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      沙果渣膳食纖維酶法制備工藝研究

      2018-04-21 05:35:02牛廣財(cái)朱光怡王艷紅肖翠紅蔡亞平
      農(nóng)產(chǎn)品加工 2018年7期
      關(guān)鍵詞:沙果離心管膳食

      朱 丹,牛廣財(cái),朱光怡,王艷紅,肖翠紅,蔡亞平

      (1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,黑龍江大慶 163319;2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江大慶 163319)

      膳食纖維(Dietary fiber,DF) 被稱為第七營養(yǎng)元素,指植物類食品中不被人體胃腸道消化酶消化,但能被人體胃腸道系統(tǒng)內(nèi)定殖的部分微生物酵解或利用的,特指非淀粉性多糖類和木質(zhì)素的總稱。根據(jù)其溶解性的不同,DF分為可溶性膳食纖維(Soluble dietary fiber,SDF) 和不溶性膳食纖維(Insoluble dietary fiber,IDF)[1]。美國學(xué)者 Richard.E和 Donald.J建議平衡的DF組成要求SDF占TDF總量的10%以上[2],這種可溶性膳食纖維含量達(dá)到10%以上的較高品質(zhì)膳食纖維,其生理活性較強(qiáng),具有明顯的保健作用。常用的膳食纖維改性方法有化學(xué)方法、物理方法、生物技術(shù)方法,以及多種方法組合等。其中,化學(xué)法雖然方便快捷,但反應(yīng)復(fù)雜、時(shí)間長、污染環(huán)境[3];物理方法會使纖維物質(zhì)發(fā)生破碎、膨化,進(jìn)而改變其理化性質(zhì),該方法雖然操作簡單,但是對設(shè)備要求較高;生物改性技術(shù)采用的方法有酶法和發(fā)酵法,酶法具有作用條件溫和、專一性強(qiáng)、副產(chǎn)物少和純度高等優(yōu)點(diǎn),目前應(yīng)用的膳食纖維改性的酶主要有木聚糖酶、纖維素酶等。

      沙果(Malusasiatica) 是東北地區(qū)夏秋季節(jié)大量上市的地產(chǎn)水果,在企業(yè)生產(chǎn)濃縮汁時(shí)產(chǎn)生了大量的廢渣,引起了嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)問題。試驗(yàn)以沙果渣為原料,研究纖維素酶處理對沙果渣中SDF/TDF的影響,以期為沙果渣高品質(zhì)膳食纖維的生產(chǎn)及應(yīng)用提供理論依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      沙果渣,黑龍江省大慶森陽果蔬食品科技有限公司沙果榨汁后的鮮渣;纖維素酶(40 000 U/g),上海如吉生物科技發(fā)展有限公司提供;無水乙醇、丙酮、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、無水乙酸鈉等,均為國產(chǎn)分析純試劑;α-淀粉酶(酶活≥4 000 U/g),上海滬峰生物科技有限公司提供。

      1.2 儀器與設(shè)備

      FW80型高速萬能粉碎機(jī),天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品;101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱,天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品;AR2140型電子天平,奧豪斯國際貿(mào)易(上海)有限公司產(chǎn)品;TDL-S-A型離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠產(chǎn)品;HH-S型電子恒溫水浴鍋,常州市國立試驗(yàn)設(shè)備研究所產(chǎn)品;精密pH計(jì),賽多利斯美國丹佛儀器有限公司產(chǎn)品。

      1.3 試驗(yàn)方法

      1.3.1 沙果渣可溶性膳食纖維酶法制備工藝流程

      沙果渣→干燥(60℃) 粉碎→過篩(40目) →前處理→纖維素酶酶解→離心、過濾→上清液→醇沉→離心、過濾→沉淀(SDF)。 殘?jiān)↖DF)

      1.3.2 操作要點(diǎn)

      將干沙果渣粉碎后過60目篩,以1∶15料液比加入80%乙醇,對樣品浸提2次,離心分離后,繼續(xù)用丙酮洗滌沉淀,揮干后將沉淀在干燥箱中低溫干燥[4]。然后按一定料液比,用水將預(yù)處理后的沙果渣粉調(diào)成懸濁液,加入纖維素酶,調(diào)整酶用量、酶解時(shí)間、酶解溫度和pH值進(jìn)行試驗(yàn)。處理結(jié)束后進(jìn)行抽濾,濾渣經(jīng)干燥得到IDF;收集濾液,于60℃下減壓濃縮后,加入4倍體積無水乙醇密閉,靜置過夜,再次抽濾,將抽濾后的沉淀物干燥得到SDF[5]。

      1.3.3 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      以沙果渣為原料,以SDF/TDF為指標(biāo),根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果,在料水比為1∶10條件下,對纖維素酶用量(A)、酶解時(shí)間(B)、酶解溫度(C) 和pH值(D)等因素進(jìn)行單因素試驗(yàn)。其中,纖維素酶用量選擇30,40,50,60,70 U/g;酶解時(shí)間分別為40,60,80,100,120 min;酶解溫度分別為30,35,40,45,50℃;pH值分別為4.2,4.4,4.6,4.8,5.0。每個(gè)水平重復(fù)3次。

      1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇每個(gè)因素的合適水平,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),以確定最適的纖維素酶酶解條件。

      正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1。

      1.3.5 理化性質(zhì)測定

      (1) 膳食纖維含量測定。不溶性膳食纖維(IDF)和可溶性膳食纖維(SDF) 的測定,參照AACC32—06的方法測定。

      表1 正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

      (2) 持水力(WHC)的測定。準(zhǔn)確稱取沙果渣膳食纖維干樣(m1)1.0 g置于50 mL離心管(m0)中,加入10 mL蒸餾水浸泡,搖勻,室溫下靜置1 h,以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min,棄去上清液,用濾紙吸干離心管殘留水分后稱量樣品質(zhì)量(m2),計(jì)算WHC。

      式中:m1——樣品干樣質(zhì)量,g;

      m2——樣品吸水質(zhì)量,g;

      m0——離心管質(zhì)量,g。

      (3) 持油力(OHC) 的測定。準(zhǔn)確稱取沙果渣膳食纖維干樣(m1)1.0 g置于50 mL離心管(m0)中,加入10 mL大豆油搖勻,室溫下靜置1 h,以轉(zhuǎn)速5 000 r/min離心20 min,小心棄去上層油液后,稱量樣品質(zhì)量(m2),計(jì)算OHC。

      式中:m1——樣品干樣質(zhì)量,g;

      m2——樣品吸附油脂質(zhì)量,g;

      m0——離心管質(zhì)量,g。

      (4)膨脹力(SC)測定。準(zhǔn)確稱取沙果渣膳食纖維干樣0.5 g置25 mL刻度試管中,讀取樣品干樣體積(V0),加入20 mL蒸餾水,振蕩搖勻,于室溫下放置24 h,測定其膨脹體積后體積(V1),計(jì)算SC。

      式中:V1——樣品膨脹后體積,mL;

      V0——樣品干樣體積,mL;

      m——樣品干樣質(zhì)量,g。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 纖維素酶用量對SDF/TDF的影響

      在纖維素酶作用下,大分子的纖維素可降解成低分子量的多糖、寡糖和單糖,使部分IDF轉(zhuǎn)化成SDF,從而增加SDF的含量。

      纖維素酶用量對SDF/TDF的影響見圖1。

      圖1 纖維素酶用量對SDF/TDF的影響

      由圖1可知,當(dāng)纖維素酶用量較低時(shí),SDF/TDF得率較低,隨纖維素酶用量的增加,其SDF/TDF逐漸上升,繼續(xù)增加反而使SDF/TDF降低,這是因?yàn)橹苽銼DF的過程中,添加適量纖維素酶可使沙果渣中IDF發(fā)生降解,分子鏈切斷,使分子量降低,溶解度發(fā)生變化,一部分IDF轉(zhuǎn)化成SDF,從而使得率隨著纖維素酶的增加而增加。IDF降解為分子量較小的低聚糖甚至單糖,由于聚合度低而無法被乙醇沉淀,從而使SDF/TDF降低。因此,選擇50 U/g作為纖維素酶的合適用量。

      2.2 酶解時(shí)間對SDF/TDF的影響

      酶解時(shí)間對SDF/TDF的影響見圖2。

      圖2 酶解時(shí)間對SDF/TDF的影響

      由圖2可知,當(dāng)酶解時(shí)間增加時(shí),SDF的得率逐漸增加,增加到一定程度,繼續(xù)延長酶解時(shí)間,SDF的得率平穩(wěn)。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行,產(chǎn)物濃度較大,這對酶解反應(yīng)有一定的反饋抑制作用。酶解時(shí)間在80 min時(shí),SDF/TDF達(dá)到16.20%,之后趨于平穩(wěn)。因此,酶解時(shí)間80 min較為合適。

      2.3 酶解溫度對SDF/TDF的影響

      酶解溫度對SDF/TDF的影響見圖3。

      圖3 酶解溫度對SDF/TDF的影響

      由圖3可知,隨著酶解溫度的升高,一方面酶活性逐漸增加,酶解溫度45℃時(shí),達(dá)到纖維素酶的最適酶解溫度,此時(shí)酶解率最高;另一方面酶分子和底物分子熱運(yùn)動(dòng)速度增加,提高了分子之間的碰撞效率,從而使反應(yīng)效率提高,SDF/TDF也增加。當(dāng)酶解溫度繼續(xù)增加時(shí),部分酶分子發(fā)生變性,致使酶活下降,從而使反應(yīng)速度下降,SDF/TDF降低。因此,將45℃為纖維素酶作用沙果渣的合適酶解溫度。

      2.4 pH值對SDF/TDF的影響

      pH值對SDF/TDF的影響見圖4。

      圖4 pH值對SDF/TDF的影響

      由圖4可知,隨著pH值的增大,纖維素酶活逐漸增加,酶解率增加,SDF/TDF逐漸升高。但是,當(dāng)pH值達(dá)到4.6后,繼續(xù)增大pH值,有可能破壞酶的空間構(gòu)象,使部分酶分子失活,也可能影響酶活性中心催化基團(tuán)的解離狀態(tài)和底物的解離狀態(tài),使底物不能與酶活性中心結(jié)合,從而影響造成SDF/TDF下降。因此,纖維素酶作用沙果渣的合適pH值為4.6。

      2.5 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

      在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以纖維素酶用量(A)、酶解時(shí)間(B)、酶解溫度(C)、pH值(D) 為考查因素,以SDF/TDF為指標(biāo),設(shè)計(jì)四因素三水平即L9(34)正交試驗(yàn),對沙果渣膳食纖維提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

      纖維素酶酶解正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

      表2 纖維素酶酶解正交試驗(yàn)結(jié)果

      由極差分析結(jié)果可知,影響沙果渣SDF/TDF值大小的因素按主次順序?yàn)锳>B>C>D,其中纖維素酶的用量對結(jié)果影響最大,酶解時(shí)間和酶解溫度影響次之。分析所得的最佳組合為A2B2C3D2,由于A2B2C3D2不在1~9號試驗(yàn)中,故進(jìn)行了一組驗(yàn)證性試驗(yàn),結(jié)果得到SDF/TDF平均值為18.86%。因此,最終確定沙果渣纖維素酶酶解的最佳工藝條件為纖維素酶用量50 U/g,酶解時(shí)間80 min,酶解溫度45℃,pH值4.6,在該條件下SDF/TDF為18.86%。

      2.6 酶解工藝正交優(yōu)化條件下膳食纖維特性

      在纖維素酶用量50 U/g,酶解時(shí)間80 min,酶解溫度45℃,pH值4.6的情況下,得到的膳食纖維呈淡黃色。

      沙果渣制備膳食纖維的理化指標(biāo)見表3。

      表3 沙果渣制備膳食纖維的理化指標(biāo)

      由表3可知,該膳食纖維持水力為6.87 g/g,持油力為7.36 g/g,膨脹力為6.54 mL/g,其持水力和膨脹力都較好。

      3 結(jié)論

      纖維素酶酶法制備高活性沙果渣膳食纖維,最佳工藝條件為纖維素酶用量50 U/g,酶解時(shí)間80 min,酶解溫度45℃,pH值4.6;此時(shí)SDF/TDF為18.86%。

      參考文獻(xiàn):

      [1]Burton Freeman B,Liyanage D,Rahman S,et al.Ratios of soluble and insoluble dietary fibers on satiety and energy intake in overweight pre-and postmenopausal women[J].Nutrition and Healthy Aging,2017,4 (2):157-168.

      [2]涂宗財(cái),李金林,汪菁琴,等.微生物發(fā)酵法研制高活性大豆膳食纖維的研究 [J].食品工業(yè)科技,2005,26 (5):49-51.

      [3]Yangilar filiz.The application of dietary fibre in food industry structural features,effects on health and definition,obtaining and analysis of dietary fibre:A review[J].Journal of Food and Nutrition Research,2013,1(3):13-23.

      [4]王慶玲,朱莉,孟春棉,等.番茄皮渣膳食纖維的理化性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)表征 [J].現(xiàn)代食品科技,2014,30(11):60-64.

      [5]侯麗娟,牟建樓,何思魯,等.不同提取方式對蘋果渣中膳食纖維品質(zhì)的影響研究 [J].食品科技,2016,41(6):255-259.◇該條件下膳食纖維呈淡黃色,其持水力為6.87 g/g,持油力為7.36 g/g,膨脹力為6.54 mL/g??梢?,選用纖維素酶酶解提取沙果渣膳食纖維效果是非常好的。

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