本文關(guān)鍵詞：荸薺皮膳食纖維酶化學(xué)法提取工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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趙力超， 毛 新， 黃利華， 嚴勇強 （ 1. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院， 廣東廣州 510642； 2. 廣州城市職業(yè)學(xué)院建筑環(huán)境與食品工程學(xué)院 ， 廣東廣州 510405 ）
摘 要： 研究了 α－淀粉酶與 NaOH 共同提取荸薺皮膳食纖維的工藝流程及要點。在確定了 α－ 淀粉酶酶解工藝的基

NaOH 用量、 礎(chǔ)上， NaOH 濃度、 以 堿解時間

、 堿解溫度為 4 個主要影響因素進行單因素及正交實驗， 從而獲得最佳工藝 NaOH 濃度為 2% 、 NaOH 用量 20mL、 條件。結(jié)果表明： 酶化學(xué)法在 α － 淀粉酶用量為 0.2mL / g、 酶解時間 1.5h、 堿解溫 度 50℃ 、 堿解時間 1.5h 的條件下， 荸薺皮膳食纖維的得率為 29.45% ， 產(chǎn)品純度為 93.30% ， 各項指標(biāo)均優(yōu)于化學(xué)法。 關(guān)鍵詞： 荸薺， 膳食纖維， 提取， 酶化學(xué)法

Study on extraction of dietary fiber from water chestnut pericarp by zymochemistry method
ZHAO Li－chao， MAO Xin， HUANG Li－h(huán)ua， YAN Yong－qiang （ 1.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China； 2.School of Architecture，Environment and Food Engineering，Guangzhou City Polytechnic，Guangzhou 510405， China） Abstract： The process and elements of extraction of dietary fiber from water chestnut pericarp by zymochemistry method were studied in this paper. The optimum conditions of enzymolysis of α － amylase were determined by single factor test，then NaOH concentration，NaOH consumption，the affected time of NaOH，the affected temperature of NaOH as factors of single factor test and orthogonal test. Extraction of dietary fiber from water then 2% NaOH， 4mL / g NaOH， 50℃， and 1.5h lead to the highest chestnut with 0.2mL / g α － amylase and 1.5h， extraction yield， 29.45% dietary fiber， the purity was 93.30% .Compared with chemistry method， zymochemistry method must be better. Key words： water chestnut； dietary fiber； extraction； zymochemistry method 中圖分類號： TS255.1 文獻標(biāo)識碼： B 文 章 編 號： 1002－0306（ 2009） 11－0244－04 凈、 干燥、 粉碎過 30 目篩后備用； 耐高溫 α－ 淀粉酶 食品級； 高溫淀粉酶制劑 蘇宏牌； 十二烷基硫酸鈉 化學(xué)純； 無水乙醇、 丙酮、 乙二醇乙醚、 無水亞硫酸 鈉、 四硼酸鈉、 乙二胺四乙酸二鈉、 無水磷酸氫二鈉、 磷酸二氫鈉 均為分析純。 pHS － 3C 精 密 pH 計， 馬福爐， 環(huán) 水 真 空 泵， 循 2200 自動蒸餾、 EH20 系列微控數(shù)顯電熱 定氮裝置， 板， 電動植物粉碎機。

荸薺（ Eleocharis tuberosa） 原產(chǎn)我國， 屬莎草科多 年生草本植物， 具有特殊的營養(yǎng)和保健價值， 可生吃 包括 亦可熟食。目前開發(fā)出的荸薺產(chǎn)品種類很多， 荸薺果 脯、 薺 清 水 罐 頭、 薺 糕、 薺 糖、 薺 飲 荸 荸 荸 荸 ［ 1－5］ 。據(jù)不完全統(tǒng)計， 荸薺果醬等產(chǎn)品 我國 荸 薺 料、 而 年總 產(chǎn) 量 超 過 80 萬 t， 荸 薺 皮 占 其 總 質(zhì) 量 的 ［ 6］ 26% ， 預(yù)計每年產(chǎn)生的荸薺皮在 20 萬 t 以上， 而棄 去的荸薺皮會造成極大的資源浪費和環(huán)境污染。研 究表明， 薺 皮 富 含 人 體 健 康 不 可 缺 少 的 食 物 成 荸 ［ 7－9］ — 。本研究選用酶化學(xué)法提取荸薺 分——膳食纖維 膳食纖維， 有別于傳統(tǒng)的化學(xué)法。這種新的提取荸 薺膳食纖維的方法不僅提高了荸薺產(chǎn)品加工的綜合 利用率和產(chǎn)品附加值， 而且對保護環(huán)境及提高企業(yè) 經(jīng)濟效益均有重大意義。

1.2
1.2.1

實驗方法
工藝流程

荸薺皮→脫色素→過濾→濾渣→溶解

→酶解→堿解→過濾→濾渣→洗滌→干燥→產(chǎn)品 1.2.2 操作要點
1.2.2.1 1.2.2.2 1.2.2.3 脫色素 溶解 酶解 稱取 5g 荸薺皮， 按料液比 1 ∶10 加 按料液比 1∶10 加入 pH 6.0 的磷酸鹽 加入適量的耐高溫 α－ 淀粉酶（ 蘇宏 無水乙醇， 在室溫下浸泡 8h 后過濾， 洗滌濾渣。 緩沖溶液溶解。 牌高溫淀粉酶液體制劑， 酶活力單位為 35000cu / mL，

1
1.1

材料與方法
材料與儀器
荸薺皮 采集于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)菜市場， 將其洗

收稿日期： 2009－02－27 作者簡介： 趙力超（ 1979－ ） ， 碩士， 男， 講師， 研究方向： 食品化學(xué)與功 能食品。

pH6.0 條 一個酶活力單位定義為 1mL 酶液在 75℃ ， 1min 液化可溶性淀粉 1mg） ， 件下， 在溫度為 90℃ 、 pH 6.0 的條件下酶解一定時間。

244

1.2.2.4

堿解

加入一定濃度適量的 NaOH 溶液， 于

所示。 從表 1 可以看出， 酶解反應(yīng)前 30min， 各組的酶 60min 時不同酶用量 解程度都比較低， 無明顯區(qū)別， 0.24、 0.28mL / g 酶用量為 0.20、 的顏色反應(yīng)變化明顯， 60min 后淀粉的水解 的反應(yīng)液在 α－ 淀粉酶作用下， 90min 時已基本水解完全， 樣品液中 程度明顯增高， 顏色接近無色， 且隨后 50min 都不再發(fā)生變化。因 最適酶解 此確定 α－ 淀粉酶的最適用量為 0.2mL / g， 時間為 1.5h。另外， 通過荸薺皮淀粉與碘酒的顏色 反應(yīng)呈紫色可知， 荸薺皮中支鏈淀粉的含量比直鏈 淀粉高。

以去除蛋白質(zhì)和脂肪。 一定溫度下水解一定時間， 1.2.3 酶解工藝 酶制劑產(chǎn)品說明書顯示， 該酶的 最適反應(yīng)溫度為 90℃ ， 所以僅對 最適 pH 條件為 6.0， 酶用量及酶解時間進行單因素實驗， 進而確定酶解 工藝條件。 準(zhǔn)確稱取 7 份已脫色素的荸薺皮樣品于錐形瓶 每份樣品 5g， 各加入 50mL pH 6.0 的磷酸鹽緩沖 中， 1 ～ 7 順 序 分 別 加 入 α － 淀 粉 酶 0.04、 溶液， 編 號 按 0.08、 0.12、 0.16、 0.20、 0.24、 0.28mL / g 荸薺皮樣品， 在 90℃ 條件下進行酶解， 在酶解初期， 每隔 30min 分別 取少量反應(yīng)液于小玻璃皿中， 1 滴 I2 － KI 溶液， 滴 并 觀察反應(yīng)液的變色情況； 酶解 90min 后， 10min 取 每 樣檢測一次。 1.2.4 堿解工藝 在堿解工藝中， 影響荸薺膳食纖

2.2
2.2.1

堿解工藝的確定
單因素實驗 稱取 5g 荸薺皮粉末， 固定耐高

溫 α － 淀 粉 酶 的 用 量 為 1mL， 料 液 比 1 ∶ 10 （ 即 按 50mL） 加入 pH6.0 的緩沖溶液溶解樣品， 在酶解時間 1.5h， 酶解溫度為 90℃ 的條件下得到的酶解樣品， 再 用該樣品進行堿用量、 堿濃度、 堿解時間和堿解溫度 的單因素實驗。 2.2.1.1 堿用量的最佳因素水平的確定 選取堿用 40、 80、 量為 20、 60、 100mL， 在堿濃度 6% 、 堿解溫度 平， 結(jié)果見表 2。

維得率和純度的因素很多， 經(jīng)過前期研究和實驗， 確 定 4 個 影 響 較 大 的 因 素 為 主 要 因 素： NaOH 用 量、 NaOH 濃度、 堿解時間、 堿解溫度。本研究分別對四 種主要影響因素進行單因素以及正交實驗， 確定出 最佳工藝條件。 1.2.5 膳食纖維提取率、 純度及綜合得分 通過對

50℃ 條件下堿解 1.5h， 研究樣品堿解的最佳用量水

發(fā)現(xiàn)荸薺皮中可溶性膳食 荸薺皮各成分進行測定， 而不溶性膳食纖維的含量卻高 纖維的含量約為 1% ， 達 33% ， 考慮到經(jīng)濟性和可操作性， 僅提取荸薺不溶 性膳食纖維， 并以不溶性膳食纖維的得率、 純度以及 兩者的綜合情況為評價指標(biāo)。兩者的綜合情況用綜 合得分計算， 利用 SPSS15.0 統(tǒng)計軟件對綜合得分的 兩因子得率和純度進行方差分析， 得出得率∶ 純度 = 2∶1。 綜合得分采取 100 分制， 產(chǎn)品得率、 純度均以干 基計算： 得率（ % ） = 產(chǎn)品的質(zhì)量 × 100% 荸薺皮原料的質(zhì)量

表2 堿用量（ mL） 20 40 60 80 100

堿用量對荸薺中膳食纖維提取的影響 提取率（ % ） 22.4 18.9 18.4 18.2 17.4 純度（ % ） 70.3 78.3 79.0 79.2 80.0 綜合得分 38.4 38.7 38.6 38.5 38.3

由表 2 可知， 隨著氫氧化鈉用量的增加， 提取率 純度則隨著堿用量的增加呈上升 總體呈下降趨勢， 提取率下 趨勢。在堿的添加量為 20 ～40mL 范圍內(nèi)， 降速度比較快， 最后趨向于平緩； 對應(yīng)的純度也迅速 上升， 用量大于 40mL 后純度平緩上升。這是由于原 料中的蛋白質(zhì)在堿性條件下溶解， 同時皂化水解原 料中的少量脂肪， 雜質(zhì)不斷減少。在過量的氫氧化 鈉溶液中， 果膠中的果膠酯酸組分會完全被脫去甲 基而溶解， 半纖維素也能溶于堿溶液中， 不溶性膳食 纖維有所損失所致。但是不溶性膳食纖維與氫氧化 鈉的反應(yīng)速度比其它物質(zhì)要慢， 因此隨著堿用量的 增加， 提取率下降及純度提高得比較慢。堿用量在

產(chǎn)品中不溶性膳食纖維的質(zhì)量 × 100% 純度（ % ） = 產(chǎn)品的質(zhì)量 綜合得分 = 得率 × 2 + 純度 × 1 3 ×%

荸薺樣品及最終產(chǎn)品中不溶性膳食纖維的測定 （ 均采用《食 品 中 不 溶 性 膳 食 纖 維 的 測 定 》 GB / T 5009.88－2003） 的酶水解法。

2
2.1

結(jié)果與討論
酶解工藝的確定
酶解反應(yīng)過程中反應(yīng)液的顏色實驗結(jié)果如表 1

表1

酶解反應(yīng)過程中反應(yīng)液的顏色實驗結(jié)果

反應(yīng)時間（ min） 酶用量 （ mL / g） 30 60 90 100 110 120 130 140 0.04 ++++ ++++ +++ +++ ++ ++ ++ ++ 0.08 ++++ +++ +++ +++ ++ ++ ++ + 0.12 +++ +++ +++ ++ ++ ++ + + 0.16 +++ +++ ++ ++ ++ + + + 0.20 +++ ++ － － － － － － 0.24 +++ ++ － － － － － － 0.28 +++ ++ － － － － － － 注： + + + + ： 紫黑色（ + 越多， 代表顏色越深， 淀粉酶解不完全的程度越高） ； － ： 接近無色（ 淀粉酶解幾乎完全） ； － － ： 無色 （ 酶解徹底） 。

245

40mL 時綜合得分最高。 2.2.1.2 堿濃度的最佳因素水平的確定

降趨勢， 純度則隨著堿浸溫度的升高而呈上升趨勢。 這是因為堿浸溫度的升高使蛋白質(zhì)、 脂肪等成分逐漸 被溶解， 故不溶性膳食纖維含量增加； 還有一個原因是 果皮中不溶性膳食纖維比其它物質(zhì)與氫氧化鈉的反應(yīng) 因此隨著溫度繼續(xù)上升， 純度曲線上升 增加速度要慢， 得比較平緩。堿解溫度在 40℃ 時為最佳水平。 2.2.2 正交實驗 通過單因素實驗， 確定了 NaOH 用 NaOH 濃度、 量、 堿解時間和堿解溫度 4 個因素的最 適范圍， 每個因素各取 3 個水平（ 見表 6） 。根據(jù)正交 4 實驗設(shè)計原則， 采用四因素三水平即 L9 （ 3 ） 正交實 以綜合得分為考察指標(biāo)， 結(jié)果見表 7。 驗，

選取氫氧 2% 4% 6% 8% 10% ， 化鈉濃度為 1% 、 、 、 、 、 在堿用量 50mL、 堿解溫度 50℃ 條件下堿解 1.5h， 研究堿濃度對 結(jié)果見表 3。 樣品堿解的最佳用量水平， 表 3 氫氧化鈉濃度對荸薺中膳食纖維提取的影響

氫氧化鈉濃度 提取率 純度 綜合得分 （ %） （ %） （ %） 1 29.7 73.5 44.3 2 28.5 76.2 44.4 4 25.2 76.4 42.3 6 24.1 77.4 41.9 8 23.2 78.5 41.6 10 22.8 78.9 41.5 由表 3 可知， 隨著氫氧化鈉濃度的升高， 提取率
呈下降趨勢， 純度則隨著氫氧化鈉濃度的升高呈上 升趨勢。高濃度的堿不僅去除了蛋白質(zhì)的脂肪等雜 質(zhì)， 還會導(dǎo)致不溶性膳食纖維發(fā)生溶解， 這是因為飽 和 NaOH 溶液會除去部分半纖維素 （ 屬于不溶性膳 食纖維） ， 但是荸薺皮中不溶性膳食纖維與氫氧化鈉 的反應(yīng)速度 比 其 它 物 質(zhì) 要 慢。在 氫 氧 化 鈉 濃 度 為 2% 時綜合得分最高。 2.2.1.3 堿解時間的最佳因素水平的確定 選取堿 1、 2h，， 解時間 0.5、 1.5、 在堿用量 50mL、 堿濃度 6% 、 堿

表6

正交實驗因素水平表

因素 C 堿解時間 D 堿解溫度 水平 A NaOH 用量 B NaOH （ mL） （ h） （ ℃） 濃度（ % ） 1 20 1 0.5 30 2 40 2 1 40 3 60 3 1.5 50 表 7 正交實驗結(jié)果 實驗號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 K1 K2 K3 k1 k2 k3 R A 1 1 1 2 2 2 3 3 3 147.93 145.21 143.11 49.31 48.40 47.70 1.61 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 145.39 146.68 144.18 48.46 48.89 48.06 0.83 C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 143.16 144.27 148.82 47.72 48.09 49.61 1.89 D 1 2 3 3 1 2 2 3 1 145.00 145.36 145.89 48.33 48.45 48.63 0.30 得率 （ %） 29.8 29.2 28.2 29.2 29.4 28.0 29.0 28.4 27.4 純度 （ %） 85.62 89.60 94.18 86.16 90.66 85.66 88.44 85.78 85.50 綜合 得分 48.41 49.33 50.19 48.17 49.82 47.22 48.81 47.53 46.77

解溫度 50℃ 條件下， 確定堿解時間的最佳水平， 結(jié)果 見表 4。

表4

堿解時間對荸薺中膳食纖維提取的影響 提取率（ % ） 26.8 24.8 23.8 23.4 純度（ % ） 76.8 88.3 88.7 89.2 綜合得分 43.5 46.0 45.4 45.3

堿解時間（ h） 0.5 1.0 1.5 2.0

由表 4 可知， 隨著提取時間增加， 提取率呈下降 趨勢， 純度 隨 著 提 取 時 間 的 增 加 呈 上 升 趨 勢， 在 并 0.5～1.0h 時純度迅速上升， 當(dāng)反應(yīng)時間大于 1.0h 時 則轉(zhuǎn)為平緩上升。這是因為隨著提取時間的增加， NaOH 溶液的浸泡不但可除去蛋白 反應(yīng)一直在進行， 質(zhì)， 也可使膳食纖維溶解損失（ NaOH 水解了一部分 浸泡時間越長， 膳食纖維損失越 纖維和半纖維素） ， 多， 但是荸薺果皮中不溶性膳食纖維與氫氧化鈉的 故其成品純度隨著提取 反應(yīng)速度比其它物質(zhì)要慢， 時間增加而緩慢上升。堿解時間在 1.0h 時綜合得分 最高。 2.2.1.4 堿解溫度的最佳因素水平的確定 選取堿 40、 60、 解溫度 30、 50、 70℃ ， 在堿用量 50mL、 堿濃度 6% 條件下堿解 1.5h， 確定堿解溫度的最佳水平， 結(jié) 果見表 5。

正交實驗結(jié)果以綜合得分為最終分析標(biāo)準(zhǔn)。由 表 7 可知， 實驗號 3 （ A1 B3 C3 D3 ） 的成品綜合得分最 高， 即堿用量 20mL、 堿濃度 3% 、 堿解時間 1.5h、 堿解 成品綜合得分為 50.19， 可能是最優(yōu)堿 溫度 50℃ 時， 提取工藝； 但根據(jù)正交實驗極差分析得出， 荸薺皮膳 食纖 維 堿 解 提 取 工 藝 最 佳 因 素 水 平 理 論 值 為 A1 B2 C3 D3 ， 堿 用 量 20mL、 濃 度 2% 、 解 時 間 即 堿 堿 1.5h、 堿解溫度 50℃ 。各因素對綜合得分影響的主 次順序為 C > A > B > D， 即堿解時間 > 堿用量 > 堿濃 度 > 堿解溫度。 在最適 酶 解 工 藝， α － 淀 粉 酶 最 適 反 應(yīng) 溫 度 即 90℃ 、 pH6.0， 酶用量 0.2mL / g 和酶解時間 1.5h 的條 件下， 對正交實驗進行驗證實驗， 結(jié)果見表 8。 A 由表 8 得知， 1 B2 C3 D3 為實際的堿解最優(yōu)工藝 即堿用量 20mL、 堿濃度 2% 、 堿解時間 1.5h、 堿 水平， 解溫 度 50℃ ， 此 條 件 下 膳 食 纖 維 的 提 取 率 為 在 29.45% 、 純度為 93.30% 、 綜合得分為 50.73。 （ 下轉(zhuǎn)第 250 頁）

表5

堿解溫度對荸薺中膳食纖維提取的影響 提取率（ % ） 22.4 21.9 20.2 19.0 18.2 純度（ % ） 78.4 80.9 81.5 82.9 82.9 綜合得分 41.1 41.6 40.6 40.3 39.8

堿解溫度（ ℃ ） 30 40 50 60 70

由表 5 可知， 隨著堿浸溫度的升高， 提取率呈下

246

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（ 上接第 246 頁）

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檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾
表8 實驗號 A1 B3 C3 D3 A1 B2 C3 D3 NaOH 用量（ mL） 20 20 濃度（ % ） 3 2 驗證實驗結(jié)果 溫度（ ℃ ） 50 50 提取率（ % ） 28.25 29.45 純度（ % ） 94.16 93.30 綜合得分 50.22 50.73

堿解時間（ h） 1.5 1.5

2.3

酶化學(xué)法與化學(xué)法對比

50℃ ， 堿解時間 1.5h。在此條件下， 不溶性膳食纖維 純度 93.30% 。與純化學(xué)法相比， 的得率為 29.45% ， 酶化學(xué)法在成品的得率、 純度及感官評價上都較好。 這種荸薺膳食纖維的新提取方法已經(jīng)顯示了其突出 具有潛在的實際應(yīng)用價值和意義。 的特點，

酶化學(xué)法包括酶解和堿解工藝兩部分， 而純化 ［ 10］ 學(xué)法包括堿解和酸解工藝兩部分 。本課題組前期 研究確定了荸薺不溶性膳食纖維純化學(xué)法提取最優(yōu) NaOH 用量 5mL / g， 工藝： NaOH 濃度 4% ， 堿解溫度 50℃ ， 解 時 間 50min， HCl 濃 度 1mol / L， HCl 用 量 堿 20mL / g， 70℃ ， 90min。將該純化 酸解溫度 酸解時間 學(xué)法與酶化學(xué)法的最優(yōu)工藝進行對比研究， 結(jié)果如 圖 1 所示。

參考文獻
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圖1

酶化學(xué)法和化學(xué)法提取荸薺皮膳食纖維的比較

純化學(xué) 法 提 取 荸 薺 不 溶 性 膳 食 纖 維 的 得 率 為 12.96% ， 度 為 84.32% ， 品 的 組 織 較 硬， 深 褐 純 成 為 色； 酶化學(xué)法的得率為 29.45% ， 純度為 93.30% ， 成品 為黃褐色。酶化學(xué)法無論是在產(chǎn)品的得 組織疏松， 率、 純度， 是 在 產(chǎn) 品 的 感 官 評 價 方 面 都 優(yōu) 于 純 化 還 學(xué)法。

3

結(jié)論
通過酶解單因素實驗， 堿解單因素及正交實驗，

確定了酶化學(xué)法提取荸薺不溶性膳食纖維的最佳工 藝： 耐 高 溫 α － 淀 粉 酶 的 用 量 0.2mL / g， 解 時 間 酶 1.5h， NaOH 濃度 2% ， NaOH 用量 20 mL， 堿解溫度為

250



  本文關(guān)鍵詞：荸薺皮膳食纖維酶化學(xué)法提取工藝研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。