復合酶法提取西蘭花老莖不溶性膳食纖維

王崇隊，張明，楊立風，范祺，張博華，孟曉峰，馬超

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南250014）

西蘭花屬十字花科蕓薹屬甘藍變種，原產于地中海東部沿岸地區，近年在我國的栽培面積不斷擴大。西蘭花老莖是西蘭花速凍食品等加工過程中的下腳料，約占鮮重的30%～40%，其中含有豐富的不溶性膳食纖維（IDF）。膳食纖維具有良好的理化特性和生理功能，被人們稱為“第七大營養素”，具有促進人體腸道蠕動、調節腸胃、防止便秘等多重功效[1]。

長期以來，由于缺乏有效的加工技術，西蘭花中的不溶性膳食纖維，除少部分被用作肥料、飼料外，多數被直接丟棄，造成了資源的極大浪費，同時也污染了環境。目前，利用西蘭花老莖提取IDF的研究還較為少見。常用的提取方法有化學法[3]、酶法[4]、超聲波法[5]和微波法[6]等。酶法提取條件溫和、污染小，且可避免化學溶劑對半纖維素的溶解損失，是一種前景廣闊的提取方法。本文以西蘭花老莖為原料，采用復合酶法提取IDF，以期為西蘭花老莖的綜合利用及西蘭花產業的可持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西蘭花老莖，由山東恒寶食品有限公司提供。將西蘭花老莖切成2～3mm薄片，60℃干燥至水分含量10%以下，粉碎，過60目篩，得到西蘭花老莖粉，常溫密封避光儲存備用。

α-高溫淀粉酶（酶活8萬U/mL）、蛋白酶（酶活15萬U/mL），諾維信（中國）有限公司提供。

1.2 儀器與設備

ME104電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；pHS-3C型pH計，上海儀電科學儀器有限公司；SHA-B雙功能水浴恒溫振蕩器，江蘇杰瑞爾電器有限公司；pHP-250A型高速多功能粉碎機，浙江永康市榮浩工貿有限公司；SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司。

1.3 工藝流程

西蘭花老莖→切片→烘干、粉碎→α-高溫淀粉酶水解→蛋白酶水解→抽濾→烘干→不溶性膳食纖維

1.4 酶解單因素試驗

1.4.1 α-高溫淀粉酶酶解單因素試驗

精確稱取1.000g西蘭花老莖粉，固定其他因素，分別考察料液比（1:20、1:30、1:40、1:50、1:60）、α-高溫淀粉酶添加量（5、10、15、20、25μL）、溫度（60、70、80、90、100℃）、酶解時間（30、40、50、60、70min）、pH 值（4.5、5、5.5、6、6.5）對IDF提取率的影響。

1.4.2 蛋白酶酶解單因素試驗

精確稱取1.000g西蘭花老莖粉，充分混勻，固定其他因素，分別考察料液比（1:20、1:30、1:40、1:50、1:60）、蛋白酶添加量（5、10、15、20、25μL）、溫度（40、50、60、70、80℃）、酶解時間（30、40、50、60、70min）、pH 值（6.5、7、7.5、8、8.5）對IDF提取率的影響。

1.5 指標測定

IDF提取率計算公式見式（1），提取率數值越小，說明IDF越純。

式中，A—不溶性膳食纖維的提取率；

B—酶解后剩余物質的質量，g；

C—原料質量，g；

1.6 數據處理

數據均采用Microcal Origin 8.0軟件進行作圖，采用SPSS進行分析。

2 結果與分析

2.1 酶解單因素試驗

2.1.1 料液比對不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖1可知，在一定范圍內，隨著料液比的增加，兩種酶作用的提取率均呈先降后升趨勢，α-高溫淀粉酶為料液比1:50，提取率最低，為40.26%；蛋白酶料液比1:40，提取率最低，為36.30%。故初步確定α-高溫淀粉酶與蛋白酶的最適料液比分別為1:50和1:40。

圖1 料液比對不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.1 Effect of solid/liquid ratio on the extraction rate of IDF

2.1.2 酶添加量對不溶性膳食纖維提取率的影響

從圖2可以看出，在一定范圍內，隨著α-高溫淀粉酶添加量的增加，提取率呈先降后升趨勢，α-高溫淀粉酶添加量為10μL時，提取率最低，為39.51%；在一定范圍內，隨著蛋白酶添加量增加，提取率先緩慢下降，在20μL后逐漸趨于平穩。故初步確定α-高溫淀粉酶的最佳添加量為10μL，蛋白酶的最佳添加量為20μL。

圖2 酶添加量對不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.2 Effect of enzyme addition on the extraction rate of IDF

2.1.3 酶解溫度對不溶性膳食纖維提取率的影響

圖3 酶解溫度對不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.3 Effect of enzymatic hydrolysis temperature on the extraction rate of IDF

由圖3可知，在一定范圍內，不溶性膳食纖維的提取率隨α-高溫淀粉酶酶解溫度的升高而降低，在90℃以后降低減弱；在一定范圍內，不溶性膳食纖維的提取率隨蛋白酶的酶解溫度的升高而降低，在50℃時提取率達最小值，繼續提高溫度，提取率升高。可能是因為當溫度達到蛋白質變性溫度區域后，分子劇烈運動，足以打斷酶穩定的二級和三級結構鍵，此種變性作用常導致蛋白質聚集而使酶失活，所以高溫使酶解下降[7]。故初步確定α-高溫淀粉酶的最佳酶解溫度為90℃；蛋白酶的最佳酶解溫度為50℃。

2.1.4 酶解時間對不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖4看出，從α-高溫淀粉酶酶解結果可知，在一定范圍內，隨著酶解時間的延長，提取率不斷降低，60min后趨于平穩；對蛋白酶酶解而言，在一定范圍內，隨著酶解時間的延長，提取率呈先降后升趨勢，60min時達峰值。可能是隨酶解時間的延長，溶液中水解產物逐漸增大，過高的產物和過低的底物濃度會對水解反應產生抑制作用[8]。故初步確定兩種酶最佳水解時間均為60min。

圖4 酶解時間對不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.4 Effect of enzymolysis time on the extraction rate of IDF

2.1.5 pH值對不溶性膳食纖維提取率的影響

圖5 pH對不溶性膳食纖維提取率的影響Fig.5 Effect of pH on the extratction rate of IDF

由圖5可知，在一定范圍內，隨著pH值升高，兩者提取率整體均呈先降后升趨勢，在pH值分別為6和7.5時達最小值。當pH值繼續增加時，水不溶性膳食纖維提取率均增高。可能是因為當pH值遠離酶的最適pH值時，酶活性中心的構象甚至整個酶分子結構發生改變，酶蛋白因變性導致失活，從而使原料酶解不完全。且堿性條件，pH值的增大會增強纖維素與半纖維素氫鍵的破壞作用，會使水不溶性膳食纖維溶解度增大，提取率也增大[9]。因此，初步確定α-高溫淀粉酶和蛋白酶的最適酶解pH值分別為6和7.5。

表1 正交試驗設計Table 1 Orthogonal experimental design

表2 復合酶提取正交試驗結果Table 2 Orthogonal test results with composite enzyme extraction method

2.2 復合酶提取正交試驗

根據單因素試驗結果，選取對提取率影響較大的α-高溫淀粉酶添加量、蛋白酶添加量、蛋白酶溫度、蛋白酶pH進行L9(34)正交試驗。試驗設計見表1，結果見表2。

根據表2的結果可知，試驗因素對IDF提取率影響的主次順序依次為C＞A＞D＞B，即蛋白酶溫度＞α-高溫淀粉酶添加量＞蛋白酶pH值＞蛋白酶添加量。最優組合為A1B2C2D2，即α-高溫淀粉酶添加量7.5μL、蛋白酶添加量20μL、蛋白酶酶解溫度50℃、蛋白酶pH8。經驗證，此條件下IDF的提取率為33.54%。

3 小結

優化確定復合酶法提取西蘭花老莖不溶性膳食纖維最佳工藝為：α-高溫淀粉酶料液比1:50、酶添加量7.5μL、酶解溫度 90℃、pH6、酶解時間 60min；蛋白酶添加量 20μL、酶解溫度 50℃、pH8、酶解時間 60min，在此條件下，西蘭花老莖IDF提取率為33.54%。

參考文獻：

[1]程順昌,魏寶東,熊振華,等.西蘭花采后貯藏保鮮技術研究進展[J].食品科學,2014,35(7):270-275.

[2]周小理,錢韻芳,周一鳴,等.酶法處理對苦蕎麥麩皮膳食纖維物性的影響[J].食品科學,2011,32(3):36-39.

[3]李加興,梁先長,黃誠,等.響應面法優化火棘水不溶性膳食纖維提取工藝[J].食品科學,2011,32(14):118-123.

[4]王文俠,宋春麗,張曉靜,等.復合纖維素酶法制備玉米水溶性膳食纖維[J].食品與發酵工業,2011,37(3):122-125.

[5]祝美云,張庭靜,魏書信,等.超聲萃取玉米皮中水溶性膳食纖維工藝研究[J].食品與發酵工業,2009,30(1):87-90.

[6]溫志英,楊麗欽.花生殼水溶性膳食纖維微博輔助提取工藝及其性質研究[J].中國糧油學報,2011,26(4):99-103.

[7]劉達玉,左勇.酶解法提取薯渣膳食纖維的研究[J].食品工業科技,2005,26(5):90-92.

[8]葛春玉,潘英明,何大明,等.羅漢果渣中水溶性膳食纖維提取工藝的研究[J].江西化工,2003,(1):52-54.

[9]劉紅開,李放,張亞宏,等.不同品種蠶豆種皮中膳食纖維的提取工藝優化及其理化特性 [J].食品科學,2016,37(16):22-28.