香蕉皮中水溶性膳食纖維的酶法提取

王海娟，姜雨和，石榮花，孫曉培

（青島農業大學海都學院，山東萊陽 265200）

0 引言

我國是香蕉種植大國之一，年總產量居世界第3位，僅次于印度和巴西，在香蕉大量采收和加工的同時，香蕉皮成為了香蕉加工企業的主要副產物之一，約占果實總質量的30%[1]，香蕉皮中含有大量的膳食纖維，包括水溶性膳食纖維（SDF）和非水溶性膳食纖維（IDF），其中SDF不僅能夠降低血脂和膽固醇、降低心血管疾病的發病率；還可以降低血糖、預防糖尿病、減少次生膽汁酸、石膽酸和脫氧膽酸的形成，而這2種物質與腫瘤的發生都有關[2]。香蕉皮中含有豐富的蛋白質、脂肪、糖，以及K，Ca，Mg，S，Fe，Zn等十幾種元素，同時還含有大量的果膠低聚糖、纖維素、半纖維素、木質素等膳食纖維等[3]。因此，香蕉皮等副產物的利用成為我國亟待解決的問題之一。試驗采用酶解法對香蕉皮中SDF的最佳提取工藝進行探究，為香蕉皮的開發利用提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

香蕉，購于萊陽市市場；95%乙醇、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、鹽酸；α-淀粉酶、胃蛋白酶，英博生物科技有限公司提供。

SHB-Ⅲ型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司產品；HH-6型數顯恒溫水浴鍋，常州市萬合儀器制造有限公司產品；101-3A型電熱鼓風干燥箱，龍口市先科儀器有限公司產品；TDZ5-WS型多管架自動平衡離心機、600Y型高速多功能粉碎機，永康市鉑歐五金制品有限公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 純酶法提取水溶性膳食纖維工藝流程

香蕉皮預處理→加入磷酸鹽緩沖液→加熱溶解→酶解→抽濾→濃縮→95%乙醇沉淀→抽濾→干燥→稱量[4]。

1.2.2 操作要點

（1）香蕉皮預處理。煮沸水洗香蕉皮，去除香蕉皮中部分可溶性糖和色素類物質[5]。將水洗后的香蕉皮切成1 cm長的小段，放入烘箱中干燥至恒質量，粉碎。

（2）加熱溶解。取2 g香蕉皮粉，加入一定量的蒸餾水，加熱沸騰3 min，冷卻至室溫，用磷酸鹽緩沖液調節pH值5.5左右。

（3）酶解。加入α-淀粉酶混勻，于60℃下水浴1 h，再加入與同體積的蒸餾水，加熱至沸騰滅酶，冷卻至室溫，調節pH值至2.0左右。加入胃蛋白酶，混勻，55℃下水浴1 h。

（4）過濾濃縮。酶解完成后進行抽濾，濾渣用蒸餾水洗滌至中性后干燥，得到的黑色粉末為非水溶性膳食纖維；濾液以轉速3 000 r/min離心15 min，收集上清液，水浴鍋濃縮至50 mL。

（5） 乙醇沉淀、干燥、稱量。上清液用4倍體積的95%的乙醇（200 mL）析出沉淀后抽濾，沉淀放入恒溫干燥箱中進行干燥，得到的粉末為水溶性膳食纖維。

1.2.3 水溶性膳食纖維提取率的計算方法

采用質量差法，濾紙與白色粉末總質量減去濾紙質量，算出其質量并記錄。

1.3 試驗設計

1.3.1 單因素試驗設計

試驗設計料液比、α-淀粉酶用量、胃蛋白酶用量3個影響因素，每個影響因素設5個水平，分別對不同影響因素進行分析。

單因素試驗設計見表1。

表1 單因素試驗設計

1.3.2 正交試驗設計

在單因素試驗的基礎上進行正交試驗設計，選擇液料比、α-淀粉酶用量、胃蛋白酶用量3個影響因素，每個影響因素設3個水平，進行L9（34）正交試驗。

正交試驗因素與水平設計見表2。

表2 正交試驗因素與水平設計

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 料液比對水溶性膳食纖維提取率的影響

在α-淀粉酶用量0.3 g，胃蛋白酶用量0.2 g條件下，研究不同料液比對香蕉皮SDF提取率的影響。

料液比對水溶性膳食纖維提取的影響見圖1。

圖1 料液比對水溶性膳食纖維提取率的影響

由圖1可知，料液比為1∶20時提取率最大，為0.25 g，提取率為12.5%，因此選擇料液比為1∶20。

2.1.2 α-淀粉酶用量對水溶性膳食纖維提取率的影響

在料液比1∶20，胃蛋白酶用量0.2 g條件下，研究不同α-淀粉酶用量對香蕉皮SDF提取率的影響。

α-淀粉酶用量對水溶性膳食纖維提取率的影響見圖2。

圖2 α-淀粉酶用量對水溶性膳食纖維提取率的影響

由圖2可知，當α-淀粉酶用量為0.28 g時，提取量最大，為0.36 g，此時提取率為18.0%，因此選擇0.28 g為α-淀粉酶的最適用量。

2.1.3 胃蛋白酶用量對水溶性膳食纖維提取率的影響

在料液比1∶20，α-淀粉酶用量0.2 g條件下，研究不同胃蛋白酶用量對香蕉皮SDF提取率的影響。

胃蛋白酶用量對水溶性膳食纖維提取率的影響見圖3。

圖3 胃蛋白酶用量對水溶性膳食纖維提取率的影響

由圖3可知，胃蛋白酶用量為0.24 g時，水溶性膳食纖維提取量最大，為0.30 g，提取率為15.0%，因此選擇0.24 g為胃蛋白酶的最適用量。

2.2 正交試驗結果

根據單因素試驗結果，以香蕉中水溶性膳食纖維含量為評價指標，設計L9（34）正交試驗，確定最佳工藝。

正交試驗結果與分析見表3。

表3 正交試驗結果與分析

由表3可知，各因素對水溶性膳食纖維提取的影響大小依次為胃蛋白酶用量＞料液比＞α-淀粉酶用量，最優組合為A2B2C1，且該組合在正交試驗中的水溶性膳食纖維的提取率也最高，表明香蕉中水溶性膳食纖維的最佳提取條件為料液比1∶20，α-淀粉酶用量0.28 g，胃蛋白酶用量0.22 g。

3 結論

通過對香蕉皮SDF提取工藝的單因素試驗和正交試驗的分析，確定香蕉中SDF的最佳提取條件為料液比1∶20，α-淀粉酶用量0.28 g，胃蛋白酶用量0.22 g，提取率為17.5%。不同的單因素條件得到的提取率各不相同，由于酶類易受環境影響，不同的α-淀粉酶添加量引起的結果波動較大。利用酶法所得SDF提取率偏低，但膳食纖維總量較高，水不溶性膳食纖維的提取率遠高于響應面法[6]。現有研究指出采用微粉碎技術可以有效提高膳食纖維的提取率[7]。單因素試驗結果中出現先增大后降低然后又增大的情況，分析其原因，可能是由于α-淀粉酶與胃蛋白酶之間具有交互作用。試驗中還存在許多不足，需進一步研究。