生物酶法提取豆渣中膳食纤维的工艺研究

高 珊

（青岛工学院食品工程学院，山东 青岛 266300）

可溶性膳食纤维可以降低高血脂患者胆固醇水平，提高肥胖患者的葡萄糖耐受性，同时具有改善肠道内微生物菌群、清除外源有害物质、清除体内自由基、抗氧化防衰老、抗癌防癌及增强机体免疫力等生理功效[1]。非可溶性膳食纤维则促进排便、减少胃肠蠕动时间[2]。大豆膳食纤维具有良好的吸水吸油性能、增稠性能、同时能改善一些产品的质构，因此目前已被作为食品配料广泛应用于食品加工中，如制备高纤维面包、饼干等健康食品[3]。

通过单因素试验和正交试验对豆渣中可溶性与不溶性膳食纤维进行提取，以豆渣中总膳食纤维的提取率为评价指标，研究提取可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维的最佳工艺。

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

豆渣，由学校食堂提供；
盐酸、氨水、无水乙醇，均为分析纯，烟台三和试剂有限公司提供；
糖化酶和木瓜蛋白酶，为食品级，郑州裕和食品添加剂有限公司提供。

1.1.2 仪器设备

精密电子天平，沈阳龙腾电子有限公司产品；
高速台式离心机，北京时代北利离心机有限公司产品；
电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司产品；
高速多功能粉碎机，铂欧五金厂产品；
可调万用电炉，龙口市电炉制造厂产品。

1.2 试验方法

1.2.1 豆渣的预处理

将新鲜豆渣分散平铺在托盘之中，置于烘箱中，调节温度为60℃，干燥24 h后粉碎，得到豆渣粉末。

1.2.2 可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）的提取工艺

（1）SDF的提取工艺。称取样品5.00 g，按一定的料液比加入蒸馏水后摇匀，加入一定量的糖化酶和木瓜蛋白酶，混匀后在一定温度的水浴锅中提取2 h，反应完成后加热灭酶（100℃条件下加热3 min），调节pH值至中性在离心机中分离，取上清液，以4倍体积的无水乙醇洗涤得到沉淀，抽滤后在烘箱中干燥至恒质量，称重记为m1。

（2）IDF的提取工艺。取离心分离后的沉淀部分先用无水乙醇洗涤后，再水洗至中性，离心分离得到IDF，在烘箱中干燥至恒质量，称重记为m2。

1.2.3 膳食纤维提取试验设计

试验中，研究影响膳食纤维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温度4个因素。

分别以料液比为1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30加入蒸馏水，加入3%的糖化酶，3%的蛋白酶，提取温度50℃，分5组做料液比的最优参数的试验；
分别以糖化酶添加量为1%，2%，3%，4%，5%，选取料液比最优值，其他条件不变，分5组做糖化酶的最优参数的试验；
分别以蛋白酶量为1%，2%，3%，4%，5%，选取料液比与糖化酶的最优值，提取温度50℃，分5组做蛋白酶的最优参数的试验；
分别以提取温度为40，45，50，55，60℃，选取料液比、糖化酶添加量、蛋白酶添加量的最优值，分5组做提取温度的最优参数的试验。

以料液比、糖化酶添加量、蛋白酶添加量、提取温度四因素三水平进行正交试验，确定膳食纤维提取的最佳工艺。

2.1 膳食纤维提取单因素试验

2.1.1 料液比对膳食纤维提取率的影响

料液比对膳食纤维提取率的影响见图1。

图1 料液比对膳食纤维提取率的影响

由图1可以看出，当料液比为1∶25时，膳食纤维提取率最高为8.40%；
当料液比小于1∶25时，提取率随着料液比的增大而增大，原因是料液比过低使得膳食纤维不能完全溶于溶液中；
而当料液比大于1∶25时，提取率不再增大反而略有减小，原因可能是过高的料液比需要消耗大量的乙醇来提取SDF，导致提取不完全。

2.1.2 糖化酶添加量对膳食纤维提取率的影响

糖化酶添加量对膳食纤维提取率的影响见图2。

图2 糖化酶添加量对膳食纤维提取率的影响

由图2可以看出，当糖化酶添加量为3%时，膳食纤维的提取率可以达到9.2 %；
当糖化酶添加量小于3%时，提取率随着糖化酶添加量的增大而增大，原因是糖化酶将淀粉水解，使得膳食纤维更好地分离出来；
而当糖化酶添加量大于3%时，提取率变化不大，原因可能是糖化酶已经大量水解淀粉，因此对于膳食纤维的提取率影响不再显著。

2.1.3 蛋白酶添加量对膳食纤维提取率的影响

蛋白酶添加量对膳食纤维提取率的影响见图3。

图3 蛋白酶添加量对膳食纤维提取率的影响

由图3可以看出，当蛋白酶添加量为2%时，膳食纤维的提取率最高为9.30%；
蛋白酶添加量在2%以下时，膳食纤维提取率上升明显，说明蛋白酶水解蛋白，破坏了氢键，将结合的膳食纤维释放出来，提取率逐渐上升；
而蛋白酶添加量在2%以上时，膳食纤维的提取率反而略有下降，应该是大量的蛋白酶破坏掉了膳食纤维的结构，或是后续灭酶不彻底导致膳食纤维的提取不够完全。

2.1.4 提取温度对膳食纤维提取率的影响

提取温度对膳食纤维提取率的影响见图4。

由图4可以看出，提取温度对膳食纤维的提取有着显著的影响作用；
当温度为55℃时，膳食纤维的提取率最高为9.42%。温度在55℃以下时，提取率上升明显，说明温度升高有利于膳食纤维的溶解，有利于酶解的作用温度；
而当温度大于55℃时，膳食纤维的提取率下降，原因可能是温度过高会导致酶的活性降低，使得膳食纤维提取不完全。

图4 提取温度对膳食纤维提取率的影响

2.2 膳食纤维提取正交试验

根据前述单因素试验结果，利用正交设计对膳食纤维提取的各项工艺参数进行优化。

膳食纤维正交试验结果分析见表1。

由表1可以看出，影响SDF提取率的各因素主次关系为料液比（A）＞提取温度（D）＞糖化酶添加量（B）＞蛋白酶添加量（D）；
正交试验最佳条件为A1B1C2D3，即料液比1∶20，糖化酶添加量2%，蛋白酶添加量2%，提取温度60℃。按该条件进行验证试验，得出膳食纤维提取率为12.6%。

表1 膳食纤维正交试验结果分析

研究显示，提取膳食纤维的最佳工艺条件是料液比1∶20，糖化酶添加量2%，蛋白酶添加量2%，提取温度60℃，在此条件下膳食纤维的提取率为12.6%。