香蕉皮中水溶性膳食纤维的酶法提取

王海娟，姜雨和，石荣花，孙晓培

（青岛农业大学海都学院，山东莱阳 265200）

0 引言

我国是香蕉种植大国之一，年总产量居世界第3位，仅次于印度和巴西，在香蕉大量采收和加工的同时，香蕉皮成为了香蕉加工企业的主要副产物之一，约占果实总质量的30%[1]，香蕉皮中含有大量的膳食纤维，包括水溶性膳食纤维（SDF）和非水溶性膳食纤维（IDF），其中SDF不仅能够降低血脂和胆固醇、降低心血管疾病的发病率；还可以降低血糖、预防糖尿病、减少次生胆汁酸、石胆酸和脱氧胆酸的形成，而这2种物质与肿瘤的发生都有关[2]。香蕉皮中含有丰富的蛋白质、脂肪、糖，以及K，Ca，Mg，S，Fe，Zn等十几种元素，同时还含有大量的果胶低聚糖、纤维素、半纤维素、木质素等膳食纤维等[3]。因此，香蕉皮等副产物的利用成为我国亟待解决的问题之一。试验采用酶解法对香蕉皮中SDF的最佳提取工艺进行探究，为香蕉皮的开发利用提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

香蕉，购于莱阳市市场；95%乙醇、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、盐酸；α-淀粉酶、胃蛋白酶，英博生物科技有限公司提供。

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1.2 试验方法

1.2.1 纯酶法提取水溶性膳食纤维工艺流程

香蕉皮预处理→加入磷酸盐缓冲液→加热溶解→酶解→抽滤→浓缩→95%乙醇沉淀→抽滤→干燥→称量[4]。

1.2.2 操作要点

（1）香蕉皮预处理。煮沸水洗香蕉皮，去除香蕉皮中部分可溶性糖和色素类物质[5]。将水洗后的香蕉皮切成1 cm长的小段，放入烘箱中干燥至恒质量，粉碎。

（2）加热溶解。取2 g香蕉皮粉，加入一定量的蒸馏水，加热沸腾3 min，冷却至室温，用磷酸盐缓冲液调节pH值5.5左右。

（3）酶解。加入α-淀粉酶混匀，于60℃下水浴1 h，再加入与同体积的蒸馏水，加热至沸腾灭酶，冷却至室温，调节pH值至2.0左右。加入胃蛋白酶，混匀，55℃下水浴1 h。

（4）过滤浓缩。酶解完成后进行抽滤，滤渣用蒸馏水洗涤至中性后干燥，得到的黑色粉末为非水溶性膳食纤维；滤液以转速3 000 r/min离心15 min，收集上清液，水浴锅浓缩至50 mL。

（5） 乙醇沉淀、干燥、称量。上清液用4倍体积的95%的乙醇（200 mL）析出沉淀后抽滤，沉淀放入恒温干燥箱中进行干燥，得到的粉末为水溶性膳食纤维。

1.2.3 水溶性膳食纤维提取率的计算方法

采用质量差法，滤纸与白色粉末总质量减去滤纸质量，算出其质量并记录。

1.3 试验设计

1.3.1 单因素试验设计

试验设计料液比、α-淀粉酶用量、胃蛋白酶用量3个影响因素，每个影响因素设5个水平，分别对不同影响因素进行分析。

单因素试验设计见表1。

表1 单因素试验设计

1.3.2 正交试验设计

在单因素试验的基础上进行正交试验设计，选择液料比、α-淀粉酶用量、胃蛋白酶用量3个影响因素，每个影响因素设3个水平，进行L9（34）正交试验。

正交试验因素与水平设计见表2。

表2 正交试验因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比对水溶性膳食纤维提取率的影响

在α-淀粉酶用量0.3 g，胃蛋白酶用量0.2 g条件下，研究不同料液比对香蕉皮SDF提取率的影响。

料液比对水溶性膳食纤维提取的影响见图1。

图1 料液比对水溶性膳食纤维提取率的影响

由图1可知，料液比为1∶20时提取率最大，为0.25 g，提取率为12.5%，因此选择料液比为1∶20。

2.1.2 α-淀粉酶用量对水溶性膳食纤维提取率的影响

在料液比1∶20，胃蛋白酶用量0.2 g条件下，研究不同α-淀粉酶用量对香蕉皮SDF提取率的影响。

α-淀粉酶用量对水溶性膳食纤维提取率的影响见图2。

图2 α-淀粉酶用量对水溶性膳食纤维提取率的影响

由图2可知，当α-淀粉酶用量为0.28 g时，提取量最大，为0.36 g，此时提取率为18.0%，因此选择0.28 g为α-淀粉酶的最适用量。

2.1.3 胃蛋白酶用量对水溶性膳食纤维提取率的影响

在料液比1∶20，α-淀粉酶用量0.2 g条件下，研究不同胃蛋白酶用量对香蕉皮SDF提取率的影响。

胃蛋白酶用量对水溶性膳食纤维提取率的影响见图3。

图3 胃蛋白酶用量对水溶性膳食纤维提取率的影响

由图3可知，胃蛋白酶用量为0.24 g时，水溶性膳食纤维提取量最大，为0.30 g，提取率为15.0%，因此选择0.24 g为胃蛋白酶的最适用量。

2.2 正交试验结果

根据单因素试验结果，以香蕉中水溶性膳食纤维含量为评价指标，设计L9（34）正交试验，确定最佳工艺。

正交试验结果与分析见表3。

表3 正交试验结果与分析

由表3可知，各因素对水溶性膳食纤维提取的影响大小依次为胃蛋白酶用量＞料液比＞α-淀粉酶用量，最优组合为A2B2C1，且该组合在正交试验中的水溶性膳食纤维的提取率也最高，表明香蕉中水溶性膳食纤维的最佳提取条件为料液比1∶20，α-淀粉酶用量0.28 g，胃蛋白酶用量0.22 g。

3 结论

通过对香蕉皮SDF提取工艺的单因素试验和正交试验的分析，确定香蕉中SDF的最佳提取条件为料液比1∶20，α-淀粉酶用量0.28 g，胃蛋白酶用量0.22 g，提取率为17.5%。不同的单因素条件得到的提取率各不相同，由于酶类易受环境影响，不同的α-淀粉酶添加量引起的结果波动较大。利用酶法所得SDF提取率偏低，但膳食纤维总量较高，水不溶性膳食纤维的提取率远高于响应面法[6]。现有研究指出采用微粉碎技术可以有效提高膳食纤维的提取率[7]。单因素试验结果中出现先增大后降低然后又增大的情况，分析其原因，可能是由于α-淀粉酶与胃蛋白酶之间具有交互作用。试验中还存在许多不足，需进一步研究。