纖維素酶提取刺葡萄膳食纖維的工藝研究

劉 敏 ，李含晰 ，周 韜，趙 詠，袁舟舟，張志旭

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.國(guó)家中醫(yī)藥管理局亞健康干預(yù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙 410128）

刺葡萄（vitis davidii Foex）原產(chǎn)中國(guó)，是葡萄屬東亞種群下的一個(gè)種，為我國(guó)特有的珍貴野生葡萄種類。湖南省刺葡萄資源十分豐富，尤以西部和南部山區(qū)分布較多[1]。刺葡萄果實(shí)酸甜、風(fēng)味濃郁但果粒小，果皮厚，種籽多。國(guó)家中醫(yī)藥管理局亞健康干預(yù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室以湖南省懷化市芷江縣的刺葡萄新品種“紫秋”果實(shí)為試材，對(duì)刺葡萄籽油的提取與利用，刺葡萄籽原花青素的提取、分離純化與利用，刺葡萄皮色素的提取與利用，以及刺葡萄果汁的加工特性、加工技術(shù)進(jìn)行了研究，為刺葡萄天然功效成分的開發(fā)和果實(shí)綜合利用提供了可行的技術(shù)途徑[2]。本研究旨在對(duì)刺葡萄籽油提取后的原料進(jìn)行膳食纖維的提取，以期開發(fā)出安全健康的食品。

膳食纖維生理功能的顯著性與膳食纖維中水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維的比例有很大關(guān)系。合理的膳食纖維攝入可減少慢性腸道紊亂、糖尿病、肥胖病、心血管疾病和癌癥等的發(fā)生。合理的水溶性膳食纖維和水不溶性膳食纖維的比例大約是1∶3，水溶性膳食纖維的含量超過10%才是高品質(zhì)膳食纖維的標(biāo)志。普通酶法提取的刺葡萄籽膳食纖維雖然提取率較高，但與膳食纖維功能性相關(guān)的主要指標(biāo)都偏低，需要改進(jìn)之后才具有提取價(jià)值。本研究采取酶處理方式降低IDF的含量，以期提升膳食纖維的品質(zhì)[3-4]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

刺葡萄籽：刺葡萄采用“紫秋”品種，葡萄籽采用超臨界提油后的原料，粒徑大約為40～60目。

1.2 主要試劑和儀器

蛋白酶（Sigma公司）；淀粉酶（北京雙旋微生物培養(yǎng)基制品廠）；纖維素酶（國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。紫外分光光度計(jì)（日立UV-3310）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 粉碎后的刺葡萄籽（1∶8的加水量）—調(diào)pH值9.0—淀粉酶水解—沸水浴滅活，調(diào)pH值4.0—蛋白酶水解—過濾—漂洗—干燥—膳食纖維。

1.3.2 工藝要點(diǎn) 淀粉酶水解條件為：60℃，2 h，用量為0.08 g/g；蛋白酶水解條件為：65℃，2 h，酶添加量 0.004 g/g；干燥條件為：60℃，4 h；纖維素酶選擇在原料預(yù)處理（0 h）、淀粉酶反應(yīng)階段和蛋白酶反應(yīng)階段（1、2、3 h）以及產(chǎn)品后處理階段（4 h）添加。

1.3.3 分析方法[5]總膳食纖維、水溶性膳食纖維（SDF）、不溶性膳食纖維（IDF）：采用酶-重量法（AOAC）進(jìn)行測(cè)定。灰分測(cè)定：525℃灼燒灰化5 h，干燥器中冷卻，準(zhǔn)確稱量剩余物質(zhì)即為灰分。膳食纖維持水力：準(zhǔn)確稱取1.0 g膳食纖維，置于50mL燒杯中，加入20mL水，于室溫下攪拌一定時(shí)間，然后在3 000 r/min的條件下離心15min，稱量樣品的濕重。

膳食纖維的持水力＝（樣品濕重一樣品干重）/樣品干重

膳食纖維膨脹力：準(zhǔn)確稱取1.0 g膳食纖維，置于量筒中測(cè)其體積V1，加水使總體積至25mL處，攪拌均勻，于室溫下水浴靜置一定時(shí)間，記錄飽脹膳食纖維的體積V2。

膳食纖維的膨脹力＝（V2－V1）/樣品干重

膳食纖維評(píng)價(jià)方法：評(píng)分法，主要考察IDF/SDF（Ⅰ）值，膨脹力（Ⅱ）和持水力（Ⅲ），以試驗(yàn)中最優(yōu)的數(shù)值為滿分，三者所占比例為50%，25%和25%。計(jì)算公式如下：

品質(zhì)評(píng)分＝50×（Ⅰ參數(shù)值/Ⅰ最大值）＋25×（Ⅱ參數(shù)值/Ⅱ最大值）＋25×（Ⅲ參數(shù)值/Ⅲ最大值）

2 結(jié)果與分析

2.1 纖維素酶添加量對(duì)提取膳食纖維和質(zhì)量的影響

采用1.3.1酶法制得的膳食纖維的主要成分是纖維素和半纖維素以及非淀粉類的阿拉伯聚糖、木聚糖，及有少量的木聚糖的葡萄糖醛酸和多聚半乳糖。在不添加纖維素酶的情況下，刺葡萄籽膳食纖維提取率達(dá) 47.76%，SDF為 4.82%，IDF較高為40.76%，膨脹力（1.02 mL/g）和持水性（1.09 g/g）也較低。

從表1中可以看出，纖維素酶在后處理階段添加時(shí)，膳食纖維的提取率略有降低，可能是由于纖維素酶的作用溫度在60℃左右，部分不溶性纖維降解后因溶于熱水而發(fā)生損失[6]。

表1 纖維素酶添加量對(duì)膳食纖維提取率的影響

圖1顯示了隨著纖維素酶添加量的增加，膳食纖維的膨脹力、持水力，SDF的變化趨勢(shì)，表明纖維素酶添加量越大，膳食纖維的各項(xiàng)品質(zhì)顯著提高，但添加量到一定程度后，變化趨于平穩(wěn)。這主要是因?yàn)槔w維素酶能有效地降解細(xì)胞壁，使不溶性纖維素轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘钠暇厶?，所以SDF的含量提高，但纖維素酶與細(xì)胞壁纖維素底物的結(jié)合和作用濃度有限，因此纖維素的降解和結(jié)構(gòu)改變也是有限的。

圖1 纖維素酶添加量對(duì)膳食纖維質(zhì)量的影響

2.2 纖維素酶添加時(shí)間對(duì)膳食纖維質(zhì)量的影響

從圖2中可知，在提取膳食纖維的不同階段添加纖維素酶，發(fā)現(xiàn)其明顯改善膳食纖維的品質(zhì)。這可能是因?yàn)槔w維素酶的添加破壞了纖維素的結(jié)構(gòu)，在纖維素酶和淀粉酶的共同作用下，可溶性膳食纖維顯著增加，品質(zhì)顯著改善。

圖2 纖維素酶添加時(shí)間對(duì)膳食纖維質(zhì)量的影響

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

初步試驗(yàn)確定纖維素酶的添加可以有效提高膳食纖維品質(zhì)，因此選取纖維素酶添加時(shí)間，添加量和作用溫度綜合考察纖維素酶添加的最佳添加方式，設(shè)計(jì)3因素3水平正交試驗(yàn)如表2。

表2 正交試驗(yàn)因素水平表

由表3正交試驗(yàn)結(jié)果的極差分析可知，纖維素酶添加對(duì)膳食纖維品質(zhì)影響的大小順序是添加時(shí)間>添加量>添加溫度，最佳的試驗(yàn)組合是A2B2C1，即在55℃下添加450mg/L纖維素酶，反應(yīng)2 h，膳食纖維的品質(zhì)最高。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用添加纖維素酶的方法能顯著提高膳食纖維的品質(zhì)，有關(guān)最佳條件可應(yīng)用在不同來源纖維中提取膳食纖維的制備中。由于不同來源的膳食纖維功效不盡相同，這一研究有利于在保留膳食纖維的固有功效基礎(chǔ)上提高膳食纖維的其他特性參數(shù)，因而具有較強(qiáng)的研究?jī)r(jià)值和生產(chǎn)應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)，其他酶類的添加也可以改變不同纖維的結(jié)構(gòu)，從而提升膳食纖維的可制備性，具有可持續(xù)的研究?jī)r(jià)值。

[1] 石雪暉，楊國(guó)順，熊興耀，等.湖南省刺葡萄種質(zhì)資源的研究和利用[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，（19）：1-4.

[2] 劉東波，謝紅旗.刺葡萄功能成分研究與開發(fā)[J].第二屆國(guó)際中醫(yī)藥與亞健康學(xué)術(shù)研討會(huì)[C].長(zhǎng)沙，2009,298-304.

[3] Pichupa Peerajit,Naphaporn Chiewchan,Sakamon Devahastin.Effects of pretreatment methods on health-related functional propertiesof high dietary fibre powder from lime residues[J].Food Chemistry,2012,132:1891-1898.

[4] 劉達(dá)玉，左 勇.酶解法提取薯渣膳食纖維的研究[J].食品工業(yè)科技，2005，（5）：90-92.

[5] 張玉倩，趙乃峰，王成忠，等.膳食纖維功能特性與改性的研究[J].糧食加工，2010，35（5）：57-59.

[6] Vanesa Benítez,Esperanza Mollá,María A Martín-Cabrejas,et al.Effect of sterilisation on dietary?bre and physicochemical properties of onion by-products[J].Food Chemistry,2011,127:501-507.