酶法制備芋頭不溶性膳食纖維的研究

黃雪 鄧天祥 朱家琪 李麗 何莉萍

摘要：為了避免芋頭制成飲料后膳食纖維作為廢棄物被浪費(fèi)，采用酶法提取芋頭不溶性膳食纖維，對(duì)酶解溫度、料液比、pH值、加酶量進(jìn)行單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，酶法提取芋頭不溶性膳食纖維的最佳工藝條件為酶解溫度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.0，淀粉酶用量0.18 g。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到芋頭不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。經(jīng)60 ℃烘干的芋頭不溶性膳食纖維呈淡黃色，可以直接用作食品配料。

關(guān)鍵詞：芋頭；膳食纖維；酶法

中圖分類號(hào)：TS255 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.002

文章編號(hào)：1671-9646（2018）03a-0004-03

Abstract：In order to avoid taro beverage making，its dietary fiber was wasted. The taro IDF was extracted by enzyme method. The temperature，material liquid ratio，pH and enzyme amount were analyzed by single factor experiment and orthogonal test. The results showed that the best process of enzymatic extraction of IDF from taro was as follows the temperature of enzymatic hydrolysis 60 ℃，the ratio of material to liquid 1∶10，pH 6.0，and the amount of amylase 0.18 g. The average extraction rate of the insoluble dietary fiber of taro was 4.125%. The IDF of taro，which has been dried at 60 ℃，was light yellow and could be used as a food ingredient.

Key words：taro；dietary fiber；enzyme method

0 引言

芋頭（Colcasia esculenta（L.）Schott）別名芋魁、俗稱芋艿，屬天南星科植物。我國(guó)芋頭種植資源豐富、品種多樣，廣泛種植于福建、廣東、廣西、湖南、湖北、山東等地。芋頭加工成飲料后，其副產(chǎn)物的渣中含有一定量的不溶性膳食纖維，如何將這部分不溶性膳食纖維收集起來(lái)用于其他食品的生產(chǎn)，是課題研究的主要內(nèi)容。膳食纖維是一種不被人體消化酶所消化的碳水化合物，被稱為第七大營(yíng)養(yǎng)素。膳食纖維具有防治結(jié)腸癌、冠心病、便秘、糖尿病、預(yù)防肥胖、降血壓等功能，在抗腫瘤方面也有較好的效果[1]。目前，提取膳食纖維的方法主要有酸法、堿法、酶法、膜分離法等，其中酶法制備的過(guò)程，條件較溫和，生產(chǎn)出來(lái)的膳食纖維色澤好，因此大部分食品用膳食纖維都采用酶法制備[2-3]。試驗(yàn)以芋頭制得飲料后的副產(chǎn)物為原料，分別加入淀粉酶和蛋白酶水解，研究酶處理的相關(guān)參數(shù)，對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，以期能夠最大限度地提取芋頭膳食纖維，提高芋頭的資源利用率和經(jīng)濟(jì)附加值，為農(nóng)產(chǎn)品的深加工提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芋頭，購(gòu)于武漢白沙洲大市場(chǎng)；中溫淀粉酶（酶活3 000 U/mL），夏盛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司提供；堿性蛋白酶（酶活200 000 U/g），南寧龐博生物工程有限公司提供。

HH-S2型電熱恒溫水浴鍋，力辰科技有限公司產(chǎn)品；分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；DS-1型高速組織搗碎機(jī)，上海標(biāo)本模型廠產(chǎn)品；GZX-907MBE型電熱恒溫烘箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；SHZ-D（III）循環(huán)水真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 芋頭膳食纖維制備工藝流程[4]

濾液→生產(chǎn)飲料

芋頭→清洗→勻漿→400目濾布過(guò)濾→濾渣→加水調(diào)pH值→加淀粉酶水解→400目濾布過(guò)濾→濾渣加水調(diào)pH值至9.0→加堿性蛋白酶水解→抽濾→水洗至中性→抽濾→60 ℃烘干。

1.2.2 中溫淀粉酶水解芋頭淀粉工藝優(yōu)化[5]

（1）酶法水解芋頭淀粉單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)。取新鮮無(wú)霉?fàn)€的芋頭進(jìn)行清洗、去皮、切塊，稱取20 g；以不同料液比，用高速組織搗碎機(jī)先以低速搗碎 10 s，再以高速搗碎15 s；用400目濾布過(guò)濾，取濾渣后加水調(diào)pH值，置于不同的酶解溫度；加入淀粉酶水解1 h，過(guò)濾，調(diào)pH值至9.0后，加入0.01 g堿性淀粉酶水解、抽濾；加水，水洗至中性，再次抽濾后烘干。

芋頭不溶性膳食纖維單因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

（2）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化芋頭不溶性膳食纖維提取工藝[7]。根據(jù)單因素試驗(yàn)，運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇酶用量、料液比、酶解溫度、pH值4個(gè)因素，采用四因素三水平試驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行優(yōu)化芋頭不溶性膳食纖維的提取工藝。

芋頭不溶性膳食纖維正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

1.2.3 芋頭不溶性膳食纖維得率的計(jì)算

準(zhǔn)確稱取芋頭的質(zhì)量，記為m1，經(jīng)淀粉酶及堿性蛋白酶水解后，抽濾、水洗至中性，再次抽濾后，將濾渣置于60 ℃烘箱中干燥至恒質(zhì)量，得到芋頭不溶性膳食纖維提取物，準(zhǔn)確稱量其質(zhì)量，記為m2。芋頭不溶性膳食纖維按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。

1.2.4 芋頭不溶性膳食纖維含量的測(cè)定

膳食纖維含量參照AOAC酶-質(zhì)量法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉酶用量對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

淀粉酶用量對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖1。

芋頭中含有大量淀粉，在制備不溶性膳食纖維的過(guò)程中，去除淀粉是最關(guān)鍵的步驟。采用α -淀粉酶將淀粉水解為小分子的糖類，使其溶于水中，利用抽濾將其去除。由圖1可知，曲線走勢(shì)陡峭，說(shuō)明淀粉酶用量對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響較大，這主要是因?yàn)橛箢^中淀粉含量較多所導(dǎo)致。隨著酶用量的增加，不溶性膳食纖維提取率增大，但在酶用量為0.2 g時(shí)，增大的趨勢(shì)放緩，再提高淀粉酶的用量，不溶性膳食纖維提取率提高不大，因此，綜合考慮，確定淀粉酶用量為0.2 g。

2.2 料液比對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

料液比對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖2。

由圖2可知，曲線走勢(shì)平穩(wěn)，說(shuō)明料液比對(duì)芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響相對(duì)較小。當(dāng)料液比較低時(shí)，芋頭不溶性膳食纖維的提取率較低，是因?yàn)樗囿w系中，固相過(guò)高不利于淀粉水解，當(dāng)料液比較高時(shí)，芋頭不溶性膳食纖維的提取率也有所下降，這可能是因?yàn)樗黾雍?，收集不溶性膳食纖維有一定困難，部分不溶性膳食纖維在抽濾的過(guò)程中有損失。

2.3 酶解溫度對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

酶解溫度對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可知，酶解溫度升高，分子運(yùn)動(dòng)加劇，酶促反應(yīng)速度加快，當(dāng)酶解溫度到達(dá)60 ℃時(shí)，芋頭不溶性膳食纖維提取率達(dá)到最高，即該淀粉酶的最適酶解溫度為60 ℃。當(dāng)酶解溫度大于60 ℃后，芋頭不溶性膳食纖維提取率下降，這是因?yàn)榈矸勖笧榈鞍踪|(zhì)，在高溫下容易發(fā)生變性。酶解溫度大于60 ℃后，中溫淀粉酶發(fā)生輕微變性，導(dǎo)致水解能力下降，淀粉水解不夠徹底，烘干的產(chǎn)品中，淀粉含量過(guò)高，膳食纖維含量過(guò)低。

2.4 pH值對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

pH值對(duì)芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖4。

當(dāng)pH值升高時(shí)，芋頭不溶性膳食纖維提取率顯著提高，這是因?yàn)樵趐H值6.5時(shí)，達(dá)到淀粉酶的最適pH值。當(dāng)pH值升高后，淀粉酶的酶活明顯下降，在下降到一定幅度時(shí)，趨于平緩。

2.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化芋頭不溶性膳食纖維提取工藝

芋頭不溶性膳食纖維提取工藝L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可知，各因素在試驗(yàn)中的主次順序?yàn)槊附鉁囟?gt;料液比>pH值>淀粉酶用量，即酶解溫度對(duì)芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響最大，酶量對(duì)其影響最小。提取工藝的最優(yōu)組合為A2B2C2D1，即芋頭不溶性膳食纖維提取的最佳工藝為酶解溫度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶用量0.18 g。根據(jù)最優(yōu)工藝條件對(duì)芋頭中不膳食纖維進(jìn)行提取，經(jīng)3次驗(yàn)證，所得不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。

3 結(jié)論

采用酶法提取芋頭不溶性膳食纖維，對(duì)酶解溫度、料液比、pH值、加酶量進(jìn)行單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)分析，得到最佳工藝為酶解溫度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶量0.18 g。經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，得到芋頭不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。經(jīng)60 ℃烘干的芋頭不溶性膳食纖維，其顏色為淡黃色，可以直接用作食品配料。

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