基于蘆筍榨汁殘渣生產全營養酶解粉的工藝

劉寶祥，蘇政波*，馬闖，李文婧

1.齊魯工業大學（山東省科學院）山東省食品發酵工業研究設計院山東省食品發酵工程重點實驗室（濟南 250013）；2.山東商業職業技術學院食品藥品學院（濟南 250103）

蘆筍（Asparagus officinalisL），又名石刁柏、龍須菜，是一種多年生的健康蔬菜食品，被世界衛生組織列為世界十大最具有營養價值的蔬菜之首，具有營養高、能量攝入低的特點，是國際上公認的防癌保健蔬菜[1]。蘆筍營養價值豐富，含有多糖、有機酸、氨基酸、甾體皂苷、黃酮、多肽及衍生物、多酚（羥基肉桂酸、黃酮、芪類、木酚素和去甲木脂素）等多種功能性物質，許多研究證明蘆筍具有降膽固醇、保肝、抗腫瘤、降血壓、保腎、抗糖尿病、改善睡眠、抗焦慮等作用[2-3]。蘆筍根含有36.8%～52.89%的糖類、17.93%的粗纖維、2.95%～6.1%的蛋白質、4.1%～8.83%的皂苷、5%～6.2%的油類、4.18%的無機物，此外還有少量的維生素C、黃酮和多酚。由于根部可以積累皂苷和果聚糖等，也常在中醫中被用作輔助藥物[4]。

蘆筍殘渣為制造蘆筍濃縮汁過程中產生的廢棄物，在壓榨取汁后仍然較多殘余營養物質，例如纖維素、膳食纖維和蛋白質[5-6]。近年來，國際上蘆筍種植和加工發展迅速，國內用蘆筍原料開發蘆筍飲料，有關蘆筍綜合利用及提高原料利用率的研究也不斷出現，蘆筍廢料的利用也越來越受到人們的重視。此次試驗利用蘆筍榨汁過程產生的副產物，提高蘆筍的利用率，所添加物質為食品級，可直接食用。利用蘆筍殘渣富含的膳食纖維和其他營養物質，為產品的進一步應用提供方法基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蘆筍（市售，產地為菏澤市）；纖維素酶、復合植物水解酶（諾維信生物技術有限公司）；纖維素酶、半纖維素酶、木瓜蛋白酶（青島康地恩生物科技有限公司）；碳酸氫鈉、氫氧化鈉、鹽酸等為分析純；所用水為純凈水。

1.2 儀器與設備

HR1863榨汁機[飛利浦（中國）投資有限公司]；DHG-9070A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；40-10S高壓均質機（上海東華高壓均質機廠）；RV3V旋轉蒸發儀[艾卡（廣州）儀器設備有限公司]；L550低速離心機（長沙湘儀離心機儀器有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（北京醫療設備廠）；電子分析天平[梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司]；Buchi B-191噴霧干燥機（瑞士步琦有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 還原糖的測定

按照 GB 5009.7—2016《食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》執行[7]。

1.3.2 蛋白質的測定

按照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》執行[8]。

1.3.3 膳食纖維的測定

按照GB 5009.88—2014《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》執行[9]。

2 結果與分析

2.1 原料制備

取適量新鮮蘆筍，清洗后使用榨汁機榨汁，留取榨汁殘渣置于50 ℃烘箱烘干至水分10%以下，使用粉碎機進行粉碎，過孔徑75 μm濾網粉末備用。

2.2 酶解條件優化

2.2.1 料水比的影響

對粉碎好的蘆筍殘渣按照料水比1∶10，1∶15，1∶20，1∶30和1∶40（g/mL）條件進行復水后，升溫。結果顯示，1∶10和1∶15（g/mL）時樣品太過黏稠，達不到攪拌要求，考慮經濟因素，選擇1∶20（g/mL）料水比進行后續操作。

2.2.2 酶的種類

取10 g蘆筍殘渣，加入純凈水定容至200 mL，添加康地恩纖維素酶、康地恩半纖維素酶、諾維信纖維素酶、諾維信復合植物水解酶，利用這4種酶進行單獨酶解和兩兩協同酶解，于55 ℃水浴保溫，不斷攪拌，酶解3 h，檢測酶解后水溶性總糖和還原糖的含量。

由表1可知，康地恩半纖維素酶和諾維信復合植物水解酶可以協同配合，達到更好的復合效果；兩種纖維素酶效果相當，推測其成分基本類似，諾維信纖維素酶效果較好。根據試驗結果，選擇諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶3種酶復合進行酶解。

表1 不同酶制劑的酶解效果

2.2.3 溫度對酶解的影響

取10 g蘆筍殘渣，加入純凈水定容至200 mL，添加諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶，于40，45，50，55和60 ℃水浴保溫，不斷攪拌，酶解180 min，檢測酶解后水溶性總糖和還原糖的濃度。

由表2可知，溫度對酶解效果影響較大，低溫對復合酶有一定抑制，隨著溫度升高，反應速度加快。當溫度超過一定范圍后，酶會因熱發生變性，導致催化活性下降[13]。此時，酶的最適溫度在50 ℃左右。

表2 溫度對酶解的影響

2.2.4 pH對酶解效果的影響

取10 g蘆筍殘渣，加入純凈水定容至200 mL，調整pH分別為3.0，3.5，4.0，4.5和5.0，添加諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶，于50℃水浴保溫，不斷攪拌，酶解180 min，檢測酶解后水溶性總糖和還原糖的濃度。

大部分的酶受到其環境pH的影響，與溫度對酶活力的影響類似，pH會影響酶蛋白的構象，影響酶分子的穩定性，也會影響酶分子的解離狀態。在最適pH條件下，酶和底物之間有最適宜的結合和解離狀態，從而使得酶具有最高的酶活力。由表3可知，復合酶的最適pH在4.0左右。

表3 pH對酶解的影響

2.2.5 加酶量對酶解的影響

取10 g蘆筍殘渣，加入純凈水定容至200 mL，調整pH至4.0，諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶分別添加0.050%，0.075%，0.100%，0.125%和0.150%，于50 ℃水浴保溫，不斷攪拌，酶解180 min，檢測酶解后水溶性總糖和還原糖的濃度。

在酶促反應中，酶的濃度低時，反應速度與酶的濃度呈正比，酶的濃度越高，反應速度越快。酶的濃度達到一定程度，酶促反應的速度達到極致，再提高濃度已達不到提高反應速度的目的，甚至會因酶濃度過高，抑制酶促反應的進行。由表4可知，復合酶的最適添加量為各0.125%。

表4 加酶量對酶解的影響

2.2.6 復合酶的酶解時間

取10 g蘆筍殘渣，加入純凈水定容至200 mL，調整pH至4.0，添加0.125%諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶，于50 ℃水浴保溫，不斷攪拌，酶解240 min，取樣檢測酶解過程中水溶性總糖和還原糖的濃度。

由圖1可知，隨著酶促反應的進行，總糖和還原糖的濃度迅速提高，與酶解時間呈線性關系，隨著酶解的進行，120 min后反應速度變慢，糖的濃度在150 min后達到最高。所以此反應的酶解時間在150 min左右。

圖1 酶解過程總糖和還原糖的變化

2.3 酶解條件的正交優化

對蘆筍殘渣按比例添加純凈水進行復水，選擇酶解溫度、酶解時間、pH、加酶量為影響因素，以總糖為指標，設計L9(34)正交因素水平表，如表5所示。

表5 正交因素水平表

由表6可知，最佳工藝為A1B2C2D2，即蘆筍殘渣的最佳酶解工藝為酶解溫度50 ℃、酶解時間150 min、pH 4.0、酶添加量0.125%。在正交設計表設計的條件范圍內對總糖的影響順序為A＞C＞B＞D，溫度對酶解效果影響最大，酶添加量對酶解效果的影響最小。蘆筍殘渣的原始pH為3.85，接近優化pH，選擇自然pH，不作調整。

表6 正交試驗結果

2.4 蛋白酶添加時間確定

通過凱氏定氮法檢測，蘆筍殘渣中的蛋白質質量分數為19.85 g/100 g，其中水溶性蛋白質的質量分數低于20%（3.72 g/100 g），此時選擇木瓜蛋白酶進行蘆筍殘渣的處理。根據木瓜蛋白酶的使用條件，分別于3種酶使用前和酶解后添加，水溶性蛋白質的質量濃度分別為0.376和0.469 g/L，可見經過諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶3種復合酶酶解，再加入木瓜蛋白酶能夠達到更好的效果，水溶性蛋白質的質量濃度提高了19.83%。這可能是由于纖維素和木質素等成分的包裹，木瓜蛋白酶不能直接作用于蛋白質，經過纖維素酶等處理，包裹的纖維素等成分分解，使蛋白質暴露出來，能夠與木瓜蛋白酶作用，改善蛋白質表面疏水性。無規則卷曲增加，α-螺旋和β-折疊結構含量減少，更多的無規則卷曲結構為蛋白的良好表面性質及乳液穩定性的表達提供了更多柔性結構單元。酶解后肽鍵斷裂形成小肽，其粒徑大小逐漸降低，極性增加，電荷密度增大，親水性增加，從而促進蛋白質的溶出和降解，氮溶解指數提高[11-12]。

綜上所述，蘆筍殘渣的最佳酶解工藝：取適量蘆筍殘渣，按照1∶20（g/mL）的料水比定容，諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶各0.125%的酶添加量，在自然pH條件下于50 ℃酶解150 min；再加入蘆筍殘渣質量0.1%的木瓜蛋白酶，于50℃酶解120 min。

2.5 濃縮和干燥

均質機通過均質閥控制流體通過間隙的大小，產生高壓、高速，達到高剪切、高速碰撞、空穴效應等作用。同時，由于其可控制于低溫運行，不會破壞食品的營養、風味和熱敏物質，被廣泛應用于破碎分散、減小顆粒粒徑、代謝產物提取等生產[13]。均質作用使酶解液中物料進一步分散和破碎，有利于噴霧干燥的進行。通入均質機于30 MPa左右均質1次，結合經濟因素，均質后使用旋轉蒸發儀將酶解液濃縮至質量分數約15%。

濃縮后的物料通入噴霧干燥機，噴霧干燥具有水分蒸發迅速、干燥時間短的優點，酶解輔助噴霧干燥制得的粉末溶解性好，色澤風味佳，食用方便[14]。設置進口溫度170 ℃、出口溫度90 ℃、壓縮空氣流量20%進行干燥。

干燥后檢測相應指標，蘆筍酶解粉的總糖質量分數為25.12 g/100 g，還原糖質量分數為20.34 g/100 g，水溶性蛋白質質量分數為16.38 g/100 g，可溶性膳食纖維（SDF）質量分數為23.74 g/100 g，總膳食纖維（TDF）質量分數為51.35 g/100 g。

3 結論

通過對蘆筍榨汁殘渣的酶解研究，確定蘆筍榨汁殘渣生產全營養的工藝條件：取適量新鮮蘆筍，清洗后使用榨汁機榨汁，留取殘渣置于50 ℃烘箱烘干，使用粉碎機進行粉碎，過孔徑75 μm篩網；蘆筍殘渣按照1∶20（g/mL）的料水比定容，使用諾維信纖維素酶、復合植物水解酶和康地恩半纖維素酶，在自然pH條件按0.125%的酶添加量，于50 ℃酶解150 min，再加入蘆筍殘渣質量0.1%的木瓜蛋白酶，于50 ℃酶解120 min；酶解完成后30 MPa左右均質，使用旋轉蒸發儀濃縮至質量分數約15%進行噴霧干燥，得到酶解粉。蘆筍殘渣全營養酶解粉富含膳食纖維和水溶性物質，溶解性好、營養豐富。