菠蘿渣可溶性膳食纖維的提取工藝優(yōu)化和功能特性分析

劉煥云 張香美 王雙振

摘 要 通過單因素及正交試驗優(yōu)化纖維素酶法提取菠蘿渣中可溶性膳食纖維的工藝條件，并對產(chǎn)品的功能特性進行分析。結(jié)果表明：纖維素酶法提取的較佳提取工藝為：蒸餾水（V） ∶ 關(guān)鍵詞 菠蘿渣；可溶性膳食纖維；酶法提取

中圖分類號 TS201.1 文獻標識碼 A

Optimizing Extraction and Studying Properties of

Soluble Dietary Fibre from Pineapple Bran

LIU Huanyun， ZHANG Xiangmei， WANG Shuangzhen

College of Biology Science and Engineering， Hebei University of Economics and Business， Shijiazhuang， Hebei 050061， China

Abstract The single factor and orthogonal experiments were used to explore the optimal condition for the extraction of soluble dietary fibre by enzymatic method and the functional characteristics of the extract were determined. The optimal extraction conditions were as follows： the ratio of water to material was 20 mL to 1g， the quantity of cellulose used was 30 U/g at pH4.8， temperature 40 ℃ and 2.0 h extraction. Under the optimal extraction condition， the yield of soluble dietary fibre was determined to be（7.12±0.02）%. Its water holding capacity and swelling capacity was（35.81±0.04）g/g and（73.50±0.12）mL/g， respectively.

Key words Pineapple bran；Soluble dietary fibre；Enzymatic extracting method

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.04.031

膳食纖維根據(jù)其溶解性可分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber， SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber， IDF）2類，SDF在許多方面具有比IDF更強的生理功能，如降低血液膽固醇，預防便秘、結(jié)腸癌、冠心病、糖尿病等[1-2]。然而許多天然膳食纖維中SDF含量僅為3%～4%，無法達到高品質(zhì)膳食纖維（SDF≥10%）的要求，如何提高SDF含量，進一步提升其理化性質(zhì)及生理活性已成為食品及醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究熱點[3-4]。近年來，國內(nèi)外膳食纖維的改性處理方法主要有生物技術(shù)法（酶法、發(fā)酵法）[5-7]、化學法[8]和物理法[9-10]等。其中生物技術(shù)法的條件溫和、反應速度快、專一性強，改性后所得產(chǎn)品純度高、色澤淺、無異味，被認為是一種很有潛力的方法。綜合以上方法同時進行處理，可獲得SDF含量較高的高品質(zhì)膳食纖維。

菠蘿又名鳳梨、黃梨，在中國廣東、廣西、海南等地均有大面積種植。但菠蘿不易長久保藏，而且在加工過程中有50%～60%的菠蘿皮、渣被廢棄，造成極大的資源浪費和環(huán)境污染。菠蘿渣中含有大量可利用的膳食纖維，目前采用酶法提取其中的SDF尚未見報道。本研究以菠蘿渣為原料，采用單因素及正交試驗法，探討纖維素酶法提取菠蘿渣中SDF較佳工藝條件，并測定其功能特性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試植物 選用巴厘菠蘿為試材，菠蘿渣即生產(chǎn)濃縮菠蘿汁的廢渣。

1.1.2 原料及試劑 纖維素酶由Solarbio公司生產(chǎn)（酶活力30 U/mg），無水乙醇、鹽酸、丙酮等均為分析純，配制用水為二次蒸餾水。

1.1.3 儀器與設備 DFY-300型搖擺式高速中藥粉碎機購自溫嶺市大德中藥機械有限公司，SC-15A型數(shù)控超級恒溫槽購自寧波天恒儀器廠，pHS-4CT型精密酸度計購自上海大普儀器有限公司，72-1型電熱恒溫干燥箱購自湖北省黃石市醫(yī)療器械廠，BS124S型電子天平購自北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司，SP型藥品儲藏箱購自沈陽市偉明醫(yī)療設備廠等。

1.2 方法

1.2.1 原料的預處理 菠蘿渣漂洗后置于80 ℃烘箱中進行干燥，直至干燥后的菠蘿渣含水量約為1%，記錄時間和產(chǎn)品狀態(tài)。將干燥后的菠蘿渣粉碎過60目篩，于室溫下保存于干燥器中備用。

1.2.2 總膳食纖維含量的測定 總膳食纖維含量的測定采用非酶-重量法[11]。

1.2.3 纖維素酶法提取可溶性膳食纖維 稱取0.500 0 g菠蘿渣粉，按一定料液比（g ： mL）加入蒸餾水，調(diào)pH值，加入一定量的纖維素酶后水浴提取一定時間，過濾，濾液真空濃縮至5～10 mL，邊攪拌邊加入4倍體積的無水乙醇，靜置沉淀1 h，抽濾，于80 ℃烘干濾渣，稱重，計算得率。

根據(jù)資料[12]顯示，纖維素酶適宜使用條件為：溫度50 ℃，pH4.5～5.0。據(jù)此以SDF提取得率為評價指標，進行以下試驗。

單因素及正交設計試驗：首先進行單因素試驗，固定其他條件，分別探討料液比（1 ∶ 10～1 ∶ 30）、酶解溶液pH值（4.2～5.3）、纖維素酶用量（10～50 U/g）、酶解溫度（30～70 ℃）、酶解時間（1.0～3.0 h）對SDF提取得率的影響，各因素試驗重復3次，取平均值，各因素水平見表1。根據(jù)單因素試驗的結(jié)果，以酶解溫度（A）、酶解溶液pH值（B）、酶解時間（C）、纖維素酶用量（D）為因素進行L9（34）正交試驗，其因素水平見表2，各試驗重復2次，取平均值。

1.2.4 SDF得率的計算 將提取得到的SDF于80 ℃烘箱中烘干后稱重，按下式計算得率：

3 討論與結(jié)論

菠蘿渣中含有（14.37±0.05）%的膳食纖維，在水果中其含量居中等水平[11]，可作為一種重要的膳食纖維補給源。從菠蘿渣中提取膳食纖維不僅可解決自然資源浪費的問題，而且可大大提高菠蘿加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。然而，目前有關(guān)菠蘿渣膳食纖維的研究較少[14-15]。本實驗采用纖維素酶對菠蘿渣膳食纖維進行改性，主要是改善膳食纖維的質(zhì)量和功能特性。酶法改性提取菠蘿渣SDF的得率為（7.12±0.02）%（表2），持水力與溶脹力分別為（35.81±0.04）g/g和（73.50±0.12）mL/g（表3）。王標詩等[14]采用酸處理法制備菠蘿果渣SDF，當溫度90 ℃、pH1.0、時間90 min、料液比1 ∶ 10時，其得率為8.1%，與本實驗提取結(jié)果相近，但其高酸、高溫條件對設備和溫度要求高，另外菠蘿果實中膳食纖維的含量也隨其品種、產(chǎn)地和成熟階段不同而異[15]。而酶法改性提取菠蘿渣SDF條件溫和、環(huán)境污染小、節(jié)約能源，且產(chǎn)品色澤淺、無異味，持水力和溶脹力均高于堿法制備的菠蘿渣IDF[14]，這也是SDF降血糖、防便秘等生理活性優(yōu)于IDF的原因。隨著酶工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)用酶的酶解效率越來越高，成本越來越低，故酶法提取膳食纖維已成為一個現(xiàn)實可行的方法，正在被許多企業(yè)所采用。

纖維素酶法改性提取菠蘿渣SDF較佳工藝條件為：纖維素酶添加量30 U/g，pH4.8，溫度40 ℃酶解2.0 h，使用該工藝條件制備SDF得率為（7.12±0.02）%，其持水力與溶脹力分別為（35.81±0.04）g/g和（73.50±0.12）mL/g，產(chǎn)品功能特性良好。

參考文獻

[1] 夏楊毅，魯言文. 提高豆渣膳食纖維可溶性改性研究進展[J]. 糧油加工， 2007， 38（7）： 120-122.

[2] 韓東平， 劉玉環(huán)， 李瑞貞，等. 提高豆渣膳食纖維活性改性研究[J]. 食品科學， 2008， 29（8）： 670-672.

[3] 王 強， 趙 欣. 不同膳食纖維的改性技術(shù)研究進展[J]. 食品工業(yè)科技， 2013， 34（9）： 392-395.

[4] Elleuch M， Bedigian D， Roiseux O， et al. Dietary fibre and fibre-rich by-products of food processing：Characterisation，technological functionality and commercial applications： A review[J]. Food Chemistry， 2011， 124（2）： 411-421.

[5] Meyer A S， Dam B P， Lerke H N. Enzymatic solubilization of a pectinaceous dietary fiber fraction from potato pulp：Optimization of the fiber extraction process[J]. Biochemical Engineering Journal， 2009， 43（1）： 106-112.

[6] 倪文霞， 王尚玉， 王宏勛，等. 纖維素酶法制備高品質(zhì)紅薯渣膳食纖維條件的研究[J]. 食品工業(yè)科技， 2012， 33（8）： 204-206

[7] Napolitano A， Lanzuise S， Ruocco M， et al. Treatment of cereal products with a tailored preparation of Trichoderma enzymes increases the amount of soluble dietary fiber[J]. Journal of agricultural and food chemistry， 2006， 54（20）： 7 863-7 869

[8] 魏 決， 萬 萍， 覃 芳，等. 蘋果膳食纖維化學法改性工藝的優(yōu)化[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè)， 2011， 37（3）： 90-93.

[9] Chen Y， Ye R， Yin L， et al. Novel blasting extrusion processing improved the physicochemical properties of soluble dietary fiber from soybean residue and in vivo evaluation[J]. Journal of Food Engineering， 2014， 120（1）： 1-8

[10] Jing Y， Chi Y J. Effects of twin-screw extrusion on soluble dietary fiber and physicochemical properties of soybean residue[J]. Food Chemistry， 2013， 138（2）： 884-889.

[11] 王孝娣， 毋永龍， 王海波，等. 非酶重量法測定水果中的總膳食纖維含量[J]. 中國果樹， 2009， 26（5）： 51-53.

[12] 胡葉碧，王 璋. 纖維素酶和木聚糖酶對玉米皮膳食纖維組成和功能特性的影響[J]. 食品工業(yè)科技， 2006， 27（11）： 103-105.

[13] 彭章普， 龔偉中， 徐 艷，等. 蘋果渣可溶性膳食纖維提取工藝的研究[J]. 食品科技， 2007（7）： 238-241

[14] 王標詩， 陳月飛， 張金儀，等. 正交試驗優(yōu)化菠蘿果渣膳食纖維制備及其性質(zhì)的比較[J]. 食品科學， 2013， 34（6）： 88-92

[15] 史俊燕， 張秀梅. 孫光明. 菠蘿果實膳食纖維的研究[J]. 廣東農(nóng)業(yè)科學， 2010（11）： 110-112.