酶解法去除麥麩中蛋白質(zhì)的工藝優(yōu)化

張金木+梅新+施建斌+何建軍+陳學(xué)玲+關(guān)健+張國真+王少華+蔡沙

摘要：以麥麩為原料，采用酶法去除麥麩膳食纖維中的蛋白質(zhì)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)對(duì)其工藝進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，復(fù)合酶去除麥麩中蛋白質(zhì)最優(yōu)工藝為堿性蛋白質(zhì)酶添加量為0.4%，酶解溫度為60 ℃，酶解時(shí)間90 min，酶解pH 8.5，此工藝下所制備的麥麩膳食纖維蛋白質(zhì)殘留率僅為3.54%。從正交試驗(yàn)各因素對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響大小來看，堿性蛋白酶添加量的影響最大。

關(guān)鍵詞：麥麩；膳食纖維；酶解法；蛋白質(zhì)殘留率

中圖分類號(hào)：TS210.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）23-6215-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.23.054

Abstract： Using wheat bran as raw material， removing dietary fiber from wheat bran protein by enzymatic decomposition method was studied. The technology were optimized by orthogonal test on the basis of single factor experiment. Results showed that the optimum conditions were the dosage of alkaline protease 0.4%， hydrolysis temperature 60 ℃， hydrolysis time 90 min and hydrolysis pH 8.5. Under these conditions， the protein residue ratio was 3.54%. The main factor that influenced protein residues most was the dosage of alkaline protease.

Key words： wheat bran；dietary fiber；enzyme decomposition method；protein residue ratio

麥麩是小麥制粉加工過程中的主要副產(chǎn)品，其比例約占小麥制粉加工量的20%。小麥麩皮主要由小麥的皮層組織、胚乳和麥胚組成，除大量的纖維成分外，還含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、礦物質(zhì)和維生素等營養(yǎng)成分，因此，麥麩被視為重要的膳食纖維資源[1，2]。膳食纖維是一種多糖，它既不能被胃腸道消化吸收，也不能產(chǎn)生能量，具有較強(qiáng)的吸水能力，可促進(jìn)腸道蠕動(dòng)而防止便秘，可抑制膽固醇的吸收而預(yù)防動(dòng)脈硬化，可抑制葡萄糖的吸收而降低血糖濃度，還可以吸附腸道的鈉離子而降低血壓。此外，膳食纖維因不能被人體消化吸收，易使人產(chǎn)生飽腹感，還可作為肥胖患者減肥的療效食品。膳食纖維現(xiàn)已成為關(guān)注的焦點(diǎn)，并被營養(yǎng)學(xué)界補(bǔ)充認(rèn)定為第七類營養(yǎng)素[3-7]。

膳食纖維的制備方法有物理法、化學(xué)法、酶-化結(jié)合法、酶法，其中酶法是一種更為常用的方法。酶法是指利用淀粉酶、糖化酶、蛋白酶分別除去淀粉和蛋白質(zhì)，得到純度更高的膳食纖維[5]。本研究以麥麩為原料，采用酶法去除麥麩中的蛋白質(zhì)，采用單因素和正交試驗(yàn)對(duì)酶解工藝進(jìn)行了探討，為探尋酶法制備麥麩膳食纖維提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麥麩由湖北省同光面粉廠提供；堿性蛋白酶（200 U/mg）、胰蛋白酶（250 U/mg）、木瓜蛋白酶（800 U/mg）均購于上海源葉生物科技有限公司；中性蛋白酶（60 000 U/g）購于武漢市華順生物技術(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(jì)，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型磁力攪拌器，江蘇金壇市宏華儀器廠；LXJ-IIB型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；GZX-9240MBE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；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 麥麩膳食纖維制備工藝：稱取一定量麥麩，加入適量蒸餾水，95 ℃糊化15 min后冷卻至室溫；調(diào)節(jié)溶液pH，去除淀粉，水浴振蕩，煮沸滅酶；調(diào)節(jié)pH，去除蛋白質(zhì)，煮沸滅酶，冷卻離心，取上清液，濃縮、醇沉、離心，得到沉淀，合并之前濾渣干燥即為麥麩膳食纖維。

1.2.2 麥麩基本成分分析 對(duì)麥麩中水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、淀粉、膳食纖維等基本成分進(jìn)行分析。

1.2.3 單因素試驗(yàn) 以酶解后，麥麩中蛋白質(zhì)的殘留率為指標(biāo)，采用單因素試驗(yàn)對(duì)麥麩膳食纖維制備工藝中蛋白酶種類（堿性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、復(fù)合蛋白酶）、料液比（1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20）（麥麩∶去離子水=g∶mL）、蛋白酶添加量（0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%）、酶解時(shí)間（30、50、70、90、110、130 min）、酶解pH（8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5）、酶解溫度（40、45、50、55、60、65 ℃）進(jìn)行分析。

在進(jìn)行單因素試驗(yàn)過程中，探討某一單因素時(shí)，其他各因素水平分別定為堿性蛋白酶、料液比1∶14、蛋白酶添加量0.5%、酶解時(shí)間90 min、酶解pH 8.5、酶解溫度55 ℃。

1.2.4 正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，進(jìn)一步探討酶解法去除麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)的最優(yōu)工藝，正交試驗(yàn)因素和水平如表1所示。

1.3 測(cè)定方法

水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、淀粉、膳食纖維分別參照GB/T 5009.3-2010、GB/T5009.5-2010、GB/T14772-2008、GB/T5009.9-2008、GB/T 5009.88-2008等方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩基本成分分析

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、灰分含量分別為8.18%、3.47%、4.68%，其中蛋白質(zhì)含量高是影響麥麩膳食纖維制備的主要因素，因此，有效去除麥麩中蛋白質(zhì)是制備麥麩膳食纖維的關(guān)鍵。

2.2 酶解制備麥麩膳食纖維單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 蛋白酶種類對(duì)麥麩中蛋白質(zhì)殘留率的影響 不同種類蛋白酶對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響結(jié)果如圖1所示。從圖1中可以看出，經(jīng)堿性蛋白酶水解后的麥麩殘?jiān)械牡鞍踪|(zhì)殘留率為6.15%，比原有麥麩中的蛋白質(zhì)含量降低了9.95個(gè)百分點(diǎn)，中性蛋白酶與木瓜蛋白酶水解效率相差不大，復(fù)合蛋白酶的水解效率最低，蛋白質(zhì)殘留率為11.33%，比原有麥麩中的蛋白質(zhì)含量相比僅降低了4.77個(gè)百分點(diǎn)，因此，選用堿性蛋白酶水解麥麩蛋白質(zhì)。

2.2.2 料液比對(duì)麥麩中蛋白質(zhì)殘留率的影響 不同料液比對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，麥麩中蛋白質(zhì)殘留率隨料液比的增加呈先降低后上升的趨勢(shì)。當(dāng)料液比為1∶14時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率最低，為7.66%，與原有麥麩中的蛋白質(zhì)含量相比，降低了8.44個(gè)百分點(diǎn)，而當(dāng)料液比大于1∶14時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率反而升高了，當(dāng)料液比為1∶20時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率為9.80%，與原有麥麩中蛋白質(zhì)含量相比，僅降低了6.30個(gè)百分點(diǎn)。這主要是因?yàn)殡S著料液比的增加，底物與酶濃度被稀釋了，從而使蛋白酶的活性降低，影響了蛋白質(zhì)的殘留率。

2.2.3 蛋白酶添加量對(duì)麥麩中蛋白質(zhì)殘留率的影響 不同蛋白酶添加量對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，隨著蛋白酶添加量的增加，麥麩中蛋白質(zhì)的殘留率呈先下降后上升的變化趨勢(shì)。當(dāng)?shù)鞍酌傅奶砑恿繛?.5%時(shí)，麥麩中蛋白質(zhì)殘留率最低為7.95%，與原麥麩的蛋白質(zhì)含量相比，降到了8.15個(gè)百分點(diǎn)；當(dāng)酶的添加量為1.0%時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率最高為11.53%，與原麥麩相比，僅下降了4.57個(gè)百分點(diǎn)。這可能是因?yàn)榈鞍酌副旧硪彩且环N蛋白質(zhì)，當(dāng)添加量較高時(shí)，也會(huì)造成麥麩中的蛋白質(zhì)殘留率升高。

2.2.4 酶解時(shí)間對(duì)麥麩中蛋白質(zhì)殘留率的影響 不同蛋白酶添加量對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響結(jié)果如圖4所示。從圖4中可以看出，隨著酶解時(shí)間的延長，麥麩中蛋白質(zhì)的殘留率呈下降的變化趨勢(shì)。堿性蛋白酶與麥麩蛋白作用30～50 min內(nèi)，蛋白殘留率由15.02%急劇下降到9.92%；50～110 min，隨著酶解時(shí)間的延長，蛋白質(zhì)的殘留率變化較?。?10 min時(shí)，麥麩中的蛋白質(zhì)殘留率最低為8.27%，與原麥麩中蛋白質(zhì)含量相比，蛋白含量下降了7.83個(gè)百分點(diǎn)，當(dāng)反應(yīng)110 min后，蛋白質(zhì)殘留率變化不明顯，可能是因?yàn)辂滬熤械牡鞍踪|(zhì)基本被分解完全。

2.2.5 pH對(duì)麥麩中蛋白質(zhì)殘留率的影響 不同pH對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響結(jié)果如圖5所示。從圖5中可以看出，隨著酶解pH的增大，麥麩中蛋白質(zhì)的殘留率呈先下降后上升的變化趨勢(shì)。當(dāng)溶液pH為8.5時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率最低為7.63%；當(dāng)溶液pH從8.5增加到10.0后，蛋白質(zhì)的殘留率從7.63%上升到13.75%；當(dāng)溶液pH為10.5時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率變?yōu)?3.64%，略有降低。這主要是因?yàn)檫^高的pH會(huì)抑制蛋白酶的活性，而當(dāng)溶液pH升到10.5時(shí)，麩皮中的蛋白質(zhì)溶解在堿性溶液中，導(dǎo)致麥麩中的蛋白質(zhì)殘留率有所下降。

2.2.6 溫度對(duì)麥麩中蛋白質(zhì)殘留率的影響 不同溫度對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響結(jié)果如圖6所示。從圖6中可以看出，隨著酶解溫度的增大，麥麩中蛋白質(zhì)的殘留率呈先下降后上升的變化趨勢(shì)。當(dāng)酶解溫度為40～45 ℃時(shí)，麥麩中的蛋白質(zhì)殘留率下降不明顯。當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，麥麩中的蛋白質(zhì)殘留率下降較明顯，當(dāng)溫度為55 ℃時(shí)，蛋白殘留率最低為9.06%，說明堿性蛋白酶水解麥麩蛋白質(zhì)的最適溫度為50～60 ℃，當(dāng)溫度升高到65 ℃時(shí)，蛋白質(zhì)殘留率又開始上升，這可能有兩方面原因，一是溫度較高，抑制了蛋白酶的活性，阻礙了麥麩蛋白質(zhì)的水解；二是溫度較高，蛋白質(zhì)變性，也可能形成凝膠，阻礙了麥麩蛋白質(zhì)的水解。

2.3 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率為指標(biāo)，對(duì)酶解去除蛋白質(zhì)工藝進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2中各因素極差可以看出，4個(gè)因素對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率影響大小順序?yàn)榈鞍酌柑砑恿?gt;酶解溫度>酶解pH>酶解時(shí)間，各因素最優(yōu)水平組合為A2B3C2D2，即為蛋白酶添加量0.4%、酶解溫度60 ℃、酶解時(shí)間90 min、酶解pH 8.5。正交試驗(yàn)9個(gè)處理中，最優(yōu)因素水平組合為A2B3C1D2，即為蛋白酶添加量0.4%、酶解溫度60 ℃、酶解時(shí)間70 min、酶解pH 8.5，此時(shí)所得麥麩膳食纖維中蛋白殘留率僅為4.93%。根據(jù)驗(yàn)證試驗(yàn)，當(dāng)分別按照A2B3C1D2和A2B3C2D2酶解麥麩蛋白質(zhì)時(shí)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果分別為4.39%和3.54%。因此，堿性蛋白酶酶解麥麩蛋白質(zhì)的最優(yōu)組合為A2B3C2D2，即添加蛋白酶量為0.4%，酶解溫度為60 ℃，酶解時(shí)間90 min，酶解pH 8.5。

3 小結(jié)與討論

在前人的研究中，田學(xué)森等[8]確定了酶法制備麥麩膳食纖維的最優(yōu)工藝參數(shù)，混合酶的用量為0.2%，淀粉酶與糖化酶的比為1∶3，酶解時(shí)間30 min，混合酶解溫度60 ℃?？娫狼俚萚9]選出最佳蛋白水解酶為木瓜蛋白酶，通過正交試驗(yàn)確定了α-淀粉酶和糖化酶的最佳水解條件。馮志強(qiáng)等[10]研究得到的最佳工藝組合為混合酶制劑用量0.3%，α-淀粉酶與糖化酶用量的比值1∶1，混合酶的酶解時(shí)間30 min，蛋白酶制劑用量0.5%，蛋白酶酶解時(shí)間30 min。李慧靜等[11]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，響應(yīng)面法優(yōu)化麥麩膳食纖維提取工藝參數(shù)為蛋白酶用量0.4%，蛋白酶反應(yīng)時(shí)間60 min，α-淀粉酶與糖化酶比值1∶3，用量0.5%，酶反應(yīng)時(shí)間30 min。

本試驗(yàn)先后采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)酶解去除麥麩中蛋白質(zhì)的工藝進(jìn)行了探討，結(jié)果表明堿性蛋白酶添加量為0.4%，酶解溫度為60 ℃，酶解時(shí)間90 min，酶解pH 8.5，此工藝下所制備的麥麩膳食纖維蛋白質(zhì)殘留率僅為3.54%。從正交試驗(yàn)各因素對(duì)麥麩膳食纖維中蛋白質(zhì)殘留率的影響大小來看，堿性蛋白酶添加量的影響最大。

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