酶法提取蓝莓果渣非水溶性膳食纤维工艺研究

高 鲲，梁文珍，贾金辉，柴虹宇

（辽宁农业职业技术学院，辽宁 营口 115009）

蓝莓，属杜鹃花科越橘属植物，分为野生和人工栽培两种，其果实成熟时呈蓝紫色，果肉细腻多汁。蓝莓果实中富含多种功能营养物质，包括花青素、膳食纤维、单糖、有机酸、多种矿物质和维生素等[1]，具有保护视力、强心、减缓脑神经老化、抗癌、抗氧化、提高免疫力等功能保健作用[2]。蓝莓经深加工后常会产生大量的副产品——果渣，其中膳食纤维的含量远超过其在蓝莓果实中的含量，如果能将其重新收集利用，既可减少资源浪费和环境污染，又可提高蓝莓深加工企业的收益。

膳食纤维是健康饮食中不可缺少的，被称为“第七类营养素”，以是否溶解于水中，可分为水溶性膳食纤维和非水溶性膳食纤维[3]。非水溶性膳食纤维主要包括纤维素、半纤维素和木质素等成分，具有预防和改善便秘、促进肠道有益菌生长、排出有害物质、提高免疫力、减肥、美容养颜等功效。目前，从蓝莓中提取膳食纤维的方法常用的有水解法、碱法、酶法。

本试验以蓝莓果渣为原料，选用双酶法提取果渣非水溶性膳食纤维，采用单因素试验和正交试验确定最优提取工艺条件，并对其进行功能特性测定。该研究将为蓝莓果渣的加工再利用提供理论依据和实践指导。

1 材料与方法

1.1 原料与设备

1.1.1 原料

蓝莓果渣（丹东高冠蓝莓有限公司）；碱性蛋白酶（山东隆科特酶制剂有限公司）；α-淀粉酶（南宁庞博生物工程有限公司）；氢氧化钠（广州刺水科技有限公司）；盐酸（阿拉丁试剂有限公司）；乙醇（济南安盈商贸有限公司）。

1.1.2 设备

202-0B 电热恒温鼓风干燥箱（尚诚仪器有限公司）；800C多功能磨粉机（东莞市华太电器有限公司）；BH-30KA电子天平（上海友声仪器有限公司）；PH-3C 酸度计（上海越平仪器有限公司）；HWS-24型电热恒温水浴锅（上海一恒科学仪器有限公司）；SHB-III 循环水真空泵（长沙明杰仪器有限公司）；LG10-2.4A 高速离心机（北京医用离心机厂）。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

蓝莓果渣→干燥→一次磨粉→脱脂→酶解→干燥→二次磨粉→成品。

1.2.2 操作步骤

1.2.2.1 一次磨粉

蓝莓果渣清洗、沥干水分后，置于100 ℃恒温干燥箱中烘干，然后用磨粉机粉碎，100目筛网过滤，得到蓝莓果渣粉。

1.2.2.2 脱脂

在蓝莓果渣粉中加入无水乙醇，进行脱脂浸提处理，浸提温度为40 ℃，浸提时间为30 min，料液比（m:v）为1:6，之后进行抽滤。

1.2.2.3 酶解

在滤渣中加入蒸馏水，用1%NaOH 调节pH值，加入碱性蛋白酶，然后在45 ℃、一定pH条件下酶解30 min，然后煮沸5 min进行灭酶，于6 000 r/min转速下离心5 min，弃掉上清液，收集沉淀物。在收集的沉淀物中加入蒸馏水，用1%HCl调pH值，加入α-淀粉酶，然后在70 ℃、一定pH条件下酶解30 min，然后煮沸5 min 进行灭酶，于6 000 r/min转速下离心5 min，弃掉上清液，收集沉淀物。

1.2.2.4 二次磨粉

将沉淀物置于100 ℃恒温干燥箱中烘干，然后用磨粉机粉碎，得到蓝莓果渣非水溶性膳食纤维。

1.2.3 试验设计

1.2.3.1 单因素试验设计

在其他条件相同的情况下，分别设计碱性蛋白酶浓度（0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%）、碱性蛋白酶酶解pH 值（6、7、8、9、10）、α-淀粉酶浓度（0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%）、α-淀粉酶酶解pH值（5、6、7、8、9）4个因素进行单因素试验。根据试验结果确定各因素的最佳条件，并用于正交试验设计。

1.2.3.2 正交试验设计

根据单因素试验得到的碱性蛋白酶浓度、碱性蛋白酶酶解pH值、α-淀粉酶浓度、α-淀粉酶酶解pH 值的最佳条件，设计L9（34）的正交试验，确定碱性蛋白酶、碱性蛋白酶酶解pH值、α-淀粉酶浓度和α-淀粉酶酶解pH值对蓝莓渣非水溶性膳食纤维提取率的影响，分析得到最优酶解工艺，并进行验证试验。试验设计见表1。

表1 酶解工艺L9（34）的正交试验设计表

1.2.3.3 性质测定设计

根据标准对最优条件下提取的蓝莓果渣非水溶性膳食纤维进行性质测定，每个指标测定重复三次。

1.2.4 测定方法

1.2.4.1 提取率测定[4]

1.2.4.2 持水力测定[5]

准确称量1.000 g 蓝莓果渣非水溶性膳食纤维至烧杯中，加入50 g 蒸馏水，用玻璃棒搅拌均匀，再在室温下静置2 h；选用0.75 mm 尼龙网过滤，直至不再有水滴落下，对滤网上的湿样品进行称量，准确记录其重量。持水力计算公式如下：

1.2.4.3 持油力测定[5]

准确称量1.000 g 蓝莓果渣非水溶性膳食纤维至烧杯中，加入25 g色拉油，用玻璃棒搅拌均匀，再在室温下静置2 h；以3000 r/min 离心10 min，弃掉上层的油脂，对吸附色拉油的样品进行称重，准确记录其重量。持油力计算公式如下：

1.2.4.4 膨胀力测定[5]

准确称量1.000 g 蓝莓果渣非水溶性膳食纤维至25 mL量筒中，准确记录此时的样品体积，再加入20 mL蒸馏水，室温下静置24 h，准确记录吸水膨胀后的样品体积。膨胀力计算公式如下：

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 碱性蛋白酶浓度对非水溶性膳食纤维提取率的影响

由图1可知，在碱性蛋白酶浓度较低时，非水溶性膳食纤维提取率增加，这可能是因为随着蛋白质降解增多，非水溶性膳食纤维获得率提高。当碱性蛋白酶浓度为0.4%时，非水溶性膳食纤维提取率最高，为65.48%。随着碱性蛋白酶浓度继续上升，提取率下降，但差异不明显，这可能是由于酶的浓度过高，少量的非水溶性膳食纤维降解为水溶性膳食纤维。因此，从提取率和提取成本考虑，确定以0.3%～0.5%碱性蛋白酶进行正交试验。

图1 碱性蛋白酶浓度对非水溶性膳食纤维提取率的的影响

2.1.2 碱性蛋白酶酶解pH值对非水溶性膳食纤维提取率的影响

由图2 可知，随着碱性蛋白酶解pH 值的增加，非水溶性膳食纤维提取率呈现先升高后降低的趋势，差异显著，并在pH 值为8 时提取率最高，为67.44%。这可能是由于pH值对酶活力有较大影响，pH 值过低或过高时，都会降低酶的活力，影响蛋白质的降解。另外，当溶液pH值过高时，纤维素、半纤维素等非水溶性膳食纤维会发生部分水解。因此，选择以碱性蛋白酶酶解pH值为7~9进行正交试验。

图2 碱性蛋白酶酶解pH 值对非水溶性膳食纤维提取率的影响

2.1.3 α-淀粉酶浓度对非水溶性膳食纤维提取率的影响

由图3 可知，当α-淀粉酶浓度小于0.4%时，随着浓度增加，非水溶性膳食纤维提取率提升，且差异明显，这可能是因为随着淀粉降解增多，非水溶性膳食纤维获得率逐渐提升。当α-淀粉酶浓度在0.4%~0.6%时，非水溶性膳食纤维提取率差异不明显，但在0.5%时达到最高值66.34%，这可能是酶的浓度过高，促使少量的非水溶性膳食纤维降解为水溶性膳食纤维。因此，确定正交试验的α-淀粉酶浓度在0.4%~0.6%范围内。

图3 α-淀粉酶浓度对非水溶性膳食纤维提取率的影响

2.1.4 α-淀粉酶酶解pH值对非水溶性膳食纤维提取率的影响

由图4 可知，当α-淀粉酶酶解pH 值为6 时，非水溶性膳食纤维提取率最高，达到66.95%；在pH 值为7 时，提取率稍有降低，差异不显著。当pH 值过低或过高，提取率明显降低，这可能是由于pH值变化对酶活力的影响较大，当pH值偏离最适值时，酶的活力会降低，从而影响淀粉降解。另外，当溶液pH值过高时，部分非水溶性膳食纤维可能会发生水解。因此，选择α-淀粉酶酶解pH值为5~7进行正交试验比较适宜。

图4 α-淀粉酶酶解pH 对非水溶性膳食纤维提取率的影响

2.2 正交试验

按正交试验设计分别进行非水溶性膳食纤维提取率的测定，其测定结果见表2。

表2 正交试验的非水溶性膳食纤维提取率的测定结

根据表3的提取率分析结果可以看出，试验中各因素影响主次顺序为碱性蛋白酶浓度＞α-淀粉酶浓度＞碱性蛋白酶酶解pH 值＞α-淀粉酶酶解pH；最优组合是A2B2C2D2，即碱性蛋白酶浓度为0.4%、碱性蛋白酶酶解pH 值为8、α-淀粉酶浓度为0.5%、α-淀粉酶酶解pH值为6时，蓝莓果渣非水溶性膳食纤维的提取率最高。

表3 正交试验的非水溶性膳食纤维提取率的分析结果

2.3 验证试验

对确定的最优组合配方进行验证试验，重复5次，得到非水溶性膳食纤维提取率的平均值为70.56%，与试验结果一致。验证试验结果见表4。

表4 验证试验结果

2.4 性质测定

根据标准对最优条件下提取的蓝莓果渣非水溶性膳食纤维进行性质测定，平均持水力为25.86 g/g、平均持油力为5.21 g/g、平均膨胀力为9.38 mL/g。说明蓝莓果渣非水溶性膳食纤维具有良好的吸水、吸油、膨胀等功能特性，食用富含此膳食纤维的食品，可以明显增强饱腹感，从而减少热量的摄入。

3 结论

在本试验条件下，利用双酶法提取蓝莓果渣中非水溶性膳食纤维的最优提取工艺条件：碱性蛋白酶浓度为0.4%、碱性蛋白酶酶解pH 值为8、α-淀粉酶浓度为0.5%、α-淀粉酶酶解pH 值为6。从蓝莓果渣中提取的非水溶性膳食纤维的持水力为25.86±0.54 g/g、持油力为5.21±0.28 g/g、膨胀力为9.38±0.47 mL/g。