發(fā)酵法對(duì)綠豆粉中膳食纖維的改性研究

陳海強(qiáng)，杜　冰，梁鉆好，夏　雨，楊公明，余　銘，*

（1.陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東陽江529566；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642；3.咀香園健康食品（中山）有限公司，廣東中山528437）

發(fā)酵法對(duì)綠豆粉中膳食纖維的改性研究

陳海強(qiáng)1，杜冰2，梁鉆好2，夏雨3，楊公明2，余銘1，*

（1.陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東陽江529566；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州510642；3.咀香園健康食品（中山）有限公司，廣東中山528437）

利用枯草芽孢桿菌BF7658發(fā)酵綠豆粉，對(duì)比發(fā)酵前后可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）的含量變化，研究表明發(fā)酵后SDF含量明顯增加。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得出發(fā)酵的最佳工藝條件：料水比1∶10（w∶v）條件下，接種量11%（w/w），發(fā)酵時(shí)間24h，發(fā)酵溫度34℃，在此條件下SDF含量高達(dá)10.08%，在發(fā)酵原料0.78%的基礎(chǔ)上增加了9.30%。

發(fā)酵法，膳食纖維，綠豆粉，改性

綠豆粉為豆科植物綠豆的種子經(jīng)水磨加工干燥而得到的，含有豐富的無機(jī)鹽、維生素、蛋白質(zhì)和膳食纖維。膳食纖維根據(jù)溶解性分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）。與IDF相比，SDF在許多方面具有更強(qiáng)的生理功能，如排除有害金屬離子、降低膽固醇、預(yù)防高血壓、心臟病、膽結(jié)石和糖尿病等，而且有利于人體的消化吸收［1-3］。但天然的綠豆粉膳食纖維中大多數(shù)為IDF，SDF含量較低，在3%以下，生理活性較低，而高品質(zhì)膳食纖維組成中SDF含量應(yīng)在10%以上［4］。因此，對(duì)綠豆粉中的膳食纖維進(jìn)行改性，提高SDF含量，能進(jìn)一步提高綠豆粉質(zhì)量，增強(qiáng)綠豆粉的綜合利用價(jià)值。

膳食纖維改性的方法主要有高溫蒸煮、擠壓膨化技術(shù)、動(dòng)態(tài)高壓技術(shù)、離心分離技術(shù)、鹽法、酶法、發(fā)酵法等［1，5-6］。酸堿法會(huì)降低膳食纖維的持水性和膨脹度［5］，酶法雖條件溫和能耗低，但單一酶解的效率并不高［7］，其他方法或操作復(fù)雜或成本高。相比之下，微生物發(fā)酵法能明顯增加SDF含量的同時(shí)，在提高膳食纖維的持水力和膨脹度［8-10］方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，利用微生物分泌的多種酶系，水解或消耗原料中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等［11］，提高產(chǎn)品中SDF的含量，操作簡(jiǎn)便、綠色安全、產(chǎn)品質(zhì)量好、污染少，已成為當(dāng)下膳食纖維改性方法的研究重點(diǎn)［9］。我國(guó)綠豆產(chǎn)量大，但大多只停留在粗產(chǎn)品加工，有效成分沒有得充分利用，產(chǎn)品價(jià)格低廉。國(guó)內(nèi)外暫無發(fā)酵綠豆粉改善膳食纖維的相關(guān)報(bào)道，對(duì)此進(jìn)行研究，利用發(fā)酵法對(duì)綠豆粉中膳食纖維進(jìn)行改性處理，提高SDF含量，能為進(jìn)一步提高綠豆產(chǎn)品質(zhì)量提供新途徑。

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

綠豆粉咀香園健康食品（中山）有限公司提供；枯草芽孢桿菌BF7658廣州智享生物科技有限公司；耐熱型α-淀粉酶Sigma公司；糖化酶、蛋白酶Novo公司；無水乙醇、丙酮、醋酸、醋酸鈉、磷酸氫二鉀、硫酸錳、硫酸銨均為分析純；種子液培養(yǎng)基蛋白胨、酵母膏、葡萄糖和糊精各1%，K2HPO40.1%，MnSO40.05%，（NH4）2SO40.20%，調(diào)節(jié)pH至7.0，105℃滅菌15m in，冷卻備用。

GB204電子天平梅特勒-托利多儀器上海有限公司；SH 2-88臺(tái)式水浴恒溫器江蘇太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠；DGG-9070B電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器、SHZ-III循環(huán)水真空泵上海亞榮生化儀器廠；高壓滅菌鍋上海三申醫(yī)療器械有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1種子液的制備從斜面中挑取2環(huán)枯草芽孢桿菌菌體接入種子液培養(yǎng)基中，于37℃，170r/m in搖床培養(yǎng)24h。

1.2.2可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）的測(cè)定方法采用酶-重量法分別測(cè)定SDF和IDF含量［1，12］。

1.2.3工藝流程綠豆粉→過篩100目→調(diào)料→滅菌→冷卻→接種→液體發(fā)酵→洗滌→濾渣干燥→測(cè)定SDF和IDF含量。

1.2.4單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1接種量對(duì)SDF含量的影響準(zhǔn)確稱取綠豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混勻，121℃滅菌30m in，分別按3%、5%、7%、9%、11%、13%的接種量（w/w）接入種子液，于36℃恒溫培養(yǎng)24h。發(fā)酵完畢后過濾并多次洗滌濾渣，濾渣60℃熱風(fēng)干燥后測(cè)定SDF和IDF含量。

1.2.4.2發(fā)酵時(shí)間對(duì)SDF含量的影響準(zhǔn)確稱取綠豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混勻，121℃滅菌30m in，按9%的接種量（w/w）接入種子液，于36℃恒溫培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)間分別為18、21、24、27、30、33h。發(fā)酵完畢后過濾并多次洗滌濾渣，濾渣60℃熱風(fēng)干燥后測(cè)定SDF和IDF含量。

1.2.4.3發(fā)酵溫度對(duì)SDF含量的影響準(zhǔn)確稱取綠豆粉10.000g，按料水比1∶10的比例（w∶v）加水混勻，121℃滅菌30m in，按9%的接種量（w/w）接入種子液，分別于28、32、36、40、44、48℃恒溫培養(yǎng)24h。發(fā)酵完畢后過濾并多次洗滌濾渣，濾渣60℃熱風(fēng)干燥后測(cè)定SDF和IDF含量。

1.2.5正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，因素水平如表1所示，以SDF含量為指標(biāo)，得出發(fā)酵法對(duì)膳食纖維改性的最佳工藝條件。

表1　因素水平表Table 1　Factors and levels of orthogonal test

1.2.6數(shù)據(jù)處理Excel 2010統(tǒng)計(jì)分析所有數(shù)據(jù)并制圖，DPS 6.50軟件對(duì)正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2　結(jié)果與分析

2.1接種量對(duì)可溶性膳食纖維含量的影響

由圖1可見，接種量較小時(shí)，SDF含量隨接種量的增大而急劇增加，隨后基本穩(wěn)定在10%左右。相比之下，IDF含量則呈現(xiàn)相反趨勢(shì)。即接種量小時(shí)，接種量的增大會(huì)提高發(fā)酵效率和發(fā)酵程度，促使更多的IDF轉(zhuǎn)化為SDF。底物量一定，當(dāng)接種量達(dá)到一定程度時(shí)，發(fā)酵程度已達(dá)到最大，SDF含量也達(dá)到最大值。

圖1　接種量對(duì)SDF和IDF含量的影響Fig.1　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

2.2發(fā)酵時(shí)間對(duì)可溶性膳食纖維含量的影響

由圖2可以看出，發(fā)酵時(shí)間在18～24h，菌體處于快速生長(zhǎng)及產(chǎn)酶旺期，以及發(fā)酵過程中分泌的多糖類物質(zhì)以SDF形式存在，膳食纖維的轉(zhuǎn)化基本以恒速進(jìn)行，SDF含量明顯上升，IDF含量則呈明顯的下降趨勢(shì)。但24h后，由于培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，很大程度上抑制了菌體的生長(zhǎng)，膳食纖維的轉(zhuǎn)換速度趨于平緩，SDF得率達(dá)到最大值。但發(fā)酵后期SDF含量略有下降，究其原因，可能是隨著發(fā)酵時(shí)間的增長(zhǎng)，纖維素酶降解的底物消耗殆盡，而一些多糖類物質(zhì)需要維持菌體生長(zhǎng)而被耗掉。

圖2　發(fā)酵時(shí)間對(duì)SDF和IDF含量的影響Fig.2　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

2.3發(fā)酵溫度對(duì)可溶性膳食纖維含量的影響

由圖3可以看出，發(fā)酵溫度對(duì)SDF含量有顯著影響（p＜0.05）。28℃發(fā)酵，SDF含量比IDF含量高32.5%，隨著發(fā)酵溫度升高，SDF含量不斷增加，并在36℃時(shí)出現(xiàn)最大值。發(fā)酵溫度繼續(xù)升高，SDF含量大幅度減少，發(fā)酵溫度超過44℃時(shí)，IDF含量反超SDF的含量，當(dāng)發(fā)酵溫度達(dá)到48℃時(shí)，SDF含量反而比IDF含量低36.1%。故發(fā)酵溫度為36℃左右為宜。

2.4正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行L9（34）正交實(shí)驗(yàn)，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖3　發(fā)酵溫度對(duì)SDF和IDF含量的影響Fig.3　Effectof fermentation on SDF and IDF yield

表2　L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析Table 2　The results of orthogonal experiment

由表2極差分析得知，發(fā)酵法提取綠豆粉SDF過程中，影響SDF含量的因素主次順序?yàn)锳＞C＞B，即接種量＞發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時(shí)間，最佳工藝條件為A3B1C1，即接種量11%（w∶w），發(fā)酵時(shí)間24h，發(fā)酵溫度34℃。對(duì)最佳工藝條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，測(cè)得SDF含量為10.08%，高于正交表中各實(shí)驗(yàn)組的SDF含量，說明最佳工藝合理。

3　結(jié)論

為了使綠豆粉成為高品質(zhì)膳食纖維食品，必須對(duì)其膳食纖維進(jìn)行改性。本研究利用枯草芽孢桿菌發(fā)酵綠豆粉，極大程度的提高了SDF含量，在發(fā)酵過程中，各因素的影響大小依次為：接種量＞發(fā)酵溫度＞發(fā)酵時(shí)間，通過正交實(shí)驗(yàn)，確定其最佳發(fā)酵工藝為：料水比為1∶10（w∶v）條件下，接種量11%（w/w），發(fā)酵時(shí)間24h，發(fā)酵溫度34℃，產(chǎn)品SDF含量高達(dá)10.08%，在發(fā)酵原料0.78%的基礎(chǔ)上增加了9.30%。與此相比，螺桿擠壓技術(shù)僅提高綠豆皮SDF含量4.7%［1］。

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Study on modified dietary fiber ofmung-bean powder by fermentation

CHEN Hai-qiang1，DU Bing2，LIANG Zuan-hao2，XIA Yu3，YANG Gong-m ing2，YU M ing1，*
（1.Yangjiang Vocational and Technical College，Yangjiang 529566，China；2.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China；3.Juxiangyuan Health Food（Zhongshan）Co.，Ltd.，Zhongshan 528437，China）

Contents of the solub le d ietary fiber（SDF）and the insolub le dietary fiber（IDF）ofmung-bean powder before and after fermentation by Bacillus sub tilis BF7658 were com pared and a marked inc rease in the content of SDF was found.Based on sing le factor experiments，the orthogonal test was conducted to determ ine the op timum cond itions which were as follows：material and water ratio 1∶10（w∶v），inoculation amount 11%（w/w），fermentation time 24h and tem perature 34℃.Under these cond itions，the content of SDF was up to 10.08%，a 9.30%increase compared w ith thatbefore fermentation of 0.78%.

fermentation；d ietary fiber；mung-bean powder；mod ification

TS201.2+3

A

1002-0306（2015）06-0200-03

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.036

2014-05-26

陳海強(qiáng)（1986-），男，碩士研究生，研究方向：食品加工技術(shù)。

余銘（1973-），男，博士，高級(jí)工程師，研究方向：食品生物技術(shù)。