火龍果果皮中水溶性膳食纖維的制備

牛春艷　鄭思蒙　吳瓊

摘 要：本文主要研究了超聲波-酶法制備火龍果果皮中膳食纖維的工藝。通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，確定了最佳制備工藝條件。最佳制備條件為：纖維素酶用量0.6%，超聲時(shí)間25 min，pH 5.0，酶解溫度55 ℃。在此條件下，水溶性膳食纖維最佳得率是37.50%。

關(guān)鍵詞：火龍果果皮;膳食纖維;超聲波-酶法;制備

Abstract：The preparation of dietary fiber in the pericarp of pitaya by ultrasonic-assisted enzymatic extraction was studied in this paper， including the optimum preparation conditions were determined by single factor and orthogonal test. The optimum preparation conditions were as follows： cellulase dosage 0.6%， ultrasonic time 25 min， pH 5.0， enzymatic temperature 55 ℃. Under these conditions， the optimum yield of water-soluble dietary fiber was 37.50%.

Key words：Pericarp of pitaya; Dietary fiber; Ultrasonic-assisted enzymatic extraction; Preparation

中圖分類(lèi)號(hào)：TS209

膳食纖維（DF）是指不能被人體內(nèi)源酶消化吸收的可食性植物細(xì)胞、多糖、木質(zhì)素以及相關(guān)物質(zhì)的總和。膳食纖維是功能性食品一種重要的基料，對(duì)人體健康有非常重要的作用，尤其對(duì)促進(jìn)良好的消化和排泄固體廢物有著舉足輕重的作用。適當(dāng)?shù)难a(bǔ)充膳食纖維，可以防止便秘和降低腸癌的風(fēng)險(xiǎn);同時(shí)可以降低膽固醇，預(yù)防膽結(jié)石、高脂血癥和心血管疾病并且預(yù)防糖尿病和改善腸道菌群。膳食纖維雖不具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，但具有的物化特性使它具有獨(dú)特生理功能和營(yíng)養(yǎng)保健作用因此被稱為繼碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)和水之后的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”[1-3]。我國(guó)膳食纖維的生產(chǎn)用料來(lái)源十分廣闊，火龍果在加工利用過(guò)程中果皮作為加工廢棄物被浪費(fèi)?，F(xiàn)在很多研究者發(fā)現(xiàn)其果皮中含有很多功能性成分并不斷加以利用，這對(duì)實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的綜合利用、變廢為寶、造福人類(lèi)意義重大[4-5]。超聲波-酶法操作條件溫和，沉淀效能高，沉淀后能溶解組成細(xì)胞壁的纖維素、果膠以及蛋白質(zhì)等，從而減少溶劑在提取時(shí)來(lái)自細(xì)胞壁的阻力，加速有效成分溶出，從而提高有效成分的提取效率，縮短提取時(shí)間。酶法提取膳食纖維因條件溫和，副產(chǎn)物少，產(chǎn)品品質(zhì)良好，且對(duì)環(huán)境污染較小而具有很好的發(fā)展前景。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

（1）實(shí)驗(yàn)材料。果皮，從加工廠獲得;纖維素酶，酶活力 50 000 U·g-1。

（2）設(shè)備。萬(wàn)分之一電子分析天平，北京京海佳業(yè)科貿(mào)有限公司生產(chǎn);DHG-9030A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn);SH-500W超聲波清洗機(jī)，浙江嘉善設(shè)備廠生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

果皮→干燥→稱量→乙酸乙酯脫脂→常壓過(guò)濾→蒸餾水漂洗數(shù)次→超聲波酶法提取→蒸餾水漂洗數(shù)次→過(guò)濾→烘干→磨細(xì)→成品。

1.2.2 單因素試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)脫脂的樣品，固定其他因素水平，分別改變纖維素酶用量、超聲時(shí)間、pH值及酶解溫度，考察單因素對(duì)膳食纖維得率的影響。

（1）纖維素酶用量的確定。準(zhǔn)確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶超聲時(shí)間20 min，pH為4.5，酶解溫度55 ℃，分別在纖維素酶量為0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%和0.9%的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用來(lái)考察纖維素酶用量對(duì)膳食纖維得率的影響。

（2）纖維素超聲時(shí)間的確定。準(zhǔn)確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶量0.6%，pH為4.5，酶解溫度55 ℃，分別在超聲時(shí)間為10、15、20、25 min和30 min的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用來(lái)考察纖維素酶超聲時(shí)間對(duì)膳食纖維得率的影響。

（3）纖維素酶pH值的確定。準(zhǔn)確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶量0.6%，超聲時(shí)間20 min，纖維素酶酶解溫度55 ℃，分別在纖維素酶pH值為3.5、4.0、4.5、5.0和5.5的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用來(lái)考察纖維素酶pH對(duì)膳食纖維得率的影響。

（4）纖維素酶溫度的確定。準(zhǔn)確稱取12 g脫脂樣品，按照1.2.1工藝流程操作，確定纖維素酶量0.6%，纖維素酶超聲時(shí)間20 min，纖維素酶pH為4.5，分別在纖維素酶酶解溫度為45、50、55、60 ℃和65 ℃的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用來(lái)考察纖維素酶酶解溫度對(duì)膳食纖維得率的影響。

1.2.3 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)

依據(jù)單因素試驗(yàn)初步確定的提取工藝條件，選擇纖維素酶用量、處理時(shí)間、pH及其溫度作為試驗(yàn)因子，以膳食纖維得率為指標(biāo)，進(jìn)行L9（34）正交試驗(yàn)。

1.2.4 膳食纖維得率的計(jì)算

式中，m0-火龍果果皮粉末質(zhì)量，單位為g;m1-稱量瓶質(zhì)量，單位為g;m2-稱量瓶和火龍果果皮水溶性膳食纖維的總質(zhì)量，單位為g。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 纖維素酶用量對(duì)膳食纖維得率的影響

纖維素酶用量對(duì)膳食纖維得率的影響見(jiàn)表1。

由表1可知，纖維素酶用量在0.4%～0.6%時(shí)，膳食纖維得率逐漸增加;酶用量0.6%時(shí)膳食纖維得率最高;隨著酶用量的增加，膳食纖維得率反而略有下降，這可能是因?yàn)樯攀忱w維中含一定量的淀粉，過(guò)量的纖維素酶促使了淀粉降解。

2.1.2 超聲時(shí)間對(duì)膳食纖維得率的影響

超聲時(shí)間對(duì)膳食纖維得率的影響見(jiàn)表2。

由表2可知，超聲時(shí)間對(duì)膳食纖維的得率有一定的影響。超聲時(shí)間在20～30 min時(shí)，膳食纖維的得率隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增加。當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到25 min時(shí)，膳食纖維得隨超聲時(shí)間增加變化很小?？紤]到節(jié)約時(shí)間的原因，選擇超聲時(shí)間25 min較為適宜。

2.1.3 纖維素酶pH對(duì)膳食纖維得率的影響

纖維素酶pH對(duì)膳食纖維得率的影響見(jiàn)表3。

由表3可知，纖維素酶pH在3.5～4.5時(shí)，膳食纖維得率逐漸增加;當(dāng)pH值為4.5時(shí)，膳食纖維得率最大;當(dāng)纖維素酶pH在4.5～5.5時(shí)，粗膳食纖維得率反而略有下降。這可能是因?yàn)樯攀忱w維中仍含有一部分蛋白質(zhì);也可能是因?yàn)樯攀忱w維中含有碳氮鍵，有部分水溶性膳食纖維的流失，所以造成膳食纖維得率的降低。

2.1.4 纖維素酶酶解溫度對(duì)膳食纖維得率的影響

纖維素酶酶解溫度對(duì)膳食纖維得率的影響見(jiàn)表4。

由表4可知，纖維素酶酶解溫度對(duì)膳食纖維的得率有一定的影響。酶解溫度在45～55 ℃時(shí)，膳食纖維的得率隨酶解溫度的變化逐漸增加。當(dāng)酶解溫度達(dá)到55 ℃時(shí)，膳食纖維得率隨酶解溫度增加變化很小?？紤]到溫度變化的原因，選擇酶解溫度在55 ℃較為適宜。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

選擇纖維素酶用量、超聲時(shí)間、pH及其酶解溫度作為試驗(yàn)因子，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，正交設(shè)計(jì)見(jiàn)表5，結(jié)果見(jiàn)表6。

由極差分析可知，4種因素對(duì)提取效果的影響大小依次為D>A>C>B，即纖維素酶酶解溫度>纖維素酶量>纖維素酶pH>超聲時(shí)間，其中纖維素酶酶解溫度是影響最大的因子。通過(guò)正交試驗(yàn)k值分析可以看出豆渣中膳食纖維的最佳提取工藝條件為A2B2C3D2，即纖維素酶用量0.6%，超聲時(shí)間25 min，纖維素酶pH 5.0，纖維素酶酶解溫度55 ℃。在此工藝條件下膳食纖維的得率達(dá)到37.50%。

3 結(jié)論

本文主要研究了火龍果果皮中膳食纖維的超聲波酶法提取工藝。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，研究了纖維素酶用量、超聲時(shí)間、pH以及酶解溫度對(duì)果皮中膳食纖維得率的影響，結(jié)果顯示纖維素酶酶解溫度>纖維素酶量>pH>超聲時(shí)間，其中酶解溫度是影響最大的因子。確定了果皮中膳食纖維制備的最佳工藝條件：纖維素酶用量0.6%，超聲時(shí)間25 min，纖維素酶pH為5.0，酶解溫度55 ℃。在此條件下，果皮中水溶性膳食纖維最佳得率是37.50%。超聲波酶法提取膳食纖維條件溫和，副產(chǎn)物少，產(chǎn)品品質(zhì)良好，且對(duì)環(huán)境污染較小，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

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