助降血脂的功效［14］。相比于生姜IDF，生姜SDF作为一种多功能性保健食品的添加料，将会有更广阔的发展和应用前景［15］。

目前，膳食纤维的提取方法主要有酶法、碱法、超声辅助法、膜分离法、发酵法、剪切乳化辅助酶水解法［16－21］。酶法操作简便，节省能源，有利于环境保护，所以本文采用酶法提取生姜中的可溶性膳食纤维。

1 材料与方法

1.1 实验材料

鲜姜：山东保康生物科技有限公司；植物蛋白酶（活力80万U／g）、糖化酶（活力10万U／g）：天津市诺奥科技发展有限公司；其他为实验室常规试剂。

1.2 主要仪器

LRH-250A干燥箱 广东省医疗器械厂；JA2002型电子天平 上海精天电子仪器有限公司；DELTA 320型酸度计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；HH-4型数显恒温水浴锅 国华电器有限公司。

1.3 生姜中可溶性膳食纤维提取工艺

生姜去皮后，在45℃烘箱中烘至恒重，粉碎过40目筛备用。称取生姜样品1 g，加水溶解，固液比1∶15，加入10 m L p H 7.0的磷酸缓冲液，然后加入植物蛋白酶，变化酶用量、酶解时间、酶解温度，然后灭酶，调p H在4.0～4.6之间，加入糖化酶1.0%，在温度60℃下水浴，酶解1 h，灭酶，抽滤。上清液与并入的冲洗液浓缩后，用4倍体积的95%乙醇醇沉10 h，然后用抽滤器抽滤，抽滤完毕后用丙酮、78%乙醇洗涤滤渣，将滤渣干燥后称重，得可溶性膳食纤维SDF［22，23］。可溶性膳食纤维提取率的计算：提取率（%）＝样品中所得可溶性膳食纤维的质量（g）／样品质量（g）×100。

1.4 数据处理与分析

试验中每个水平做3次平行实验，取平均值进行计算。

2 结果与分析

2.1 植物蛋白酶的加酶量对膳食纤维提取率的影响

按照1.3依次加入4%，6%，8%，10%，12%植物蛋白酶液，在温度50℃下酶解4 h灭酶。

图1 植物蛋白酶用量对生姜中可溶性膳食纤维提取率的影响Fig.1 Effects of plant protease dosage on extraction rate of SDF

由图1可知，植物蛋白酶用量由4%～6%时，可溶性膳食纤维的提取率极其显著快速提高（p＜0.01），在6%时提取率达到最高峰为9.06%，从6%下降到8%极其迅速（p＜0.01），8%到10%变化不显著（p＞0.05），从10%以后反而又开始显著下降（p＜0.01）。这可能是因为膳食纤维仍含有一部分蛋白质，随着蛋白酶增加，将其降解；也可能是因膳食纤维含有碳氮键，过量蛋白酶将之降解，再加之有部分水溶性膳食纤维流失，这些因素都造成膳食纤维得率减少。故确定植物蛋白酶的用量为6%，正交试验选为5%，6%，7%。

2.2 植物蛋白酶酶解时间对可溶性膳食纤维提取率的影响

按照1.3加入6%植物蛋白酶液，50℃下依次酶解2，3，4，5，6 h灭酶，结果见图2。

图2 酶解时间对可溶性膳食纤维提取率的影响Fig.2 Effects of enzymolysis time on extraction rate of SDF

由图2可知，植物蛋白酶酶解时间在2～3 h时，可溶性膳食纤维得率不显著缓慢增长（p＞0.05），在3～4 h时，得率极其显著快速增长（p＜0.01），并在4 h时得率达到最高为9.18%；在4 h之后得率不显著下降（p＞0.05）。这可能是因为时间延长可使酶与蛋白质分子充分作用，从而形成更多的共价交联，使膳食纤维得率增加，4 h时蛋白酶充分降解完全，再随着时间的延长，由于酶的专一性及高效性，膳食纤维的纯度将有所降低，故酶解时间确定为4 h。因6 h时膳食纤维得率比3 h时高，故正交试验选为4，5，6 h。

2.3 植物蛋白酶酶解温度对可溶性膳食纤维提取率的影响

按照1.3加入6%植物蛋白酶液，在温度为40，45，50，55，60℃酶解4 h灭酶，结果见图3。

图3 酶解温度对可溶性膳食纤维提取率的影响Fig.3 Effects of enzymolysis temperature on extraction rate of SDF

由图3可知，在40～55℃，随着温度升高，植物蛋白酶的活性显著增加（p＜0.05），使生姜中可溶性膳食纤维的提取率显著提高（p＜0.05），当温度为55℃时，提取率最高为8.98%。超过最适温度后，可能是因为高温使得植物蛋白酶的活性部位三维结构的完整性和稳定性逐渐被破坏，从而使酶活力丧失，导致水解能力降低，可溶性膳食纤维的提取率极其显著降低（p＜0.01）。故植物蛋白酶的酶解温度确定为55℃。因60℃的得率比45℃时低，故正交试验选为45，50，55℃。

2.4 植物蛋白酶工艺参数的优化

采用正交试验优化植物蛋白酶水解条件，采用L9（34）正交试验（见表1），以可溶性膳食纤维提取率为评价指标，研究植物蛋白酶用量、酶解时间、酶解温度各因素对提取率的影响，从而确定酶法提取生姜中可溶性膳食纤维的最佳工艺参数。正交试验结果见表2。

表1 植物蛋白酶水解正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of hydrolysis orthogonal test for plant protease

表2 正交试验结果表Table 2 Results of orthogonal test

由表2可知，植物蛋白酶用量、酶解时间、酶解温度对生姜可溶性膳食纤维的提取率均有不同程度的影响。由极差分析得出：RA＞RC＞RB，即各因素对可溶性膳食纤维的提取率影响的主次顺序为：植物蛋白酶用量＞酶解温度＞酶解时间，植物蛋白酶用量是其中最显著的影响因子。酶法提取生姜中可溶性膳食纤维的最佳工艺组合为A2C3B2，即植物蛋白酶用量6%，酶解温度55℃，酶解时间5 h，此时可溶性膳食纤维的提取率为13.24%。

3 结论

在固定糖化酶加酶量1.0%、糖化酶酶解温度60℃、酶解1 h的条件下，优化出植物蛋白酶提取生姜中可溶性膳食纤维的工艺条件为植物蛋白酶用量6%，酶解温度55℃，酶解时间5 h，此时可溶性膳食纤维的提取率为13.24%。3个影响因素的主次顺序为：植物蛋白酶用量＞酶解温度＞酶解时间，植物蛋白酶用量是其中最显著的影响因子。

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Determination of Plant Protease Conditions in Ginger Soluble Dietary Fiber Enzymatic Extraction Process

SONG Rong-zhen1，WEI Si-qing2，SUN Jing-wen1，ZHANG Xiao-ke1，QIAO Xu-guang1，TANG Xiao-zhen1*
（1.College of Food Science and Engineering，Shandong Agricultural University，Tai＇an 271018，China；2.Shandong Foreign Trade Vocational College，Tai＇an 271000，China）

Extract the soluble dietary fiber from ginger by plant protease and glucoamylase，fix the extraction conditions of glucoamylase，study on the process conditions of plant protease.On the basis of glucoamylase fixed additive amount of 1%，enzymolysis temperature of 60℃，enzymolysis time of 1 h，the experiment shows that the optimal extraction conditions of plant protease are as follows：enzyme dosage is 6%，enzymolysis temperature is 55℃，enzymolysis time is 5 h，under such conditions，the extraction ratio of soluble dietary fiber from ginger reaches 13.24%.

ginger；soluble dietary fiber；plant protease

TS264.2

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.005

1000-9973（2017）10-0020-03

2017－05－15 *通讯作者

山东省自然科学基金（ZR2014CM035）；山东省2016年度农业重大应用技术创新项目（2130106）；国家科技支撑计划子课题（2012BAD33B07）；泰安市科技发展项目（20113075）

宋荣珍（1993－），女，硕士，研究方向：功能因子的提纯与功能食品开发；唐晓珍（1969－），女，副教授，博士，研究方向：功能因子的提纯与功能食品开发。