酶法制备番茄速溶纤维粉的工艺研究

周靖　孙静涛　刘灵针　魏长庆　刘文玉

摘 要：以番茄皮为原料，对番茄纤维粉的制备工艺进行研究。利用生物酶法及超微粉碎技术制备速溶番茄粉，通过单因素实验和正交实验确定了番茄粉提取的最佳工艺。最佳工艺条件为：蛋白酶添加量0.7%，料液比1∶20，酶解温度70 ℃，pH 7，酶解时间2 h，在此条件下，番茄粉提取率可达74.32%。制得的番茄粉持水力和膨胀性分别为1.307 8 g·g-1和4.467 5 mL·g-1，速溶性较好，色泽呈微红色，符合国家标准。

关键词：番茄皮;速溶粉;膳食纤维;超微粉碎

Abstract：Taking tomato skin as raw material， the preparation process of tomato fiber powder was studied. The instant tomato powder was prepared by bio-enzymatic method and ultra-fine pulverization technology. The optimum process of tomato powder extraction was determined by single factor experiment and orthogonal experiment. The optimum conditions were as follows： the protease addition amount was 0.7%， the ratio of material to liquid was 1∶20， the enzymatic hydrolysis temperature was 70 ℃， pH 7， and the hydrolysis time was 2 h. Under this condition， the extraction rate of tomato powder reached 74.32%. The tomato powder has a water holding capacity and swelling of 1.3078 g·g-1 and 4.467 5 mL·g-1， respectively. The instant solubility is good and the color is reddish， which is in line with national standards.

Key words：Tomato skin; Instant powder; Dietary fiber; Superfine pulverization

中图分类号：TS254.5

新疆维吾尔族自治区是中国最大的番茄种植加工基地，全疆每年消耗新鲜番茄约1 000万t，同时产生番茄皮渣40万t（干重）[1]。番茄皮约占皮渣总量的40%，含有48.5%的不溶性膳食纤维（IDF）和8.9%的可溶性纤维（SDF），是很好的膳食纤维来源[2]。膳食纤维是平衡膳食结构的必需营养素之一，有润肠通便、改善血糖血脂水平和肠道菌群等功能[3-4]，以番茄皮为原料制作膳食纤维补充剂，能发挥其生物功能特性，解决了废料造成的环境问题。

本实验采取超微粉碎结合酶法来处理番茄皮，通过单因素实验以及正交优化实验确定工艺流程，以开发一种速溶番茄粉，来补充现代人们因饮食习惯而过少摄入的膳食纤维[5-7]，并为番茄皮渣的进一步加工利用奠定基础[8]。番茄速溶粉的开发能够提升番茄的精深加工水平，延长产业链，克服產品单一等缺点，提高企业经济效益和竞争力，同时弥补了番茄传统利用方法产生的资源浪费，为保护环境以及进一步工业化生产提供了一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

番茄皮：新疆百禾晶生物技术有限公司提供;食品级CMC、β-环糊精、黄原胶、柠檬酸与果胶酶：新疆恒朝生物技术有限公司;所有有机溶剂均为国产分析纯。

超微粉碎机：江苏宏达粉体装备有限公司;离心机：美国Kocour公司;热风烘干机：上海森信实验仪器有限公司;JA2003数字型电子天平：上海天平仪器厂;DF-101S5L磁力搅拌器：上海邦西仪器有限公司;恒温水浴锅：金坛市医疗仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

番茄皮→烘干→粉碎（80目）→蛋白酶酶解→过滤→喷雾干燥→粉碎细化→成品。

番茄纤维粉提取率（%）=提取后番茄粉的质量（g）/原料质量（g）×100%

1.2.2 单因素实验设计

以番茄皮为原料，番茄粉提取率为评价指标进行单因素实验。单因素实验分别考察酶解温度、料液比、酶添加量、提取时间以及pH对提取率的影响。

1.2.3 正交实验

在单因素实验的基础上，进行正交实验，优化提取工艺。确定酶解温度、pH、料液比、酶添加量为主要因素，番茄纤维粉提取率为指标，设计的正交试验如表1。

1.2.4 产品功能指标及质量指标的测定

（1）膨胀性的测定。称量1.0 g番茄粉于干燥的50 mL量筒中，记录初始体积，然后添加蒸馏水至刻度，搅拌均匀后于室温下静置过夜，观察并记录吸水后体积，计算其膨胀性。膨胀性计算公式如式（1）。

式（1）中：SWC为番茄皮的膨胀性mL·g-1;V1为初始体积mL;V2为吸水膨胀后的体积mL;m1为试样质量g。

（2）持水性的测定。称量0.5 g番茄粉置于50 mL

离心管中，向其添加20 mL蒸馏水，室温下振荡24 h，3 000 r·min-1离心15 min，除去上清液并用滤纸吸干残留水分称量后计算为湿重M，番茄粉的持水性计算公式如式（2）。

式（2）中：WHC为番茄粉的持水性g·g-1;m2为试样质量g;M为湿重g。

（3）溶解性的测定[9]。称量5 g粉末，加入45 g、80 ℃的蒸馏水溶解，启动搅拌器低速搅拌，记录粉末完全溶解的时间（s）。

2 结果与分析

2.1 单因素实验结果分析

2.1.1 温度对纤维粉提取率的影响

温度对纤维粉提取率的影响如图1所示。

由图1的实验结果可知，70 ℃以后，提取率开始呈下降趋势。随着温度的升高，高于最适温度后，酶分子的非共价键开始断裂，使酶逐步变性，反应速度下降。

2.1.2 料液比对纤维粉提取率的影响

料液比对纤维粉提取率的影响如图2所示。

由图2的实验结果可知，当料液比为1∶20时提取率最高，达67.45%，且滤液颜色较浅。当料液比继续增大时，提取率呈下降趋势。其原因可能是原料浓度较高，流动性变差，酶与底物难以充分作用。

2.1.3 蛋白酶添加量对纤维粉提取率的影响

蛋白酶添加量对纤维粉提取率的影响如图3所示。

图3的结果表明，蛋白酶添加量对提取率的影响显著，但当酶添加量超过0.7%时，提取率变化不大，所以综合考虑蛋白酶添加量应为0.7%。

2.1.4 酶反应时间对纤维粉提取率的影响

酶反应时间对纤维粉提取率的影响如图4所示。

由图4可知，2 h之后提取率仅有小幅上升，基本无变化。但提取时间超过2 h能耗加大，还可能对品质产生影响。因此，酶反应时间应在2 h较为合适。

2.1.5 pH对纤维粉提取率的影响

pH对纤维粉提取率的影响如图5所示。

由图5所知，提取率随pH值的增大，呈先升后降的趋势。pH过高过低都会影响酶的效率，使酶活性下降。

2.2 正交试验分析

根据单因素实验结果，按表1进行正交试验，结果如表2所示。

由实验结果可知，影响番茄粉提取率的主次因素顺序为：酶添加量，料液比，温度，pH。由于正交实验所得出的最优方案不在上述9组实验内，故进行验证实验，得到的番茄纤维粉提取率为74.32%，确定A2B2C3D2为最优方案。

2.3 番茄粉溶解实验与产品品质分析

2.3.1 番茄粉质量指标分析

对制备的番茄粉进行质量分析，结果如表3所示，番茄粉中水分、灰分含量均符合膳食纤维粉国家标准，且总膳食纤维含量高达82.1%。

2.3.2 番茄粉功能性指标测定

实验得出番茄粉的持水力为1.307 8 g·g-1，膨胀性为4.467 5 mL·g-1，溶解度为4.74 s。说明番茄粉持水力、膨胀性和溶解性良好。持水力、膨胀性较高的膳食纤维可使人产生一定的饱腹感，刺激肠道蠕动，进而降低肠道癌、痔疮等的患病风险[10]。

3 结论

通过对提取工艺的研究，以番茄纤维粉提取率为指标，综合分析得到番茄速溶粉的最佳提取条件为：蛋白酶添加量0.7%，料液比1∶20，酶解温度70 ℃，pH 7，酶解时间2 h。产品呈红黄色粉末状，速溶性良好，质量指标符合国家标准，可以作为一种功能性营养保健食品。

参考文献：

[1]刘 超.新疆番茄加工产业的现状及发展前景分析[J].现代食品，2018（13）：4-5，9.

[2]Shao D，Atungulu G G， Pan Z， et al. Separation methods and chemical and nutritional characteristics of tomato pomace[J]. Transactions of the ASABE，2013，56（1）：261-268.

[3]Alvaradoa，Acheco-delahayee，Heviap. Value of a tomato byproduct as a source of dietary fiber in rats[J]. Plant Foods for Human Nutrition， 2001，56（4）：335-348.

[4]Lu Z，Wang J，Gao R， et al. Sustainable valorisation of tomato pomace： A comprehensive review[J].Trends in Food Science & Technology， 2019.

[5]王慶玲，朱 莉，孟春棉，等.番茄皮渣膳食纤维的理化性质及其结构表征[J].现代食品科技，2014，30（11）：60-64.

[6]吴洪斌，杨 明，魏 婷，等.番茄皮渣膳食纤维酶法改性工艺研究[J].食品科技，2011，36（6）：104-107.

[7]叶 青，任雷厉，庄新霞，等.加工番茄皮渣中水溶性膳食纤维提取工艺的研究[J].食品工业，2011，32（7）：12-15.

[8]敬思群，杨文菊.番茄渣、皮成分分析及在食品加工中的应用[J]. 新疆大学学报（自然科学版），2006（2）：197-200.

[9]王雪竹.枇杷叶速溶粉制备工艺优化及其性能研究[J].食品与发酵科技，2018，54（6）：49-52.

[10]宁建红，张 杰，李 霞.膳食纤维的生理功能、制备方法和改性技术的研究进展[J].中国食物与营养，2019，25（1）：43-45.