复合酶法提取西兰花老茎不溶性膳食纤维

王崇队，张明，杨立风，范祺，张博华，孟晓峰，马超

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南250014）

西兰花属十字花科芸薹属甘蓝变种，原产于地中海东部沿岸地区，近年在我国的栽培面积不断扩大。西兰花老茎是西兰花速冻食品等加工过程中的下脚料，约占鲜重的30%～40%，其中含有丰富的不溶性膳食纤维（IDF）。膳食纤维具有良好的理化特性和生理功能，被人们称为“第七大营养素”，具有促进人体肠道蠕动、调节肠胃、防止便秘等多重功效[1]。

长期以来，由于缺乏有效的加工技术，西兰花中的不溶性膳食纤维，除少部分被用作肥料、饲料外，多数被直接丢弃，造成了资源的极大浪费，同时也污染了环境。目前，利用西兰花老茎提取IDF的研究还较为少见。常用的提取方法有化学法[3]、酶法[4]、超声波法[5]和微波法[6]等。酶法提取条件温和、污染小，且可避免化学溶剂对半纤维素的溶解损失，是一种前景广阔的提取方法。本文以西兰花老茎为原料，采用复合酶法提取IDF，以期为西兰花老茎的综合利用及西兰花产业的可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

西兰花老茎，由山东恒宝食品有限公司提供。将西兰花老茎切成2～3mm薄片，60℃干燥至水分含量10%以下，粉碎，过60目筛，得到西兰花老茎粉，常温密封避光储存备用。

α-高温淀粉酶（酶活8万U/mL）、蛋白酶（酶活15万U/mL），诺维信（中国）有限公司提供。

1.2 仪器与设备

ME104电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；pHS-3C型pH计，上海仪电科学仪器有限公司；SHA-B双功能水浴恒温振荡器，江苏杰瑞尔电器有限公司；pHP-250A型高速多功能粉碎机，浙江永康市荣浩工贸有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。

1.3 工艺流程

西兰花老茎→切片→烘干、粉碎→α-高温淀粉酶水解→蛋白酶水解→抽滤→烘干→不溶性膳食纤维

1.4 酶解单因素试验

1.4.1 α-高温淀粉酶酶解单因素试验

精确称取1.000g西兰花老茎粉，固定其他因素，分别考察料液比（1:20、1:30、1:40、1:50、1:60）、α-高温淀粉酶添加量（5、10、15、20、25μL）、温度（60、70、80、90、100℃）、酶解时间（30、40、50、60、70min）、pH 值（4.5、5、5.5、6、6.5）对IDF提取率的影响。

1.4.2 蛋白酶酶解单因素试验

精确称取1.000g西兰花老茎粉，充分混匀，固定其他因素，分别考察料液比（1:20、1:30、1:40、1:50、1:60）、蛋白酶添加量（5、10、15、20、25μL）、温度（40、50、60、70、80℃）、酶解时间（30、40、50、60、70min）、pH 值（6.5、7、7.5、8、8.5）对IDF提取率的影响。

1.5 指标测定

IDF提取率计算公式见式（1），提取率数值越小，说明IDF越纯。

式中，A—不溶性膳食纤维的提取率；

B—酶解后剩余物质的质量，g；

C—原料质量，g；

1.6 数据处理

数据均采用Microcal Origin 8.0软件进行作图，采用SPSS进行分析。

2 结果与分析

2.1 酶解单因素试验

2.1.1 料液比对不溶性膳食纤维提取率的影响

由图1可知，在一定范围内，随着料液比的增加，两种酶作用的提取率均呈先降后升趋势，α-高温淀粉酶为料液比1:50，提取率最低，为40.26%；蛋白酶料液比1:40，提取率最低，为36.30%。故初步确定α-高温淀粉酶与蛋白酶的最适料液比分别为1:50和1:40。

图1 料液比对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.1 Effect of solid/liquid ratio on the extraction rate of IDF

2.1.2 酶添加量对不溶性膳食纤维提取率的影响

从图2可以看出，在一定范围内，随着α-高温淀粉酶添加量的增加，提取率呈先降后升趋势，α-高温淀粉酶添加量为10μL时，提取率最低，为39.51%；在一定范围内，随着蛋白酶添加量增加，提取率先缓慢下降，在20μL后逐渐趋于平稳。故初步确定α-高温淀粉酶的最佳添加量为10μL，蛋白酶的最佳添加量为20μL。

图2 酶添加量对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.2 Effect of enzyme addition on the extraction rate of IDF

2.1.3 酶解温度对不溶性膳食纤维提取率的影响

图3 酶解温度对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.3 Effect of enzymatic hydrolysis temperature on the extraction rate of IDF

由图3可知，在一定范围内，不溶性膳食纤维的提取率随α-高温淀粉酶酶解温度的升高而降低，在90℃以后降低减弱；在一定范围内，不溶性膳食纤维的提取率随蛋白酶的酶解温度的升高而降低，在50℃时提取率达最小值，继续提高温度，提取率升高。可能是因为当温度达到蛋白质变性温度区域后，分子剧烈运动，足以打断酶稳定的二级和三级结构键，此种变性作用常导致蛋白质聚集而使酶失活，所以高温使酶解下降[7]。故初步确定α-高温淀粉酶的最佳酶解温度为90℃；蛋白酶的最佳酶解温度为50℃。

2.1.4 酶解时间对不溶性膳食纤维提取率的影响

由图4看出，从α-高温淀粉酶酶解结果可知，在一定范围内，随着酶解时间的延长，提取率不断降低，60min后趋于平稳；对蛋白酶酶解而言，在一定范围内，随着酶解时间的延长，提取率呈先降后升趋势，60min时达峰值。可能是随酶解时间的延长，溶液中水解产物逐渐增大，过高的产物和过低的底物浓度会对水解反应产生抑制作用[8]。故初步确定两种酶最佳水解时间均为60min。

图4 酶解时间对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.4 Effect of enzymolysis time on the extraction rate of IDF

2.1.5 pH值对不溶性膳食纤维提取率的影响

图5 pH对不溶性膳食纤维提取率的影响Fig.5 Effect of pH on the extratction rate of IDF

由图5可知，在一定范围内，随着pH值升高，两者提取率整体均呈先降后升趋势，在pH值分别为6和7.5时达最小值。当pH值继续增加时，水不溶性膳食纤维提取率均增高。可能是因为当pH值远离酶的最适pH值时，酶活性中心的构象甚至整个酶分子结构发生改变，酶蛋白因变性导致失活，从而使原料酶解不完全。且碱性条件，pH值的增大会增强纤维素与半纤维素氢键的破坏作用，会使水不溶性膳食纤维溶解度增大，提取率也增大[9]。因此，初步确定α-高温淀粉酶和蛋白酶的最适酶解pH值分别为6和7.5。

表1 正交试验设计Table 1 Orthogonal experimental design

表2 复合酶提取正交试验结果Table 2 Orthogonal test results with composite enzyme extraction method

2.2 复合酶提取正交试验

根据单因素试验结果，选取对提取率影响较大的α-高温淀粉酶添加量、蛋白酶添加量、蛋白酶温度、蛋白酶pH进行L9(34)正交试验。试验设计见表1，结果见表2。

根据表2的结果可知，试验因素对IDF提取率影响的主次顺序依次为C＞A＞D＞B，即蛋白酶温度＞α-高温淀粉酶添加量＞蛋白酶pH值＞蛋白酶添加量。最优组合为A1B2C2D2，即α-高温淀粉酶添加量7.5μL、蛋白酶添加量20μL、蛋白酶酶解温度50℃、蛋白酶pH8。经验证，此条件下IDF的提取率为33.54%。

3 小结

优化确定复合酶法提取西兰花老茎不溶性膳食纤维最佳工艺为：α-高温淀粉酶料液比1:50、酶添加量7.5μL、酶解温度 90℃、pH6、酶解时间 60min；蛋白酶添加量 20μL、酶解温度 50℃、pH8、酶解时间 60min，在此条件下，西兰花老茎IDF提取率为33.54%。

参考文献：

[1]程顺昌,魏宝东,熊振华,等.西兰花采后贮藏保鲜技术研究进展[J].食品科学,2014,35(7):270-275.

[2]周小理,钱韻芳,周一鸣,等.酶法处理对苦荞麦麸皮膳食纤维物性的影响[J].食品科学,2011,32(3):36-39.

[3]李加兴,梁先长,黄诚,等.响应面法优化火棘水不溶性膳食纤维提取工艺[J].食品科学,2011,32(14):118-123.

[4]王文侠,宋春丽,张晓静,等.复合纤维素酶法制备玉米水溶性膳食纤维[J].食品与发酵工业,2011,37(3):122-125.

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[6]温志英,杨丽钦.花生壳水溶性膳食纤维微博辅助提取工艺及其性质研究[J].中国粮油学报,2011,26(4):99-103.

[7]刘达玉,左勇.酶解法提取薯渣膳食纤维的研究[J].食品工业科技,2005,26(5):90-92.

[8]葛春玉,潘英明,何大明,等.罗汉果渣中水溶性膳食纤维提取工艺的研究[J].江西化工,2003,(1):52-54.

[9]刘红开,李放,张亚宏,等.不同品种蚕豆种皮中膳食纤维的提取工艺优化及其理化特性 [J].食品科学,2016,37(16):22-28.