復合酶法制取筍頭水溶性膳食纖維的研究

李月華，張思耀，賴譜富，丁瑞群，潘超然

（福建農(nóng)林大學食品科學學院，福建福州350002）

復合酶法制取筍頭水溶性膳食纖維的研究

李月華，張思耀，賴譜富，丁瑞群，潘超然*

（福建農(nóng)林大學食品科學學院，福建福州350002）

采用纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶對粉碎后的筍頭進行處理，以得到水溶性膳食纖維。通過實驗選擇最佳的復合酶配比，探究了酶解過程的最佳工藝條件，從而提高水溶性膳食纖維的溶出量。實驗結果表明，纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶的最適用量比例為3∶2∶1，在溫度為60℃，復合酶用量為0.7%，pH為6.0，酶解時間4h的條件下，可溶性膳食纖維溶出量達最高，為4.35g/100g。

筍頭，纖維素酶，半纖維素酶，木聚糖酶，可溶性膳食纖維

Abstract：Using cellulase，hemicellulase and xylanase to degrate the basal part of bamboo shoots which was treated by ultratime，water-soluble dietary fiber could be obtained.The test was adopted to explore the best ratio of compound enzyme and the best technological conditions of enzymolysis process.In order to enhance the dissolution rate of water-soluble dietary fiber，the result indicated that the optimal allocated proportion was cellulase∶hemicellulase∶xylanase=3∶2∶1 and the optimal enzymolysis conditions were as follows：temperature 60℃，amount of enzyme 0.7%，enzymolysis time 4h，pH6.0，liquid-solid ratio 4∶1.The maximum dissolution of watersoluble dietary fiber reached 4.35g/100g.

Key words：basal part of bamboo shoots；cellulase；hemicellulase；xylanase；water-soluble dietaryfiber

我國竹筍資源豐富，是一種深受我國人們喜愛的傳統(tǒng)食品。但加工后剩余的大量筍頭、筍渣等下腳料，由于其口感粗糙、食用價值偏低，因此往往被廢棄，不僅給環(huán)境帶來污染，還造成資源的極大浪費。據(jù)分析，筍頭、筍渣中含有豐富的膳食纖維，但其壁厚、木質(zhì)化纖維含量高，組織結構粗糙，難以被人體吸收。許多研究表明，在膳食纖維中水溶性成分起著關鍵性的作用［1］，當膳食纖維具有溶解的特性后，不但應用范圍大，而且口感好。因此需要對筍頭纖維粉進行營養(yǎng)成分的強化以及功能的進一步活化和提高。目前產(chǎn)業(yè)化的膳食纖維制備一般采用化學方法，不僅幾乎100%水溶性纖維、50%～60%半纖維素和10%～30%纖維素損失掉了［2］，而且環(huán)境污染嚴重。而酶法的作用條件溫和，能最大限度地回收有效成分，且無污染［3］，因此是一種較理想的制備膳食纖維的方法。本實驗主要探究纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶同時作用對筍頭進行酶解的最佳工藝條件，旨在最大限度地提高水溶性膳食纖維的溶出量。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

筍頭 福建新日鮮集團有限公司；纖維素酶（50000U/g） 北京房山酶制劑廠；木聚糖酶（42000U/g） 和氏璧生物技術有限公司；半纖維素酶（49000U/g） 西安沃爾森生物技術有限公司。

分析天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司；HJ301A烘干箱 常州市昊江電熱器材制造有限公司；恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；BMF-6貝利微粉機 濟南倍力粉技術工程有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程 筍頭→挑選、清洗→切碎→打漿→烘干→粉碎→酶解→滅酶→干燥→筍頭膳食纖維粉

1.2.2 筍頭各組分的測定方法 水分：直接干燥法；蛋白質(zhì)含量測定：凱氏定氮法；脂肪含量測定：索氏提取法；灰分測定：高溫灼燒法；IDF和SDF測定：按AACC32-06 方法［4］。

1.2.3 復合酶配比實驗 本實驗通過預實驗選擇出較優(yōu)的四個組別酶配比進行實驗，稱取4份原料，每份5g，在酶用量0.8%，酶解溫度50℃、酶解時間5h、pH5.5、液固比4∶1的相同條件下酶解，整個酶解過程中，每隔15min用玻璃棒攪拌一次。酶解結束后，酶解物立即置于沸水浴中10min加熱滅酶，計算四組不同復合酶配比對筍頭水溶性膳食纖維的溶出量。

1.2.4 酶解條件單因素實驗

1.2.4.1 復合酶用量的確定 稱取6份原料，每份5g，在酶解溫度 50℃、時間 5h、液固比 4∶1、pH5.5 的條件下，6個樣品的酶用量分別取0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%進行酶解，測定其樣品SDF溶出量。

1.2.4.2 酶解溫度的確定 稱取6份原料，每份5g，在復合酶用量0.7%、時間5h、液固比4∶1、pH5.5的條件下，溫度分別為 45、50、55、60、65、70℃的條件下進行酶解，測定其樣品SDF溶出量。

1.2.4.3 酶解時間的確定 稱取原料6份，每份5g，在酶用量0.7%、溫度60℃、液固比4∶1、pH5.5的條件下，取6 個樣品分別酶解3、3.5、4、4.5、5、5.5h，測定其樣品SDF溶出量。

1.2.4.4 液固比的確定 稱取6份原料，每份5g，在酶用量0.7%原料、溫度60℃、酶解時間4.5h、pH5.5的條件下，液固比分別取 2.5∶1、3∶1、3.5∶1、4∶1、4.5∶1、5∶1進行酶解，測定其樣品SDF溶出量。

1.2.4.5 pH的確定 稱取6份原料，每份5g，在酶用量0.7%、溫度60℃、酶解時間4.5h、液固比4∶1的條件下，pH 分別取 4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0，測定其樣品SDF溶出量。

1.2.5 正交實驗設計方案 在上述單因素實驗的基礎上可知，液固比對SDF溶出量的影響較之其它因素對SDF溶出量的影響不明顯，本次實驗不再考慮液固比的因素，酶解約束條件中液固比為4∶1。選用復合酶的酶解溫度、酶用量、酶解時間、pH作為實驗因素，因素水平的設計見表1。選取L16（45）正交表探討復合酶酶解的最優(yōu)工藝參數(shù)［5］，以復合酶酶解后的SDF溶出量為酶解效果指標。

表1 復合酶酶解實驗因素水平表

2 結果與分析

2.1 筍頭成分的測定結果

由筍頭干基成分測定結果可知，竹筍筍頭的營養(yǎng)非常豐富，其中蛋白質(zhì)27.36%、脂肪1.58%、糖類30.21%、纖維素33.85%，特別是蛋白質(zhì)含量比常見蔬菜要高。竹筍脂肪含量較低，食用纖維含量較高，故采用酶解方法提高SDF含量具有廣闊的市場前景。

2.2 復合酶配比的確定

從表2可以看出，第三組的酶解效果最好，SDF溶出量達到4.16g/100g；可能因為纖維素是細胞壁的最主要組成成分，纖維素酶能有效地破壞!-（1-4）糖苷鍵，從而破壞細胞壁結構，使DF轉(zhuǎn)化為SDF；而半纖維素酶、木聚糖酶在破壁效果中與纖維素酶有協(xié)同增效作用，并能降解細胞壁組成中的!-葡聚糖等物質(zhì)，適當?shù)氖褂昧靠梢栽黾诱w的破壁效果。所以研究選用纖維素酶、半纖維素酶、木聚糖酶按3∶2∶1復配進行酶解。

表2 不同配比復合酶筍頭SDF溶出量比較

2.3 可溶性膳食纖維最佳工藝參數(shù)的確定

2.3.1 復合酶用量的確定 由圖1可以看出，筍頭SDF溶出量在0.4%～0.7%的酶用量之間隨著酶用量的加大而升高，當酶用量為0.7%之后，其變化趨緩。當酶用量達到一定程度后反應趨緩，可能因為復合酶作為一種生物催化劑，在底物量固定的情況下，參與酶解反應的位點也是固定的，它與底物的吸附作用具有一定的飽和度，當酶用量達到飽和時，進一步加大酶用量對筍頭酶解效果幾乎沒有影響。從圖中還可以看出，當酶用量為0.7%時，SDF溶出量達到最大，為 4.02g/100g。

圖1 酶用量對筍頭SDF溶出量的影響

2.3.2 酶解溫度的確定 從圖2可以看出，隨著溫度的升高，筍頭SDF溶出量增加，當溫度達到一定程度時，隨著溫度的升高，筍SDF溶出量反而下降；其原因是由于酶的作用效果同溫度的高低有很大的關系，溫度過低不能充分激發(fā)酶的活性，溫度過高會導致酶失活，從而降低酶解的效率。由圖中還可以看出，在溫度為60℃時，SDF的溶出量最高，為4.27g/100g。

圖2 酶解溫度對筍頭SDF溶出量的影響

2.3.3 酶解時間的確定 由圖3可以看出，筍頭SDF溶出量隨著酶解時間的延長而升高，當作用時間為4.5h以后，SDF溶出量沒有明顯變化，測得這時的SDF溶出量為4.28g/100g。

圖3 酶解時間對筍頭SDF溶出量的影響

2.3.4 液固比的確定 由圖4可以看出，開始時隨著液固比的升高，筍頭破壁率和SDF溶出量稍有增加，當液固比為4∶1以后，SDF溶出量略微下降。其原因可能是高濃度底物降低了水的有效濃度，降低了分子擴散性，從而降低了酶促反應速度。過量的底物聚集在酶分子上，生成無活性的中間產(chǎn)物，不能釋放出酶分子，從而也會降低酶反應速度；而當液固比繼續(xù)升高時，由于酶的反應活力有限，因此酶解效果并不能得到進一步提高，相反可能使溶液中的單位酶活力下降，而導致實驗效果有所下降［6-8］。從圖中還可以看出，當液固比為4∶1時，筍頭SDF溶出量達到最高，為 4.30g/100g。

圖4 液固比對筍頭SDF溶出量的影響

2.3.5 pH的確定 由圖5可以看出，在pH4.5～5.5的范圍內(nèi)，SDF溶出量隨著pH增大而增大，當pH為5.5時，其 SDF溶出量達到最大，為4.31g/100g；pH達6.0后，SDF溶出量開始下降。不同pH影響SDF溶出量可能是因為：不同pH可以改變底物分子和酶分子的帶電狀態(tài)，從而影響酶和底物的結合；過高或過低的pH都會影響酶的穩(wěn)定性，進而使酶遭受不可逆破壞，而失去活性。

圖5 pH對筍頭SDF溶出量的影響

2.3.5 復合酶酶解最佳工藝條件的確定 由表3可知，復合酶酶解最優(yōu)工藝條件為A2B3C3D2，這與實驗中筍頭SDF溶出量和破壁率最高的酶解工藝組合A2B4C3D2不符，本實驗對該較優(yōu)工藝組合進行驗證實驗，即采用酶解溫度60℃，酶用量0.7%，pH6.0，酶解時間4h，其SDF溶出量達到4.35g/100g；同時還可以看出，影響SDF溶出量的主次因素為：A＞C＞B＞D，即酶解溫度＞pH＞酶用量＞酶解時間；從表4方差分析可以看出，因素A、B、C對SDF溶出量的影響達到極顯著水平；因素D對SDF溶出量的影響達到顯著水平。

表3 復合酶酶解正交實驗結果

表4 復合酶酶解正交實驗的方差分析表

3 結論

筍頭干基成分測定結果顯示：蛋白質(zhì)含量為27.36%、脂肪1.58%、糖類30.21%、纖維素33.85%。其中脂肪含量低、蛋白質(zhì)和纖維素含量較高，采用纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶降解纖維素和半纖維素，可以提高水溶性膳食纖維的含量，為竹筍的深加工利用開辟了另一條途徑。

實驗結果表明，不同配比的酶組合對筍頭可溶性膳食纖維酶解程度不同，其中以纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶按3∶2∶1配比，SDF溶出量最高。由正交實驗可以確定酶解的最佳工藝參數(shù)是：酶解溫度60℃，酶用量0.7%，酶解時間4h，pH6.0，液固比（V/W）4∶1，這時筍頭 SDF溶出量最高，為4.35g/100g。

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Study on preparation of water-soluble dietary fiber by cellulase compound enzymlysis method

LI Yue-hua，ZHANG Si-yao，LAI Pu-fu，DING Rui-qun，PAN Chao-ran*
（College of Food Science，F(xiàn)ujian Agricultural and Forestry University，F(xiàn)uzhou 350002，China）

TS255.1

B

1002-0306（2010）10-0269-04

2009-09-16 *通訊聯(lián)系人

李月華（1984-），女，碩士研究生，研究方向：食品科學與工程。

福建省科技重點項目（2007I0025）。