基于響應(yīng)面分析制備豆渣膳食纖維酸處理的工藝優(yōu)化

鄒建

摘要：采用酸處理和酶處理相結(jié)合的方法研究了制備豆渣膳食纖維時(shí)酸處理制備工藝的優(yōu)化，以酸處理的pH、溫度及時(shí)間作單因素試驗(yàn)，并在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用響應(yīng)面分析軟件對(duì)酸處理3個(gè)單因素條件的交互影響作用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，處理時(shí)間和溫度的交互作用對(duì)膳食纖維提取的影響顯著，通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化酸酶法提取豆渣膳食纖維工藝，確定酸處理的最佳條件為pH 3.48、溫度70.60 ℃、時(shí)間100.66 min，所得膳食纖維得率為72.278 3%。

關(guān)鍵詞：豆渣；膳食纖維；酸處理；響應(yīng)面分析

中圖分類號(hào)：TS214.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）12-2981-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.045

Acid Treatment Process of Okara Dietary Fiber Based on Response Surface

ZOU Jian

（Henan University Of Animal Husbandry And Economy， Zhengzhou 450045， China）

Abstract： Combing acid treatment with enzyme treatment， the technology of dietary fiber was optimized by response surface.The interaction effect between three factors were studied. The variance analysis showed that the interaction of extraction time and temperature on extraction was significant and the interaction effect between extraction time and extraction temperature on the dietary fiber was also significant. The best conditions of acid treatment were determined as follows： pH 3.48， extraction temperature 70.60 ℃ and extraction time 100.66 min.

Key words： okara； dietary fiber； acid treatment； response surface

近年來(lái)，中國(guó)大豆種植有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并刺激了以豆油、豆腐、豆乳和豆奶制品等為主的大豆加工業(yè)的迅猛發(fā)展。但是，作為大豆生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)生最多的副料-豆渣卻因其含水量大，口感粗糙，長(zhǎng)期以來(lái)被人們忽視。除少部分做飼料外，絕大部分豆渣作為廢料處理，既造成資源浪費(fèi)，又污染了環(huán)境[1]。

豆渣膳食纖維能夠減肥、通便，降血壓、降血脂，防治糖尿病、冠心病和癌癥[2]。此外，大豆膳食纖維中的水溶性膳食纖維可顯著提高機(jī)體巨噬細(xì)胞率和巨噬細(xì)胞吞噬指數(shù)，并可刺激抗體的產(chǎn)生，從而增強(qiáng)人體免疫功能[3]。

因此，對(duì)豆渣膳食纖維進(jìn)行制備就具有很重要的應(yīng)用意義。已有研究結(jié)果表明，采用酸處理和酶處理相結(jié)合的方法制備豆渣膳食纖維，由于結(jié)合了酸處理和酶處理的優(yōu)點(diǎn)，提高了豆渣膳食纖維的純度及水溶性膳食纖維含量[4]。本試驗(yàn)重點(diǎn)研究了利用響應(yīng)面分析酸處理和酶處理制備豆渣膳食纖維工藝中酸處理的最佳工藝條件，為后續(xù)酸酶法制備豆渣膳食纖維提供理論依據(jù)，為生產(chǎn)高純度豆渣膳食纖維奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試驗(yàn)材料 豆渣：加工豆腐制品過(guò)程中產(chǎn)生的豆渣（來(lái)源于鄭州世通豆制品有限公司）。鮮豆渣烘干，粉碎，過(guò)40目篩，所得干豆渣含蛋白質(zhì)15.84%。

1.1.2 儀器與試劑 HH-S型恒溫水浴鍋（常州國(guó)華電器有限公司），F(xiàn)A2004A型分析天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司），TDL-5-A型離心機(jī)（南京守諾儀器設(shè)備有限公司），鼓風(fēng)干燥箱（上海一恒科技有限公司），精密pH計(jì)（廈門隆力德環(huán)境技術(shù)開發(fā)有限公司），F(xiàn)W-100型高速中藥粉碎機(jī)（蘇州江東精密儀器有限公司），木瓜蛋白酶：≥50萬(wàn)IU/g（南寧東恒華道生物科技有限責(zé)任公司），鹽酸、氫氧化鈉均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大豆膳食纖維的制備工藝流程 酸酶法是豆渣中不溶性膳食纖維提取的一種方法，豆渣先用酸液處理，除去脂肪等雜質(zhì)；過(guò)濾或離心后，殘?jiān)儆玫鞍酌柑幚?，除去蛋白質(zhì)；過(guò)濾或離心后，殘?jiān)M(jìn)行干燥、粉碎，就得到豆渣膳食纖維粉。因此大豆膳食纖維的制備工藝[5]如下：豆渣→干燥→粉碎→酸處理→過(guò)濾→漂洗至中性→酶處理→漂洗至中性→過(guò)濾→干燥→大豆膳食纖維

1.2.2 操作方法 按一定料液比稱豆渣（W1）和水混合均勻，用濃度1 mol/L的鹽酸溶液調(diào)pH，在一定溫度下處理一段時(shí)間后，過(guò)濾后用濃度1 mol/L的NaOH溶液調(diào)pH至中性，再加入適量木瓜蛋白酶脫蛋白（木瓜蛋白酶用量0.3%、酶解溫度50 ℃、酶解時(shí)間90 min、pH 5.0），然后滅酶（90 ℃，20 min），干燥、粉碎后，稱重（W2）即得成品[6]。

豆渣膳食纖維得率=W2/W1×100%

1.2.3 單因素試驗(yàn) 以酸處理的pH、溫度及時(shí)間為影響因素，考察這3個(gè)因素對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，因素與水平見表1。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液比對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響

料液比對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響見圖1。酸處理?xiàng)l件為pH 3.0、提取溫度70 ℃、提取時(shí)間1.5 h；酶處理?xiàng)l件為木瓜蛋白酶用量0.3% 、酶解溫度50 ℃、酶解時(shí)間90 min、pH 5.0。由圖1可知，豆渣膳食纖維得率隨豆渣濃度的降低而增大，但料液比小于1∶20時(shí)，豆渣膳食纖維得率又隨豆渣濃度的降低而降低。因此最佳料液比選擇1∶20。

2.2 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 pH對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響 料液比為1∶20，其他參數(shù)同“2.1”，在此條件下pH對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響見圖2。由圖2可知，pH為3.0時(shí)，所得產(chǎn)品中膳食纖維得率最高，低于或高于此pH時(shí)提取得率均較低。因此，酸處理pH選擇3.0。

2.2.2 溫度對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響 料液比1∶20，pH 3.0，其他參數(shù)同“2.1”，溫度對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響見圖3。由圖3可知，當(dāng)溫度為80 ℃時(shí)，豆渣膳食纖維得率最高，因此，酸處理溫度可選擇80 ℃。

2.2.3 處理時(shí)間對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響 料液比1∶20，pH 3.0，提取溫度80 ℃，其余參數(shù)同“2.1”，在此條件下處理時(shí)間對(duì)豆渣膳食纖維得率的影響見圖4。由圖4可知，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，豆渣膳食纖維的得率逐漸增大，當(dāng)時(shí)間超過(guò)2.0 h，膳食纖維得率變化不大。因此，酸處理時(shí)間可選擇2.0 h。

2.3 酸處理?xiàng)l件的優(yōu)化

酸處理?xiàng)l件響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。根據(jù)表2數(shù)據(jù)，采用Design Expert 7.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到如下擬合方程：

Y=-159.218 70+125.186 94A+0.953 76B+ 0.047 711C-0.332 50AB-0.159 42AC+0.021 125BC-13.099 59A2-0.015 596B2-0.005 2C2（R2=0.736 0）。由表3可以看出，模型F值為3.097 423，P值為0.046 4（<0.05），表明該回歸方程是顯著的，失擬項(xiàng)P值為0.145 0（>0.05），不顯著，說(shuō)明該回歸方程比較可靠。此外，各因素的P值皆大于0.05，表明各因素在試驗(yàn)設(shè)計(jì)范圍內(nèi)對(duì)膳食纖維得率的影響不顯著[7]。由表3還可看出，C2對(duì)膳食纖維的得率影響極顯著，其他因素及因素間交互影響不顯著。

2.4 響應(yīng)面圖分析

利用響應(yīng)面圖有助于理解兩個(gè)因素的交互作用。這種圖形很容易通過(guò)模型計(jì)算獲得，一個(gè)因素不變而另一個(gè)因素變化得到Y(jié)值。通過(guò)響應(yīng)面軟件分析，得出3個(gè)因素對(duì)膳食纖維得率影響的響應(yīng)面（圖5）。由圖5可以看出，響應(yīng)值的最高點(diǎn)處于曲面頂點(diǎn)，即在兩因素變化的中間范圍，故3個(gè)因素間兩兩之間具有交互作用。但從上述表和圖中可以看出，僅B和C因素交互作用顯著[8]。最佳添加量的確定通過(guò)軟件Design Expert7.0求解方程，得出最佳酸處理?xiàng)l件為pH 3.48，溫度70.60 ℃，時(shí)間100.66 min，所得膳食纖維得率為72.278 3%。查表2可知，當(dāng)pH 3.5，溫度80 ℃，時(shí)間120 min時(shí)，所得膳食纖維得率為76.58%。綜合比較，并從節(jié)約能源方面考慮，選擇酸處理?xiàng)l件為pH 3.48，溫度70.60 ℃，時(shí)間100.66 min。

3 結(jié)論

通過(guò)響應(yīng)面優(yōu)化酸酶法提取豆渣膳食纖維工藝，確定酸處理的最佳條件為pH 3.48，溫度70.60 ℃，時(shí)間100.66 min。方差分析結(jié)果表明，溫度和時(shí)間的交互作用對(duì)膳食纖維提取的影響顯著。

參考文獻(xiàn)：

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