酶法制备芋头不溶性膳食纤维的研究

黄雪 邓天祥 朱家琪 李丽 何莉萍

摘要：为了避免芋头制成饮料后膳食纤维作为废弃物被浪费，采用酶法提取芋头不溶性膳食纤维，对酶解温度、料液比、pH值、加酶量进行单因素试验及正交试验分析。结果表明，酶法提取芋头不溶性膳食纤维的最佳工艺条件为酶解温度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.0，淀粉酶用量0.18 g。经验证试验，得到芋头不溶性膳食纤维的平均提取率为4.125%。經60 ℃烘干的芋头不溶性膳食纤维呈淡黄色，可以直接用作食品配料。

关键词：芋头；膳食纤维；酶法

中图分类号：TS255 文献标志码：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.002

文章编号：1671-9646（2018）03a-0004-03

Abstract：In order to avoid taro beverage making，its dietary fiber was wasted. The taro IDF was extracted by enzyme method. The temperature，material liquid ratio，pH and enzyme amount were analyzed by single factor experiment and orthogonal test. The results showed that the best process of enzymatic extraction of IDF from taro was as follows the temperature of enzymatic hydrolysis 60 ℃，the ratio of material to liquid 1∶10，pH 6.0，and the amount of amylase 0.18 g. The average extraction rate of the insoluble dietary fiber of taro was 4.125%. The IDF of taro，which has been dried at 60 ℃，was light yellow and could be used as a food ingredient.

Key words：taro；dietary fiber；enzyme method

0 引言

芋头（Colcasia esculenta（L.）Schott）别名芋魁、俗称芋艿，属天南星科植物。我国芋头种植资源丰富、品种多样，广泛种植于福建、广东、广西、湖南、湖北、山东等地。芋头加工成饮料后，其副产物的渣中含有一定量的不溶性膳食纤维，如何将这部分不溶性膳食纤维收集起来用于其他食品的生产，是课题研究的主要内容。膳食纤维是一种不被人体消化酶所消化的碳水化合物，被称为第七大营养素。膳食纤维具有防治结肠癌、冠心病、便秘、糖尿病、预防肥胖、降血压等功能，在抗肿瘤方面也有较好的效果[1]。目前，提取膳食纤维的方法主要有酸法、碱法、酶法、膜分离法等，其中酶法制备的过程，条件较温和，生产出来的膳食纤维色泽好，因此大部分食品用膳食纤维都采用酶法制备[2-3]。试验以芋头制得饮料后的副产物为原料，分别加入淀粉酶和蛋白酶水解，研究酶处理的相关参数，对生产工艺进行优化，以期能够最大限度地提取芋头膳食纤维，提高芋头的资源利用率和经济附加值，为农产品的深加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

芋头，购于武汉白沙洲大市场；中温淀粉酶（酶活3 000 U/mL），夏盛实业集团有限公司提供；碱性蛋白酶（酶活200 000 U/g），南宁庞博生物工程有限公司提供。

HH-S2型电热恒温水浴锅，力辰科技有限公司产品；分析天平，梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司产品；DS-1型高速组织捣碎机，上海标本模型厂产品；GZX-907MBE型电热恒温烘箱，上海博讯实业有限公司产品；SHZ-D（III）循环水真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 芋头膳食纤维制备工艺流程[4]

滤液→生产饮料

芋头→清洗→匀浆→400目滤布过滤→滤渣→加水调pH值→加淀粉酶水解→400目滤布过滤→滤渣加水调pH值至9.0→加碱性蛋白酶水解→抽滤→水洗至中性→抽滤→60 ℃烘干。

1.2.2 中温淀粉酶水解芋头淀粉工艺优化[5]

（1）酶法水解芋头淀粉单因素试验设计。取新鲜无霉烂的芋头进行清洗、去皮、切块，称取20 g；以不同料液比，用高速组织捣碎机先以低速捣碎 10 s，再以高速捣碎15 s；用400目滤布过滤，取滤渣后加水调pH值，置于不同的酶解温度；加入淀粉酶水解1 h，过滤，调pH值至9.0后，加入0.01 g碱性淀粉酶水解、抽滤；加水，水洗至中性，再次抽滤后烘干。

芋头不溶性膳食纤维单因素与水平设计见表1。

（2）正交试验设计优化芋头不溶性膳食纤维提取工艺[7]。根据单因素试验，运用正交试验设计，选择酶用量、料液比、酶解温度、pH值4个因素，采用四因素三水平试验设计，进行优化芋头不溶性膳食纤维的提取工艺。

芋头不溶性膳食纤维正交试验设计见表2。

1.2.3 芋头不溶性膳食纤维得率的计算

准确称取芋头的质量，记为m1，经淀粉酶及碱性蛋白酶水解后，抽滤、水洗至中性，再次抽滤后，将滤渣置于60 ℃烘箱中干燥至恒质量，得到芋头不溶性膳食纤维提取物，准确称量其质量，记为m2。芋头不溶性膳食纤维按照式（1）进行计算。

1.2.4 芋头不溶性膳食纤维含量的测定

膳食纤维含量参照AOAC酶-质量法进行测定。

2 结果与分析

2.1 淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图1。

芋头中含有大量淀粉，在制备不溶性膳食纤维的过程中，去除淀粉是最关键的步骤。采用α -淀粉酶將淀粉水解为小分子的糖类，使其溶于水中，利用抽滤将其去除。由图1可知，曲线走势陡峭，说明淀粉酶用量对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响较大，这主要是因为芋头中淀粉含量较多所导致。随着酶用量的增加，不溶性膳食纤维提取率增大，但在酶用量为0.2 g时，增大的趋势放缓，再提高淀粉酶的用量，不溶性膳食纤维提取率提高不大，因此，综合考虑，确定淀粉酶用量为0.2 g。

2.2 料液比对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

料液比对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图2。

由图2可知，曲线走势平稳，说明料液比对芋头不溶性膳食纤维的提取率影响相对较小。当料液比较低时，芋头不溶性膳食纤维的提取率较低，是因为水相体系中，固相过高不利于淀粉水解，当料液比较高时，芋头不溶性膳食纤维的提取率也有所下降，这可能是因为水增加后，收集不溶性膳食纤维有一定困难，部分不溶性膳食纤维在抽滤的过程中有损失。

2.3 酶解温度对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

酶解温度对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图3。

由图3可知，酶解温度升高，分子运动加剧，酶促反应速度加快，当酶解温度到达60 ℃时，芋头不溶性膳食纤维提取率达到最高，即该淀粉酶的最适酶解温度为60 ℃。当酶解温度大于60 ℃后，芋头不溶性膳食纤维提取率下降，这是因为淀粉酶为蛋白质，在高温下容易发生变性。酶解温度大于60 ℃后，中温淀粉酶发生轻微变性，导致水解能力下降，淀粉水解不够彻底，烘干的产品中，淀粉含量过高，膳食纤维含量过低。

2.4 pH值对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响

pH值对芋头不溶性膳食纤维提取率的影响见图4。

当pH值升高时，芋头不溶性膳食纤维提取率显著提高，这是因为在pH值6.5时，达到淀粉酶的最适pH值。当pH值升高后，淀粉酶的酶活明显下降，在下降到一定幅度时，趋于平缓。

2.5 正交试验设计优化芋头不溶性膳食纤维提取工艺

芋头不溶性膳食纤维提取工艺L9（34）正交试验设计结果见表3。

由表3可知，各因素在试验中的主次顺序为酶解温度>料液比>pH值>淀粉酶用量，即酶解温度对芋头不溶性膳食纤维的提取率影响最大，酶量对其影响最小。提取工艺的最优组合为A2B2C2D1，即芋头不溶性膳食纤维提取的最佳工艺为酶解温度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶用量0.18 g。根据最优工艺条件对芋头中不膳食纤维进行提取，经3次验证，所得不溶性膳食纤维的平均提取率为4.125%。

3 结论

采用酶法提取芋头不溶性膳食纤维，对酶解温度、料液比、pH值、加酶量进行单因素试验及正交试验分析，得到最佳工艺为酶解温度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶量0.18 g。经验证试验，得到芋头不溶性膳食纤维的平均提取率为4.125%。经60 ℃烘干的芋头不溶性膳食纤维，其颜色为淡黄色，可以直接用作食品配料。

参考文献：

高晓丽，王瑞，闫艳华，等. 碱法提取黍米粉膳食纤维的研究[J]. 安徽农学通报，2017，23（21）：105-107.

刘宁，戴瑞，刘涛，等. 膳食纤维脱色技术的研究进 展[J]. 农产品加工，2016（12）：65-68，71.

胡杨，周梦舟. 膳食纤维在食品中应用的研究进展[J].粮油食品科技，2017，4（25）：52-55.

曹晟，黄雪，邓天祥，等. 芋头清汁饮料生产工艺的研究[J]. 食品研究与开发，2017，38（19）：92-97.

千春录，王兢业，戴露婷，等. 水芹膳食纤维提取工艺优化及其特性[J]. 食品工业科技，2017，38（21）：119-124.

吴俊男，马森，王晓曦，等. 小麦麸皮膳食纤维的超声波-酶法改性研究[J]. 粮食与油脂，2017，30（6）：22-26.

丁莎莎，黄立新，张彩虹，等. 油橄榄果渣膳食纤维碱法提取工艺优化及其理化性质研究[J]. 林产化学与工业，2017，37（1）：116-122.