酶法制備麥麩膳食纖維中復(fù)合酶去除淀粉工藝探討

何建軍　施建斌等

摘要：以麥麩為原料，采用酶法制備膳食纖維，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)對酶法制備麥麩膳食纖維中復(fù)合酶去除淀粉工藝進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，復(fù)合酶去除麥麩中淀粉最優(yōu)工藝為復(fù)合酶比例2∶5，復(fù)合酶添加量0.8%，酶解pH 5.5，酶解溫度50 ℃，酶解時間90 min，此工藝下所制備的麥麩膳食纖維淀粉殘留率僅為0.57%，而麥麩膳食纖維的純度可達(dá)86.38%，從正交試驗(yàn)各因素對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響大小來看，復(fù)合酶添加量的影響最大。

關(guān)鍵詞：麥麩；復(fù)合酶；水解；淀粉；膳食纖維

中圖分類號：TS210.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）15-3712-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.034

Abstract： Wheat bran was selected as the raw material and the technology of enzymatic hydrolysis was studied by orthogonal test on the basis of single factor experiment. Results showed that the optimum conditions were enzyme ratio 2∶5， compound enzyme dosage 0.8%， hydrolysis pH 5.5， hydrolysis temperature 55 ℃ and hydrolysis time 90 min. Under these conditions， the starch residues was 0.57% and the purity of wheat bran dietary fiber reached 86.38%. The main factor that influenced starch residual rate most was the dosage of compound enzyme.

Key words： wheat bran； enzyme； hydrolysis； starch； dietary fiber

中國是小麥（Triticum aestivum L.）的生產(chǎn)大國，小麥作為人類主要糧食作物之一，年產(chǎn)量已超過1億t[1-3]。麥麩是小麥面粉加工過程中的副產(chǎn)物，約占小麥子粒質(zhì)量的20%～25%，麥麩主要由膳食纖維、蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)組成，其含量分別為40%～50%、10%～20%、15%～20%，除此之外，麥麩中還含有大量的脂肪、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分[4，5]。由于麥麩來源廣泛、麥麩中膳食纖維資源豐富，當(dāng)前，麥麩膳食纖維的制備研究與應(yīng)用也深受國內(nèi)外學(xué)者重視[6]。

膳食纖維在保障人體健康方面扮演非常重要的角色。前人研究表明，很多疾病如便秘、肥胖、心血管系統(tǒng)疾病、結(jié)腸癌、糖尿病等與膳食纖維攝入量不足有很大關(guān)系[7]。提高飲食中膳食纖維含量可增加糞便量，縮短腸道排空時間，降低糞便硬度，防止便秘[8]。膳食纖維也可在結(jié)腸中發(fā)酵生成短鏈的脂肪酸，促進(jìn)結(jié)腸細(xì)胞增殖與分化，抑制致癌物的產(chǎn)生，防止腫瘤形成[9]。此外，膳食纖維還能控制血糖釋放，降低餐后血糖水平，有助于預(yù)防糖尿病及肥胖[10]。

酶法是制備麥麩膳食纖維中較為常用的方法[11，12]，酶解旨在去除麥麩中的蛋白質(zhì)和淀粉，得到高純度膳食纖維。在酶解淀粉的過程中，涉及到α-淀粉酶和糖化酶，由于這兩種酶的酶解條件不同，通常情況下，先以α-淀粉酶酶解淀粉為低分子糖和糊精，再以此為底物，利用糖化酶進(jìn)行進(jìn)一步酶解，工序較為繁瑣。前人對α-淀粉酶和糖化酶協(xié)同水解馬鈴薯、木薯和葛根淀粉的工藝進(jìn)行了研究[13-15]。本研究摒棄了傳統(tǒng)分步單酶去淀粉工藝，采用復(fù)合酶一步酶解去淀粉，對復(fù)合酶酶解工藝進(jìn)行了探討，以簡化酶法制備麥麩膳食纖維工藝流程。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥麩由湖北省同光面粉有限公司提供；α-淀粉酶（3 000～5 000 U/g）、糖化酶（≥50 000 U/g）均購自北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠；Megazyme葡萄糖試劑盒購自北京博歐德生物技術(shù)有限公司，乙醇、二甲亞砜、鹽酸等均為分析純。

UV-280型紫外可見分光光度計（尤尼柯上海儀器有限公司）；TYSP-200型高速多功能粉碎機(jī)（浙江省永康市紅太陽機(jī)電有限公司）；HJ-4A磁力攪拌器（江蘇金壇市宏華儀器廠）；LXJ-IIB離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）；GZX-9240 MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；40目篩，浙江上虞市龍翔精密儀器廠；SHA-B恒溫水浴鍋（常州國華電器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 麥麩膳食纖維制備工藝流程 取一定量粉碎后過100目篩的麥麩，按料液比1∶12加水懸濁，調(diào)節(jié)至pH 9.0，加入0.5%堿性蛋白酶（酶與麥麩質(zhì)量比），于55 ℃下水浴酶解90 min，100 ℃下滅酶活5 min，隨后調(diào)節(jié)pH，按一定比例加入復(fù)合酶（淀粉酶和糖化酶），恒溫水浴酶解，酶解完成后酶解液于100 ℃下水浴5 min滅酶活，4 500 r/min下離心30 min，收集沉淀干燥，即為麥麩膳食纖維。

1.2.2 麥麩基本成分分析 對麥麩以及預(yù)處理后麥麩中水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、淀粉、膳食纖維等基本成分含量進(jìn)行分析。

1.2.3 單因素試驗(yàn) 以復(fù)合酶酶解后麥麩膳食纖維中淀粉殘留率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)對麥麩膳食纖維制備工藝中復(fù)合酶比例（淀粉酶∶糖化酶為7∶0、1∶6、2∶5、3∶4、5∶2、4∶3、6∶1、0∶7）、復(fù)合酶添加量（酶與樣品質(zhì)量比為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%）、酶解pH（4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0）、酶解溫度（40、50、60、70、80、90 ℃）、酶解時間（50、60、70、80、90、100、110 min）等因素進(jìn)行探討。在進(jìn)行單因素試驗(yàn)過程中，探討某一單因素時，其他各因素水平分別固定為復(fù)合酶比例5∶2、復(fù)合酶添加量0.7%、酶解pH 5.0、酶解溫度60 ℃、酶解時間60 min。

1.2.4 正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行5因素4水平正交試驗(yàn)，進(jìn)一步探討復(fù)合酶酶解制備麥麩膳食纖維最優(yōu)工藝。

1.2.5 分析測定方法 水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、淀粉、膳食纖維的測定分別參照GB/T 5009.3-2010、GB/T 5009.5-2010、GB/T 14772-2008、GB/T 5009.9-2008、GB/T 5009.88-2008等方法進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩基本成分分析

通過對麥麩基本成分進(jìn)行分析，得出麥麩基本成分中膳食纖維、淀粉和蛋白質(zhì)含量較高，分別為45.12%、17.92%、16.10%，水分、脂肪和灰分含量較低，分別為8.18%、4.49%、4.89%。其中淀粉和蛋白質(zhì)含量高也是影響麥麩膳食纖維制備的主要因素，因此麥麩膳食纖維制備工藝即為麥麩中蛋白質(zhì)和淀粉有效去除工藝。

2.2 復(fù)合酶制備麥麩膳食纖維單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同復(fù)合酶比例下麥麩膳食纖維中淀粉殘留率變化情況 復(fù)合酶的比例對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，隨著復(fù)合酶比例（淀粉酶∶糖化酶）中糖化酶所占比例的增加，麥麩膳食纖維中淀粉殘留率呈先下降后上升的變化趨勢，復(fù)合酶中淀粉酶與糖化酶比例為5∶2時，所得麥麩膳食纖維中淀粉殘留率最低，僅為0.49%。糖化酶是以淀粉酶酶解產(chǎn)物為底物，合適的糖化酶比例有利于將淀粉酶酶解產(chǎn)物及時酶解轉(zhuǎn)化成葡萄糖。

2.2.2 不同復(fù)合酶添加量下麥麩膳食纖維中淀粉殘留率變化情況 復(fù)合酶添加量對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響如圖2所示。從圖2可以看出，麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的變化明顯分為3個階段，復(fù)合酶添加量小于0.7%時，隨著添加量增加，淀粉殘留率呈下降趨勢；復(fù)合酶添加量為0.7%～0.9%時，淀粉殘留率趨于穩(wěn)定；復(fù)合酶添加量大于0.9%時，淀粉殘留率升高。從生產(chǎn)成本角度考慮，復(fù)合酶添加量以0.7%較為適宜。

2.2.3 不同酶解時間下麥麩膳食纖維中淀粉殘留率變化情況 圖3為酶解時間對麥麩膳食纖維中淀粉殘留的影響，結(jié)果表明，酶解時間對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率有較大影響，隨著酶解時間延長，所得麥麩膳食纖維中淀粉殘留率呈先下降后趨于穩(wěn)定的變化趨勢，酶解時間小于90 min時，延長酶解時間，淀粉殘留率明顯下降，酶解時間超過90 min，淀粉殘留率變化較小，從節(jié)約能耗角度考慮，酶解時間以90 min為宜，此時麥麩膳食纖維中淀粉殘留率為0.45%。

2.2.4 不同pH下麥麩膳食纖維中淀粉殘留率變化情況 pH對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響如圖4所示，結(jié)果表明，隨著pH升高，麥麩膳食纖維中淀粉殘留率呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。本研究中所用α-淀粉酶作用最適酶解條件為pH 5.5～7.5，糖化酶作用最適條件為pH 5.0，而采用復(fù)合酶酶解，同時添加兩種酶時，卻在pH 6.0時淀粉酶殘留率最低，僅為0.68%，可能是兩種酶在pH 6.0時協(xié)同作用最強(qiáng)。

2.2.5 不同酶解溫度下麥麩膳食纖維中淀粉殘留率變化情況 本研究所選用的α-淀粉酶與糖化酶都是中溫酶，其中α-淀粉酶與糖化酶酶解最適溫度分別為50～75 ℃、55 ℃，酶解溫度對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響如圖5所示，從圖5可以看出，隨著酶解溫度增加，麥麩膳食纖維中淀粉殘留率呈先下降后上升的變化趨勢，酶解溫度60 ℃時，麥麩膳食纖維中淀粉殘留率最低為0.61%。溫度對酶活性影響較大，而酶活與淀粉水解程度亦呈正相關(guān)。從圖5也可以看出，溫度低于50 ℃時，麥麩膳食纖維中淀粉殘留率高于酶解溫度在50 ℃以上時的淀粉殘留率，說明較高溫度下，復(fù)合酶仍保持較高活性。

2.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以麥麩膳食纖維中淀粉殘留率為指標(biāo)，對復(fù)合酶酶解去除淀粉工藝進(jìn)行5因素4水平正交試驗(yàn)，各因素與水平如表1所示。

以麥麩膳食纖維中淀粉殘留率為考核指標(biāo)，復(fù)合酶去除麥麩中淀粉工藝正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果如表2所示。從表2各因素極差R可以看出，正交試驗(yàn)所探討的5個因素對麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響順序由大到小依次為復(fù)合酶添加量、酶解溫度、酶解pH、復(fù)合酶比例、酶解時間，各因素理論最優(yōu)水平組合為A4B3C4D2E1，即復(fù)合酶比例為2∶5、復(fù)合酶添加量0.8%、酶解時間100 min、pH 5.5、酶解溫度50 ℃。正交試驗(yàn)16個處理中，最優(yōu)因素水平組合為A2B4C3D2E1，即復(fù)合酶比例為4∶3、復(fù)合酶添加量0.9%、酶解時間90 min、酶解pH 5.5、酶解溫度50 ℃，此時所得麥麩膳食纖維中淀粉殘留率僅為0.60%。隨后以所得麥麩膳食纖維淀粉殘留率和膳食纖維純度為指標(biāo)，對理論最優(yōu)組合與實(shí)際最優(yōu)組合進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，相比實(shí)際最優(yōu)水平組合，在理論最優(yōu)水平組合下，所得麥麩膳食纖維中淀粉殘留率較低、而麥麩膳食纖維純度較高，分別為0.57%和86.38%。

3 結(jié)論

麥麩膳食纖維經(jīng)蛋白酶酶解去蛋白質(zhì)后，先后采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對用復(fù)合酶去除麥麩中淀粉工藝進(jìn)行了探討，結(jié)果表明在復(fù)合酶比例2∶5、酶添加量0.8%、酶解時間90 min、酶解pH 5.5、酶解溫度50 ℃時麥麩膳食纖維中淀粉殘留率最低，僅為0.57%，膳食纖維純度最高，達(dá)到了86.38%。正交試驗(yàn)充分考慮了各因素間交互作用，因此正交試驗(yàn)確定最優(yōu)工藝下各因素水平與單因素試驗(yàn)各因素最優(yōu)水平間存在一定差異，5個因素中，復(fù)合酶添加量對所得麥麩膳食纖維中淀粉殘留率的影響最大。

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