超聲波輔助酶法提取蓮藕渣可溶性膳食纖維的研究

潘 虹，宋春錢，劉和平，尤玉如*

(1.浙江省食品工業協會，浙江 杭州 310005； 2.浙江科技學院 省農產品化學與生物加工技術重點試驗室，浙江 杭州 310023；3.安徽銅陵縣東湖蓮藕專業合作社，安徽 銅陵 244100)

超聲波輔助酶法提取蓮藕渣可溶性膳食纖維的研究

潘 虹1，宋春錢2，劉和平3，尤玉如2*

(1.浙江省食品工業協會，浙江 杭州 310005； 2.浙江科技學院 省農產品化學與生物加工技術重點試驗室，浙江 杭州 310023；3.安徽銅陵縣東湖蓮藕專業合作社，安徽 銅陵 244100)

以蓮藕渣為原料，研究超聲波輔助酶法提取蓮藕渣中的可溶性膳食纖維，并對其持水力、膨脹力等特性進行檢測。試驗結果表明，最佳工藝參數為料液比1∶20、酶用量0.5%、超聲時間50 min、超聲溫度50 ℃；該條件下的可溶性膳纖維提取率達到5.2%，產物呈黃褐色，持水力和膨脹率分別為2.28 g·g-1和3.0 mL·g-1。影響蓮藕渣可溶性膳食纖維提取率的因素主次順序為超聲溫度>超聲時間>酶用量>料液比。

蓮藕渣； 纖維素酶； 可溶性膳食纖維； 超聲波

蓮藕在我國已有兩千多年的栽培歷史，是一種高產高效的水生經濟作物，種植面積廣闊，分布極廣，幾乎各省都有栽培。目前，蓮藕加工產品主要有藕粉、藕汁飲料、藕節制品、藕片及其他風味藕制品。在蓮藕加工過程中，會產生很多蓮藕副產物、藕渣等。為了環境保護與原料的綜合開發利用，開發利用蓮藕廢棄物前景廣闊[1]。

隨著人民生活品質的提高，由于膳食不平衡、飲食不規律和營養過剩等導致高血壓、肥胖癥、糖尿病、冠心病和結腸癌等已成為危害人們健康的主要疾病[2]。大量研究表明，人體慢性病的發生、發展與膳食選擇行為存在密切聯系。高脂高蛋白飲食越來越多，膳食纖維的攝入量相對減少，從而增加了人體健康的風險性[3- 5]，因此合理的膳食纖維攝入對人體有極大的好處。中國營養學會對膳食纖維的定義是指不易被消化酶消化的多糖類食物成分，包含纖維素、半纖維素、果膠、樹脂和木質素[6- 7]等。根據膳食纖維水溶的差異，將其分為2個類型，即水溶性膳食纖維(SDF)和不溶性膳食纖維(IDF)[8]。以蓮藕渣為原料，開展超聲輔助酶法提取膳食纖維，以期為蓮藕的深加工提供一種新方法。

1 材料與方法

1.1 材料

以新鮮蓮藕為試材。纖維素酶(綠色木霉，酶活力15 000 U·g-1，國藥集團化學試劑有限公司)；α- 淀粉酶(40～60 U·g-1，國藥集團化學試劑有限公司)；胰蛋白酶(50 000 U·g-1，上海長哲生物科技有限公司)；石油醚、95%乙醇(分析純，杭州高晶精細化工有限公司)；75%乙醇(分析純，杭州長征化學試劑有限公司)。

DZG- 6050型真空干燥箱(上海森信試驗儀器有限公司)；DGG- 9023A型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海林頻儀器股份有限公司)；HH系列數顯恒溫水浴鍋(上海江星儀器有限公司)；SHZ- D(Ⅲ)循環水式真空泵(上海東璽制冷儀器設備有限公司)；美的榨汁機(廣東美的精品電器制造有限公司)；電子天平(梅特勒- 托利多(常州)稱重設備系統有限公司)；分析天平(上海民橋精密科學儀器有限公司)；高速離心機TG16K- Ⅱ(長沙東旺試驗儀器有限公司)；精密試紙(3.8～5.4，5.4～7.0，上海三愛思試劑有限公司)；KQ3200B超聲波清洗器(昆山超聲儀器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

蓮藕渣→酶解→超聲波處理→高溫滅酶→真空抽濾→濾液→醇沉24 h→離心→干燥粉碎→水溶性膳食纖維。

1.2.2 預處理

將蓮藕榨汁，取榨得的渣放入50 ℃烘箱中干燥24 h，取出粉碎成粉。在蓮藕渣中加入4倍體積石油醚，磁力攪拌2 h，除去其中的脂肪，抽濾收集殘渣，將所得的蓮藕殘渣在50 ℃條件下干燥24 h，取出后研磨，過60目篩，待用。

稱取1.0 g(精確到0.001 g)蓮藕渣，加入少量蒸餾水，在70 ℃水浴下加入適量α- 淀粉酶，酶解至滴加碘液不變藍；加入適量胰蛋白酶，調節恒溫水浴至37 ℃，酶解3 h；按料液比加入pH=3的醋酸- 醋酸鈉緩沖液，在一定溫度下加入一定量的纖維素酶，置入超聲儀器中處理，抽濾，濾液在100 ℃水浴下滅酶5 min，50 ℃水浴下濃縮濾液；濃縮后加入4倍體積的95%乙醇，室溫下醇沉24 h，設置離心機4 000 r·min-1，離心30 min，傾去上層清液，甩干水分，沉淀用95%乙醇洗滌2～3次，在恒溫干燥箱中50 ℃烘干12 h，隨即稱重。

1.2.3 試驗設計方案

試驗過程中設定酶用量、超聲時間、超聲溫度和料液比等4個因素的五水平進行單因素試驗。根據使用纖維素酶后提取膳食纖維的提取率來選取因素水平范圍，并在此基礎上設計L9(34)4因素三水平進行正交試驗。

1.2.4 測試方法

提取率計算參照文獻[9]。

IDF或SDF的提取率/%=

持水力(WHC)的測定參照文獻[10]。準確稱取1.5gSDF于50mL離心管中，加入25mL去離子水，室溫下攪打30min，4 000r·min-1離心30min，棄去上清液并用濾紙吸干離心管壁殘留水分，稱重。

膨脹力SW(mL·g-1)的測定參照文獻[11]。準確稱取0.3gSDF置于10mL的量筒中，測定體積后，用移液管準確加入5.00mL蒸餾水，振蕩均勻后室溫下靜置24h，讀取體積。

2 結果與分析

2.1 纖維素酶用量對可溶性膳食纖維得率的影響

在40 ℃下作用40 min、料液比1∶20的條件下，研究纖維素酶用量對膳食纖維提取率的影響。

從圖1可以看出，當纖維素酶用量達到0.4%時，所提取到的SDF最多，這是因為樣品中的不溶性膳食纖維被纖維素酶水解，部分轉化成了可溶性膳食纖維。因此，纖維素酶的最適用量為0.4%。當酶用量較大時，在不溶性膳食纖維水解得到可溶性膳食纖維的同時，一部分可溶性大分子物質也被降解成不能被乙醇沉淀的小分子物質，因此可溶性膳食纖維的提取率下降。

圖1 酶用量對SDF得率的影響

2.2 超聲溫度對可溶性膳食纖維得率的影響

在酶用量為0.3%、料液比1∶20、時間40 min條件下，研究超聲溫度對膳食纖維提取率的影響。

由圖2可知，SDF提取率隨溫度升高呈鐘型變化。50 ℃時提取率最高，可達3.45%，與其他處理差異顯著。這是因為溫度升高會增加不同分子間的布朗運動，前期呈上升趨勢，但達到一定溫度后，溫度繼續升高會導致纖維素酶失活；且高溫下溶劑汽化不利于提取。因此，選擇超聲溫度50 ℃左右較適宜。

圖2 超聲溫度對SDF得率的影響

2.3 超聲時間對可溶性膳食纖維得率的影響

在溫度為40 ℃、酶用量0.3%、料液比1∶20條件下，研究超聲時間對SDF提取率的影響。

由圖3可知，超聲處理40 min時，SDF提取率最高可達3.05%；隨著時間的延長，SDF提取率反而下降。因為超聲波能在物料內部產生強烈振動，極高的加速度和強大的空化效應，對植物細胞和分子間的作用明顯，從而提高提取率；隨超聲時間的延長，SDF結構會被破壞，致使SDF提取率下降[8]。故選擇超聲時間40 min左右為宜。

圖3 超聲時間對SDF得率的影響

2.4 料液比對可溶性膳食纖維得率的影響

在溫度為40 ℃、酶用量0.3%、作用時間40 min條件下，研究料液比對膳食纖維提取率的影響。

從圖4可以看出，當料液比小于1/30時，SDF的提取率隨著料液比的增大而提高；當料液比大于1/30時，SDF的提取率隨著料液比的增大而降低。由酶促反應動力學可知，酶濃度不變時，當底物濃度較低，反應速度的增加與底物濃度的增加成正比；隨著底物濃度增加，反應速率的增加逐漸減少；當底物濃度增至一定量的時候，反應速率達到最大，不再隨底物濃度的增加而增加，而料液比增大相當于減少了底物濃度，所以出現SDF在料液比為1∶30的時候提取率最高的現象。

圖4 料液比對SDF得率的影響

2.5 正交設計試驗結果

以SDF的提取率為指標，通過正交試驗確定各因素的重要性次序和最佳作用條件。A為料液比，B為酶用量，C為超聲時間，D為超聲溫度。正交試驗因素水平表見表1，正交試驗結果見表2。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗結果

由表2分析可知，D因素的極差RD=0.900，表明超聲溫度對SDF提取率的影響最大，料液比和酶用量的影響差別不大，超聲時間對SDF提取率的影響居中。因此，纖維素酶提取蓮藕渣中SDF的最適作用條件組合為A1B3C3D2，即料液比1∶20、酶用量0.5%、超聲時間50 min、超聲溫度50 ℃，在該條件下提取出的SDF提取率達到5.2%。

3 小結

以蓮藕渣為原料，試驗獲得了通過超聲波技術輔助纖維素酶酶解方法提取蓮藕渣中的可溶性膳食纖維最佳工藝條件為酶用量0.5%，料液比1∶20，超聲時間50 min，超聲時間50 ℃。在該條件下，可溶性膳食纖維提取率可達5.2%。在該工藝條件下制得的可溶性膳食纖維的持水力為2.28 g·g-1，膨脹力為3.0 mL·g-1。

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(責任編輯：張瑞麟)

2016- 12- 28

國家星火計劃重點項目(2015GA710001)

潘 虹(1982—)，女，浙江余姚人，工程師，碩士，從事食品營養研究及行業管理工作，E- mail：zjsxpanhong@163.com。

尤玉如，教授，從事食品工程技術研究工作，E- mail：youyuru0130@163.com。

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170334

S645.1

A

0528- 9017(2017)03- 0469- 03

文獻著錄格式：潘虹，宋春錢，劉和平，等. 超聲波輔助酶法提取蓮藕渣可溶性膳食纖維的研究[J].浙江農業科學，2017，58(3)：469- 472.