双酶水解香蕉皮提取可溶性膳食纤维初步研究

2019-04-12刘美池秦海旭曹灵菲张焦敏

农产品加工 2019年5期

刘美池，陈华，秦海旭，曹灵菲，张焦敏

（鞍山师范学院化学与生命科学学院，辽宁鞍山 114007）

膳食纤维（DF）是指一种不能被人体消化酶所消化，也不被小肠吸收的，以多糖为主体的高分子物质的总称，包括多糖、寡糖、木质素和相关的植物物质。按其溶解性可分为水溶性的膳食纤维SDF（Soluble dietary fiber）和水不溶性膳食纤维IDF（Insoluble dietary fiber）两大类。膳食纤维是一类理想的功能性食品添加剂，能有效预防和降低糖尿病、结肠癌、冠心病、心肌梗塞、直肠癌、便秘等疾病的发生[1-4]。

香蕉是我国的大宗果品之一，加工中产生大量香蕉皮等废弃物，随意丢弃会造成环境污染和资源浪费。开发并加以综合利用香蕉皮，使其变废为宝具有重要的现实意义。试验以香蕉皮为原材料，采用双酶水解香蕉皮提取其中可溶性膳食纤维，通过单因素试验和正交试验优化，确定可溶性膳食纤维提取工艺的最佳条件，不仅可提高香蕉的附加值,增加果农收入，为香蕉副产物的开发和利用开辟一条新的途径。

1 材料和方法

1.1 材料、仪器与试剂

材料：香蕉，购于当地超市。

仪器：PL2002型电子天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；DHG-033BS-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱，上海新苗医疗器械制造有限公司产品；SHB-B95型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司产品；DK-98-Ⅱ型电热恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司产品；pH计、FZ10微型植物粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司产品。

试剂：α-淀粉酶（3 700 U/g） 250 g、木瓜蛋白酶（90万U/g），北京奥博星生物技术有限公司提供；乙醇、石油醚、柠檬酸、磷酸二氢钠，以上试剂均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 水溶性膳食纤维提取工艺流程

香蕉皮→干燥→粉碎→过筛（40目）→石油醚脱脂→干燥→加入pH值6.0的磷酸盐缓冲液→加入α-淀粉酶水浴酶解→灭酶活→木瓜蛋白酶水浴酶解→离心分离得上清液 →浓缩→乙醇沉淀（4倍体积95%乙醇）→离心→沉淀干燥→可溶性膳食纤维（SDF）。

1.2.2 操作要点

（1）香蕉皮粉末的制备。称量所用香蕉皮的质量并大致测量香蕉皮的体积。准备10倍体积的冷水浸泡香蕉皮5 min，洗涤。捞出沥干水分，加石油醚脱脂，静置24 h。清洗香蕉皮数次，放入鼓风干燥箱中烘干。最后用粉碎机粉碎，得到的粉末过40目筛，装好备用。

（2）水浴酶解。称取5 g干燥的香蕉皮粉末，加入pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液30 mL，调节水浴温度，加入α-淀粉酶酶解60 min；降温后调节水浴温度，加入木瓜蛋白酶酶解60 min。酶解期间，注意避免水分蒸发。

（3）真空抽滤。酶解后的料液抽滤，滤渣用10 mL蒸馏水反复冲洗2次。将所得滤液于60℃烘箱中浓缩，除去多余水分，有利于乙醇沉淀。

（4）乙醇沉淀。浓缩后的溶液中加入4倍体积的95%乙醇，室温静置60 min后，抽滤得到沉淀。旋转蒸发沉淀表面多余的乙醇，将所得沉淀于105℃烘箱中干燥3 h，称质量得SDF，计算SDF得率。

1.2.3 单因素试验

为了确定工艺条件，分别研究2种酶的酶解温度、加入量和酶解时间共6个因素对SDF得率的影响，从中优选出影响最大的4个因素及相应的3个水平，进行正交试验。

（1）α-淀粉酶酶解温度的确定。以pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液作为酶解液，分别加入α-淀粉酶15.0 mg，木瓜蛋白酶10.0 mg，木瓜蛋白酶酶解温度保持为55℃。改变α-淀粉酶酶解温度，依次为80，85，90，95，100℃。2种酶的酶解时间均为60 min。根据SDF提取率来确定α-淀粉酶最佳酶解温度。

（2）木瓜蛋白酶酶解温度的确定。以pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液作为酶解液，分别加α-淀粉酶15.0 mg，木瓜蛋白酶10.0 mg，α-淀粉酶酶解温度保持为90℃。改变木瓜蛋白酶酶解温度，依次为45，50，55，60，65℃。2种酶的酶解时间均为60 min。根据SDF提取率来确定木瓜蛋白酶最佳酶解温度。

（3）α-淀粉酶加入量的确定。以pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液作为酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解温度分别保持为90，55℃。木瓜蛋白酶加入量均为10.0 mg，改变α-淀粉酶用量依次为 10.0，12.5，15.0，17.5，20.0 mg。2 种酶的酶解时间均为60 min。根据SDF提取率来确定α-淀粉酶最佳用量。

（4）木瓜蛋白酶加入量的确定。以pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液作为酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解温度分别保持为90，55℃。α-淀粉酶加入量均为15.0 mg，改变木瓜蛋白酶用量依次为5.0，7.5，10.0，12.5，15.0 mg。2种酶的酶解时间均为60 min。根据SDF提取率来确定木瓜蛋白酶最佳用量。

（5）α-淀粉酶酶解时间的确定。以pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液作为酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解温度分别保持为90，55℃。α-淀粉酶、木瓜蛋白酶用量分别为15.0，10.0 mg。使木瓜蛋白酶酶解时间均为60 min，改变α-淀粉酶酶解时间依次为20，40，60，80，100 min。根据SDF提取率来确定α-淀粉酶最佳酶解时间。

（6）木瓜蛋白酶酶解时间的确定。以pH值为6.0的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液作为酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解温度分别保持为90，55℃。α-淀粉酶、木瓜蛋白酶用量分别为15.0，10.0 mg。使α-淀粉酶酶解时间均为60 min，改变木瓜蛋白酶酶解时间依次为20，40，60，80，100 min。根据SDF提取率来确定木瓜蛋白酶最佳酶解时间。

1.2.4 正交试验

根据单因素试验结果，找出其中的4个主要影响因素，即α-淀粉酶酶解温度、木瓜蛋白酶酶解温度、α-淀粉酶用量、木瓜蛋白酶用量，通过对单因素分析与试验探讨，从中选出合适的水平做正交试验，再经过数据处理确定可溶性膳食纤维制备的最佳工艺条件。

1.2.5 可溶性膳食纤维提取率的计算

2 结果与分析

2.1 正交试验结果与分析

选择上述单因素试验中较优因素，每个因素设计3个水平，选取L9（34）正交表，确定最佳提取条件。

正交试验因素水平及极差分析见表1。

由表1可知，各因素对SDF得率影响的主次顺序为A>D>C>B，即α-淀粉酶水解温度>木瓜蛋白酶用量>α-淀粉酶用量>木瓜蛋白酶水解温度。由香蕉皮制备SDF的最佳条件为A3B1C3D2，即 α-淀粉酶酶解温度为95℃，木瓜蛋白酶酶解温度为45℃，α-淀粉酶用量为17.5 mg，木瓜蛋白酶用量为12.5 mg。