雙酶法制備藍莓果渣膳食纖維的工藝

徐崢嶸，李佳，馬正，師進霖*

玉溪農業職業技術學院（玉溪 653106）

膳食纖維（DF）為哺乳動物消化系統內未被消化的植物細胞的殘存物，包括纖維素、半纖維素、果膠、樹膠、抗性淀粉和木質素等[1]。根據膳食纖維的溶解性，將其分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）[2]。研究發現，膳食纖維可以維護結腸健康[3-5]、降血糖[6-8]、降血脂[9-10]、肥胖病的干預與治療[11-12]、清除體內重金屬等有毒害物質[13]及抗氧化[14-16]。隨著人們生活習慣的變化及飲食的精細化，“生活方式病”如糖尿病、肥胖癥、高脂血癥等發病率逐年攀升，膳食纖維成為營養學家、流行病學家及食品科學家等關注的熱點，被稱為“第七營養素”。

藍莓（Blueberry）為杜鵑花科越橘屬植物，果肉呈藍紫色，香氣宜人，味道酸甜可口，富含膳食纖維、花青素、有機酸、黃酮醇等具有特殊作用的生理活性成分，被稱為“漿果之王”[17]。藍莓除鮮食外，還被大量加工成為果汁、果酒、果醋、果醬等[18]，以滿足消費者對藍莓的需求。藍莓在加工過程中會產生大量的果皮、果渣等副產品，造成資源浪費和環境污染。藍莓果渣中膳食纖維含量豐富，其中纖維素含量為13.32%，半纖維素含量為6.53%[19]，有效提取其中的膳食纖維可以大大提高藍莓的利用率。

此次試驗選擇淀粉酶和蛋白酶降解藍莓果渣中的淀粉和蛋白質，對藍莓果渣制備膳食纖維的工藝進行研究，以期為藍莓果渣的綜合利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮藍莓（玉溪市售，品種奧尼爾）榨汁后干燥、粉碎、過篩備用。

中溫α-淀粉酶（1萬 U/g，江蘇銳陽生物科技有限公司）；堿性蛋白酶（20萬 U/g，江蘇銳陽生物科技有限公司）；氫氧化鈉（NaOH）、醋酸（CH3COOH）、雙氧水（H2O2）等，均為分析純。

1.2 儀器與設備

多樂DL-3366攪拌機（料理機），廣州隆特電子有限公司；101-4臺式電熱恒溫鼓風干燥箱，上海圣科儀器設備有限公司；ST-15B多功能高速萬能粉碎機，南京貝帝實驗儀器有限公司；HH-4電熱恒溫水浴鍋，山東臨沂正衡化玻儀器有限公司；賽多利斯GL224-1SCN萬分之一電子分析天平，深圳市林濤儀器有限公司；SHZ-95B水循環真空泵，鄭州乾正儀器設備有限公司；pH計，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 膳食纖維的制備工藝要點

新鮮藍莓攪拌榨汁→過濾、汁渣分離→得到藍莓果渣→50 ℃恒溫烘干至質量恒定→粉碎過60目篩網→CH3COOH調節pH→加入α-淀粉酶進行水解→洗滌至中性→NaOH調節pH→堿性蛋白酶水解→80 ℃恒溫烘干→H2O2脫色→CH3COOH調節pH至中性→50 ℃恒溫烘干→粉碎過篩→膳食纖維

1.3.2 單因素試驗

雙酶法制備膳食纖維的工藝中，影響提取率的主要因素為α-淀粉酶和堿性蛋白酶的添加量、酶解溫度。

首先進行α-淀粉酶單因素試驗：固定其它條件，設定添加量分別為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%，酶解溫度分別為60，65，70，75，80，85和90 ℃。然后進行堿性蛋白酶單因素試驗：設定添加量分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，酶解溫度分別為40，45，50，55和60 ℃。

1.3.3α-淀粉酶和堿性蛋白酶正交試驗

以單因素試驗的結果為參考，選擇α-淀粉酶、堿性蛋白酶的添加量和酶解溫度進行四因素三水平L9(34)正交試驗，確定最佳工藝參數并進行驗證。

1.4 總膳食纖維的測定

每個樣品重復測定3次膳食纖維的質量，取平均值后，以GB 5009.88—2014《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》為參照，并利用蛋白質和灰分含量對所得膳食纖維含量進行校正，獲得膳食纖維的提取率。

式中：m為校正后的膳食纖維質量，g；m0為得到的膳食纖維質量，g；m1為蛋白質的質量，g；m2為灰分的質量，g；M為樣品的質量，g；D為膳食纖維的提取率，%。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果分析

2.1.1α-淀粉酶添加量對藍莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗條件設定：α-淀粉酶的添加量分別為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%，酶解溫度75 ℃，酶解時間3 h；堿性淀粉酶的添加量0.3%，酶解溫度50 ℃，酶解時間3 h。

由圖1可以看出，當α-淀粉酶的添加量較低時，膳食纖維的提取率隨添加量的增加而增加，并在0.4%時達到最高。隨后，α-淀粉酶添加量的增加反而降低了膳食纖維的提取率。這可能是在適宜的條件下，過量的α-淀粉酶把一部分膳食纖維分解成了多糖或單糖等小分子物質[20-21]。

2.1.2α-淀粉酶酶解溫度對藍莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗條件設定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解溫度分別為60，65，70，75，80，85和90 ℃，酶解時間3 h；堿性淀粉酶的添加量0.3%，酶解溫度50 ℃，酶解時間3 h。

由圖2可以看出，α-淀粉酶的酶解溫度在60～75℃之間，膳食纖維的提取率隨溫度的升高而增加，并在75 ℃時達到最高。隨后，膳食纖維的提取率隨溫度的升高反而出現下降趨勢。這可能是試驗選擇了中溫α-淀粉酶，過高的溫度會降低其活性，從而影響膳食纖維的提取率。

圖2 α-淀粉酶酶解溫度的影響

2.1.3 堿性蛋白酶添加量對藍莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗條件設定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解溫度75 ℃，酶解時間3 h；堿性淀粉酶的添加量分別是0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，酶解溫度50 ℃，酶解時間3 h。

由圖3可以看出，膳食纖維的提取率隨堿性蛋白酶添加量的增加而表現出先增加后降低的趨勢，當添加量為0.3%時提取率最高，達到了50.01%。堿性蛋白酶的添加量大于0.3%后膳食纖維的提取率下降，因為過多的堿性蛋白酶分解了一部分α-淀粉酶，使淀粉分解不徹底，降低了提取率。

圖3 堿性蛋白酶添加量的影響

2.1.4 堿性蛋白酶酶解溫度對藍莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗條件設定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解溫度75 ℃，酶解時間3 h；堿性淀粉酶的添加量0.3%，酶解溫度分別為40，45，50，55和60 ℃，酶解時間3 h。

由圖4可以看出，膳食纖維的提取率隨堿性蛋白酶酶解溫度的增加而表現出緩慢增加后快速降低的趨勢，當酶解溫度50 ℃時提取率最高，達到了49.89%。堿性蛋白酶的酶解溫度大于50 ℃后膳食纖維的提取率快速下降，同樣是因為高溫降低堿性蛋白酶的活性而影響了膳食纖維的提取率。

圖4 堿性蛋白酶酶解溫度的影響

2.2 正交試驗結果分析

根據單因素試驗的結果，進行四因素三水平L9(34)正交試驗，試驗因素水平見表1。試驗以膳食纖維的提取率為指標，探究α-淀粉酶添加量（A）、α-淀粉酶酶解溫度（B）、堿性蛋白酶添加量（C）和堿性蛋白酶酶解溫度（D）的藍莓果渣膳食纖維的最佳提取工藝，其試驗結果見表2。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗結果

由表2可以看出，4個因素均對試驗結果產生了影響，極差值RC＞RA＞RD＞RB，說明在此次試驗中堿性蛋白酶添加量對試驗結果影響最大，α-淀粉酶添加量次之，α-淀粉酶酶解溫度影響最小。由正交試驗的結果（提取率）可以看出，雙酶法制備藍莓果渣膳食纖維的最佳工藝組合為A1B2C2D2，其次為A2B1C2D3，第三為A1B1C1D1。

以正交試驗提取率排名前三的工藝組合進行驗證試驗，A1B2C2D2的提取率為50.92%，A2B1C2D3的提取率為49.90%，A1B1C1D1的提取率為48.02%。驗證試驗的結果雖略低于正交試驗結果，但提取率最高的仍然是A1B2C2D2組合。

3 結論

試驗以膳食纖維的提取率為指標，研究了雙酶法（α-淀粉酶和堿性蛋白酶）制備藍莓果渣中膳食纖維的最佳工藝。單因素試驗結果表明，α-淀粉酶、堿性蛋白酶的添加量和酶解溫度均會影響膳食纖維的提取率。以單因素試驗結果為依據設計正交試驗并進行驗證，α-淀粉酶添加量為0.3%，α-淀粉酶酶解溫度為75℃，堿性蛋白酶添加量為0.3%，堿性蛋白酶酶解溫度為45 ℃，此時提取率最高，可達到50.98%。

雙酶法制備藍莓果渣膳食纖維，去除其中淀粉和蛋白質的效果較好，提取率較高，是一種相對健康、理想的提取方法，既充分利用了藍莓資源，又保護了環境，也為膳食纖維的來源提供新的途徑。