超聲波輔助酶法提取紅豆中的膳食纖維

趙泰霞，張明玉

（武夷學院茶與食品學院，福建武夷山 354300）

超聲波輔助酶法提取紅豆中的膳食纖維

趙泰霞，張明玉

（武夷學院茶與食品學院，福建武夷山 354300）

采用超聲波輔助酶解法提取紅豆中的膳食纖維（DF），用木瓜蛋白酶和α-淀粉酶對已經干燥并且脫脂后的紅豆粉進行酶解。酶解過程以木瓜蛋白酶添加量、α-淀粉酶添加量、酶解溶液pH值、酶解溫度和酶解時間為單因素，研究各單因素對膳食纖維（DF）得率和其中可溶性膳食纖維（SDF）所占百分比的影響，用正交法對試驗工藝進行優化。試驗結果表明，木瓜蛋白酶添加量0.9%，酶解溶液pH值4.5，酶解溫度70℃，酶解時間60 min時，膳食纖維（DF）得率最高，為43.68%；可溶性膳食纖維（SDF）所占百分比為14.66%。

紅豆；膳食纖維；酶解法；SDF；超聲波

膳食纖維（DF）作為第七大營養素，素有“腸道清潔夫”之稱，對預防齲齒、降血脂、促進腸道消化吸收、防止便秘［1］、減肥、降低血糖、降低血壓等都有一定的作用［2］。除此之外，膳食纖維還對降低與荷爾蒙相關的癌癥（如乳腺癌等）有一定的功效。膳食纖維因此受到了廣泛關注，其保健功能也為越來越多的人所知曉。

膳食纖維（DF）可分成兩大類，分別是可溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF），二者在生理功能和保健方面作用效果各有不同。

紅豆，又稱紅小豆，種子中含有豐富的淀粉、蛋白質、膳食纖維以及B族維生素等營養物質，可作為糧食和副食品，并且是進補的良好食材。紅豆皮是很好的膳食纖維來源，纖維含量高達60%，且其不僅有較好的質感和良好的口感，還可以通過加工而成為高純度、高品質、高附加值的膳食纖維［3］。

1 材料

1.1 試驗材料

紅豆，市售；木瓜蛋白酶（酶活≥100×104U/g），上海藍季科技發展有限公司提供；α-淀粉酶，北京奧博星生物技術有限責任公司提供；石油醚（分析純）、95%乙醇（分析純）、氫氧化鈉（分析純），由國藥集團化學試劑有限公司提供；一水合檸檬酸（食品級），吳江信誠精細化工有限公司提供。

1.2 儀器設備

DHG-9245A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上?；厶﹥x器制造公司產品；DK-8D型數顯恒溫水浴鍋，金壇市盛威實驗儀器廠產品；高速萬能粉碎機，天津市泰斯特儀器公司產品；DT5-4型離心機，北京時代北利離心機公司產品；SHB-III型循環水式真空泵，鄭州長城科工貿公司產品；KQ-50DB型數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器公司產品。

2 試驗方法

2.1 工藝流程

預處理→脫水干燥→石油醚脫脂→抽濾→干燥→脫脂→水洗→木瓜蛋白酶酶解→滅酶→α-淀粉

①濾液→濃縮至原體積1/3→4倍體積95%乙醇沉淀1.5 h→真空抽濾→濾出物干燥→可溶性膳食纖維（SDF）；

②濾渣→熱水浸泡至中性（80℃，10 min）→真空抽濾→濾出物烘干→水不溶性膳食纖維（IDF）。

2.2 操作要點［4-5］

2.2.1 脫水預處理

挑選干凈整齊的紅豆，用粉碎機粉碎，過100目篩備用。

2.2.2 脫水干燥

紅豆本身含有一些水分，故在粉碎后將其置于電熱恒溫鼓風干燥箱中干燥至恒質量，并計算其含水量。

2.2.3 脫脂

本試驗用超聲波協同脫脂，用沸程60～90℃的石油醚為溶劑，55℃下輔助超聲20 min，然后抽提2次，每次90 min，最后抽濾收集濾渣，除去溶劑即可認為脫脂完成。

2.2.4 酶處理

用一定量的木瓜蛋白酶和α-淀粉酶，在一定的酶解溶液pH值、酶解溫度以及酶解時間下對原材料進行酶解，然后煮沸滅酶。

2.2.5 離心過濾

將煮沸滅酶后的樣品置于離心機中離心（轉速4 000 r/min，20 min），分離出上清液和沉淀物［6］。

2.2.6 SDF的制取

將上述上清液轉移至250 mL中的燒杯中，其中加入4倍體積95%的乙醇，靜置90 min使SDF沉淀，抽濾，沉淀物干燥，得到SDF。

2.2.7 IDF的制取

將2.2.5中沉淀用熱水浸泡至中性（80℃，10 min）再真空抽濾，烘干，粉碎，即得IDF［7］。

2.2.8 DF得率和SDF所占百分比計算［8］

試驗中稱取1.00g經前期脫脂和干燥的脫脂干豆渣，其中含脂肪0.64%，含水率11.96%，因此本試驗中計算公式如下：

式中：m1——提取出的DF總質量，g；

m2——所用脫脂干豆渣的質量，g。

式中：m3——提取出的SDF總質量，g；

m4——所用脫脂干豆渣的質量，g。

2.3 單因素試驗設計

由于紅豆中含較高的蛋白質和淀粉等，故該試驗將酶解過程中的加酶量（%） （木瓜蛋白酶和α-淀粉酶）、酶解溶液pH值、酶解溫度、酶解時間設為單因素，每個因素分別設5個水平。其中，木瓜蛋白酶添加量分別為0.5%，0.6%，0.7%，0.8%，0.9%；α-淀粉酶添加量分別為0.8%，0.9%，1.0%，1.1%，1.2%；酶解溶液pH值分別為3.5，4.0，4.5，5.0，5.5，酶解溫度分別為55，60，65，70，75℃；酶解時間分別為40，60，80，100，120 min。

2.3.1 木瓜蛋白酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響

稱取1.00g的脫脂干豆粉5份，置于貼有標簽的燒杯中，按料液比1∶30［8］，先分別向其中加入30 mL蒸餾水，再分別向5個燒杯中加入0.5%，0.6%，0.7%，0.8%，0.9%的木瓜蛋白酶［9］，調節α-淀粉酶的添加量為0.9%，在酶解溶液pH值為5.0，60℃下酶解90 min。重復試驗3次，研究木瓜蛋白酶添加量對DF得率和SDF所占百分比的影響。

2.3.2 α-淀粉酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響［10-12］

稱取1.00g的脫脂干豆粉5份，置于貼有標簽的燒杯中，按料液比1∶30，向其中加入30 mL蒸餾水。在料液中分別加0.8%，0.9%，1.0%，1.1%，1.2%的α-淀粉酶，調節木瓜蛋白酶添加量為0.8%，在酶解溶液pH值為5.0，60℃的條件下酶解90 min。重復試驗3次，研究α-淀粉酶添加量對DF得率和SDF所占百分比的影響。

2.3.3 酶解溶液pH值對DF得率及SDF所占百分比的影響

稱取1.00g的脫脂干豆粉5份，置于貼有標簽的燒杯中，按料液比1∶30，向其中加入30 mL蒸餾水。再向其中加入0.8%的木瓜蛋白酶，0.9%的α-淀粉酶，調節酶解溶液pH值分別為4.0，4.5，5.0，5.5，6.0，在酶解溫度為60℃的條件下酶解90 min。重復試驗3次，以考察不同酶解溶液pH值對DF得率及SDF所占百分比的影響。

2.3.4 酶解溫度對DF得率及SDF所占百分比的影響

稱取1.00g的脫脂干豆粉5份，置于貼有標簽的燒杯中，按料液比1∶30，向其中加入30 mL蒸餾水。調節酶解溶液pH值為5.0，加入0.8%的木瓜蛋白酶，0.9%的α-淀粉酶，將料液分別置于55，60，65，70，75℃的酶解溫度下酶解90 min。重復試驗3次，考察酶解溫度對DF得率及SDF所占百分比的影響。

2.3.5 酶解時間對DF得率及SDF所占百分比影響

稱取1.00g的脫脂干豆粉5份，置于貼有標簽的燒杯中，按料液比1∶30，向其中加入30 mL蒸餾水，再加入0.3%的木瓜蛋白酶，0.8%的α-淀粉酶，調節酶解溶液pH值為5.0，在酶解溫度為50℃的條件下，分別酶解40，60，80，100，120 min。重復試驗3次，以考察不同酶解時間對DF得率及SDF所占百分比的影響。

2.4 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，結合提取效率、經濟成本綜合分析，考慮選取木瓜蛋白酶添加量、酶解溶液pH值、酶解時間、酶解溫度4個因素作為正交試驗的因素，設計L9（34）正交表。最后以DF得率為評價指標，通過對正交試驗的結果進行分析，從而確定紅豆渣中DF的最佳提取工藝條件。每個試驗重復3次。

L9（34）正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 L9（34）正交試驗因素與水平設計

3 結果與討論

3.1 木瓜蛋白酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響

木瓜蛋白酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響見圖1。

圖1 木瓜蛋白酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響

由圖1可知，當木瓜蛋白酶添加量小于0.8%時，隨著木瓜蛋白酶添加量的增多，DF得率和SDF所占百分比都有所提升；但是當木瓜蛋白酶添加量大于0.8%時，DF得率和SDF所占百分比反而有所下降。綜合考慮，木瓜蛋白酶的添加量為0.8%最適合。

3.2 α-淀粉酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響

α-淀粉酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響見圖2。

圖2 α-淀粉酶添加量對DF得率及SDF所占百分比的影響

由圖2可知，α-淀粉酶添加量小于1.0%時，隨著α-淀粉酶添加量的增加而稍微有所下降；當添加量大于1%時稍微有所下降；當α-淀粉酶添加量大于1.1%時，DF得率又有所下降，但是幅度不是很明顯。綜合考慮，α-淀粉酶添加量為1.1%為較合適水平。

3.3 酶解溶液pH值對DF得率及SDF所占百分比的影響

酶解溶液pH值對DF得率及SDF所占百分比的影響見圖3。

圖3 酶解溶液pH值對DF得率及SDF所占百分比的影響

由圖3可知，當酶解溶液pH值為3.5～4.0時，隨著酶解溶液pH值的增大，DF得率與SDF所占百分比都有所下降；但是當酶解溶液pH值大于4.5時，二者都有比較明顯的上升趨勢；當酶解溶液pH值為5.0時，二者達到最大。因此綜合分析，酶解溶液pH值為5.0為較適合水平。

3.4 酶解溫度對DF得率及SDF所占百分比的影響

酶解溫度對DF得率及SDF所占百分比的影響見圖4。

由圖4可知，當酶解溫度從55℃上升到65℃時，隨著酶解溫度的升高，DF得率也有所增加；但是當酶解溫度達到65℃后，隨著酶解溫度的上升，DF得率反而有所下降?？赡茉蚴敲附鉁囟鹊陀?5℃，酶活隨著酶解溫度的升高而增大；當酶解溫度大于65℃，酶活有所降低，因而導致DF得率減少。因此，最適合的酶解溫度為65℃。

圖4 酶解溫度對DF得率及SDF所占百分比的影響

3.5 酶解時間對DF得率及SDF所占百分比的影響

酶解時間對DF得率及SDF所占百分比的影響見圖5。

圖5 酶解時間對DF得率及SDF所占百分比的影響

由圖5可知，酶解時間從40～60 min時，其DF得率有所提升，但是幅度??；而酶解80 min后則DF得率呈下降趨勢，雖然有提升，但是效果不明顯。其原因可能是在較短時間內酶解不夠充分，部分DF無法水解出來；但是若酶解時間偏長，則又可能導致某些半纖維素被水解成非DF成分［13］。因此，從提取效率和經濟成本的角度出發，較為適合的酶解時間為60～80 min。

3.6 正交試驗結果

正交試驗結果見表2。

表2 正交試驗結果

由正交試驗R可知，A＞C＞B＞D，可知影響的主次順序為木瓜蛋白酶添加量＞酶解時間＞酶解溫度＞酶解溶液pH值。確定出最優工藝方案組合為A3C2B3D1，即當木瓜蛋白酶添加量為0.9%，酶解時間為60 min，酶解溫度為70℃，酶解溶液pH值為4.5時，DF得率最高。以最佳工藝條件平行重復3組試驗，測得DF得率為43.68%，SDF所占百分比為14.66%，驗證表明優化水平較為可靠。

3.7 DF后期處理

從紅豆中提取出的SDF呈淡黃褐色粉末狀，IDF呈淡紅褐色，外觀性狀較為理想；再從持水性和膨脹力方面分析提取出DF的性狀。

3.7.1 持水性

準確稱取1.00g DF，置于100 mL燒杯中，加入蒸餾水50 mL，25℃下電磁攪拌2 h，取懸浮液轉移至離心杯中，于4 000 r/min下離心30 min，取出，棄去上清液，稱質量。

式中：S0——DF干質量，g；

S1——DF濕質量，g。

試驗結果為持水率5.61g/g。

3.7.2 膨脹性

取1.00g DF于量筒中，測定體積后，加入5 mL蒸餾水，浸泡24 h測定體積，并計算其膨脹力。

式中：V1——溶脹后的總體積，mL；

V0——溶脹前的總體積，mL；

m——所用DF的質量，g。

試驗結果為膨脹力8.80 mL/g。

4 結論

試驗中以木瓜蛋白酶添加量、α-淀粉酶添加量、酶解溶液pH值、酶解溫度和酶解時間為單因素，所得DF得率和SDF所占百分比作為評價指標，選出影響較大的幾個因素。單因素試驗結果表明，木瓜蛋白酶添加量、酶解溶液pH值、酶解溫度和酶解時間是影響比較大的因素。用木瓜蛋白酶添加量、酶解溶液pH值、酶解溫度和酶解時間進行L9（34）正交試驗，結果顯示，當木瓜蛋白酶添加量為0.9%、酶解時間為60 min、酶解溫度為70℃，酶解溶液pH值為4.5時，DF得率最高，為43.68%；SDF所占百分比為14.66%。酶法的優點是提取條件溫和、節約能源、操作簡單方便，而且相比一些經過了高溫高壓或者其他比較劇烈方式處理工藝提取出來的膳食纖維性能更優良，還可以省去部分工藝和設備，有利于環境保護，酶法特別適合于原料中淀粉和蛋白質含量高的制備工藝［14］。

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［5］ 金晶，徐志宏，魏振承，等．超聲微波輔助法提純菜籽蛋白的研究 ［J］.現代食品科技，2009，25（3）：275-278.

［6］ 那仁圖雅.紅小豆分離蛋白的特性研究以及抗氧化肽制備 ［D］.呼和浩特：內蒙古農業大學，2011.

［7］ 劉紹.食品分析與檢驗 ［M］.武漢：華中科技大學出版社，2011：47-52.

［8］ 吳暉.大豆水溶性膳食纖維的提取研究 ［J］.現代食品科技，2008，24（4）：338-339.

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［14］陳菲菲.膳食纖維的生理功能及其提取方法的研究進展 ［J］.福建水產，2008（2）：51-52.◇

Extraction of Dietary Fiber from Red Beans by Ultrasonic Assisted Enzymatic Method

ZHAO Taixia，ZHANG Mingyu
（Tea and Food College，Wuyi University，Wuyishan，Fujian 354300，China）

Using ultrasound-assisted hydrolysis method to extract dietary fiber from red beans in this study.Using papain and alpha amylase to digest the red beans which is degreased and dried already.Papain amount，alpha amylase amount，solution pH，hydrolysis temperature，hydrolysis time are regarded to single factors in the digestion process，so that can study the influence of each single factors to the extraction rate of dietary fiber（DF）and the influence of SDF percentage.On this basis，using orthogonal experiment to optimize it.The results show that the DF extraction rate and the SDF percentage are higest when it is under the condition that the papain is 0.9%，the solution pH is 4.5，hydrolysis time is 60 min，hydrolysis temperature is 70℃.It is 43.68%of DF and 14.66%of SDF.

red beans；DF；enzymatic hydrolysis；SDF；ultrasound

TS214.9

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.04.003

1671-9646（2016）04a-0008-04

2016-01-13

趙泰霞（1983— ），女，碩士，助教，研究方向為食品微生物學。