双酶法制备蓝莓果渣膳食纤维的工艺

徐峥嵘，李佳，马正，师进霖*

玉溪农业职业技术学院（玉溪 653106）

膳食纤维（DF）为哺乳动物消化系统内未被消化的植物细胞的残存物，包括纤维素、半纤维素、果胶、树胶、抗性淀粉和木质素等[1]。根据膳食纤维的溶解性，将其分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）[2]。研究发现，膳食纤维可以维护结肠健康[3-5]、降血糖[6-8]、降血脂[9-10]、肥胖病的干预与治疗[11-12]、清除体内重金属等有毒害物质[13]及抗氧化[14-16]。随着人们生活习惯的变化及饮食的精细化，“生活方式病”如糖尿病、肥胖症、高脂血症等发病率逐年攀升，膳食纤维成为营养学家、流行病学家及食品科学家等关注的热点，被称为“第七营养素”。

蓝莓（Blueberry）为杜鹃花科越橘属植物，果肉呈蓝紫色，香气宜人，味道酸甜可口，富含膳食纤维、花青素、有机酸、黄酮醇等具有特殊作用的生理活性成分，被称为“浆果之王”[17]。蓝莓除鲜食外，还被大量加工成为果汁、果酒、果醋、果酱等[18]，以满足消费者对蓝莓的需求。蓝莓在加工过程中会产生大量的果皮、果渣等副产品，造成资源浪费和环境污染。蓝莓果渣中膳食纤维含量丰富，其中纤维素含量为13.32%，半纤维素含量为6.53%[19]，有效提取其中的膳食纤维可以大大提高蓝莓的利用率。

此次试验选择淀粉酶和蛋白酶降解蓝莓果渣中的淀粉和蛋白质，对蓝莓果渣制备膳食纤维的工艺进行研究，以期为蓝莓果渣的综合利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜蓝莓（玉溪市售，品种奥尼尔）榨汁后干燥、粉碎、过筛备用。

中温α-淀粉酶（1万 U/g，江苏锐阳生物科技有限公司）；碱性蛋白酶（20万 U/g，江苏锐阳生物科技有限公司）；氢氧化钠（NaOH）、醋酸（CH3COOH）、双氧水（H2O2）等，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

多乐DL-3366搅拌机（料理机），广州隆特电子有限公司；101-4台式电热恒温鼓风干燥箱，上海圣科仪器设备有限公司；ST-15B多功能高速万能粉碎机，南京贝帝实验仪器有限公司；HH-4电热恒温水浴锅，山东临沂正衡化玻仪器有限公司；赛多利斯GL224-1SCN万分之一电子分析天平，深圳市林涛仪器有限公司；SHZ-95B水循环真空泵，郑州乾正仪器设备有限公司；pH计，天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 膳食纤维的制备工艺要点

新鲜蓝莓搅拌榨汁→过滤、汁渣分离→得到蓝莓果渣→50 ℃恒温烘干至质量恒定→粉碎过60目筛网→CH3COOH调节pH→加入α-淀粉酶进行水解→洗涤至中性→NaOH调节pH→碱性蛋白酶水解→80 ℃恒温烘干→H2O2脱色→CH3COOH调节pH至中性→50 ℃恒温烘干→粉碎过筛→膳食纤维

1.3.2 单因素试验

双酶法制备膳食纤维的工艺中，影响提取率的主要因素为α-淀粉酶和碱性蛋白酶的添加量、酶解温度。

首先进行α-淀粉酶单因素试验：固定其它条件，设定添加量分别为0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%，酶解温度分别为60，65，70，75，80，85和90 ℃。然后进行碱性蛋白酶单因素试验：设定添加量分别为0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，酶解温度分别为40，45，50，55和60 ℃。

1.3.3α-淀粉酶和碱性蛋白酶正交试验

以单因素试验的结果为参考，选择α-淀粉酶、碱性蛋白酶的添加量和酶解温度进行四因素三水平L9(34)正交试验，确定最佳工艺参数并进行验证。

1.4 总膳食纤维的测定

每个样品重复测定3次膳食纤维的质量，取平均值后，以GB 5009.88—2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》为参照，并利用蛋白质和灰分含量对所得膳食纤维含量进行校正，获得膳食纤维的提取率。

式中：m为校正后的膳食纤维质量，g；m0为得到的膳食纤维质量，g；m1为蛋白质的质量，g；m2为灰分的质量，g；M为样品的质量，g；D为膳食纤维的提取率，%。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1α-淀粉酶添加量对蓝莓果渣膳食纤维提取率的影响

试验条件设定：α-淀粉酶的添加量分别为0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%，酶解温度75 ℃，酶解时间3 h；碱性淀粉酶的添加量0.3%，酶解温度50 ℃，酶解时间3 h。

由图1可以看出，当α-淀粉酶的添加量较低时，膳食纤维的提取率随添加量的增加而增加，并在0.4%时达到最高。随后，α-淀粉酶添加量的增加反而降低了膳食纤维的提取率。这可能是在适宜的条件下，过量的α-淀粉酶把一部分膳食纤维分解成了多糖或单糖等小分子物质[20-21]。

2.1.2α-淀粉酶酶解温度对蓝莓果渣膳食纤维提取率的影响

试验条件设定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解温度分别为60，65，70，75，80，85和90 ℃，酶解时间3 h；碱性淀粉酶的添加量0.3%，酶解温度50 ℃，酶解时间3 h。

由图2可以看出，α-淀粉酶的酶解温度在60～75℃之间，膳食纤维的提取率随温度的升高而增加，并在75 ℃时达到最高。随后，膳食纤维的提取率随温度的升高反而出现下降趋势。这可能是试验选择了中温α-淀粉酶，过高的温度会降低其活性，从而影响膳食纤维的提取率。

图2 α-淀粉酶酶解温度的影响

2.1.3 碱性蛋白酶添加量对蓝莓果渣膳食纤维提取率的影响

试验条件设定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解温度75 ℃，酶解时间3 h；碱性淀粉酶的添加量分别是0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，酶解温度50 ℃，酶解时间3 h。

由图3可以看出，膳食纤维的提取率随碱性蛋白酶添加量的增加而表现出先增加后降低的趋势，当添加量为0.3%时提取率最高，达到了50.01%。碱性蛋白酶的添加量大于0.3%后膳食纤维的提取率下降，因为过多的碱性蛋白酶分解了一部分α-淀粉酶，使淀粉分解不彻底，降低了提取率。

图3 碱性蛋白酶添加量的影响

2.1.4 碱性蛋白酶酶解温度对蓝莓果渣膳食纤维提取率的影响

试验条件设定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解温度75 ℃，酶解时间3 h；碱性淀粉酶的添加量0.3%，酶解温度分别为40，45，50，55和60 ℃，酶解时间3 h。

由图4可以看出，膳食纤维的提取率随碱性蛋白酶酶解温度的增加而表现出缓慢增加后快速降低的趋势，当酶解温度50 ℃时提取率最高，达到了49.89%。碱性蛋白酶的酶解温度大于50 ℃后膳食纤维的提取率快速下降，同样是因为高温降低碱性蛋白酶的活性而影响了膳食纤维的提取率。

图4 碱性蛋白酶酶解温度的影响

2.2 正交试验结果分析

根据单因素试验的结果，进行四因素三水平L9(34)正交试验，试验因素水平见表1。试验以膳食纤维的提取率为指标，探究α-淀粉酶添加量（A）、α-淀粉酶酶解温度（B）、碱性蛋白酶添加量（C）和碱性蛋白酶酶解温度（D）的蓝莓果渣膳食纤维的最佳提取工艺，其试验结果见表2。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验结果

由表2可以看出，4个因素均对试验结果产生了影响，极差值RC＞RA＞RD＞RB，说明在此次试验中碱性蛋白酶添加量对试验结果影响最大，α-淀粉酶添加量次之，α-淀粉酶酶解温度影响最小。由正交试验的结果（提取率）可以看出，双酶法制备蓝莓果渣膳食纤维的最佳工艺组合为A1B2C2D2，其次为A2B1C2D3，第三为A1B1C1D1。

以正交试验提取率排名前三的工艺组合进行验证试验，A1B2C2D2的提取率为50.92%，A2B1C2D3的提取率为49.90%，A1B1C1D1的提取率为48.02%。验证试验的结果虽略低于正交试验结果，但提取率最高的仍然是A1B2C2D2组合。

3 结论

试验以膳食纤维的提取率为指标，研究了双酶法（α-淀粉酶和碱性蛋白酶）制备蓝莓果渣中膳食纤维的最佳工艺。单因素试验结果表明，α-淀粉酶、碱性蛋白酶的添加量和酶解温度均会影响膳食纤维的提取率。以单因素试验结果为依据设计正交试验并进行验证，α-淀粉酶添加量为0.3%，α-淀粉酶酶解温度为75℃，碱性蛋白酶添加量为0.3%，碱性蛋白酶酶解温度为45 ℃，此时提取率最高，可达到50.98%。

双酶法制备蓝莓果渣膳食纤维，去除其中淀粉和蛋白质的效果较好，提取率较高，是一种相对健康、理想的提取方法，既充分利用了蓝莓资源，又保护了环境，也为膳食纤维的来源提供新的途径。