纖維素酶提取刺葡萄膳食纖維的工藝研究

劉 敏 ，李含晰 ，周 韜，趙 詠，袁舟舟，張志旭

（1.湖南農業大學東方科技學院，湖南 長沙 410128；2.國家中醫藥管理局亞健康干預技術實驗室，湖南長沙 410128）

刺葡萄（vitis davidii Foex）原產中國，是葡萄屬東亞種群下的一個種，為我國特有的珍貴野生葡萄種類。湖南省刺葡萄資源十分豐富，尤以西部和南部山區分布較多[1]。刺葡萄果實酸甜、風味濃郁但果粒小，果皮厚，種籽多。國家中醫藥管理局亞健康干預技術實驗室以湖南省懷化市芷江縣的刺葡萄新品種“紫秋”果實為試材，對刺葡萄籽油的提取與利用，刺葡萄籽原花青素的提取、分離純化與利用，刺葡萄皮色素的提取與利用，以及刺葡萄果汁的加工特性、加工技術進行了研究，為刺葡萄天然功效成分的開發和果實綜合利用提供了可行的技術途徑[2]。本研究旨在對刺葡萄籽油提取后的原料進行膳食纖維的提取，以期開發出安全健康的食品。

膳食纖維生理功能的顯著性與膳食纖維中水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維的比例有很大關系。合理的膳食纖維攝入可減少慢性腸道紊亂、糖尿病、肥胖病、心血管疾病和癌癥等的發生。合理的水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維的比例大約是1∶3，水溶性膳食纖維的含量超過10%才是高品質膳食纖維的標志。普通酶法提取的刺葡萄籽膳食纖維雖然提取率較高，但與膳食纖維功能性相關的主要指標都偏低，需要改進之后才具有提取價值。本研究采取酶處理方式降低IDF的含量，以期提升膳食纖維的品質[3-4]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

刺葡萄籽：刺葡萄采用“紫秋”品種，葡萄籽采用超臨界提油后的原料，粒徑大約為40～60目。

1.2 主要試劑和儀器

蛋白酶（Sigma公司）；淀粉酶（北京雙旋微生物培養基制品廠）；纖維素酶（國藥集團化學試劑有限公司）。紫外分光光度計（日立UV-3310）。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程 粉碎后的刺葡萄籽（1∶8的加水量）—調pH值9.0—淀粉酶水解—沸水浴滅活，調pH值4.0—蛋白酶水解—過濾—漂洗—干燥—膳食纖維。

1.3.2 工藝要點 淀粉酶水解條件為：60℃，2 h，用量為0.08 g/g；蛋白酶水解條件為：65℃，2 h，酶添加量 0.004 g/g；干燥條件為：60℃，4 h；纖維素酶選擇在原料預處理（0 h）、淀粉酶反應階段和蛋白酶反應階段（1、2、3 h）以及產品后處理階段（4 h）添加。

1.3.3 分析方法[5]總膳食纖維、水溶性膳食纖維（SDF）、不溶性膳食纖維（IDF）：采用酶-重量法（AOAC）進行測定。灰分測定：525℃灼燒灰化5 h，干燥器中冷卻，準確稱量剩余物質即為灰分。膳食纖維持水力：準確稱取1.0 g膳食纖維，置于50mL燒杯中，加入20mL水，于室溫下攪拌一定時間，然后在3 000 r/min的條件下離心15min，稱量樣品的濕重。

膳食纖維的持水力＝（樣品濕重一樣品干重）/樣品干重

膳食纖維膨脹力：準確稱取1.0 g膳食纖維，置于量筒中測其體積V1，加水使總體積至25mL處，攪拌均勻，于室溫下水浴靜置一定時間，記錄飽脹膳食纖維的體積V2。

膳食纖維的膨脹力＝（V2－V1）/樣品干重

膳食纖維評價方法：評分法，主要考察IDF/SDF（Ⅰ）值，膨脹力（Ⅱ）和持水力（Ⅲ），以試驗中最優的數值為滿分，三者所占比例為50%，25%和25%。計算公式如下：

品質評分＝50×（Ⅰ參數值/Ⅰ最大值）＋25×（Ⅱ參數值/Ⅱ最大值）＋25×（Ⅲ參數值/Ⅲ最大值）

2 結果與分析

2.1 纖維素酶添加量對提取膳食纖維和質量的影響

采用1.3.1酶法制得的膳食纖維的主要成分是纖維素和半纖維素以及非淀粉類的阿拉伯聚糖、木聚糖，及有少量的木聚糖的葡萄糖醛酸和多聚半乳糖。在不添加纖維素酶的情況下，刺葡萄籽膳食纖維提取率達 47.76%，SDF為 4.82%，IDF較高為40.76%，膨脹力（1.02 mL/g）和持水性（1.09 g/g）也較低。

從表1中可以看出，纖維素酶在后處理階段添加時，膳食纖維的提取率略有降低，可能是由于纖維素酶的作用溫度在60℃左右，部分不溶性纖維降解后因溶于熱水而發生損失[6]。

表1 纖維素酶添加量對膳食纖維提取率的影響

圖1顯示了隨著纖維素酶添加量的增加，膳食纖維的膨脹力、持水力，SDF的變化趨勢，表明纖維素酶添加量越大，膳食纖維的各項品質顯著提高，但添加量到一定程度后，變化趨于平穩。這主要是因為纖維素酶能有效地降解細胞壁，使不溶性纖維素轉變為可溶性的葡聚糖，所以SDF的含量提高，但纖維素酶與細胞壁纖維素底物的結合和作用濃度有限，因此纖維素的降解和結構改變也是有限的。

圖1 纖維素酶添加量對膳食纖維質量的影響

2.2 纖維素酶添加時間對膳食纖維質量的影響

從圖2中可知，在提取膳食纖維的不同階段添加纖維素酶，發現其明顯改善膳食纖維的品質。這可能是因為纖維素酶的添加破壞了纖維素的結構，在纖維素酶和淀粉酶的共同作用下，可溶性膳食纖維顯著增加，品質顯著改善。

圖2 纖維素酶添加時間對膳食纖維質量的影響

2.3 正交試驗結果與分析

初步試驗確定纖維素酶的添加可以有效提高膳食纖維品質，因此選取纖維素酶添加時間，添加量和作用溫度綜合考察纖維素酶添加的最佳添加方式，設計3因素3水平正交試驗如表2。

表2 正交試驗因素水平表

由表3正交試驗結果的極差分析可知，纖維素酶添加對膳食纖維品質影響的大小順序是添加時間>添加量>添加溫度，最佳的試驗組合是A2B2C1，即在55℃下添加450mg/L纖維素酶，反應2 h，膳食纖維的品質最高。

表3 正交試驗結果

3 結論

試驗發現，采用添加纖維素酶的方法能顯著提高膳食纖維的品質，有關最佳條件可應用在不同來源纖維中提取膳食纖維的制備中。由于不同來源的膳食纖維功效不盡相同，這一研究有利于在保留膳食纖維的固有功效基礎上提高膳食纖維的其他特性參數，因而具有較強的研究價值和生產應用價值。同時，其他酶類的添加也可以改變不同纖維的結構，從而提升膳食纖維的可制備性，具有可持續的研究價值。

[1] 石雪暉，楊國順，熊興耀，等.湖南省刺葡萄種質資源的研究和利用[J].湖南農業科學，2010，（19）：1-4.

[2] 劉東波，謝紅旗.刺葡萄功能成分研究與開發[J].第二屆國際中醫藥與亞健康學術研討會[C].長沙，2009,298-304.

[3] Pichupa Peerajit,Naphaporn Chiewchan,Sakamon Devahastin.Effects of pretreatment methods on health-related functional propertiesof high dietary fibre powder from lime residues[J].Food Chemistry,2012,132:1891-1898.

[4] 劉達玉，左 勇.酶解法提取薯渣膳食纖維的研究[J].食品工業科技，2005，（5）：90-92.

[5] 張玉倩，趙乃峰，王成忠，等.膳食纖維功能特性與改性的研究[J].糧食加工，2010，35（5）：57-59.

[6] Vanesa Benítez,Esperanza Mollá,María A Martín-Cabrejas,et al.Effect of sterilisation on dietary?bre and physicochemical properties of onion by-products[J].Food Chemistry,2011,127:501-507.