玉米皮膳食纖維脂肪替代物制備工藝研究

王悅 王浩 田晶 王榕 袁媛

摘要：采用酶法制備玉米皮膳食纖維脂肪替代物。在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，以葡萄糖當(dāng)量值（DE值）為評價指標(biāo)，采用響應(yīng)面法優(yōu)化脂肪替代物制備工藝條件。結(jié)果表明：在pH值5、酶解時間51 min、木聚糖酶濃度0.32%、纖維素酶濃度0.20%條件下，所得玉米皮膳食纖維脂肪替代物的DE值最高。

關(guān)鍵詞：玉米皮;膳食纖維;脂肪替代物;工藝優(yōu)化

中圖分類號：TS210.9 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）01-0045-03

玉米皮為玉米加工的副產(chǎn)物，由胚乳的糊粉層、殘留的胚乳厚壁組織、種皮和果皮構(gòu)成，總膳食纖維含量為73.2%～86.0%，其中可溶性纖維為0.2%～2.6%、不溶性纖維為70.6%～86.0%。然而玉米皮一直作為廢棄物用于飼料生產(chǎn)或丟棄，未得到充分合理的利用。本課題以玉米皮膳食纖維為研究對象，采用酶法改性，通過單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化改性條件，以期獲得能模擬脂肪口感和加工性質(zhì)的脂肪替代物，為膳食纖維脂肪替代物的開發(fā)與應(yīng)用和玉米皮高值化利用及工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米皮：范縣雙鷹工貿(mào)有限公司;蒸餾水：實(shí)驗(yàn)室自制;α-淀粉酶;堿性蛋白酶;纖維素酶;木聚糖酶;氫氧化鈉;無水乙醇（95%）;無水碳酸鈉;3，5-二硝基水楊酸（DNS）;葡萄糖;硫酸;鹽酸。

1.2 儀器設(shè)備

JD2000-2型電子天平;RRHP-200型萬能高速粉碎機(jī);HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋;VP20002型電子天平;SHZ-D（III）型循環(huán)水式真空泵;Avanti J型高效離心機(jī);BCD-200MCX型冰箱;UV-5100型紫外可見分光光度計;SKD-20S2紅外智能消化爐;S433D氨基酸分析儀。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 玉米皮預(yù)處理 取玉米皮置于100 ℃烘箱中烘干，經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎，過80目篩，得玉米皮粉末。按料液比1∶6（m∶v）加入無水乙醇，40 ℃下攪拌浸提1 h，抽濾。濾渣加入蒸餾水，調(diào)pH值，加入堿性蛋白酶，50 ℃下水浴加熱，抽濾。濾渣加入0.1%碳酸鈉溶液，攪拌均勻，然后加入α-淀粉酶，60 ℃及pH 值6～8條件下酶解30 min，抽濾，濾渣烘干。

1.3.2 脂肪替代物制備 取適量處理后的玉米皮→加蒸餾水，攪拌均勻→加木聚糖酶、纖維素酶→調(diào)pH值→酶解→調(diào)pH值、滅酶→離心→棄上清→干燥得膳食纖維脂肪替代物。

1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計 以DE值為指標(biāo)，在其他條件相同的情況下，選擇纖維素酶濃度（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%），木聚糖酶濃度（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%），酶解時間（30，40，50，60，70 min）和pH值（3，4，5，6，7）4個主要因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。

1.3.4 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，根據(jù)響應(yīng)面Box-Behnken設(shè)計原理，以DE值為指標(biāo)，以pH值（A）、酶解時間（B）、木聚糖酶濃度（C）和纖維素酶濃度（D）為自變量，設(shè)計四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)（見表1）。

1.3.5 DE值測定 DE值是指還原糖占干物質(zhì)的量。DE值越大表示還原糖含量越高，提供的能量越多。

DE值=樣品中還原糖的質(zhì)量/樣品質(zhì)量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

不同纖維素酶濃度、木聚糖酶濃度、酶解時間和pH值對DE值的影響如圖1所示。

由圖1（a）可以看出：DE值隨著纖維素酶濃度的增大先緩慢增大而后減小;當(dāng)纖維素酶濃度為0.3%時，DE值最大。這可能是由于過高的纖維素酶濃度抑制了酶與底物的反應(yīng)。由圖1（b）可以看出：DE值隨著木聚糖酶濃度的增大先逐漸增大而后減小;當(dāng)木聚糖酶濃度為0.3%時，DE值最大。這可能是由于過高的木聚糖酶濃度阻礙了酶與底物的反應(yīng)。由圖1（c）可以看出：DE值隨著酶解時間的增加先增大后減小;當(dāng)酶解時間為50 min時，DE值最大。這可能是由于反應(yīng)初期酶促反應(yīng)迅速進(jìn)行，而隨著時間的增加，酶的作用逐漸充分，當(dāng)反應(yīng)到了一定時間后，酶逐步變性，反應(yīng)速率降低。由圖1（d）可以看出：DE值隨著pH值的增大先迅速增大而后減小;當(dāng)pH值為5時， DE最大。這可能是由于pH值對酶活力影響較大，pH值過高或過低都會影響酶蛋白的構(gòu)象，甚至使酶變性失活，即使pH值變化不大，酶活力也會受到影響。其中纖維素酶的最適pH值為4～5，所以當(dāng)pH值大于5后，DE值開始減小。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表2。

利用Design-Expert 8.0進(jìn)行多元線性回歸分析，得到二次多項(xiàng)式回歸擬合方程為：Y=3.150+0.047A+0.059B+0.079C+0.034D-7.500×103×AB-0.013AC-0.072AD-0.028BC-0.063BD+0.012CD-0.210A2-0.200B2-0.210C2-0.230D2。由回歸方程的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果可知：失擬項(xiàng)不顯著，表明方程的擬合度良好，隨機(jī)誤差的影響不顯著。影響DE值的主次順序?yàn)镃>B>A>D，即木聚糖酶濃度>酶解時間>pH值>纖維素酶濃度。

2.3 最佳工藝條件驗(yàn)證

利用軟件分析出的最佳參數(shù)為：pH值5.09、酶解時間51.25 min、木聚糖酶濃度0.32%、纖維素酶濃度0.20%，此時脂肪替代物DE值為3.16。考慮試驗(yàn)操作的便利，將最優(yōu)試驗(yàn)參數(shù)修正為：pH值5、酶解時間51 min、木聚糖酶濃度0.32%、纖維素酶濃度0.20%，在此條件下重復(fù)3次試驗(yàn)，測得DE值為3.10±0.12，與預(yù)測值基本一致，說明該方程與實(shí)際情況相符合，擬合程度較好。