酶堿法提取梨渣水不溶性膳食纖維的研究

高曉麗 宿婭

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西呂梁033000）

酶堿法提取梨渣水不溶性膳食纖維的研究

高曉麗*宿婭

（呂梁學(xué)院生命科學(xué)系，山西呂梁033000）

以梨渣為原料，用酶與堿結(jié)合提取的方法，探討了酶用量、料液比、氫氧化鈉溶液濃度、溫度和時(shí)間對(duì)酶堿法提取梨渣水不溶性膳食纖維得率的影響，并對(duì)其脫色工藝進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，用淀粉酶4 U/g在pH6.0下處理后，在料液比1 g∶15 mL、氫氧化鈉溶液濃度1.0 mol/L，溫度50℃，時(shí)間1 h的條件下提取，梨渣水不溶性膳食纖維的得率最高，達(dá)到12.9%。最優(yōu)的脫色條件是H2O2溶液體積濃度8%，溫度60℃，時(shí)間3 h。產(chǎn)品的膨脹力、持水力分別達(dá)到6.167 g/mL、7.1 g/g。

梨渣；水不溶性膳食纖維；提??；脫色

膳食纖維與人類的健康密切相關(guān)，在保持消化系統(tǒng)健康上起著重要的作用，其在蔬菜、水果、粗糧雜糧、豆類和菌藻類中的含量十分豐富。膳食纖維主要來(lái)自于植物的細(xì)胞壁，有水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維兩類。其中，水溶性膳食纖維的成分主要是植物細(xì)胞內(nèi)的儲(chǔ)存物質(zhì)和分泌物，此外還有部分微生物多糖和合成多糖；水不溶性膳食纖維的主要成分是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、原果膠和殼聚糖等。

梨渣含有豐富的膳食纖維，工業(yè)上每年扔掉的大量梨渣嚴(yán)重污染環(huán)境，而且造成資源浪費(fèi)。以廢棄梨渣為原料提取膳食纖維，可以大大提高其價(jià)值，加大資源的利用率，還可以解決環(huán)境污染問(wèn)題，同時(shí)又可解決勞動(dòng)力的就業(yè)問(wèn)題，對(duì)穩(wěn)定社會(huì)和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有積極意義。因此，開(kāi)發(fā)梨渣膳食纖維產(chǎn)品具有很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

本試驗(yàn)對(duì)酶堿結(jié)合提取法從梨渣中提取不溶性膳食纖維進(jìn)行了研究。為了提高梨渣不溶性膳食纖維的品質(zhì)，首先采用淀粉酶處理梨渣，然后再用堿液提取。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

白梨渣，為榨汁后廢棄的梨渣。

α-淀粉酶、稀硫酸、氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、體積濃度30%過(guò)氧化氫。

電熱恒溫干燥箱；KH-1000離心機(jī)；JD200-3電子天平；UV—1200紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋。

1.2 試驗(yàn)方法

梨渣前處理：將梨渣放在干燥箱中干燥，干燥后于研缽中粉碎，過(guò)60目篩，保存，以備后續(xù)處理。

1.2.1 梨渣水不溶性膳食纖維的提取方法

首先采用淀粉酶除去梨渣中的少量淀粉，然后再結(jié)合化學(xué)法來(lái)提取梨渣水不溶性膳食纖維。具體步驟：稱取10 g樣品于錐形瓶中，加入100 mL蒸餾水，沸水中糊化10 min，冷卻到60℃后加入一定量的淀粉酶，調(diào)pH到6.0，水浴鍋保溫反應(yīng)一定時(shí)間后，滅酶，過(guò)濾，干燥，加入料液比為1 g∶12 mL的稀H2SO4，調(diào)PH為1.5，反應(yīng)1 h～2 h，水洗，離心，再按一定的料液比加入一定濃度的NaOH溶液，一定溫度下水浴加熱一段時(shí)間進(jìn)行堿解，之后進(jìn)行過(guò)濾，干燥，稱量，測(cè)定。

式中：η——水不溶性膳食纖維得率，%；

m1——所得水不溶性膳食纖維的質(zhì)量，g；

m2——樣品質(zhì)量，g。

1.2.2 梨渣水不溶性膳食纖維的脫色試驗(yàn)

1.2.2.1 漂白方法

稱取一定量上述步驟提取得到的水不溶性膳食纖維，加入一定量的H2O2溶液，在一定溫度條件下進(jìn)行漂白，脫色處理一段時(shí)間后，自然冷卻至室溫，過(guò)濾，濾渣洗至中性，干燥，粉碎。

1.2.2.2 評(píng)價(jià)方法

梨渣水不溶性膳食纖維漂白脫色后的效果，采用色澤感官評(píng)價(jià)的方法，每個(gè)試驗(yàn)結(jié)果由6個(gè)人進(jìn)行色澤感官評(píng)價(jià)，然后按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)給出得分，取平均值作為最后的感官得分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 梨渣水不溶性膳食纖維品質(zhì)檢測(cè)

1.2.3.1 梨渣水不溶性膳食纖維持水力的測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取1.0 g過(guò)60目篩的產(chǎn)物，置于100 mL燒杯中，加蒸餾水75 mL并調(diào)節(jié)PH為8，在37℃水浴中放置24 h并加以攪拌，轉(zhuǎn)移至離心管中在4 000 r/min速度下離心0.5 h，取出并棄去上清液，甩干稱重，按下式計(jì)算持水力。

式中：X——持水力，g/g；

m1——樣品濕重，g；

m2——樣品干重，g。

1.2.3.2 梨渣水不溶性膳食纖維膨脹力的測(cè)定方法

準(zhǔn)確稱取0.1 g產(chǎn)物于10 mL量筒中，測(cè)定其體積后加入10 mL蒸餾水并調(diào)節(jié)PH為8，在37℃水浴鍋中放置24 h，測(cè)定體積，按下式計(jì)算膨脹力。

式中：X——膨脹力，mL/g；

V1——溶脹后纖維體積，mL；

V2——干品體積，mL；

m——樣品干重，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 梨渣水不溶性膳食纖維提取的影響因素

2.1.1 加酶量對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

在酶解試驗(yàn)中，為了追求較快反應(yīng)速度和較低用酶量。本試驗(yàn)中添加α-淀粉酶的量分別為0 U/g、2 U/g、4 U/g、6 U/g，在60℃，PH6.0條件下液化1 h，并加以攪拌，滅酶，水洗，過(guò)濾，干燥，加入稀H2SO4料液比1 g∶12 mL，調(diào)PH為1.5，反應(yīng)1 h～2 h，水洗，離心，按料液比1 g∶15 mL加入1.0 mol/L的NaOH溶液，60℃水浴1 h進(jìn)行堿解，之后進(jìn)行過(guò)濾，干燥，分別稱重。不同加酶量對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 酶用量對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖1可知，其他條件不變，添加了淀粉酶之后，不溶性膳食纖維的提取率有所升高，當(dāng)酶用量為4 U/g時(shí)，提取率為最大。所以在之后的操作步驟中，均先用4 U/g的淀粉酶處理后，來(lái)考察其他因素對(duì)水不溶性膳食纖維提取的影響。

2.1.2 料液比對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維提取率的影響

在提取時(shí)間1.0 h，溫度50℃，NaOH溶液的濃度1.0 mol/L的條件下，料液比分別選取1 g∶10 mL、1 g∶15 mL、1 g∶20 mL，進(jìn)行水不溶性膳食纖維的提取，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 料液比對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖2可知，當(dāng)料液比增加時(shí)，提取率也隨之而增加；但當(dāng)料液比增加到1 g∶20 mL時(shí)的提取率與1 g∶15 mL差別不大，卻消耗更多的試劑，所以采用NaOH溶液的料液比為1 g∶15 mL的時(shí)候提取效果最好。

2.1.3 NaOH溶液濃度對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維提取率的影響

在提取時(shí)間1.0 h，溫度為50℃，料液比1 g∶15 mL的條件下，NaOH溶液濃度分別選取0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 NaOH溶液濃度對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖3可知，隨著NaOH溶液濃度的增加，提取率不斷的增加。但當(dāng)NaOH溶液濃度達(dá)到1.5 mol/L時(shí)，出現(xiàn)了IDF色澤開(kāi)始發(fā)黑的現(xiàn)象。并且據(jù)資料，當(dāng)堿的濃度大于2.0 mol/L時(shí)，梨渣中的纖維素也會(huì)與堿液反應(yīng)生成堿纖維素，不但破壞了纖維素的結(jié)構(gòu)，還會(huì)使提取率進(jìn)一步下降。因此，提取水不溶性膳食纖維用濃度為1.0 mol/L的NaOH溶液時(shí)最佳。

2.1.4 時(shí)間對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維提取率的影響

在提取溫度50℃，料液比1 g∶15 mL，NaOH溶液濃度1.0 mol/L的條件下，時(shí)間分別選取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h來(lái)進(jìn)行提取，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 時(shí)間對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖4可知，隨著堿液處理時(shí)間的延長(zhǎng)，不溶性膳食纖維的提取率不斷增加。但當(dāng)時(shí)間超過(guò)1.0 h后，提取率變化不明顯，所以提取時(shí)間以1.0 h為佳。

2.1.5 溫度對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維提取率的影響

在NaOH溶液濃度1.0 mol/L，提取時(shí)間1.0 h，料液比為1 g∶15 mL條件下，提取溫度分別選取40℃、50℃、60℃、70℃，試驗(yàn)結(jié)果如下頁(yè)圖5所示。

在不溶性膳食纖維的提取過(guò)程中，堿液處理溫度是一個(gè)關(guān)鍵因素。由圖5可知，50℃時(shí)水不溶性膳食纖維的提取率并不高。隨著溫度升高，純度在增加。因?yàn)樵谳^高的堿液處理溫度下，更多的堿溶性物質(zhì)溶于堿液，半纖維素溶解加快。但另一方面，甲基纖維素在高溫堿液處理下，易形成凝膠在過(guò)濾時(shí)被除去。因此，在其他合適的提取條件下，采用堿液處理溫度50℃時(shí)最佳。

圖5 溫度對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

2.2 梨渣水不溶性膳食纖維脫色試驗(yàn)結(jié)果

食品工業(yè)中常用的脫色方法有還原漂白法、氧化漂白法和脫色漂白法。本試驗(yàn)采用H2O2溶液進(jìn)行脫色。試驗(yàn)結(jié)果采用十分制來(lái)評(píng)分，分值越高，表示脫色效果越好。首先對(duì)單因素進(jìn)行分析，找出合適范圍，再進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定最優(yōu)條件。

2.2.1 不同因素對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維脫色的影響

2.2.1.1 H2O2體積濃度對(duì)水不溶性膳食纖維脫色的影響

在脫色時(shí)間2.0 h，溫度70℃的條件下，分別選取H2O2溶液的體積濃度3%、5%、7%、9%來(lái)進(jìn)行脫色試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 H2O2體積濃度對(duì)水不溶性膳食纖維脫色的影響

由圖6可知，隨H2O2溶液體積濃度的升高，梨渣水不溶性膳食纖維的脫色效果越來(lái)越好。當(dāng)H2O2溶液的體積濃度在7%～9%之間時(shí)，梨渣水不溶性膳食纖維的脫色效果達(dá)到最佳。

2.2.1.2 溫度對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維脫色的影響

在處理時(shí)間2.0 h，H2O2溶液體積濃度7%的條件下，處理溫度分別選取40℃、50℃、60℃、70℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 溫度對(duì)水不溶性膳食纖維脫色的影響

由圖7可知，處理溫度的升高對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維的漂白有增強(qiáng)的作用，但是從60℃升高到70℃的時(shí)候，漂白效果反而略有減弱的趨勢(shì)。這是因?yàn)楫?dāng)處溫度過(guò)高時(shí)，H2O2會(huì)分解，影響漂白效果。因此，選擇處理溫度為50℃、60℃、70℃作為漂白水不溶性膳食纖維的3個(gè)水平。

2.2.1.3 時(shí)間對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維脫色的影響

在處理溫度60℃，H2O2溶液體積濃度7%的條件下，脫色時(shí)間選取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h分別進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖8所示。

圖8 時(shí)間對(duì)水不溶性膳食纖維脫色的影響

由圖8可知，隨處理時(shí)間的增加，梨渣水不溶性膳食纖維的漂白效果越來(lái)越好，當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到2.0 h時(shí)，分值升高的趨勢(shì)不再明顯。因此，處理時(shí)間為2.0 h、2.5 h時(shí)，梨渣水不溶性膳食纖維的漂白效果比較好。

2.2.2 脫色正交試驗(yàn)

通過(guò)單因素試驗(yàn)得到影響漂白效果的各單因素最佳條件范圍，選H2O2體積濃度、處理時(shí)間和處理溫度3個(gè)因素來(lái)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，確定各因素的水平數(shù)為3，分別是：H2O2體積濃度7%、8%、9%；處理溫度50℃、60℃、70℃；處理時(shí)間2.0 h、2.5 h、3.0 h。采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化梨渣水不溶性膳食纖維的脫色工藝參數(shù)。脫色正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果如表2，表3所示。

表2 正交試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)表

表3 IDF脫色正交試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，A2B2C3為最佳工藝水平組合，即脫色最佳條件為：H2O2溶液體積濃度為8%，溫度為60℃，時(shí)間3.0 h。根據(jù)R值，得出H2O2溶液體積濃度對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維脫色效果的影響最大，其次是脫色時(shí)間，脫色溫度對(duì)脫色效果的影響最小。

2.3 梨渣水不溶性膳食纖維的品質(zhì)檢測(cè)

檢測(cè)膳食纖維品質(zhì)的重要指標(biāo)一般包括膨脹力和持水力。在上述最佳提取和脫色條件下，觀察獲得的水不溶性膳食纖維的品質(zhì)。

2.3.1 梨渣水不溶性膳食纖維持水力

對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維的持水力進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表4所示。

表4 IDF的持水力

2.3.2 梨渣水不溶性膳食纖維的膨脹力

對(duì)梨渣水不溶性膳食纖維的膨脹力進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5所示。

表5 IDF的膨脹力

2.3.3 提取時(shí)淀粉酶對(duì)水不溶性膳食纖維品質(zhì)的影響

將未經(jīng)淀粉酶處理獲得的水不溶性膳食纖維和添加淀粉酶處理的產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)對(duì)比，前者的持水力、膨脹力分別為5.363 g/g、6.344 mL/g，后者的分別為6.167 g/g、7.100 mL/g，說(shuō)明加淀粉酶先除去淀粉所提取的水不溶性膳食纖維品質(zhì)較好。

3 小結(jié)

3.1 結(jié)論

a）本試驗(yàn)方法提取梨渣水不溶性膳食纖維最優(yōu)條件為：加淀粉酶量為4 U/g，溫度50℃，料液比1 g∶15 mL，氫氧化鈉溶液濃度l.0 mol/L，浸提時(shí)間1.0 h。

b）試驗(yàn)獲得的梨渣水不溶性膳食纖維漂白的最佳工藝為H2O2溶液體積濃度為8%，處理溫度為60℃，處理時(shí)間為3.0 h。

c）提取得到的水不溶性膳食纖維持水力為6.167 g/g，膨脹力為7.100 mL/g；先加入淀粉酶除去淀粉后提取的水不溶性膳食纖維品質(zhì)更好，產(chǎn)品無(wú)粗糙感，色澤良好。

3.2 討論

果蔬殘?jiān)型ǔ：械鞍踪|(zhì)、淀粉等雜質(zhì)成分，制備膳食纖維必須將其去除。傳統(tǒng)采用化學(xué)法去除，即利用堿溶解蛋白質(zhì)，利用酸水解淀粉。本試驗(yàn)采用酶和化學(xué)法結(jié)合的方法，利用淀粉酶酶解梨渣中淀粉，使淀粉水解成可溶性的成分而與不溶性膳食纖維分離。該方法簡(jiǎn)單，易操作，同時(shí)提升了膳食纖維的品質(zhì)，有廣闊的應(yīng)用空間。

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Research on extraction of water insoluble dietary fiber from pear residue by alkali enzymic hydrolysis

GAO Xiao-li*SU Ya
（Life science department,lvliang university，Shanxi lvliang033000，China）

Water insoluble dietary fiber extracted and decoloration from pear residue by using enzyme method and alkali extraction method was studied.Effects of enzyme dosage，the ratio of material to solution,alkali concentration，temperature and time on extraction yield of water insoluble dietary fiber were investigated trough single－factor experiment method.Subsequently，a central composition experimental design was performed to attain the optimum decoloring project of water insoluble dietary fiber.The optimized conditions were as follows：amylase（4 U/g）at the conditions of pH6.0，and then with the ratio of material to solution 1 g∶15 mL，NaOH concentration 1.0 mol/L，temperature 50℃and time 1 h，the yield of water insoluble dietary fiber was found to be 12.9%.The optimum decoloring conditions were：the concentration of H2O28%，the reaction temperature 60℃，the reaction time 3 h.Under the optimal conditions，the expansibility，water-holding capability were 7.1 mL/g，6.167 g/g，respectively.

pear residue；water insoluble dietary fiber；extraction；decoloration

TS255.4

A

1673-6044（2014）04-0028-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.04.009

*高曉麗，女，1985年出生，2011年畢業(yè)于四川大學(xué)發(fā)酵工程專業(yè)，碩士，助教。

2014-09-27