基于響應面分析制備豆渣膳食纖維酸處理的工藝優化

鄒建

摘要：采用酸處理和酶處理相結合的方法研究了制備豆渣膳食纖維時酸處理制備工藝的優化，以酸處理的pH、溫度及時間作單因素試驗，并在單因素試驗的基礎上，利用響應面分析軟件對酸處理3個單因素條件的交互影響作用進行了研究。結果表明，處理時間和溫度的交互作用對膳食纖維提取的影響顯著，通過響應面優化酸酶法提取豆渣膳食纖維工藝，確定酸處理的最佳條件為pH 3.48、溫度70.60 ℃、時間100.66 min，所得膳食纖維得率為72.278 3%。

關鍵詞：豆渣；膳食纖維；酸處理；響應面分析

中圖分類號：TS214.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-2981-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.045

Acid Treatment Process of Okara Dietary Fiber Based on Response Surface

ZOU Jian

（Henan University Of Animal Husbandry And Economy， Zhengzhou 450045， China）

Abstract： Combing acid treatment with enzyme treatment， the technology of dietary fiber was optimized by response surface.The interaction effect between three factors were studied. The variance analysis showed that the interaction of extraction time and temperature on extraction was significant and the interaction effect between extraction time and extraction temperature on the dietary fiber was also significant. The best conditions of acid treatment were determined as follows： pH 3.48， extraction temperature 70.60 ℃ and extraction time 100.66 min.

Key words： okara； dietary fiber； acid treatment； response surface

近年來，中國大豆種植有了長足的發展，并刺激了以豆油、豆腐、豆乳和豆奶制品等為主的大豆加工業的迅猛發展。但是，作為大豆生產工業產生最多的副料-豆渣卻因其含水量大，口感粗糙，長期以來被人們忽視。除少部分做飼料外，絕大部分豆渣作為廢料處理，既造成資源浪費，又污染了環境[1]。

豆渣膳食纖維能夠減肥、通便，降血壓、降血脂，防治糖尿病、冠心病和癌癥[2]。此外，大豆膳食纖維中的水溶性膳食纖維可顯著提高機體巨噬細胞率和巨噬細胞吞噬指數，并可刺激抗體的產生，從而增強人體免疫功能[3]。

因此，對豆渣膳食纖維進行制備就具有很重要的應用意義。已有研究結果表明，采用酸處理和酶處理相結合的方法制備豆渣膳食纖維，由于結合了酸處理和酶處理的優點，提高了豆渣膳食纖維的純度及水溶性膳食纖維含量[4]。本試驗重點研究了利用響應面分析酸處理和酶處理制備豆渣膳食纖維工藝中酸處理的最佳工藝條件，為后續酸酶法制備豆渣膳食纖維提供理論依據，為生產高純度豆渣膳食纖維奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試驗材料 豆渣：加工豆腐制品過程中產生的豆渣（來源于鄭州世通豆制品有限公司）。鮮豆渣烘干，粉碎，過40目篩，所得干豆渣含蛋白質15.84%。

1.1.2 儀器與試劑 HH-S型恒溫水浴鍋（常州國華電器有限公司），FA2004A型分析天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司），TDL-5-A型離心機（南京守諾儀器設備有限公司），鼓風干燥箱（上海一恒科技有限公司），精密pH計（廈門隆力德環境技術開發有限公司），FW-100型高速中藥粉碎機（蘇州江東精密儀器有限公司），木瓜蛋白酶：≥50萬IU/g（南寧東恒華道生物科技有限責任公司），鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆膳食纖維的制備工藝流程 酸酶法是豆渣中不溶性膳食纖維提取的一種方法，豆渣先用酸液處理，除去脂肪等雜質；過濾或離心后，殘渣再用蛋白酶處理，除去蛋白質；過濾或離心后，殘渣進行干燥、粉碎，就得到豆渣膳食纖維粉。因此大豆膳食纖維的制備工藝[5]如下：豆渣→干燥→粉碎→酸處理→過濾→漂洗至中性→酶處理→漂洗至中性→過濾→干燥→大豆膳食纖維

1.2.2 操作方法 按一定料液比稱豆渣（W1）和水混合均勻，用濃度1 mol/L的鹽酸溶液調pH，在一定溫度下處理一段時間后，過濾后用濃度1 mol/L的NaOH溶液調pH至中性，再加入適量木瓜蛋白酶脫蛋白（木瓜蛋白酶用量0.3%、酶解溫度50 ℃、酶解時間90 min、pH 5.0），然后滅酶（90 ℃，20 min），干燥、粉碎后，稱重（W2）即得成品[6]。

豆渣膳食纖維得率=W2/W1×100%

1.2.3 單因素試驗 以酸處理的pH、溫度及時間為影響因素，考察這3個因素對豆渣膳食纖維得率的影響。

1.2.4 響應面設計 根據單因素試驗結果，設計響應面試驗，因素與水平見表1。

2 結果與分析

2.1 料液比對豆渣膳食纖維得率的影響

料液比對豆渣膳食纖維得率的影響見圖1。酸處理條件為pH 3.0、提取溫度70 ℃、提取時間1.5 h；酶處理條件為木瓜蛋白酶用量0.3% 、酶解溫度50 ℃、酶解時間90 min、pH 5.0。由圖1可知，豆渣膳食纖維得率隨豆渣濃度的降低而增大，但料液比小于1∶20時，豆渣膳食纖維得率又隨豆渣濃度的降低而降低。因此最佳料液比選擇1∶20。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 pH對豆渣膳食纖維得率的影響 料液比為1∶20，其他參數同“2.1”，在此條件下pH對豆渣膳食纖維得率的影響見圖2。由圖2可知，pH為3.0時，所得產品中膳食纖維得率最高，低于或高于此pH時提取得率均較低。因此，酸處理pH選擇3.0。

2.2.2 溫度對豆渣膳食纖維得率的影響 料液比1∶20，pH 3.0，其他參數同“2.1”，溫度對豆渣膳食纖維得率的影響見圖3。由圖3可知，當溫度為80 ℃時，豆渣膳食纖維得率最高，因此，酸處理溫度可選擇80 ℃。

2.2.3 處理時間對豆渣膳食纖維得率的影響 料液比1∶20，pH 3.0，提取溫度80 ℃，其余參數同“2.1”，在此條件下處理時間對豆渣膳食纖維得率的影響見圖4。由圖4可知，隨時間的延長，豆渣膳食纖維的得率逐漸增大，當時間超過2.0 h，膳食纖維得率變化不大。因此，酸處理時間可選擇2.0 h。

2.3 酸處理條件的優化

酸處理條件響應面試驗結果見表2、表3。根據表2數據，采用Design Expert 7.0軟件進行統計分析，得到如下擬合方程：

Y=-159.218 70+125.186 94A+0.953 76B+ 0.047 711C-0.332 50AB-0.159 42AC+0.021 125BC-13.099 59A2-0.015 596B2-0.005 2C2（R2=0.736 0）。由表3可以看出，模型F值為3.097 423，P值為0.046 4（<0.05），表明該回歸方程是顯著的，失擬項P值為0.145 0（>0.05），不顯著，說明該回歸方程比較可靠。此外，各因素的P值皆大于0.05，表明各因素在試驗設計范圍內對膳食纖維得率的影響不顯著[7]。由表3還可看出，C2對膳食纖維的得率影響極顯著，其他因素及因素間交互影響不顯著。

2.4 響應面圖分析

利用響應面圖有助于理解兩個因素的交互作用。這種圖形很容易通過模型計算獲得，一個因素不變而另一個因素變化得到Y值。通過響應面軟件分析，得出3個因素對膳食纖維得率影響的響應面（圖5）。由圖5可以看出，響應值的最高點處于曲面頂點，即在兩因素變化的中間范圍，故3個因素間兩兩之間具有交互作用。但從上述表和圖中可以看出，僅B和C因素交互作用顯著[8]。最佳添加量的確定通過軟件Design Expert7.0求解方程，得出最佳酸處理條件為pH 3.48，溫度70.60 ℃，時間100.66 min，所得膳食纖維得率為72.278 3%。查表2可知，當pH 3.5，溫度80 ℃，時間120 min時，所得膳食纖維得率為76.58%。綜合比較，并從節約能源方面考慮，選擇酸處理條件為pH 3.48，溫度70.60 ℃，時間100.66 min。

3 結論

通過響應面優化酸酶法提取豆渣膳食纖維工藝，確定酸處理的最佳條件為pH 3.48，溫度70.60 ℃，時間100.66 min。方差分析結果表明，溫度和時間的交互作用對膳食纖維提取的影響顯著。

參考文獻：

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[5] 李文佳，林親錄，蘇小軍.從豆渣中制取大豆膳食纖維的研究[J].農產品加工·學刊，2010（6）：51-53.

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[8] BURKE V，HODG SON J M，BEILIN L J，et al.Dietary protein and soluble fiber reduce ambulatory blood pressure in treated hypertensive[J].Hypertension，2001，38（4）：28-31.