豆渣中水不溶性膳食纖維的提取及性質研究

李建周，陳曉華，羅思詩

（衡陽師范學院生命科學與環境學院，湖南衡陽421008）

豆渣中水不溶性膳食纖維的提取及性質研究

李建周，陳曉華*，羅思詩

（衡陽師范學院生命科學與環境學院，湖南衡陽421008）

以豆渣為原料，采用酶法提取豆渣中水不溶性膳食纖維（IDF），并對IDF的性質進行初步研究。其中由單因素試驗和正交試驗得出豆渣IDF酶法提取的最佳提取工藝為：蛋白酶酶解溫度50℃、時間5 h、用量25mg/g，α-淀粉酶酶解溫度70℃、時間1 h、用量6mg/g，糖化酶酶解溫度50℃、時間30min、用量5mg/g，此工藝條件下提取率為80.13%。酶法提取豆渣IDF成品的功能特性較好，其持水力為9.66g/g，溶脹性為4.94mL/g，持油力為4.92 g/g。

豆渣；水不溶性膳食纖維；酶解

膳食纖維是指不被人體消化的多糖類碳水化合物和木質素的總稱[1]，可分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維兩大類。膳食纖維目前被認為是“第七大營養素”[2]，持水性和溶脹性好，具有調節膽固醇、降低血壓、預防膽結石、防止便秘、腸憩室癥及腸道癌的作用[3-5]。

豆渣是豆腐、豆奶、豆干等豆制品加工中的主要副產物[6]，約占全豆干重的15%～20%，富含油脂（12.4%）、蛋白質（19.32%）、纖維素（51.8%）。中國大豆產量高，豆制品加工業發達，但副產物豆渣利用率非常低。目前，豆渣只是作為飼料或者廢棄物丟掉，其富含的營養素沒有得到充分利用，這不僅浪費資源，還造成環境污染[7]。豆渣中富含膳食纖維，其水溶性膳食纖維含量比較低，是一種十分理想的纖維素源。目前，提取膳食纖維的方法有化學法、酶法、膜分離法及生物發酵法[8]等。其中，酶法提取膳食纖維反應條件溫和，對產品的破壞性小。本項目利用酶法提取豆渣中水不溶性膳食纖維，旨在為豆渣中膳食纖維在食品中的應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗原料

新鮮豆渣：家用作坊生產豆腐后的豆渣。

1.1.2 酶制劑

α-淀粉酶（酶活力為10 000U/g）、糖化酶（酶活力為100 000U/g）、堿性蛋白酶（酶活力為200 000U/g）：江蘇銳陽生物科技有限公司。

1.1.3 儀器與設備

FA2204B分析天平、YP1002N電子天平：上海精密科學儀器有限公司；DHG-9240電熱鼓風干燥箱、HH-（S）6恒溫水浴鍋：金壇市安普實驗儀器廠；KC-100高速粉碎機：北京開創同和科技發展有限公司；DL-7LM低速冷凍離心機：湖南星科科學儀器有限公司；PB-10酸度計：長沙康源科技開發有限公司；SHBIII真空抽濾機：鄭州長城科工貿有限公司；YHB-NZD-Z電熱蒸餾水器：上海博訊實業有限公司。

1.2 干豆渣粉的制備

將選好的新鮮豆渣稱取50 g，用水分活度計測量水分活度Aw，再將其放入80℃的干燥箱里烘干至恒重后粉碎，密封儲存備用，經測定豆渣水分含量為85.3%，水分活度(Aw)為0.92。

1.3 膳食纖維的提取

1.3.1 酶法提取豆渣中膳食纖維

1）準確稱取10 g干豆渣粉，置于500mL燒杯中，編號。

2）在每個燒杯中加入250mL 60℃的熱水，用玻璃棒攪拌直到樣品完全分散。

3）α-淀粉酶處理：調pH至6.0～7.0，加入30U/g中溫α-淀粉酶溶液6mg/g，充分攪拌后用保鮮膜密封，放入60℃水浴鍋中酶解1 h。

4）糖化酶處理：調pH至4.0～4.5，加入40 U/g糖化酶溶液4mg/g，充分攪拌后用保鮮膜密封，放入60℃水浴鍋中酶解1 h。

5）蛋白酶處理：調pH至8.5～10.0，加入25mg/g的堿性蛋白酶，充分攪拌后用保鮮膜密封，放入50℃～60℃的水浴鍋中酶解3 h。

6）離心脫水：將酶處理后的豆渣溶液離心，倒掉上清液，沉淀物用去離子水洗滌至中性。

7）干燥、稱重：將處理后的沉淀物放入75℃干燥箱中干燥4 h左右，即得水不溶性膳食纖維。

1.3.2 酶法提取豆渣中水不溶性膳食纖維的工藝優化

1.3.2.1 單因素試驗

研究3種酶的溫度、時間、濃度對水不溶性膳食纖維的提取率影響，單因素試驗時按照1.3.1的提取工藝，只改變其中的一個因素，其他因素不變。在最佳條件選出來后，根據最佳條件研究下一個影響因素，因素范圍的選擇根據商品酶推薦的最佳條件設定。單因素研究的范圍如下：

1）α-淀粉酶：溫度梯度50、60、70℃；時間梯度0.5、1、1.5 h；濃度梯度5、6、7mg/mL。

2）糖化酶：溫度梯度50、60、70℃；時間梯度0.5、1、1.5 h；濃度梯度3、4、5mg/mL。

3）蛋白酶：溫度梯度50、60、70℃；時間梯度3、4、5 h；濃度梯度25、26、27mg/mL。

1.3.2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，考察α-淀粉酶加酶量、酶解時間、溫度三因素對豆渣中水不溶性膳食纖維提取率的影響，采用L9（34）正交表，因素水平見表1。

表1 α-淀粉酶提取豆渣中IDF工藝優化正交試驗因素水平Table1 Levelsof the factorsof orthogonal testwith alpha-starch enzym e

1.4 豆渣中水不溶性膳食纖維的理化性質研究

1.4.1 提取率的測定

IDF含量的測定根據GB 5009.88-2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》的方法進行。

水不溶性膳食纖維提取率/%=[水不溶性膳食纖維的質量（g）/原料豆渣的質量（g）]×100

1.4.2 持水力測定

稱取0.5 g（m0）水不溶性膳食纖維樣品放入離心管中，稱其質量得m1，加入30mL去離子水，振蕩混合5min，以3 000 r/min離心10min后，棄去上清液，擦干離心管內外壁附著的水分，再稱離心管和其中物質的總質量得m2，按下列公式計算持水力（g/g）：

1.4.3 溶脹性測定

稱取水不溶性膳食纖維樣品1.0 g（m0），放入量筒中，測干物質體積（V1）。再向其中加入10mL去離子水，振蕩均勻后靜置24 h，得到充分吸水膨脹后膳食纖維的體積（V2），按下列公式計算溶脹性（mL/g）：

1.4.4 持油力的測定

稱取0.5 g（m0）水不溶性膳食纖維樣品放入離心管中稱其質量得m1，加入30mL玉米油，振蕩混合10min，以4 000 r/min離心15min后，棄去上清液，擦干離心管內外壁附著的油，再稱離心管和其中物質的總質量得m2，按下列公式計算持油力（g/g）：

2 結果與分析

2.1 酶法提取豆渣IDF工藝優化

2.1.1 單因素試驗

根據所買商品酶上推薦的最適酶解溫度、時間和用量范圍設定試驗因素梯度。

2.1.1.1 酶解溫度的選擇

固定α-淀粉酶酶解時間為1 h，用量為5mg/g；糖化酶酶解時間為1 h，用量為5mg/g，蛋白酶酶解時間為3 h，用量為25mg/g。溫度范圍為50℃～70℃測定3種酶不同溫度下IDF提取率，如圖1所示。

圖1 3種酶不同溫度下IDF提取率Fig.1 Theextraction rateof IDFwith the threeenzymesin different tem peratures

由圖1可知，隨著蛋白酶酶解溫度的增加，豆渣IDF粗提取率降低，故蛋白酶的酶解溫度選50℃為最佳溫度，此時豆渣IDF粗提取率為（61.47±0.91）%；同理，分別控制除α-淀粉酶和糖化酶酶解溫度以外的因素不變，由圖1得出，α-淀粉酶酶解最佳溫度為60℃，此時豆渣IDF粗提取率為（65.73±0.69）%；糖化酶酶解最佳溫度為50℃，此時豆渣IDF粗提取率為（59.46±0.78）%。

2.1.1.2 酶解時間的選擇

1）α-淀粉酶和糖化酶

固定蛋白酶酶解時間為3 h，用量為25mg/g，酶解溫度為50℃；糖化酶酶解溫度為50℃，用量為5mg/g；α-淀粉酶酶解溫度為60℃，用量為5mg/g。酶解時間范圍為0.5 h～1.5 h，測定不同時間下IDF提取率，如圖2所示。

圖2 α-淀粉酶和糖化酶不同時間下IDF提取率Fig.2 Theextraction rateof IDFwith thealpha-starch enzyme and saccharifying enzyme in different times

由圖2可知，隨著α-淀粉酶酶解時間的增加，豆渣IDF粗提取率提高，當時間為1.5 h時，達最高點，故α-淀粉酶酶解時間選1.5 h為最佳時間，此時豆渣IDF粗提取率為（64.5±0.04）%。同理，控制其他因素不變，糖化酶的酶解時間范圍為0.5 h～1.5 h，由圖2得出，糖化酶酶解時間為0.5 h時，豆渣IDF粗提取率最高，此時豆渣IDF粗提取率為（61.33±0.86）%，即糖化酶的最佳酶解時間為0.5 h。

2）蛋白酶

固定α-淀粉酶酶解時間為1.5h，酶解溫度為60℃，用量為5mg/g；糖化酶酶解時間為0.5 h，酶解溫度為50℃，用量為5mg/g；蛋白酶酶解溫度為50℃，用量為25mg/g，酶解時間范圍為3 h～5 h，測定不同時間下IDF提取率，如圖3所示。

圖3 蛋白酶不同時間下IDF提取率、Fig.3 Theextraction rateof IDFwith thep rotease in different tim es

由圖3可知，隨著時間的增加，豆渣IDF粗提取率不斷提高，當時間為5 h時，粗提取率達最高，為（64.13± 0.88）%，即蛋白酶的最佳酶解時間為5 h。

2.1.1.3 加酶量的選擇

1）蛋白酶

固定α-淀粉酶酶解時間為1.5 h，溫度為60℃，用量為5mg/g；糖化酶酶解時間為0.5 h，溫度為50℃，用量為5mg/g；蛋白酶酶解時間為5 h，溫度為50℃，用量范圍為24mg/g～27mg/g，測定不同蛋白酶用量下的IDF提取率，如圖4所示。

圖4 蛋白酶不同用量下IDF提取率Fig.4 Theextraction rateof IDFWith indifferentprotein concentrations

由圖4可看出，當蛋白酶的用量為25mg/g時，達最高點，此時豆渣IDF粗提取率為（63.84±0.81）%，即蛋白酶最佳酶解用量為25mg/g。

2）α-淀粉酶

固定蛋白酶的酶解時間為5 h，用量為25mg/g，溫度為50℃，糖化酶的酶解時間為0.5 h，溫度為50℃，用量為5mg/g，α-淀粉酶的酶解時間為1.5 h，溫度為60℃，用量范圍為5mg/g～8mg/g，測定不同α-淀粉酶用量下IDF提取率，如圖5所示。

圖5 α-淀粉酶不同用量下IDF提取率Fig.5 Theextraction rateof IDFWith indifferentalpha-starch enzyme concentrations

由圖5可看出，隨著用量增加，粗提取率提高，當用量為6mg/g時，達最高點，之后隨著用量的增加，粗提取率逐漸降低，最高點時豆渣IDF粗提取率為（69.17±0.79）%，所以α-淀粉酶用量選6mg/g為最佳用量。

3）糖化酶

固定α-淀粉酶酶解時間為1.5h，酶解溫度為60℃，用量為6mg/g；蛋白酶酶解時間為5 h，用量為25mg/g，酶解溫度為50℃；糖化酶酶解時間為0.5 h，酶解溫度為50℃，用量范圍為3mg/g～6mg/g，測定不同糖化酶用量下IDF提取率，如圖6所示。

圖6 糖化酶不同用量下IDF提取率Fig.6 Theextraction rateof IDFwith indifferent saccharifying enzym e concentrations

由圖6可看出，隨著糖化酶用量增加，粗提取率逐漸提高，當用量為5mg/g時，達最高點，之后隨著用量的增加，粗提取率降低，最高點時豆渣IDF粗提取率為（64.18±0.48）%，即糖化酶量選5mg/g為最佳用量。

綜上所述，提取豆渣中水不溶性膳食纖維的最佳條件為：蛋白酶的酶解溫度為50℃、時間為5 h、用量為25mg/g；α-淀粉酶的酶解溫度為60℃、時間為1.5h、用量為6mg/g；糖化酶的酶解溫度為50℃、時間為0.5h、用量為5mg/g。同時可以看出α-淀粉酶各因素的變化對豆渣IDF粗提取率影響最大，故對α-淀粉酶進一步工藝優化。

2.1.2 單因素試驗最優條件下酶法提取豆渣IDF工藝研究

本試驗為蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶影響因素（溫度、時間、用量）達到最優值時所進行的試驗，即蛋白酶酶解溫度為50℃、時間為5 h、用量為25mg/g；α-淀粉酶酶解溫度為60℃、時間為1.5 h、用量為6mg/g；糖化酶酶解溫度為50℃、時間為30min、用量為5mg/g。結果表明此條件下豆渣中水不溶性膳食纖維的提取率為73.59%。可見，控制好酶反應的影響因素，豆渣IDF的提取率也隨之提高。

2.1.3 正交試驗（α-淀粉酶最佳工藝參數的確定）

在單因素試驗的基礎上，α-淀粉酶各因素的變化對豆渣IDF粗提取率影響最大，因此通過優化α-淀粉酶用量可進一步提高豆渣IDF提取率。正交試驗蛋白酶和糖化酶均采用單因素試驗的最佳條件，以α-淀粉酶的用量、時間、溫度為影響因素，對豆渣IDF的提取率進行正交試驗分析。豆渣IDF的提取工藝正交試驗結果與分析見表2。

表2 L9（34）正交試驗結果與分析Table2 The resultsof orthogonalexperiment

由表2極差分析可知，α-淀粉酶水解各因素對豆渣中水不溶性膳食纖維提取率的影響順序為A＞C＞B，即加酶量＞溫度＞時間。最優工藝為A2C3B2，即當α-淀粉酶用量為6mg/g、反應時間為1 h、反應溫度為70℃時，獲得最高提取率，此時豆渣IDF提取率為80.13%。

2.2 酶法提取的豆渣IDF的性質分析

豆渣IDF的感官品質見表3。

表3 豆渣IDF的感官品質Table3 The sensory evaluation of IDF

由表3以看出，酶法提取豆渣IDF的提取率約80%，所得豆渣IDF基本沒有什么不良氣味，顏色為黃棕色，含膠狀物質較少。

豆渣IDF的物理特性見表4。

表4 豆渣IDF的物理特性Table4 Thephysicalpropertiesof IDF

由表4以看出，酶法所得豆渣IDF的持水力、溶脹性和持油力都比較高，由于酶解比較溫和，保持了膳食纖維的結構，得到的IDF形成膠狀物質較少，用做食品添加劑大有可為。

3 結論

本試驗以豆渣為原料，利用酶法提取豆渣IDF，并通過單因素試驗和正交試驗進行工藝優化。由單因素試驗確定豆渣IDF的最佳提取工藝為：蛋白酶的酶解溫度為50℃、時間為5 h、用量為25mg/g；α-淀粉酶的酶解溫度為60℃、時間為1.5 h、用量為6mg/g；糖化酶的酶解溫度為50℃、時間為30min、用量為5mg/g，此時的豆渣IDF提取率為73.59%。通過正交試驗對α-淀粉酶的酶解條件進行研究，得出α-淀粉酶的最佳酶解條件為α-淀粉酶用量為6mg/g，酶解時間為1 h，酶解溫度為70℃，此時豆渣IDF提取率為80.13%。

酶法提取豆渣IDF成品的功能特性較好，其持水力達到9.66（g/g），溶脹性達4.94（mL/g），持油力達4.92（g/g），且無不良氣味，呈黃棕色粉末狀。這些性質表明豆渣IDF具有保持水分、穩定食品形態、改善食品口感的作用，是一種很有潛力的食品添加劑。

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Study on the Extraction and Properties of Water-insoluble Dietary Fiber from Bean Dregs

LIJian-zhou,CHENXiao-hua*,LUOSi-shi
（Collegeof Life Scienceand Enviroment,Hengyang NormalUniversity,Hengyang421008,Hunan,China）

This research studied on theextraction and propertiesofwater-insoluble dietary fiber(IDF)from bean dregs.The best extraction technology was obtained by themethods of single factor experiment and orthogonal test.The extraction technologywas that the protease ofwater bath temperaturewas50℃for 5 h with concentration of25mg/g,alpha-starch enzyme ofwater bath temperaturewas70℃for 1 h with concentration of6mg/g and glucoamylasewater bath temperaturewas50℃for 30min with concentration of5mg/g.In this condition, the extraction ratewas up to 80.13%.The propertiesof IDFwerewellwith water holding capacity of9.66 g/g, theexpansion of4.94mL/gand oilholding capacity of4.92 g/g.

bean dregs;water-insolubledietary fiber;enzymolysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.007

2016-07-16

湖南省自然科學基金項目（2015JJ6012）；湖南省教育廳資助科研項目（15B034）；糧油深加工與品質控制湖南省2011協同創新項目資助；衡陽市科技發展計劃項目（2014KN54）

李建周（1979—），男（漢），助理工程師，碩士研究生，研究方向：食品分析檢測。

*通信作者：陳曉華（1981—），女（漢），講師，博士，研究方向：食品生物技術。