火龙果果皮中水溶性膳食纤维的制备

牛春艳　郑思蒙　吴琼

摘 要：本文主要研究了超声波-酶法制备火龙果果皮中膳食纤维的工艺。通过单因素和正交试验，确定了最佳制备工艺条件。最佳制备条件为：纤维素酶用量0.6%，超声时间25 min，pH 5.0，酶解温度55 ℃。在此条件下，水溶性膳食纤维最佳得率是37.50%。

关键词：火龙果果皮;膳食纤维;超声波-酶法;制备

Abstract：The preparation of dietary fiber in the pericarp of pitaya by ultrasonic-assisted enzymatic extraction was studied in this paper， including the optimum preparation conditions were determined by single factor and orthogonal test. The optimum preparation conditions were as follows： cellulase dosage 0.6%， ultrasonic time 25 min， pH 5.0， enzymatic temperature 55 ℃. Under these conditions， the optimum yield of water-soluble dietary fiber was 37.50%.

Key words：Pericarp of pitaya; Dietary fiber; Ultrasonic-assisted enzymatic extraction; Preparation

中图分类号：TS209

膳食纤维（DF）是指不能被人体内源酶消化吸收的可食性植物细胞、多糖、木质素以及相关物质的总和。膳食纤维是功能性食品一种重要的基料，对人体健康有非常重要的作用，尤其对促进良好的消化和排泄固体废物有着举足轻重的作用。适当的补充膳食纤维，可以防止便秘和降低肠癌的风险;同时可以降低胆固醇，预防胆结石、高脂血症和心血管疾病并且预防糖尿病和改善肠道菌群。膳食纤维虽不具营养价值，但具有的物化特性使它具有独特生理功能和营养保健作用因此被称为继碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素、矿物质和水之后的“第七大营养素”[1-3]。我国膳食纤维的生产用料来源十分广阔，火龙果在加工利用过程中果皮作为加工废弃物被浪费。现在很多研究者发现其果皮中含有很多功能性成分并不断加以利用，这对实现副产物的综合利用、变废为宝、造福人类意义重大[4-5]。超声波-酶法操作条件温和，沉淀效能高，沉淀后能溶解组成细胞壁的纤维素、果胶以及蛋白质等，从而减少溶剂在提取时来自细胞壁的阻力，加速有效成分溶出，从而提高有效成分的提取效率，缩短提取时间。酶法提取膳食纤维因条件温和，副产物少，产品品质良好，且对环境污染较小而具有很好的发展前景。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备

（1）实验材料。果皮，从加工厂获得;纤维素酶，酶活力 50 000 U·g-1。

（2）设备。万分之一电子分析天平，北京京海佳业科贸有限公司生产;DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司生产;SH-500W超声波清洗机，浙江嘉善设备厂生产。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

果皮→干燥→称量→乙酸乙酯脱脂→常压过滤→蒸馏水漂洗数次→超声波酶法提取→蒸馏水漂洗数次→过滤→烘干→磨细→成品。

1.2.2 单因素试验

经過脱脂的样品，固定其他因素水平，分别改变纤维素酶用量、超声时间、pH值及酶解温度，考察单因素对膳食纤维得率的影响。

（1）纤维素酶用量的确定。准确称取12 g脱脂样品，按照1.2.1工艺流程操作，确定纤维素酶超声时间20 min，pH为4.5，酶解温度55 ℃，分别在纤维素酶量为0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%和0.9%的条件下进行实验，用来考察纤维素酶用量对膳食纤维得率的影响。

（2）纤维素超声时间的确定。准确称取12 g脱脂样品，按照1.2.1工艺流程操作，确定纤维素酶量0.6%，pH为4.5，酶解温度55 ℃，分别在超声时间为10、15、20、25 min和30 min的条件下进行实验，用来考察纤维素酶超声时间对膳食纤维得率的影响。

（3）纤维素酶pH值的确定。准确称取12 g脱脂样品，按照1.2.1工艺流程操作，确定纤维素酶量0.6%，超声时间20 min，纤维素酶酶解温度55 ℃，分别在纤维素酶pH值为3.5、4.0、4.5、5.0和5.5的条件下进行实验，用来考察纤维素酶pH对膳食纤维得率的影响。

（4）纤维素酶温度的确定。准确称取12 g脱脂样品，按照1.2.1工艺流程操作，确定纤维素酶量0.6%，纤维素酶超声时间20 min，纤维素酶pH为4.5，分别在纤维素酶酶解温度为45、50、55、60 ℃和65 ℃的条件下进行实验，用来考察纤维素酶酶解温度对膳食纤维得率的影响。

1.2.3 设计正交试验

依据单因素试验初步确定的提取工艺条件，选择纤维素酶用量、处理时间、pH及其温度作为试验因子，以膳食纤维得率为指标，进行L9（34）正交试验。

1.2.4 膳食纤维得率的计算

式中，m0-火龙果果皮粉末质量，单位为g;m1-称量瓶质量，单位为g;m2-称量瓶和火龙果果皮水溶性膳食纤维的总质量，单位为g。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 纤维素酶用量对膳食纤维得率的影响

纤维素酶用量对膳食纤维得率的影响见表1。

由表1可知，纤维素酶用量在0.4%～0.6%时，膳食纤维得率逐渐增加;酶用量0.6%时膳食纤维得率最高;随着酶用量的增加，膳食纤维得率反而略有下降，这可能是因为膳食纤维中含一定量的淀粉，过量的纤维素酶促使了淀粉降解。

2.1.2 超声时间对膳食纤维得率的影响

超声时间对膳食纤维得率的影响见表2。

由表2可知，超声时间对膳食纤维的得率有一定的影响。超声时间在20～30 min时，膳食纤维的得率随超声时间的延长逐渐增加。当超声时间达到25 min时，膳食纤维得随超声时间增加变化很小。考虑到节约时间的原因，选择超声时间25 min较为适宜。

2.1.3 纤维素酶pH对膳食纤维得率的影响

纤维素酶pH对膳食纤维得率的影响见表3。

由表3可知，纤维素酶pH在3.5～4.5时，膳食纤维得率逐渐增加;当pH值为4.5时，膳食纤维得率最大;当纤维素酶pH在4.5～5.5时，粗膳食纤维得率反而略有下降。这可能是因为膳食纤维中仍含有一部分蛋白质;也可能是因为膳食纤维中含有碳氮键，有部分水溶性膳食纤维的流失，所以造成膳食纤维得率的降低。

2.1.4 纤维素酶酶解温度对膳食纤维得率的影响

纤维素酶酶解温度对膳食纤维得率的影响见表4。

由表4可知，纤维素酶酶解温度对膳食纤维的得率有一定的影响。酶解温度在45～55 ℃时，膳食纤维的得率随酶解温度的变化逐渐增加。当酶解温度达到55 ℃时，膳食纤维得率随酶解温度增加变化很小。考虑到温度变化的原因，选择酶解温度在55 ℃较为适宜。

2.2 正交试验结果

选择纤维素酶用量、超声时间、pH及其酶解溫度作为试验因子，设计正交试验，正交设计见表5，结果见表6。

由极差分析可知，4种因素对提取效果的影响大小依次为D>A>C>B，即纤维素酶酶解温度>纤维素酶量>纤维素酶pH>超声时间，其中纤维素酶酶解温度是影响最大的因子。通过正交试验k值分析可以看出豆渣中膳食纤维的最佳提取工艺条件为A2B2C3D2，即纤维素酶用量0.6%，超声时间25 min，纤维素酶pH 5.0，纤维素酶酶解温度55 ℃。在此工艺条件下膳食纤维的得率达到37.50%。

3 结论

本文主要研究了火龙果果皮中膳食纤维的超声波酶法提取工艺。通过单因素试验和正交试验，研究了纤维素酶用量、超声时间、pH以及酶解温度对果皮中膳食纤维得率的影响，结果显示纤维素酶酶解温度>纤维素酶量>pH>超声时间，其中酶解温度是影响最大的因子。确定了果皮中膳食纤维制备的最佳工艺条件：纤维素酶用量0.6%，超声时间25 min，纤维素酶pH为5.0，酶解温度55 ℃。在此条件下，果皮中水溶性膳食纤维最佳得率是37.50%。超声波酶法提取膳食纤维条件温和，副产物少，产品品质良好，且对环境污染较小，具有广阔的市场前景。

参考文献：

[1]扈晓杰，韩 冬，李 铎.膳食纤维的定义、分析方法和摄入现状[J].中国食品学报，2011，11（3）：134-135.

[2]杜亚军.水溶性膳食纤维促进肠道益生菌生长的研究[J].中国乳品工业，2015，43（7）：26-29，34.

[3]吴洪斌，王永刚，郑 刚，等.膳食纤维生理功能研究进展[J].中国酿造，2012，31（3）：13-16.

[4]赵湖冰，姚媛媛，杨乐乐，等.火龙果研究现状与开发前景[J].山东化工，2018，47（14）：52-54.

[5]何玉倩，宋晓燕，刘宝林.干燥方式对火龙果果皮理化特性的影响[J].食品与发酵工业，2019，45（2）：159-165.