酶法提取酸漿宿萼中可溶性膳食纖維工藝的優化

陳東　劉新艷　黃平平　呂亞旗　周萌　劉曉玲

摘要：以酸漿（Physalis alkekengi）宿萼為試驗材料，采用酶法酶解淀粉、蛋白質、脂肪等物質，提取可溶性膳食纖維，運用單因素試驗和正交試驗對酸漿宿萼中的可溶性膳食纖維提取的最佳工藝進行優化。結果表明，在綜合考慮產物提取率、純度和成本的前提下，最佳酶解提取工藝為在pH 6.5、酶解溫度50 ℃、酶解12 h、醇沉30 min的條件下，原材料中添加纖維素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g，在此條件下得到的提取率為6.5%。

關鍵詞：酸漿（Physalis alkekengi）宿萼；可溶性膳食纖維；提取工藝；酶用量

中圖分類號：S641.4；Q-31 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）05-1142-03

酸漿（Physalis alkekengi）俗名紅姑娘、燈籠草等，為茄科植物，具有耐寒、抗病等特點，是一種野生性極強的植物，具有獨特的藥用價值和豐富的營養價值[1]。

膳食纖維是一種復雜混合物，主要包括纖維素、半纖維素、果膠及親水膠體物質，還包括木質素、抗性淀粉、抗性糊精、改性纖維素、黏質、寡糖以及少量蠟質、角質和軟木脂等[2]。膳食纖維分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維兩大類，其中水溶性膳食纖維主要由一些膠類等親水膠體物質和部分半纖維素組成。水溶性膳食纖維的主要功能是減少血液中的膽固醇，調節血糖，從而降低心臟病的發生機率，改善并治療糖尿病以及肥胖癥等[2]。目前，水溶性膳食纖維的應用越來越受到重視，被廣泛運用于食品行業。有關酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取報道的較少，趙成萍等[1]利用堿法提取了酸漿宿萼中可溶性膳食纖維，堿法操作簡單，成本較低，但腐蝕性大，不利于保護環境。而周靜峰等[3]對滸苔中可溶性膳食纖維進行提取，發現酶法較化學法提取的可溶性膳食纖維產出量高，且產物的持水力、膨脹力都優于堿法。進一步研究發現，酶法提取的滸苔可溶性膳食纖維可作為高品質膳食纖維及理想的食品添加劑[4]。目前，有關酶法提取酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的研究鮮見報道，本研究利用酶法提取酸漿宿萼中的可溶性膳食纖維，采用正交試驗優化提取工藝，以期為酸漿中可溶性膳食纖維的推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酸漿宿萼購自山東省煙臺市萬民陽光藥店；α-淀粉酶（10×103 U/g）、纖維素酶（5×104 U/g）、木瓜蛋白酶（8×105 U/g）、脂肪酶（2×104 U/g）均購自江蘇銳陽生物科技有限公司；95%乙醇（分析純）購自大連寶生物工程有限公司。

HH-4型數顯恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）、DGL-2004型電熱鼓風干燥箱（煙臺先科儀器有限公司）、5810R型高速冷凍離心機（Eppendorf公司）、微型電動粉碎機、AL104型電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）、LMQ-2360B型滅菌器（山東新華醫療器械股份有限公司）。

1.2 方法

干燥酸漿宿萼樣品經清洗、烘干、粉碎后稱取1 g，加入去離子水浸泡（37 ℃恒溫），將溶液pH調至6.5，按一定比例加入纖維素酶、α-淀粉酶和木瓜蛋白酶，升溫至50 ℃酶解12 h，100 ℃條件下滅活酶活性30 min，3 000 r/min離心5 min，取上清液，過濾，加入4倍體積95%乙醇醇沉30 min后，3 000 r/min離心5 min，保留濾渣，60 ℃烘干得到可溶性膳食纖維。

提取率=（提取的可溶性膳食纖維質量/原料質量）×100%

1.3 單因素試驗

按以下比例分別在原料中添加不同種類的酶，研究其對酸漿宿萼可溶性膳食纖維提取率的影響。①脂肪酶添加量：0.6×102、1.2×103、1.8×103、2.4×103、3.0×103、3.6×103 U/g，纖維素酶添加量為4×104 U/g，α-淀粉酶為5×102 U/g，木瓜蛋白酶為1.2×103 U/g；②纖維素酶添加量：0、1×104、2×104、3×104、4×104、5×104、6×104 U/g，脂肪酶添加量參照優化后結果設定，α-淀粉酶添加量為5×102 U/g，木瓜蛋白酶為1.2×103 U/g；③α-淀粉酶添加量：0、1×102、2×102、3×102、4×102、5×102、6×102 U/g，脂肪酶和纖維素酶添加量參照優化后的結果設定，木瓜蛋白酶添加量為1.2×103 U/g；④木瓜蛋白酶添加量：0、1.2×103、2.4×103、3.6×103、4.8×103、6.0×103、7.2×103 U/g，其他酶添加量參照優化后的結果設定。

1.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，采用纖維素酶、α-淀粉酶、木瓜蛋白酶3個因素進行正交試驗L9（33）優化提取工藝，每個因素3個水平。正交試驗因素和水平見表1。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 脂肪酶添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率的影響 試驗結果表明，脂肪酶添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取率無明顯影響，隨著脂肪酶添加量的增加，可溶性膳食纖維的提取率變化不大（提取率均在5.3%左右）。

2.1.2 纖維素酶添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率的影響 由圖1可知，隨纖維素酶添加量的增加，酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取率逐漸增加，在添加量為5×104 U/g時，提取率達到最大，為6.70%，之后隨著纖維素添加量的增加，提取率反而下降。因此，選擇纖維素酶添加量5×104 U/g為宜。

2.1.3 α-淀粉酶量添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率的影響 在一定范圍內，α-淀粉酶的添加量與酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取率呈正相關，當添加量為5×102 U/g時，提取率最高，為6.70%；之后隨著α-淀粉酶添加量的增加，提取率反而降低（圖2）。因此，選擇α-淀粉酶的最佳添加量為5×102 U/g。

2.1.4 木瓜蛋白酶添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率的影響 木瓜蛋白酶的添加量對酸漿宿萼中可溶性纖維素提取率的影響如圖3所示。當木瓜蛋白酶的添加量為0時，可溶性纖維素提取率較高，之后隨木瓜蛋白酶添加量的增加，提取率呈下降趨勢。當木瓜蛋白酶加入量為2.4×103 U/g時，提取率達到最低，繼續添加酶提取率變化不大。考慮到提取物的純度，木瓜蛋白酶的添加量選擇1.2×103、2.4×103、3.6×103 U/g 3個水平較為合適。

2.2 正交試驗結果

從表2的方差分析可知，3個因素對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取率影響大小依次為纖維素酶（A）、木瓜蛋白酶（C）、α-淀粉酶（B），最佳提取工藝組合應為A2B2C1。在此最佳工藝條件下進行驗證試驗，得到的酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率為6.5%。

3 小結與討論

本試驗中纖維素酶的添加量在一定范圍內與提取率成正比，但當添加量超過一定量后，提取率反而下降。幸宏偉等[5]對酶法提取紅薯渣中可溶性膳食纖維的研究也發現纖維素的過量添加會導致提取率下降，認為纖維素酶在適量時可以將不溶性膳食纖維水解生成可溶性膳食纖維。李應彪等[6]認為在膳食纖維提取中，淀粉酶的添加量要適中，淀粉酶過多地加入會導致半纖維素等活性物質溶出，造成提取率降低。而本研究中α-淀粉酶的過多加入也使可溶性膳食纖維提取率降低，可能因為可溶性纖維中有關活性物質的析出，造成提取率下降。

單因素試驗結果顯示，木瓜蛋白酶添加的量為0時，酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率相對較高，可能此時產物中存在一定的雜質，在控制成本的情況下，適度的增加木瓜蛋白酶，可提高可溶性膳食纖維產物的純度。

酶法提取可溶性膳食纖維時往往需要脂肪酶，本試驗結果表明，脂肪酶的添加與否對可溶性膳食纖維的提取率無明顯影響，可能是酸漿宿萼中脂肪含量較低。張輝[7]對酸漿干燥宿萼成分的研究中發現，其脂肪含量很少，僅為1.8%左右。因此，酶法提取酸漿干燥宿萼中可溶性膳食纖維時，可以不加脂肪酶，以優化生產工藝，節省成本。

本試驗結果表明，在綜合考慮產物提取率、純度和成本的前提下，酶法提取酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的最佳工藝為在酶解溫度50 ℃、反應體系pH 6.5，酶解12 h條件下，原料中添加纖維素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g。

參考文獻：

[1] 趙成萍，張曉娟，王曉聞，等.紅姑娘宿萼中可溶性膳食纖維的提取工藝[J].貴州農業科學，2012，40（4）：170-181.

[2] 李逸鶴.膳食纖維研究現狀及發展趨勢[J].現代農業科技，2010（6）：349-351.

[3] 周靜峰，何 雄，張煜炯，等.不同方法提取滸苔膳食纖維的效果比較[J].食品工業科技，2010，31（5）：274-276.

[4] 周靜峰，何 雄，師邱毅.酶法提取高品質滸苔膳食纖維工藝[J].食品開發與研究，2011，32（3）：148-152.

[5] 幸宏偉，程 琳.酶法提高紅薯渣可溶性膳食纖維得率的研究[J].食品科技，2011，36（10）：153-156.

[6] 李應彪，陸 強.麥麩膳食纖維的提取技術研究[J].糧油加工與食品機械，2005（11）：77-79.

[7] 張 輝.毛酸漿宿萼的化學成分研究[D]. 蘇州：蘇州大學，2010. 21-22.

2.1.4 木瓜蛋白酶添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率的影響 木瓜蛋白酶的添加量對酸漿宿萼中可溶性纖維素提取率的影響如圖3所示。當木瓜蛋白酶的添加量為0時，可溶性纖維素提取率較高，之后隨木瓜蛋白酶添加量的增加，提取率呈下降趨勢。當木瓜蛋白酶加入量為2.4×103 U/g時，提取率達到最低，繼續添加酶提取率變化不大。考慮到提取物的純度，木瓜蛋白酶的添加量選擇1.2×103、2.4×103、3.6×103 U/g 3個水平較為合適。

2.2 正交試驗結果

從表2的方差分析可知，3個因素對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取率影響大小依次為纖維素酶（A）、木瓜蛋白酶（C）、α-淀粉酶（B），最佳提取工藝組合應為A2B2C1。在此最佳工藝條件下進行驗證試驗，得到的酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率為6.5%。

3 小結與討論

本試驗中纖維素酶的添加量在一定范圍內與提取率成正比，但當添加量超過一定量后，提取率反而下降。幸宏偉等[5]對酶法提取紅薯渣中可溶性膳食纖維的研究也發現纖維素的過量添加會導致提取率下降，認為纖維素酶在適量時可以將不溶性膳食纖維水解生成可溶性膳食纖維。李應彪等[6]認為在膳食纖維提取中，淀粉酶的添加量要適中，淀粉酶過多地加入會導致半纖維素等活性物質溶出，造成提取率降低。而本研究中α-淀粉酶的過多加入也使可溶性膳食纖維提取率降低，可能因為可溶性纖維中有關活性物質的析出，造成提取率下降。

單因素試驗結果顯示，木瓜蛋白酶添加的量為0時，酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率相對較高，可能此時產物中存在一定的雜質，在控制成本的情況下，適度的增加木瓜蛋白酶，可提高可溶性膳食纖維產物的純度。

酶法提取可溶性膳食纖維時往往需要脂肪酶，本試驗結果表明，脂肪酶的添加與否對可溶性膳食纖維的提取率無明顯影響，可能是酸漿宿萼中脂肪含量較低。張輝[7]對酸漿干燥宿萼成分的研究中發現，其脂肪含量很少，僅為1.8%左右。因此，酶法提取酸漿干燥宿萼中可溶性膳食纖維時，可以不加脂肪酶，以優化生產工藝，節省成本。

本試驗結果表明，在綜合考慮產物提取率、純度和成本的前提下，酶法提取酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的最佳工藝為在酶解溫度50 ℃、反應體系pH 6.5，酶解12 h條件下，原料中添加纖維素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g。

參考文獻：

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[3] 周靜峰，何 雄，張煜炯，等.不同方法提取滸苔膳食纖維的效果比較[J].食品工業科技，2010，31（5）：274-276.

[4] 周靜峰，何 雄，師邱毅.酶法提取高品質滸苔膳食纖維工藝[J].食品開發與研究，2011，32（3）：148-152.

[5] 幸宏偉，程 琳.酶法提高紅薯渣可溶性膳食纖維得率的研究[J].食品科技，2011，36（10）：153-156.

[6] 李應彪，陸 強.麥麩膳食纖維的提取技術研究[J].糧油加工與食品機械，2005（11）：77-79.

[7] 張 輝.毛酸漿宿萼的化學成分研究[D]. 蘇州：蘇州大學，2010. 21-22.

2.1.4 木瓜蛋白酶添加量對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率的影響 木瓜蛋白酶的添加量對酸漿宿萼中可溶性纖維素提取率的影響如圖3所示。當木瓜蛋白酶的添加量為0時，可溶性纖維素提取率較高，之后隨木瓜蛋白酶添加量的增加，提取率呈下降趨勢。當木瓜蛋白酶加入量為2.4×103 U/g時，提取率達到最低，繼續添加酶提取率變化不大。考慮到提取物的純度，木瓜蛋白酶的添加量選擇1.2×103、2.4×103、3.6×103 U/g 3個水平較為合適。

2.2 正交試驗結果

從表2的方差分析可知，3個因素對酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的提取率影響大小依次為纖維素酶（A）、木瓜蛋白酶（C）、α-淀粉酶（B），最佳提取工藝組合應為A2B2C1。在此最佳工藝條件下進行驗證試驗，得到的酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率為6.5%。

3 小結與討論

本試驗中纖維素酶的添加量在一定范圍內與提取率成正比，但當添加量超過一定量后，提取率反而下降。幸宏偉等[5]對酶法提取紅薯渣中可溶性膳食纖維的研究也發現纖維素的過量添加會導致提取率下降，認為纖維素酶在適量時可以將不溶性膳食纖維水解生成可溶性膳食纖維。李應彪等[6]認為在膳食纖維提取中，淀粉酶的添加量要適中，淀粉酶過多地加入會導致半纖維素等活性物質溶出，造成提取率降低。而本研究中α-淀粉酶的過多加入也使可溶性膳食纖維提取率降低，可能因為可溶性纖維中有關活性物質的析出，造成提取率下降。

單因素試驗結果顯示，木瓜蛋白酶添加的量為0時，酸漿宿萼中可溶性膳食纖維提取率相對較高，可能此時產物中存在一定的雜質，在控制成本的情況下，適度的增加木瓜蛋白酶，可提高可溶性膳食纖維產物的純度。

酶法提取可溶性膳食纖維時往往需要脂肪酶，本試驗結果表明，脂肪酶的添加與否對可溶性膳食纖維的提取率無明顯影響，可能是酸漿宿萼中脂肪含量較低。張輝[7]對酸漿干燥宿萼成分的研究中發現，其脂肪含量很少，僅為1.8%左右。因此，酶法提取酸漿干燥宿萼中可溶性膳食纖維時，可以不加脂肪酶，以優化生產工藝，節省成本。

本試驗結果表明，在綜合考慮產物提取率、純度和成本的前提下，酶法提取酸漿宿萼中可溶性膳食纖維的最佳工藝為在酶解溫度50 ℃、反應體系pH 6.5，酶解12 h條件下，原料中添加纖維素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g。

參考文獻：

[1] 趙成萍，張曉娟，王曉聞，等.紅姑娘宿萼中可溶性膳食纖維的提取工藝[J].貴州農業科學，2012，40（4）：170-181.

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[3] 周靜峰，何 雄，張煜炯，等.不同方法提取滸苔膳食纖維的效果比較[J].食品工業科技，2010，31（5）：274-276.

[4] 周靜峰，何 雄，師邱毅.酶法提取高品質滸苔膳食纖維工藝[J].食品開發與研究，2011，32（3）：148-152.

[5] 幸宏偉，程 琳.酶法提高紅薯渣可溶性膳食纖維得率的研究[J].食品科技，2011，36（10）：153-156.

[6] 李應彪，陸 強.麥麩膳食纖維的提取技術研究[J].糧油加工與食品機械，2005（11）：77-79.

[7] 張 輝.毛酸漿宿萼的化學成分研究[D]. 蘇州：蘇州大學，2010. 21-22.