碱提法、酶解法提取香菇膳食纤维的工艺优化及差异性研究
2019-09-10王曦璠李家宇汤婉婷肖小芹
王曦璠 李家宇 汤婉婷 肖小芹
〔摘要〕 目的 对比研究碱提法、酶解法的提取工艺,比较不同提取方法的香菇膳食纤维(可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维)产率以及其理化性质差异。方法 优化碱提法温度、料液比、碱液浓度和酶解法加酶量、酶解温度、酶解时间等因素,完善香菇膳食纤维最优提取条件。结果 碱提法的最优工艺条件为碱液浓度1.25%,料水比约1∶20,温度80 ℃;酶解法的最优工艺条件为蛋白酶添加量0.4%,淀粉酶添加量0.4%。结论 碱提取法的香菇膳食纤维平均产率高于酶解法。且两种提取方法得到的膳食纤维的理化性质无明显差异,故在生产中宜采用新建立的碱提取法进行香菇膳食纤维的提取。
〔关键词〕 香菇;水溶性膳食纤维;不溶膳食纤维;碱提法;酶解法
〔中图分类号〕R284.2 〔文献标志码〕A 〔文章编号〕doi:10.3969/j.issn.1674-070X.2019.12.023
〔Abstract〕 Objective To compare the extraction process of alkali extraction and enzymatic hydrolysis, and to compare the yield of dietary fiber (Soluble dietary fiber, insoluble dietary fiber) and the physicochemical properties of different extraction methods. Methods The amount of enzyme, enzymatic hydrolysis temperature, enzymatic hydrolysis time, temperature, material-liquid ratio, alkali concentration and other factors were optimized, and the alkali extraction and enzymatic extraction of dietary fiber experiment was improved to find the optimal extraction conditions. Results The optimum technological conditions of alkali extraction were alkali concentration 1.25%, ratio of material to water 1∶20 and temperature 80℃. The optimum technological conditions of enzymatic hydrolysis were 0.4% of protease and 0.4% of amylase. Conclusion The average yield of dietary fiber by alkali extraction was higher than that by enzymatic hydrolysis. The physical and chemical properties of dietary fiber obtained by the 2 extraction methods were not significantly different, so a new alkali extraction method should be used to extract dietary fiber from Lentinus edodes.
〔Keywords〕 lentinus edodes; soluble dietary fiber; insoluble dietary fiber; alkaline collection; enzymolysis method
香菇(Lendinus edodes)屬于口蘑科香菇属,是世界第二大食用菌,也是中国特产之一[1],其味道鲜美、香气沁人、营养丰富,素有“植物皇后”的美誉[2]。我国香菇的出口贸易量也逐渐上升,年递增率约为2%。年出口量为3.6万吨,居世界之首,其次是日本,韩国居第3位[3]。同时,香菇含有丰富的氨基酸、蛋白质、维生素、矿物元素等营养成分,以及香菇多糖、膳食纤维等功能性成分[1]。
膳食纤维(dietary fiber, DF)是指能抗人体小肠消化吸收的植物存储或植物细胞壁结构多糖。根据溶解性不同,可分为水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber, SDF)和水不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber, IDF)。膳食纤维的主要化学成分是抗人体内酶水解的非淀粉多糖、木质素以及其他植物细胞壁成分[4]。根据美国谷物化学师协会(American association of cereal chemists, AACC)的定义,膳食纤维是指在人体小肠中不能消化吸收而在大肠中完全或部分发酵的植物性可食用部分或类似碳水化合物的总称;膳食纤维包括多糖、寡糖、木质素及相关植物成分,可通便、降血脂、降血糖[1]。
目前,国内外提取膳食纤维的方法主要有化学提取法、酶提取法、化学—酶结合提取法、膜分离法、发酵法和超声波法等[5-6]。现有的提取方法存在着操作复杂,产率不高等一系列问题。为了探索药食同源植物中膳食纤维的最佳提取方案,本研究通过优化已有的提取方式[7-8],考察香菇水溶性膳食纤维和不溶膳食纤维碱提法、酶解法[9-10]的最优提取条件,对比研究两种不同提取方法的膳食纤维产率,以及其水合能力和吸附性等理化特性差异,为香菇生产加工和其他研究工作者提供一定的参考。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 样品及试剂 香菇由无限极有限责任公司提供,采于湖北省竹山县,经湖南中医药研究院湖南中药研究所刘浩副研究员鉴定为香菇Lentinus edodes (Berk.)sing。
α-淀粉酶(邢台万达生物工程有限公司,活性:2000 U/g);中性蛋白酶(活性:50 U/mg);氢氧化钠、盐酸、无水乙醇均购自恒兴试剂公司。
1.1.2 主要仪器 TAISITE恒温水浴锅(天津市泰斯特仪器有限公司);101-2型电热鼓风恒温干燥箱(上海天缘试验仪器厂);TP-1200A电子天平(湘仪天平仪器设备有限公司);黄城HC-700高速多功能粉碎机(永康市天祺盛世工贸有限公司);LXJ-ⅡB低速大容量多管离心机(上海安亭科学仪器厂)。
1.2 实验方法
1.2.1 碱提取法提取DF工艺流程 香菇干燥,粉碎,过40目筛。取一定量粉末,以一定浓度的氢氧化钠溶液按不同料液比在不同温度的水浴中浸泡120 min,离心收集上清液,记为上清液1备用;滤渣80 ℃水提,离心得上清液,记为上清液2备用,滤渣即为IDF。合并备用上清液1、2,真空浓缩至50 mL,料液与乙醇按1∶4沉淀120 min,过滤取沉淀干燥后即得SDF。
1.2.2 酶解法提取可溶性、不溶性膳食纤维工艺流程 香菇干燥,粉碎,过40目筛。取一定量粉末,以10倍体积水于室温漂洗、软化60 min,离心后废弃上清液取滤渣,调节至合适pH后使用不同浓度淀粉酶于55 ℃水浴锅中水解60 min,离心收集上清液,记为上清液1备用,滤渣调合适pH后使用不同浓度淀粉酶于50 ℃水浴锅中水解60 min,离心收集上清液,记为上清液2备用,滤渣即为IDF。合并备用上清液1、2,真空浓缩至50 mL,料液与乙醇按1∶4沉淀120 min,过滤取沉淀干燥后得到SDF。
1.2.3 香菇DF得率计算 根据中华人民共和国食品安全国家标准:《GB 5009.88-2014食品中膳食纤维的测定》[11],对可溶性膳食纤维及不溶性膳食纤维的得率进行计算。
SDF得率=(香菇干燥SDF质量/香菇粉末质量)×100%
IDF得率=(香菇干燥IDF质量/香菇粉末质量)×100%
1.2.4 理化特性分析 溶胀度测定:准确称取IDF 0.1 g计为m于10 mL量筒中记录干品体积(V1),用移液管准确吸取5 mL蒸馏水加入其中,振荡均匀后在室温下放置24 h,读取液体中膨胀纤维的体积(V2),计算溶胀度。
溶胀度(mL/g)=(V2-V1)/m
持水力测定:准确称取IDF 1.0 g计为m1,放入烧杯中,加入20 mL水浸泡60 min,沥干后将其转移至表面皿上称重(m2),计算持水力。
持水力(g/g)=(m2-m1)/m1
持油力测定:分别取1.0 g计为m1,可溶性与不溶性膳食纤维于50 mL离心管中,加入20 g食用调和油,搅拌均匀后37 ℃静置60 min,3 000 r/min离心20 min,废弃上层油液,残渣使用滤纸吸干游离的调和油,称重(m2)。
持油力(g/g)=(m2-m1)/m1
1.2.5 统计学方法 采用SPSS 22.0软件对各项数据进行统计学分析与比较。计量资料以“x±s”表示,两组间比较采用独立样本t检验。统计结果以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 不同提取方法提取DF的最优条件
2.1.1 碱提法提取DF最优条件的确定 通过考察碱液浓度、料液比和提取温度,寻找最优提取工艺,不同提取条件下得到SDF和IDF产率。如表1所示。
对不同提取方法中SDF和IDF产率相互对比,如序号所示,第一种提取条件相较第二种,提取的SDF及IDF平均产率有显著性差异(P<0.05),可确定料液比采用1∶20为宜。第一种提取条件相较第三种,提取的IDF产率有显著性差异(P<0.05),在考虑到节能环保的因素上,选择的碱液浓度为1.25%的NaOH溶液。第一种提取条件相较第四种,提取的SDF及IDF平均产率有显著性差异(P<0.05),可确定提取温度采用80 ℃为宜。最终确定碱提法提取DF的最优工艺条件为碱液浓度1.25%、料水比约为1∶20、温度约为80 ℃。
2.1.2 酶提法提取DF最优条件的确定 实验通过考察α-淀粉酶加入量和中性蛋白酶加入量,寻找最优提取工艺,不同提取条件下得到SDF和IDF產率。如表2所示。
对不同提取方法中SDF和IDF产率相互对比,采用SPSS 22.0进行数据处理。第一种提取条件相较第二种,提取的SDF及IDF的平均产率均有显著性差异(P<0.05),从而确定α-淀粉酶的加入量为0.4%。第二种提取条件相较第三,提取的SDF及IDF的平均产率均有显著性差异(P<0.05),可以确定中性蛋白酶的加入量为0.4%。
最终确定酶解法的最优工艺条件为中性蛋白酶的酶解温度为50 ℃,pH 7.0,酶解时间60 min,酶添加量为0.4%;α-淀粉酶采用的酶解温度为55 ℃,pH 6.0,酶解时间90 min,酶添加量为0.4%。
2.2 碱提法与酶解法提取DF的差异比较
2.2.1 碱提法与酶解法最优条件提取DF得率的差异性分析 碱提法与酶解法提取的SDF具有明显差异,有统计学意义(P<0.01)。采用优化后碱提法及酶解法提取的SDF及IDF产率见表3。
2.2.2 碱提法与酶解法最优条件提取DF的理化性质的差异性分析 对碱提法与酶解法提取的DF理化性质采用独立样本t检验,分别检验其溶胀性、持水力和持油力差异,以α=0.05为置信区间。溶胀性无明显差异;持水力无明显差异,无统计学意义(P=0.471);持油力无明显差异,无统计学意义(P=0.455)。结果见表4。
3 结语
香菇膳食纤维包括了SDF和IDF,本试验得到了香菇DF不同提取方法(碱提法、酶解法)的最优工艺条件。其中,碱提法的最优工艺条件为碱液浓度1.25%、料水比约为1∶20、温度约为80 ℃;酶解法的最优工艺条件为首先以50 ℃为酶解温度,在pH 7.0的环境下采用浓度为0.4%的中性蛋白酶酶解60 min;再以55 ℃为酶解温度,在pH 6.0的环境下采用浓度为0.4%的α-淀粉酶酶解90 min。
其中碱提法的可溶性膳食纤维平均产率、不溶性膳食纤维平均产率均高于酶解法得到的平均产率。两种提取方法得到的膳食纤维的理化性质(持油力、持水力及溶胀性)相近,无统计学上的差异。从生产效益角度从发,故在生产中宜采用碱提法进行。香菇膳食纤维提取方法的优化确定可以作为香菇膳食纤维相关生理、药理研究的前期基础,有助于推进膳食纤维的进一步利用。
参考文献
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