生物酶法提取豆渣中膳食纖維的工藝研究

高 珊

（青島工學院食品工程學院，山東 青島 266300）

可溶性膳食纖維可以降低高血脂患者膽固醇水平，提高肥胖患者的葡萄糖耐受性，同時具有改善腸道內微生物菌群、清除外源有害物質、清除體內自由基、抗氧化防衰老、抗癌防癌及增強機體免疫力等生理功效[1]。非可溶性膳食纖維則促進排便、減少胃腸蠕動時間[2]。大豆膳食纖維具有良好的吸水吸油性能、增稠性能、同時能改善一些產品的質構，因此目前已被作為食品配料廣泛應用于食品加工中，如制備高纖維面包、餅干等健康食品[3]。

通過單因素試驗和正交試驗對豆渣中可溶性與不溶性膳食纖維進行提取，以豆渣中總膳食纖維的提取率為評價指標，研究提取可溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的最佳工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

豆渣，由學校食堂提供；鹽酸、氨水、無水乙醇，均為分析純，煙臺三和試劑有限公司提供；糖化酶和木瓜蛋白酶，為食品級，鄭州裕和食品添加劑有限公司提供。

1.1.2 儀器設備

精密電子天平，沈陽龍騰電子有限公司產品；高速臺式離心機，北京時代北利離心機有限公司產品；電熱鼓風干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司產品；高速多功能粉碎機，鉑歐五金廠產品；可調萬用電爐，龍口市電爐制造廠產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 豆渣的預處理

將新鮮豆渣分散平鋪在托盤之中，置于烘箱中，調節溫度為60℃，干燥24 h后粉碎，得到豆渣粉末。

1.2.2 可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）的提取工藝

（1）SDF的提取工藝。稱取樣品5.00 g，按一定的料液比加入蒸餾水后搖勻，加入一定量的糖化酶和木瓜蛋白酶，混勻后在一定溫度的水浴鍋中提取2 h，反應完成后加熱滅酶（100℃條件下加熱3 min），調節pH值至中性在離心機中分離，取上清液，以4倍體積的無水乙醇洗滌得到沉淀，抽濾后在烘箱中干燥至恒質量，稱重記為m1。

（2）IDF的提取工藝。取離心分離后的沉淀部分先用無水乙醇洗滌后，再水洗至中性，離心分離得到IDF，在烘箱中干燥至恒質量，稱重記為m2。

1.2.3 膳食纖維提取試驗設計

試驗中，研究影響膳食纖維提取的因素主要有料液比、蛋白酶添加量、糖化酶添加量和提取溫度4個因素。

分別以料液比為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30加入蒸餾水，加入3%的糖化酶，3%的蛋白酶，提取溫度50℃，分5組做料液比的最優參數的試驗；分別以糖化酶添加量為1%，2%，3%，4%，5%，選取料液比最優值，其他條件不變，分5組做糖化酶的最優參數的試驗；分別以蛋白酶量為1%，2%，3%，4%，5%，選取料液比與糖化酶的最優值，提取溫度50℃，分5組做蛋白酶的最優參數的試驗；分別以提取溫度為40，45，50，55，60℃，選取料液比、糖化酶添加量、蛋白酶添加量的最優值，分5組做提取溫度的最優參數的試驗。

以料液比、糖化酶添加量、蛋白酶添加量、提取溫度四因素三水平進行正交試驗，確定膳食纖維提取的最佳工藝。

2 結果及分析

2.1 膳食纖維提取單因素試驗

2.1.1 料液比對膳食纖維提取率的影響

料液比對膳食纖維提取率的影響見圖1。

圖1 料液比對膳食纖維提取率的影響

由圖1可以看出，當料液比為1∶25時，膳食纖維提取率最高為8.40%；當料液比小于1∶25時，提取率隨著料液比的增大而增大，原因是料液比過低使得膳食纖維不能完全溶于溶液中；而當料液比大于1∶25時，提取率不再增大反而略有減小，原因可能是過高的料液比需要消耗大量的乙醇來提取SDF，導致提取不完全。

2.1.2 糖化酶添加量對膳食纖維提取率的影響

糖化酶添加量對膳食纖維提取率的影響見圖2。

圖2 糖化酶添加量對膳食纖維提取率的影響

由圖2可以看出，當糖化酶添加量為3%時，膳食纖維的提取率可以達到9.2 %；當糖化酶添加量小于3%時，提取率隨著糖化酶添加量的增大而增大，原因是糖化酶將淀粉水解，使得膳食纖維更好地分離出來；而當糖化酶添加量大于3%時，提取率變化不大，原因可能是糖化酶已經大量水解淀粉，因此對于膳食纖維的提取率影響不再顯著。

2.1.3 蛋白酶添加量對膳食纖維提取率的影響

蛋白酶添加量對膳食纖維提取率的影響見圖3。

圖3 蛋白酶添加量對膳食纖維提取率的影響

由圖3可以看出，當蛋白酶添加量為2%時，膳食纖維的提取率最高為9.30%；蛋白酶添加量在2%以下時，膳食纖維提取率上升明顯，說明蛋白酶水解蛋白，破壞了氫鍵，將結合的膳食纖維釋放出來，提取率逐漸上升；而蛋白酶添加量在2%以上時，膳食纖維的提取率反而略有下降，應該是大量的蛋白酶破壞掉了膳食纖維的結構，或是后續滅酶不徹底導致膳食纖維的提取不夠完全。

2.1.4 提取溫度對膳食纖維提取率的影響

提取溫度對膳食纖維提取率的影響見圖4。

由圖4可以看出，提取溫度對膳食纖維的提取有著顯著的影響作用；當溫度為55℃時，膳食纖維的提取率最高為9.42%。溫度在55℃以下時，提取率上升明顯，說明溫度升高有利于膳食纖維的溶解，有利于酶解的作用溫度；而當溫度大于55℃時，膳食纖維的提取率下降，原因可能是溫度過高會導致酶的活性降低，使得膳食纖維提取不完全。

圖4 提取溫度對膳食纖維提取率的影響

2.2 膳食纖維提取正交試驗

根據前述單因素試驗結果，利用正交設計對膳食纖維提取的各項工藝參數進行優化。

膳食纖維正交試驗結果分析見表1。

由表1可以看出，影響SDF提取率的各因素主次關系為料液比（A）＞提取溫度（D）＞糖化酶添加量（B）＞蛋白酶添加量（D）；正交試驗最佳條件為A1B1C2D3，即料液比1∶20，糖化酶添加量2%，蛋白酶添加量2%，提取溫度60℃。按該條件進行驗證試驗，得出膳食纖維提取率為12.6%。

表1 膳食纖維正交試驗結果分析

3 結論

研究顯示，提取膳食纖維的最佳工藝條件是料液比1∶20，糖化酶添加量2%，蛋白酶添加量2%，提取溫度60℃，在此條件下膳食纖維的提取率為12.6%。