酶法制备芋头不溶性膳食纤维的研究

黄 雪，邓天祥，朱家琪，李 丽，何莉萍

（武昌工学院食品与环境工程学院，湖北武汉 430065）

0 引言

芋头（Colcasia esculenta（L.）Schott）别名芋魁、俗称芋艿，属天南星科植物。我国芋头种植资源丰富、品种多样，广泛种植于福建、广东、广西、湖南、湖北、山东等地。芋头加工成饮料后，其副产物的渣中含有一定量的不溶性膳食纤维，如何将这部分不溶性膳食纤维收集起来用于其他食品的生产，是课题研究的主要内容。膳食纤维是一种不被人体消化酶所消化的碳水化合物，被称为第七大营养素。膳食纤维具有防治结肠癌、冠心病、便秘、糖尿病、预防肥胖、降血压等功能，在抗肿瘤方面也有较好的效果[1]。目前，提取膳食纤维的方法主要有酸法、碱法、酶法、膜分离法等，其中酶法制备的过程，条件较温和，生产出来的膳食纤维色泽好，因此大部分食品用膳食纤维都采用酶法制备[2-3]。试验以芋头制得饮料后的副产物为原料，分别加入淀粉酶和蛋白酶水解，研究酶处理的相关参数，对生产工艺进行优化，以期能够最大限度地提取芋头膳食纤维，提高芋头的资源利用率和经济附加值，为农产品的深加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

芋头，购于武汉白沙洲大市场；中温淀粉酶（酶活3 000 U/mL），夏盛实业集团有限公司提供；碱性蛋白酶（酶活200 000 U/g），南宁庞博生物工程有限公司提供。

HH-S2型电热恒温水浴锅，力辰科技有限公司产品；分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；DS-1型高速组织捣碎机，上海标本模型厂产品；GZX-907MBE型电热恒温烘箱，上海博讯实业有限公司产品；SHZ-D（III）循环水真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 芋头膳食纤维制备工艺流程[4]

1.2.2 中温淀粉酶水解芋头淀粉工艺优化[5]

（1）酶法水解芋头淀粉单因素试验设计。取新鲜无霉烂的芋头进行清洗、去皮、切块，称取20 g；以不同料液比，用高速组织捣碎机先以低速捣碎10 s，再以高速捣碎15 s；用400目滤布过滤，取滤渣后加水调pH值，置于不同的酶解温度；加入淀粉酶水解1 h，过滤，调pH值至9.0后，加入0.01 g碱性淀粉酶水解、抽滤；加水，水洗至中性，再次抽滤后烘干。

芋头不溶性膳食纤维单因素与水平设计见表1。

表1 芋头不溶性膳食纤维单因素与水平设计

（2）正交试验设计优化芋头不溶性膳食纤维提取工艺[7]。根据单因素试验，运用正交试验设计，选择酶用量、料液比、酶解温度、pH值4个因素，采用四因素三水平试验设计，进行优化芋头不溶性膳食纤维的提取工艺。

芋头不溶性膳食纤维正交试验设计见表2。

表2 芋头不溶性膳食纤维正交试验设计

1.2.3 芋头不溶性膳食纤维得率的计算

准确称取芋头的质量，记为m1，经淀粉酶及碱性蛋白酶水解后，抽滤、水洗至中性，再次抽滤后，将滤渣置于60℃烘箱中干燥至恒质量，得到芋头不溶性膳食纤维提取物，准确称量其质量，记为m2。芋头不溶性膳食纤维按照式（1）进行计算。

1.2.4 芋头不溶性膳食纤维含量的测定

膳食纤维含量参照AOAC酶-质量法进行测定。

2 结果与分析

2.1 淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图1。

图1 淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

芋头中含有大量淀粉，在制备不溶性膳食纤维的过程中，去除淀粉是最关键的步骤。采用α-淀粉酶将淀粉水解为小分子的糖类，使其溶于水中，利用抽滤将其去除。由图1可知，曲线走势陡峭，说明淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响较大，这主要是因为芋头中淀粉含量较多所导致。随着酶用量的增加，不溶性膳食纤维提取率增大，但在酶用量为0.2 g时，增大的趋势放缓，再提高淀粉酶的用量，不溶性膳食纤维提取率提高不大，因此，综合考虑，确定淀粉酶用量为0.2 g。

2.2 料液比对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

料液比对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图2。

图2 料液比对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

由图2可知，曲线走势平稳，说明料液比对芋头不溶性膳食纤维的提取率影响相对较小。当料液比较低时，芋头不溶性膳食纤维的提取率较低，是因为水相体系中，固相过高不利于淀粉水解，当料液比较高时，芋头不溶性膳食纤维的提取率也有所下降，这可能是因为水增加后，收集不溶性膳食纤维有一定困难，部分不溶性膳食纤维在抽滤的过程中有损失。

2.3 酶解温度对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

酶解温度对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图3。

由图3可知，酶解温度升高，分子运动加剧，酶促反应速度加快，当酶解温度到达60℃时，芋头不溶性膳食纤维提取率达到最高，即该淀粉酶的最适酶解温度为60℃。当酶解温度大于60℃后，芋头不溶性膳食纤维提取率下降，这是因为淀粉酶为蛋白质，在高温下容易发生变性。酶解温度大于60℃后，中温淀粉酶发生轻微变性，导致水解能力下降，淀粉水解不够彻底，烘干的产品中，淀粉含量过高，膳食纤维含量过低。

图3 酶解温度对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

2.4 pH值对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

pH值对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图4。

图4 pH值对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

当pH值升高时，芋头不溶性膳食纤维提取率显著提高，这是因为在pH值6.5时，达到淀粉酶的最适pH值。当pH值升高后，淀粉酶的酶活明显下降，在下降到一定幅度时，趋于平缓。

2.5 正交试验设计优化芋头不溶性膳食纤维提取工艺

芋头不溶性膳食纤维提取工艺L9（34）正交试验设计结果见表3。

由表3可知，各因素在试验中的主次顺序为酶解温度＞料液比＞pH值＞淀粉酶用量，即酶解温度对芋头不溶性膳食纤维的提取率影响最大，酶量对其影响最小。提取工艺的最优组合为A2B2C2D1，即芋头不溶性膳食纤维提取的最佳工艺为酶解温度60℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶用量0.18 g。根据最优工艺条件对芋头中不膳食纤维进行提取，经3次验证，所得不溶性膳食纤维的平均提取率为4.125%。

表3 芋头不溶性膳食纤维提取工艺正交L9（34）试验设计结果

3 结论

采用酶法提取芋头不溶性膳食纤维，对酶解温度、料液比、pH值、加酶量进行单因素试验及正交试验分析，得到最佳工艺为酶解温度60℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶量0.18 g。经验证试验，得到芋头不溶性膳食纤维的平均提取率为4.125%。经60℃烘干的芋头不溶性膳食纤维，其颜色为淡黄色，可以直接用作食品配料。

[1]高晓丽，王瑞，闫艳华，等.碱法提取黍米粉膳食纤维的研究 [J].安徽农学通报，2017，23（21）：105-107.

[2]刘宁，戴瑞，刘涛，等.膳食纤维脱色技术的研究进展 [J].农产品加工，2016（12）：65-68，71.

[3]胡杨，周梦舟.膳食纤维在食品中应用的研究进展 [J].粮油食品科技，2017，4（25）：52-55.

[4]曹晟，黄雪，邓天祥，等.芋头清汁饮料生产工艺的研究 [J].食品研究与开发，2017，38（19）：92-97.

[5]千春录，王兢业，戴露婷，等.水芹膳食纤维提取工艺优化及其特性 [J].食品工业科技，2017，38（21）：119-124.

[6]吴俊男，马森，王晓曦，等.小麦麸皮膳食纤维的超声波-酶法改性研究 [J].粮食与油脂，2017，30（6）：22-26.

[7]丁莎莎，黄立新，张彩虹，等.油橄榄果渣膳食纤维碱法提取工艺优化及其理化性质研究 [J].林产化学与工业，2017，37（1）：116-122.◇