發酵法對綠豆粉中膳食纖維的改性研究

陳海強，杜　冰，梁鉆好，夏　雨，楊公明，余　銘，*

（1.陽江職業技術學院，廣東陽江529566；2.華南農業大學食品學院，廣東廣州510642；3.咀香園健康食品（中山）有限公司，廣東中山528437）

發酵法對綠豆粉中膳食纖維的改性研究

陳海強1，杜冰2，梁鉆好2，夏雨3，楊公明2，余銘1，*

（1.陽江職業技術學院，廣東陽江529566；2.華南農業大學食品學院，廣東廣州510642；3.咀香園健康食品（中山）有限公司，廣東中山528437）

利用枯草芽孢桿菌BF7658發酵綠豆粉，對比發酵前后可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）的含量變化，研究表明發酵后SDF含量明顯增加。在單因素實驗基礎上進行正交優化實驗，得出發酵的最佳工藝條件：料水比1∶10（w∶v）條件下，接種量11%（w/w），發酵時間24h，發酵溫度34℃，在此條件下SDF含量高達10.08%，在發酵原料0.78%的基礎上增加了9.30%。

發酵法，膳食纖維，綠豆粉，改性

綠豆粉為豆科植物綠豆的種子經水磨加工干燥而得到的，含有豐富的無機鹽、維生素、蛋白質和膳食纖維。膳食纖維根據溶解性分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）。與IDF相比，SDF在許多方面具有更強的生理功能，如排除有害金屬離子、降低膽固醇、預防高血壓、心臟病、膽結石和糖尿病等，而且有利于人體的消化吸收［1-3］。但天然的綠豆粉膳食纖維中大多數為IDF，SDF含量較低，在3%以下，生理活性較低，而高品質膳食纖維組成中SDF含量應在10%以上［4］。因此，對綠豆粉中的膳食纖維進行改性，提高SDF含量，能進一步提高綠豆粉質量，增強綠豆粉的綜合利用價值。

膳食纖維改性的方法主要有高溫蒸煮、擠壓膨化技術、動態高壓技術、離心分離技術、鹽法、酶法、發酵法等［1，5-6］。酸堿法會降低膳食纖維的持水性和膨脹度［5］，酶法雖條件溫和能耗低，但單一酶解的效率并不高［7］，其他方法或操作復雜或成本高。相比之下，微生物發酵法能明顯增加SDF含量的同時，在提高膳食纖維的持水力和膨脹度［8-10］方面具有明顯的優勢，利用微生物分泌的多種酶系，水解或消耗原料中的淀粉、蛋白質、脂肪等［11］，提高產品中SDF的含量，操作簡便、綠色安全、產品質量好、污染少，已成為當下膳食纖維改性方法的研究重點［9］。我國綠豆產量大，但大多只停留在粗產品加工，有效成分沒有得充分利用，產品價格低廉。國內外暫無發酵綠豆粉改善膳食纖維的相關報道，對此進行研究，利用發酵法對綠豆粉中膳食纖維進行改性處理，提高SDF含量，能為進一步提高綠豆產品質量提供新途徑。

1　材料與方法

1.1材料與設備

綠豆粉咀香園健康食品（中山）有限公司提供；枯草芽孢桿菌BF7658廣州智享生物科技有限公司；耐熱型α-淀粉酶Sigma公司；糖化酶、蛋白酶Novo公司；無水乙醇、丙酮、醋酸、醋酸鈉、磷酸氫二鉀、硫酸錳、硫酸銨均為分析純；種子液培養基蛋白胨、酵母膏、葡萄糖和糊精各1%，K2HPO40.1%，MnSO40.05%，（NH4）2SO40.20%，調節pH至7.0，105℃滅菌15m in，冷卻備用。

GB204電子天平梅特勒-托利多儀器上海有限公司；SH 2-88臺式水浴恒溫器江蘇太倉市實驗設備廠；DGG-9070B電熱恒溫鼓風干燥箱上海森信實驗儀器有限公司；RE-52A旋轉蒸發器、SHZ-III循環水真空泵上海亞榮生化儀器廠；高壓滅菌鍋上海三申醫療器械有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1種子液的制備從斜面中挑取2環枯草芽孢桿菌菌體接入種子液培養基中，于37℃，170r/m in搖床培養24h。

1.2.2可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）的測定方法采用酶-重量法分別測定SDF和IDF含量［1，12］。

1.2.3工藝流程綠豆粉→過篩100目→調料→滅菌→冷卻→接種→液體發酵→洗滌→濾渣干燥→測定SDF和IDF含量。

1.2.4單因素實驗

1.2.4.1接種量對SDF含量的影響準確稱取綠豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混勻，121℃滅菌30m in，分別按3%、5%、7%、9%、11%、13%的接種量（w/w）接入種子液，于36℃恒溫培養24h。發酵完畢后過濾并多次洗滌濾渣，濾渣60℃熱風干燥后測定SDF和IDF含量。

1.2.4.2發酵時間對SDF含量的影響準確稱取綠豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混勻，121℃滅菌30m in，按9%的接種量（w/w）接入種子液，于36℃恒溫培養，培養時間分別為18、21、24、27、30、33h。發酵完畢后過濾并多次洗滌濾渣，濾渣60℃熱風干燥后測定SDF和IDF含量。

1.2.4.3發酵溫度對SDF含量的影響準確稱取綠豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混勻，121℃滅菌30m in，按9%的接種量（w/w）接入種子液，分別于28、32、36、40、44、48℃恒溫培養24h。發酵完畢后過濾并多次洗滌濾渣，濾渣60℃熱風干燥后測定SDF和IDF含量。

1.2.5正交優化實驗在單因素實驗的基礎上進行L9（34）正交實驗，因素水平如表1所示，以SDF含量為指標，得出發酵法對膳食纖維改性的最佳工藝條件。

表1　因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.6數據處理Excel 2010統計分析所有數據并制圖，DPS 6.50軟件對正交實驗數據進行分析。

2　結果與分析

2.1接種量對可溶性膳食纖維含量的影響

由圖1可見，接種量較小時，SDF含量隨接種量的增大而急劇增加，隨后基本穩定在10%左右。相比之下，IDF含量則呈現相反趨勢。即接種量小時，接種量的增大會提高發酵效率和發酵程度，促使更多的IDF轉化為SDF。底物量一定，當接種量達到一定程度時，發酵程度已達到最大，SDF含量也達到最大值。

圖1　接種量對SDF和IDF含量的影響Fig.1　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

2.2發酵時間對可溶性膳食纖維含量的影響

由圖2可以看出，發酵時間在18～24h，菌體處于快速生長及產酶旺期，以及發酵過程中分泌的多糖類物質以SDF形式存在，膳食纖維的轉化基本以恒速進行，SDF含量明顯上升，IDF含量則呈明顯的下降趨勢。但24h后，由于培養基中營養物質的消耗，很大程度上抑制了菌體的生長，膳食纖維的轉換速度趨于平緩，SDF得率達到最大值。但發酵后期SDF含量略有下降，究其原因，可能是隨著發酵時間的增長，纖維素酶降解的底物消耗殆盡，而一些多糖類物質需要維持菌體生長而被耗掉。

圖2　發酵時間對SDF和IDF含量的影響Fig.2　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

2.3發酵溫度對可溶性膳食纖維含量的影響

由圖3可以看出，發酵溫度對SDF含量有顯著影響（p＜0.05）。28℃發酵，SDF含量比IDF含量高32.5%，隨著發酵溫度升高，SDF含量不斷增加，并在36℃時出現最大值。發酵溫度繼續升高，SDF含量大幅度減少，發酵溫度超過44℃時，IDF含量反超SDF的含量，當發酵溫度達到48℃時，SDF含量反而比IDF含量低36.1%。故發酵溫度為36℃左右為宜。

2.4正交優化實驗

在單因素實驗的基礎上進行L9（34）正交實驗，正交實驗結果如表2所示。

圖3　發酵溫度對SDF和IDF含量的影響Fig.3　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

表2　L9（34）正交實驗設計及結果分析Table 2　The results of orthogonal experiment

由表2極差分析得知，發酵法提取綠豆粉SDF過程中，影響SDF含量的因素主次順序為A＞C＞B，即接種量＞發酵溫度＞發酵時間，最佳工藝條件為A3B1C1，即接種量11%（w∶w），發酵時間24h，發酵溫度34℃。對最佳工藝條件進行實驗驗證，測得SDF含量為10.08%，高于正交表中各實驗組的SDF含量，說明最佳工藝合理。

3　結論

為了使綠豆粉成為高品質膳食纖維食品，必須對其膳食纖維進行改性。本研究利用枯草芽孢桿菌發酵綠豆粉，極大程度的提高了SDF含量，在發酵過程中，各因素的影響大小依次為：接種量＞發酵溫度＞發酵時間，通過正交實驗，確定其最佳發酵工藝為：料水比為1∶10（w∶v）條件下，接種量11%（w/w），發酵時間24h，發酵溫度34℃，產品SDF含量高達10.08%，在發酵原料0.78%的基礎上增加了9.30%。與此相比，螺桿擠壓技術僅提高綠豆皮SDF含量4.7%［1］。

［1］杜冰，黃守耀，姜龍波，等.雙螺桿擠壓對綠豆皮中膳食纖維的改性研究［J］.食品工業科技，2012，33（10）：170-173.

［2］李建民，侯玉澤.膳食纖維的功能與應用進展［J］.河南科技大學學報：農學版，2003，23（2）：75-78.

［3］Oh IK，Bae IY，Lee H G.In vitro starch digestion and cake quality：Impact of the ratio of soluble and insoluble dietary fiber［J］.Int JBiolMacromol，2014，63：98-103.

［4］裘紀瑩，陳蕾蕾，王未名，等.發酵法制備高品質膳食纖維的研究進展［J］.中國食物與營養，2010（6）：24-27.

［5］林德榮.可溶性膳食纖維提取、理化性質及其生理功能的研究［D］.南昌：南昌大學，2008.

［6］E.Margareta G-L Nyman，SJMaria Svanberg.Modification of physicochemieal properties of dietary fibre in carrots by monoand divalent cations［J］.Food Chemistry，2002，76（3）：273-280.

［7］潘進權，伍惠敏，陳雨鈿.毛霉發酵法制備豆渣可溶性膳食纖維的研究［J］.食品科學，2012，33（15）：210-215.

［8］涂宗財，李金林，汪菁琴，等.微生物發酵法研制高活性大豆膳食纖維的研究［J］.食品工業科技，2005，26（5）：49-50.

［9］尹禮國，徐州，張超，等.發酵法制備苦竹筍膳食纖維工藝條件優化［J］.中國釀造，2012，31（6）：102-105.

［10］袁惠君，趙萍，鞏慧玲.微生物發酵對馬鈴薯渣膳食纖維得率及性質的影響［J］.蘭州理工大學學報，2005，31（5）：75-77.

［11］Chou C C，Ho F M，Tsai C S.Effects of temperature and relative humidity on the growth of and enzyme production by actinomucor taiwanensis during sufu pehtze preparation［J］.Appl Environ Microbiol，1988，54（3）：688-692.

［12］葛邦國，吳茂玉，解維域，等.苦瓜膳食纖維的分析檢測［J］.中國果菜，2006（6）：42.

Study on modified dietary fiber ofmung-bean powder by fermentation

CHEN Hai-qiang1，DU Bing2，LIANG Zuan-hao2，XIA Yu3，YANG Gong-m ing2，YU M ing1，*
（1.Yangjiang Vocational and Technical College，Yangjiang 529566，China；2.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；3.Juxiangyuan Health Food（Zhongshan）Co.，Ltd.，Zhongshan 528437，China）

Contents of the solub le d ietary fiber（SDF）and the insolub le dietary fiber（IDF）ofmung-bean powder before and after fermentation by Bacillus sub tilis BF7658 were com pared and a marked inc rease in the content of SDF was found.Based on sing le factor experiments，the orthogonal test was conducted to determ ine the op timum cond itions which were as follows：material and water ratio 1∶10（w∶v），inoculation amount 11%（w/w），fermentation time 24h and tem perature 34℃.Under these cond itions，the content of SDF was up to 10.08%，a 9.30%increase compared w ith thatbefore fermentation of 0.78%.

fermentation；d ietary fiber；mung-bean powder；mod ification

TS201.2+3

A

1002-0306（2015）06-0200-03

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.036

2014-05-26

陳海強（1986-），男，碩士研究生，研究方向：食品加工技術。

余銘（1973-），男，博士，高級工程師，研究方向：食品生物技術。