雙酶法制備藍(lán)莓果渣膳食纖維的工藝

徐崢嶸，李佳，馬正，師進(jìn)霖*

玉溪農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院（玉溪 653106）

膳食纖維（DF）為哺乳動(dòng)物消化系統(tǒng)內(nèi)未被消化的植物細(xì)胞的殘存物，包括纖維素、半纖維素、果膠、樹(shù)膠、抗性淀粉和木質(zhì)素等[1]。根據(jù)膳食纖維的溶解性，將其分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）[2]。研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維可以維護(hù)結(jié)腸健康[3-5]、降血糖[6-8]、降血脂[9-10]、肥胖病的干預(yù)與治療[11-12]、清除體內(nèi)重金屬等有毒害物質(zhì)[13]及抗氧化[14-16]。隨著人們生活習(xí)慣的變化及飲食的精細(xì)化，“生活方式病”如糖尿病、肥胖癥、高脂血癥等發(fā)病率逐年攀升，膳食纖維成為營(yíng)養(yǎng)學(xué)家、流行病學(xué)家及食品科學(xué)家等關(guān)注的熱點(diǎn)，被稱(chēng)為“第七營(yíng)養(yǎng)素”。

藍(lán)莓（Blueberry）為杜鵑花科越橘屬植物，果肉呈藍(lán)紫色，香氣宜人，味道酸甜可口，富含膳食纖維、花青素、有機(jī)酸、黃酮醇等具有特殊作用的生理活性成分，被稱(chēng)為“漿果之王”[17]。藍(lán)莓除鮮食外，還被大量加工成為果汁、果酒、果醋、果醬等[18]，以滿足消費(fèi)者對(duì)藍(lán)莓的需求。藍(lán)莓在加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的果皮、果渣等副產(chǎn)品，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。藍(lán)莓果渣中膳食纖維含量豐富，其中纖維素含量為13.32%，半纖維素含量為6.53%[19]，有效提取其中的膳食纖維可以大大提高藍(lán)莓的利用率。

此次試驗(yàn)選擇淀粉酶和蛋白酶降解藍(lán)莓果渣中的淀粉和蛋白質(zhì)，對(duì)藍(lán)莓果渣制備膳食纖維的工藝進(jìn)行研究，以期為藍(lán)莓果渣的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮藍(lán)莓（玉溪市售，品種奧尼爾）榨汁后干燥、粉碎、過(guò)篩備用。

中溫α-淀粉酶（1萬(wàn) U/g，江蘇銳陽(yáng)生物科技有限公司）；堿性蛋白酶（20萬(wàn) U/g，江蘇銳陽(yáng)生物科技有限公司）；氫氧化鈉（NaOH）、醋酸（CH3COOH）、雙氧水（H2O2）等，均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

多樂(lè)DL-3366攪拌機(jī)（料理機(jī)），廣州隆特電子有限公司；101-4臺(tái)式電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海圣科儀器設(shè)備有限公司；ST-15B多功能高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，南京貝帝實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；HH-4電熱恒溫水浴鍋，山東臨沂正衡化玻儀器有限公司；賽多利斯GL224-1SCN萬(wàn)分之一電子分析天平，深圳市林濤儀器有限公司；SHZ-95B水循環(huán)真空泵，鄭州乾正儀器設(shè)備有限公司；pH計(jì)，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膳食纖維的制備工藝要點(diǎn)

新鮮藍(lán)莓?dāng)嚢枵ブ^(guò)濾、汁渣分離→得到藍(lán)莓果渣→50 ℃恒溫烘干至質(zhì)量恒定→粉碎過(guò)60目篩網(wǎng)→CH3COOH調(diào)節(jié)pH→加入α-淀粉酶進(jìn)行水解→洗滌至中性→NaOH調(diào)節(jié)pH→堿性蛋白酶水解→80 ℃恒溫烘干→H2O2脫色→CH3COOH調(diào)節(jié)pH至中性→50 ℃恒溫烘干→粉碎過(guò)篩→膳食纖維

1.3.2 單因素試驗(yàn)

雙酶法制備膳食纖維的工藝中，影響提取率的主要因素為α-淀粉酶和堿性蛋白酶的添加量、酶解溫度。

首先進(jìn)行α-淀粉酶單因素試驗(yàn)：固定其它條件，設(shè)定添加量分別為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%，酶解溫度分別為60，65，70，75，80，85和90 ℃。然后進(jìn)行堿性蛋白酶單因素試驗(yàn)：設(shè)定添加量分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，酶解溫度分別為40，45，50，55和60 ℃。

1.3.3α-淀粉酶和堿性蛋白酶正交試驗(yàn)

以單因素試驗(yàn)的結(jié)果為參考，選擇α-淀粉酶、堿性蛋白酶的添加量和酶解溫度進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，確定最佳工藝參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證。

1.4 總膳食纖維的測(cè)定

每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次膳食纖維的質(zhì)量，取平均值后，以GB 5009.88—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中膳食纖維的測(cè)定》為參照，并利用蛋白質(zhì)和灰分含量對(duì)所得膳食纖維含量進(jìn)行校正，獲得膳食纖維的提取率。

式中：m為校正后的膳食纖維質(zhì)量，g；m0為得到的膳食纖維質(zhì)量，g；m1為蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g；m2為灰分的質(zhì)量，g；M為樣品的質(zhì)量，g；D為膳食纖維的提取率，%。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1α-淀粉酶添加量對(duì)藍(lán)莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗(yàn)條件設(shè)定：α-淀粉酶的添加量分別為0.2%，0.4%，0.6%，0.8%和1.0%，酶解溫度75 ℃，酶解時(shí)間3 h；堿性淀粉酶的添加量0.3%，酶解溫度50 ℃，酶解時(shí)間3 h。

由圖1可以看出，當(dāng)α-淀粉酶的添加量較低時(shí)，膳食纖維的提取率隨添加量的增加而增加，并在0.4%時(shí)達(dá)到最高。隨后，α-淀粉酶添加量的增加反而降低了膳食纖維的提取率。這可能是在適宜的條件下，過(guò)量的α-淀粉酶把一部分膳食纖維分解成了多糖或單糖等小分子物質(zhì)[20-21]。

2.1.2α-淀粉酶酶解溫度對(duì)藍(lán)莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗(yàn)條件設(shè)定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解溫度分別為60，65，70，75，80，85和90 ℃，酶解時(shí)間3 h；堿性淀粉酶的添加量0.3%，酶解溫度50 ℃，酶解時(shí)間3 h。

由圖2可以看出，α-淀粉酶的酶解溫度在60～75℃之間，膳食纖維的提取率隨溫度的升高而增加，并在75 ℃時(shí)達(dá)到最高。隨后，膳食纖維的提取率隨溫度的升高反而出現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是試驗(yàn)選擇了中溫α-淀粉酶，過(guò)高的溫度會(huì)降低其活性，從而影響膳食纖維的提取率。

圖2 α-淀粉酶酶解溫度的影響

2.1.3 堿性蛋白酶添加量對(duì)藍(lán)莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗(yàn)條件設(shè)定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解溫度75 ℃，酶解時(shí)間3 h；堿性淀粉酶的添加量分別是0.1%，0.2%，0.3%，0.4%和0.5%，酶解溫度50 ℃，酶解時(shí)間3 h。

由圖3可以看出，膳食纖維的提取率隨堿性蛋白酶添加量的增加而表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)添加量為0.3%時(shí)提取率最高，達(dá)到了50.01%。堿性蛋白酶的添加量大于0.3%后膳食纖維的提取率下降，因?yàn)檫^(guò)多的堿性蛋白酶分解了一部分α-淀粉酶，使淀粉分解不徹底，降低了提取率。

圖3 堿性蛋白酶添加量的影響

2.1.4 堿性蛋白酶酶解溫度對(duì)藍(lán)莓果渣膳食纖維提取率的影響

試驗(yàn)條件設(shè)定：α-淀粉酶的添加量0.4%，酶解溫度75 ℃，酶解時(shí)間3 h；堿性淀粉酶的添加量0.3%，酶解溫度分別為40，45，50，55和60 ℃，酶解時(shí)間3 h。

由圖4可以看出，膳食纖維的提取率隨堿性蛋白酶酶解溫度的增加而表現(xiàn)出緩慢增加后快速降低的趨勢(shì)，當(dāng)酶解溫度50 ℃時(shí)提取率最高，達(dá)到了49.89%。堿性蛋白酶的酶解溫度大于50 ℃后膳食纖維的提取率快速下降，同樣是因?yàn)楦邷亟档蛪A性蛋白酶的活性而影響了膳食纖維的提取率。

圖4 堿性蛋白酶酶解溫度的影響

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)行四因素三水平L9(34)正交試驗(yàn)，試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。試驗(yàn)以膳食纖維的提取率為指標(biāo)，探究α-淀粉酶添加量（A）、α-淀粉酶酶解溫度（B）、堿性蛋白酶添加量（C）和堿性蛋白酶酶解溫度（D）的藍(lán)莓果渣膳食纖維的最佳提取工藝，其試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由表2可以看出，4個(gè)因素均對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生了影響，極差值RC＞RA＞RD＞RB，說(shuō)明在此次試驗(yàn)中堿性蛋白酶添加量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響最大，α-淀粉酶添加量次之，α-淀粉酶酶解溫度影響最小。由正交試驗(yàn)的結(jié)果（提取率）可以看出，雙酶法制備藍(lán)莓果渣膳食纖維的最佳工藝組合為A1B2C2D2，其次為A2B1C2D3，第三為A1B1C1D1。

以正交試驗(yàn)提取率排名前三的工藝組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，A1B2C2D2的提取率為50.92%，A2B1C2D3的提取率為49.90%，A1B1C1D1的提取率為48.02%。驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果雖略低于正交試驗(yàn)結(jié)果，但提取率最高的仍然是A1B2C2D2組合。

3 結(jié)論

試驗(yàn)以膳食纖維的提取率為指標(biāo)，研究了雙酶法（α-淀粉酶和堿性蛋白酶）制備藍(lán)莓果渣中膳食纖維的最佳工藝。單因素試驗(yàn)結(jié)果表明，α-淀粉酶、堿性蛋白酶的添加量和酶解溫度均會(huì)影響膳食纖維的提取率。以單因素試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)并進(jìn)行驗(yàn)證，α-淀粉酶添加量為0.3%，α-淀粉酶酶解溫度為75℃，堿性蛋白酶添加量為0.3%，堿性蛋白酶酶解溫度為45 ℃，此時(shí)提取率最高，可達(dá)到50.98%。

雙酶法制備藍(lán)莓果渣膳食纖維，去除其中淀粉和蛋白質(zhì)的效果較好，提取率較高，是一種相對(duì)健康、理想的提取方法，既充分利用了藍(lán)莓資源，又保護(hù)了環(huán)境，也為膳食纖維的來(lái)源提供新的途徑。