豆渣中水不溶性膳食纖維的提取及性質(zhì)研究

李建周，陳曉華，羅思詩

（衡陽師范學(xué)院生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南衡陽421008）

豆渣中水不溶性膳食纖維的提取及性質(zhì)研究

李建周，陳曉華*，羅思詩

（衡陽師范學(xué)院生命科學(xué)與環(huán)境學(xué)院，湖南衡陽421008）

以豆渣為原料，采用酶法提取豆渣中水不溶性膳食纖維（IDF），并對(duì)IDF的性質(zhì)進(jìn)行初步研究。其中由單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)得出豆渣IDF酶法提取的最佳提取工藝為：蛋白酶酶解溫度50℃、時(shí)間5 h、用量25mg/g，α-淀粉酶酶解溫度70℃、時(shí)間1 h、用量6mg/g，糖化酶酶解溫度50℃、時(shí)間30min、用量5mg/g，此工藝條件下提取率為80.13%。酶法提取豆渣IDF成品的功能特性較好，其持水力為9.66g/g，溶脹性為4.94mL/g，持油力為4.92 g/g。

豆渣；水不溶性膳食纖維；酶解

膳食纖維是指不被人體消化的多糖類碳水化合物和木質(zhì)素的總稱[1]，可分為水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維兩大類。膳食纖維目前被認(rèn)為是“第七大營(yíng)養(yǎng)素”[2]，持水性和溶脹性好，具有調(diào)節(jié)膽固醇、降低血壓、預(yù)防膽結(jié)石、防止便秘、腸憩室癥及腸道癌的作用[3-5]。

豆渣是豆腐、豆奶、豆干等豆制品加工中的主要副產(chǎn)物[6]，約占全豆干重的15%～20%，富含油脂（12.4%）、蛋白質(zhì)（19.32%）、纖維素（51.8%）。中國大豆產(chǎn)量高，豆制品加工業(yè)發(fā)達(dá)，但副產(chǎn)物豆渣利用率非常低。目前，豆渣只是作為飼料或者廢棄物丟掉，其富含的營(yíng)養(yǎng)素沒有得到充分利用，這不僅浪費(fèi)資源，還造成環(huán)境污染[7]。豆渣中富含膳食纖維，其水溶性膳食纖維含量比較低，是一種十分理想的纖維素源。目前，提取膳食纖維的方法有化學(xué)法、酶法、膜分離法及生物發(fā)酵法[8]等。其中，酶法提取膳食纖維反應(yīng)條件溫和，對(duì)產(chǎn)品的破壞性小。本項(xiàng)目利用酶法提取豆渣中水不溶性膳食纖維，旨在為豆渣中膳食纖維在食品中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗(yàn)原料

新鮮豆渣：家用作坊生產(chǎn)豆腐后的豆渣。

1.1.2 酶制劑

α-淀粉酶（酶活力為10 000U/g）、糖化酶（酶活力為100 000U/g）、堿性蛋白酶（酶活力為200 000U/g）：江蘇銳陽生物科技有限公司。

1.1.3 儀器與設(shè)備

FA2204B分析天平、YP1002N電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；DHG-9240電熱鼓風(fēng)干燥箱、HH-（S）6恒溫水浴鍋：金壇市安普實(shí)驗(yàn)儀器廠；KC-100高速粉碎機(jī)：北京開創(chuàng)同和科技發(fā)展有限公司；DL-7LM低速冷凍離心機(jī)：湖南星科科學(xué)儀器有限公司；PB-10酸度計(jì)：長(zhǎng)沙康源科技開發(fā)有限公司；SHBIII真空抽濾機(jī)：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；YHB-NZD-Z電熱蒸餾水器：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 干豆渣粉的制備

將選好的新鮮豆渣稱取50 g，用水分活度計(jì)測(cè)量水分活度Aw，再將其放入80℃的干燥箱里烘干至恒重后粉碎，密封儲(chǔ)存?zhèn)溆?，?jīng)測(cè)定豆渣水分含量為85.3%，水分活度(Aw)為0.92。

1.3 膳食纖維的提取

1.3.1 酶法提取豆渣中膳食纖維

1）準(zhǔn)確稱取10 g干豆渣粉，置于500mL燒杯中，編號(hào)。

2）在每個(gè)燒杯中加入250mL 60℃的熱水，用玻璃棒攪拌直到樣品完全分散。

3）α-淀粉酶處理：調(diào)pH至6.0～7.0，加入30U/g中溫α-淀粉酶溶液6mg/g，充分?jǐn)嚢韬笥帽ｕr膜密封，放入60℃水浴鍋中酶解1 h。

4）糖化酶處理：調(diào)pH至4.0～4.5，加入40 U/g糖化酶溶液4mg/g，充分?jǐn)嚢韬笥帽ｕr膜密封，放入60℃水浴鍋中酶解1 h。

5）蛋白酶處理：調(diào)pH至8.5～10.0，加入25mg/g的堿性蛋白酶，充分?jǐn)嚢韬笥帽ｕr膜密封，放入50℃～60℃的水浴鍋中酶解3 h。

6）離心脫水：將酶處理后的豆渣溶液離心，倒掉上清液，沉淀物用去離子水洗滌至中性。

7）干燥、稱重：將處理后的沉淀物放入75℃干燥箱中干燥4 h左右，即得水不溶性膳食纖維。

1.3.2 酶法提取豆渣中水不溶性膳食纖維的工藝優(yōu)化

1.3.2.1 單因素試驗(yàn)

研究3種酶的溫度、時(shí)間、濃度對(duì)水不溶性膳食纖維的提取率影響，單因素試驗(yàn)時(shí)按照1.3.1的提取工藝，只改變其中的一個(gè)因素，其他因素不變。在最佳條件選出來后，根據(jù)最佳條件研究下一個(gè)影響因素，因素范圍的選擇根據(jù)商品酶推薦的最佳條件設(shè)定。單因素研究的范圍如下：

1）α-淀粉酶：溫度梯度50、60、70℃；時(shí)間梯度0.5、1、1.5 h；濃度梯度5、6、7mg/mL。

2）糖化酶：溫度梯度50、60、70℃；時(shí)間梯度0.5、1、1.5 h；濃度梯度3、4、5mg/mL。

3）蛋白酶：溫度梯度50、60、70℃；時(shí)間梯度3、4、5 h；濃度梯度25、26、27mg/mL。

1.3.2.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考察α-淀粉酶加酶量、酶解時(shí)間、溫度三因素對(duì)豆渣中水不溶性膳食纖維提取率的影響，采用L9（34）正交表，因素水平見表1。

表1 α-淀粉酶提取豆渣中IDF工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)因素水平Table1 Levelsof the factorsof orthogonal testwith alpha-starch enzym e

1.4 豆渣中水不溶性膳食纖維的理化性質(zhì)研究

1.4.1 提取率的測(cè)定

IDF含量的測(cè)定根據(jù)GB 5009.88-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》的方法進(jìn)行。

水不溶性膳食纖維提取率/%=[水不溶性膳食纖維的質(zhì)量（g）/原料豆渣的質(zhì)量（g）]×100

1.4.2 持水力測(cè)定

稱取0.5 g（m0）水不溶性膳食纖維樣品放入離心管中，稱其質(zhì)量得m1，加入30mL去離子水，振蕩混合5min，以3 000 r/min離心10min后，棄去上清液，擦干離心管內(nèi)外壁附著的水分，再稱離心管和其中物質(zhì)的總質(zhì)量得m2，按下列公式計(jì)算持水力（g/g）：

1.4.3 溶脹性測(cè)定

稱取水不溶性膳食纖維樣品1.0 g（m0），放入量筒中，測(cè)干物質(zhì)體積（V1）。再向其中加入10mL去離子水，振蕩均勻后靜置24 h，得到充分吸水膨脹后膳食纖維的體積（V2），按下列公式計(jì)算溶脹性（mL/g）：

1.4.4 持油力的測(cè)定

稱取0.5 g（m0）水不溶性膳食纖維樣品放入離心管中稱其質(zhì)量得m1，加入30mL玉米油，振蕩混合10min，以4 000 r/min離心15min后，棄去上清液，擦干離心管內(nèi)外壁附著的油，再稱離心管和其中物質(zhì)的總質(zhì)量得m2，按下列公式計(jì)算持油力（g/g）：

2 結(jié)果與分析

2.1 酶法提取豆渣IDF工藝優(yōu)化

2.1.1 單因素試驗(yàn)

根據(jù)所買商品酶上推薦的最適酶解溫度、時(shí)間和用量范圍設(shè)定試驗(yàn)因素梯度。

2.1.1.1 酶解溫度的選擇

固定α-淀粉酶酶解時(shí)間為1 h，用量為5mg/g；糖化酶酶解時(shí)間為1 h，用量為5mg/g，蛋白酶酶解時(shí)間為3 h，用量為25mg/g。溫度范圍為50℃～70℃測(cè)定3種酶不同溫度下IDF提取率，如圖1所示。

圖1 3種酶不同溫度下IDF提取率Fig.1 Theextraction rateof IDFwith the threeenzymesin different tem peratures

由圖1可知，隨著蛋白酶酶解溫度的增加，豆渣IDF粗提取率降低，故蛋白酶的酶解溫度選50℃為最佳溫度，此時(shí)豆渣IDF粗提取率為（61.47±0.91）%；同理，分別控制除α-淀粉酶和糖化酶酶解溫度以外的因素不變，由圖1得出，α-淀粉酶酶解最佳溫度為60℃，此時(shí)豆渣IDF粗提取率為（65.73±0.69）%；糖化酶酶解最佳溫度為50℃，此時(shí)豆渣IDF粗提取率為（59.46±0.78）%。

2.1.1.2 酶解時(shí)間的選擇

1）α-淀粉酶和糖化酶

固定蛋白酶酶解時(shí)間為3 h，用量為25mg/g，酶解溫度為50℃；糖化酶酶解溫度為50℃，用量為5mg/g；α-淀粉酶酶解溫度為60℃，用量為5mg/g。酶解時(shí)間范圍為0.5 h～1.5 h，測(cè)定不同時(shí)間下IDF提取率，如圖2所示。

圖2 α-淀粉酶和糖化酶不同時(shí)間下IDF提取率Fig.2 Theextraction rateof IDFwith thealpha-starch enzyme and saccharifying enzyme in different times

由圖2可知，隨著α-淀粉酶酶解時(shí)間的增加，豆渣IDF粗提取率提高，當(dāng)時(shí)間為1.5 h時(shí)，達(dá)最高點(diǎn)，故α-淀粉酶酶解時(shí)間選1.5 h為最佳時(shí)間，此時(shí)豆渣IDF粗提取率為（64.5±0.04）%。同理，控制其他因素不變，糖化酶的酶解時(shí)間范圍為0.5 h～1.5 h，由圖2得出，糖化酶酶解時(shí)間為0.5 h時(shí)，豆渣IDF粗提取率最高，此時(shí)豆渣IDF粗提取率為（61.33±0.86）%，即糖化酶的最佳酶解時(shí)間為0.5 h。

2）蛋白酶

固定α-淀粉酶酶解時(shí)間為1.5h，酶解溫度為60℃，用量為5mg/g；糖化酶酶解時(shí)間為0.5 h，酶解溫度為50℃，用量為5mg/g；蛋白酶酶解溫度為50℃，用量為25mg/g，酶解時(shí)間范圍為3 h～5 h，測(cè)定不同時(shí)間下IDF提取率，如圖3所示。

圖3 蛋白酶不同時(shí)間下IDF提取率、Fig.3 Theextraction rateof IDFwith thep rotease in different tim es

由圖3可知，隨著時(shí)間的增加，豆渣IDF粗提取率不斷提高，當(dāng)時(shí)間為5 h時(shí)，粗提取率達(dá)最高，為（64.13± 0.88）%，即蛋白酶的最佳酶解時(shí)間為5 h。

2.1.1.3 加酶量的選擇

1）蛋白酶

固定α-淀粉酶酶解時(shí)間為1.5 h，溫度為60℃，用量為5mg/g；糖化酶酶解時(shí)間為0.5 h，溫度為50℃，用量為5mg/g；蛋白酶酶解時(shí)間為5 h，溫度為50℃，用量范圍為24mg/g～27mg/g，測(cè)定不同蛋白酶用量下的IDF提取率，如圖4所示。

圖4 蛋白酶不同用量下IDF提取率Fig.4 Theextraction rateof IDFWith indifferentprotein concentrations

由圖4可看出，當(dāng)?shù)鞍酌傅挠昧繛?5mg/g時(shí)，達(dá)最高點(diǎn)，此時(shí)豆渣IDF粗提取率為（63.84±0.81）%，即蛋白酶最佳酶解用量為25mg/g。

2）α-淀粉酶

固定蛋白酶的酶解時(shí)間為5 h，用量為25mg/g，溫度為50℃，糖化酶的酶解時(shí)間為0.5 h，溫度為50℃，用量為5mg/g，α-淀粉酶的酶解時(shí)間為1.5 h，溫度為60℃，用量范圍為5mg/g～8mg/g，測(cè)定不同α-淀粉酶用量下IDF提取率，如圖5所示。

圖5 α-淀粉酶不同用量下IDF提取率Fig.5 Theextraction rateof IDFWith indifferentalpha-starch enzyme concentrations

由圖5可看出，隨著用量增加，粗提取率提高，當(dāng)用量為6mg/g時(shí)，達(dá)最高點(diǎn)，之后隨著用量的增加，粗提取率逐漸降低，最高點(diǎn)時(shí)豆渣IDF粗提取率為（69.17±0.79）%，所以α-淀粉酶用量選6mg/g為最佳用量。

3）糖化酶

固定α-淀粉酶酶解時(shí)間為1.5h，酶解溫度為60℃，用量為6mg/g；蛋白酶酶解時(shí)間為5 h，用量為25mg/g，酶解溫度為50℃；糖化酶酶解時(shí)間為0.5 h，酶解溫度為50℃，用量范圍為3mg/g～6mg/g，測(cè)定不同糖化酶用量下IDF提取率，如圖6所示。

圖6 糖化酶不同用量下IDF提取率Fig.6 Theextraction rateof IDFwith indifferent saccharifying enzym e concentrations

由圖6可看出，隨著糖化酶用量增加，粗提取率逐漸提高，當(dāng)用量為5mg/g時(shí)，達(dá)最高點(diǎn)，之后隨著用量的增加，粗提取率降低，最高點(diǎn)時(shí)豆渣IDF粗提取率為（64.18±0.48）%，即糖化酶量選5mg/g為最佳用量。

綜上所述，提取豆渣中水不溶性膳食纖維的最佳條件為：蛋白酶的酶解溫度為50℃、時(shí)間為5 h、用量為25mg/g；α-淀粉酶的酶解溫度為60℃、時(shí)間為1.5h、用量為6mg/g；糖化酶的酶解溫度為50℃、時(shí)間為0.5h、用量為5mg/g。同時(shí)可以看出α-淀粉酶各因素的變化對(duì)豆渣IDF粗提取率影響最大，故對(duì)α-淀粉酶進(jìn)一步工藝優(yōu)化。

2.1.2 單因素試驗(yàn)最優(yōu)條件下酶法提取豆渣IDF工藝研究

本試驗(yàn)為蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶影響因素（溫度、時(shí)間、用量）達(dá)到最優(yōu)值時(shí)所進(jìn)行的試驗(yàn)，即蛋白酶酶解溫度為50℃、時(shí)間為5 h、用量為25mg/g；α-淀粉酶酶解溫度為60℃、時(shí)間為1.5 h、用量為6mg/g；糖化酶酶解溫度為50℃、時(shí)間為30min、用量為5mg/g。結(jié)果表明此條件下豆渣中水不溶性膳食纖維的提取率為73.59%。可見，控制好酶反應(yīng)的影響因素，豆渣IDF的提取率也隨之提高。

2.1.3 正交試驗(yàn)（α-淀粉酶最佳工藝參數(shù)的確定）

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，α-淀粉酶各因素的變化對(duì)豆渣IDF粗提取率影響最大，因此通過優(yōu)化α-淀粉酶用量可進(jìn)一步提高豆渣IDF提取率。正交試驗(yàn)蛋白酶和糖化酶均采用單因素試驗(yàn)的最佳條件，以α-淀粉酶的用量、時(shí)間、溫度為影響因素，對(duì)豆渣IDF的提取率進(jìn)行正交試驗(yàn)分析。豆渣IDF的提取工藝正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見表2。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table2 The resultsof orthogonalexperiment

由表2極差分析可知，α-淀粉酶水解各因素對(duì)豆渣中水不溶性膳食纖維提取率的影響順序?yàn)锳＞C＞B，即加酶量＞溫度＞時(shí)間。最優(yōu)工藝為A2C3B2，即當(dāng)α-淀粉酶用量為6mg/g、反應(yīng)時(shí)間為1 h、反應(yīng)溫度為70℃時(shí)，獲得最高提取率，此時(shí)豆渣IDF提取率為80.13%。

2.2 酶法提取的豆渣IDF的性質(zhì)分析

豆渣IDF的感官品質(zhì)見表3。

表3 豆渣IDF的感官品質(zhì)Table3 The sensory evaluation of IDF

由表3以看出，酶法提取豆渣IDF的提取率約80%，所得豆渣IDF基本沒有什么不良?xì)馕叮伾珵辄S棕色，含膠狀物質(zhì)較少。

豆渣IDF的物理特性見表4。

表4 豆渣IDF的物理特性Table4 Thephysicalpropertiesof IDF

由表4以看出，酶法所得豆渣IDF的持水力、溶脹性和持油力都比較高，由于酶解比較溫和，保持了膳食纖維的結(jié)構(gòu)，得到的IDF形成膠狀物質(zhì)較少，用做食品添加劑大有可為。

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以豆渣為原料，利用酶法提取豆渣IDF，并通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)進(jìn)行工藝優(yōu)化。由單因素試驗(yàn)確定豆渣IDF的最佳提取工藝為：蛋白酶的酶解溫度為50℃、時(shí)間為5 h、用量為25mg/g；α-淀粉酶的酶解溫度為60℃、時(shí)間為1.5 h、用量為6mg/g；糖化酶的酶解溫度為50℃、時(shí)間為30min、用量為5mg/g，此時(shí)的豆渣IDF提取率為73.59%。通過正交試驗(yàn)對(duì)α-淀粉酶的酶解條件進(jìn)行研究，得出α-淀粉酶的最佳酶解條件為α-淀粉酶用量為6mg/g，酶解時(shí)間為1 h，酶解溫度為70℃，此時(shí)豆渣IDF提取率為80.13%。

酶法提取豆渣IDF成品的功能特性較好，其持水力達(dá)到9.66（g/g），溶脹性達(dá)4.94（mL/g），持油力達(dá)4.92（g/g），且無不良?xì)馕叮庶S棕色粉末狀。這些性質(zhì)表明豆渣IDF具有保持水分、穩(wěn)定食品形態(tài)、改善食品口感的作用，是一種很有潛力的食品添加劑。

[1]劉敬科,趙巍,張華博,等.小米糠膳食纖維調(diào)節(jié)血糖和血脂功能的研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(8)：1636-1638

[2]謝勇,陳詩強(qiáng),池香蓮,等.油茶蒲中不溶性膳食纖維的提取及其特性分析[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版),2013(2)：149-154

[3]楊紅,汪珊珊,張慧,等.豆渣中膳食纖維的提取及其在面包制作中的應(yīng)用[J].合肥學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014(1)：67-72

[4]高辰,朱杰,王明芳,等.豆渣可溶性膳食纖維的提取分析及抗氧化研究[J].食品研究與開發(fā),2013(10)：23-27

[5]葉靜,肖美添,湯須崇.江蘺藻膳食纖維吸附脂肪、膽固醇和膽酸鈉的研究[J].食品與機(jī)械,2010(1)：92-94

[6]吳劍,唐會(huì)周,褚偉雄.豆渣中大豆異黃酮和膳食纖維的提取分離與活性研究進(jìn)展[J].河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013 (1)：114-118

[7]黃素雅,何亞雯,錢炳俊,等.高靜壓和高壓均質(zhì)對(duì)豆渣水不溶膳食纖維的改性及其功能的影響[J].食品科學(xué),2015(15)：81-85

[8]張世仙,楊春梅,吳金鴻,等.豆渣膳食纖維提取方法及功能研究進(jìn)展[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009(4)：93-97

Study on the Extraction and Properties of Water-insoluble Dietary Fiber from Bean Dregs

LIJian-zhou,CHENXiao-hua*,LUOSi-shi
（Collegeof Life Scienceand Enviroment,Hengyang NormalUniversity,Hengyang421008,Hunan,China）

This research studied on theextraction and propertiesofwater-insoluble dietary fiber(IDF)from bean dregs.The best extraction technology was obtained by themethods of single factor experiment and orthogonal test.The extraction technologywas that the protease ofwater bath temperaturewas50℃for 5 h with concentration of25mg/g,alpha-starch enzyme ofwater bath temperaturewas70℃for 1 h with concentration of6mg/g and glucoamylasewater bath temperaturewas50℃for 30min with concentration of5mg/g.In this condition, the extraction ratewas up to 80.13%.The propertiesof IDFwerewellwith water holding capacity of9.66 g/g, theexpansion of4.94mL/gand oilholding capacity of4.92 g/g.

bean dregs;water-insolubledietary fiber;enzymolysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.007

2016-07-16

湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015JJ6012）；湖南省教育廳資助科研項(xiàng)目（15B034）；糧油深加工與品質(zhì)控制湖南省2011協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目資助；衡陽市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（2014KN54）

李建周（1979—），男（漢），助理工程師，碩士研究生，研究方向：食品分析檢測(cè)。

*通信作者：陳曉華（1981—），女（漢），講師，博士，研究方向：食品生物技術(shù)。