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

（武昌工學(xué)院食品與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430065）

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，其中酶法制備的過程，條件較溫和，生產(chǎn)出來的膳食纖維色澤好，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，購于武漢白沙洲大市場；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]

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。取新鮮無霉?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)計見表1。

表1 芋頭不溶性膳食纖維單因素與水平設(shè)計

（2）正交試驗(yàn)設(shè)計優(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，選擇酶用量、料液比、酶解溫度、pH值4個因素，采用四因素三水平試驗(yàn)設(shè)計，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)計見表2。

表2 芋頭不溶性膳食纖維正交試驗(yàn)設(shè)計

1.2.3 芋頭不溶性膳食纖維得率的計算

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)行計算。

1.2.4 芋頭不溶性膳食纖維含量的測定

膳食纖維含量參照AOAC酶-質(zhì)量法進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖1。

圖1 淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

芋頭中含有大量淀粉，在制備不溶性膳食纖維的過程中，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，曲線走勢陡峭，說明淀粉酶用量對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，增大的趨勢放緩，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 料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖2。

圖2 料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

由圖2可知，曲線走勢平穩(wěn)，說明料液比對芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響相對較小。當(dāng)料液比較低時，芋頭不溶性膳食纖維的提取率較低，是因?yàn)樗囿w系中，固相過高不利于淀粉水解，當(dāng)料液比較高時，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程中有損失。

2.3 酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖3。

由圖3可知，酶解溫度升高，分子運(yùn)動加劇，酶促反應(yīng)速度加快，當(dāng)酶解溫度到達(dá)60℃時，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，淀粉含量過高，膳食纖維含量過低。

圖3 酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

2.4 pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖4。

圖4 pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

當(dāng)pH值升高時，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，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，趨于平緩。

2.5 正交試驗(yàn)設(shè)計優(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)計結(jié)果見表3。

由表3可知，各因素在試驗(yàn)中的主次順序?yàn)槊附鉁囟龋玖弦罕龋緋H值＞淀粉酶用量，即酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響最大，酶量對其影響最小。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%。

表3 芋頭不溶性膳食纖維提取工藝正交L9（34）試驗(yàn)設(shè)計結(jié)果

3 結(jié)論

采用酶法提取芋頭不溶性膳食纖維，對酶解溫度、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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