酶法制備芋頭不溶性膳食纖維的研究

黃雪 鄧天祥 朱家琪 李麗 何莉萍

摘要：為了避免芋頭制成飲料后膳食纖維作為廢棄物被浪費，采用酶法提取芋頭不溶性膳食纖維，對酶解溫度、料液比、pH值、加酶量進行單因素試驗及正交試驗分析。結果表明，酶法提取芋頭不溶性膳食纖維的最佳工藝條件為酶解溫度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.0，淀粉酶用量0.18 g。經驗證試驗，得到芋頭不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。經60 ℃烘干的芋頭不溶性膳食纖維呈淡黃色，可以直接用作食品配料。

關鍵詞：芋頭；膳食纖維；酶法

中圖分類號：TS255 文獻標志碼：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.002

文章編號：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

芋頭（Colcasia esculenta（L.）Schott）別名芋魁、俗稱芋艿，屬天南星科植物。我國芋頭種植資源豐富、品種多樣，廣泛種植于福建、廣東、廣西、湖南、湖北、山東等地。芋頭加工成飲料后，其副產物的渣中含有一定量的不溶性膳食纖維，如何將這部分不溶性膳食纖維收集起來用于其他食品的生產，是課題研究的主要內容。膳食纖維是一種不被人體消化酶所消化的碳水化合物，被稱為第七大營養素。膳食纖維具有防治結腸癌、冠心病、便秘、糖尿病、預防肥胖、降血壓等功能，在抗腫瘤方面也有較好的效果[1]。目前，提取膳食纖維的方法主要有酸法、堿法、酶法、膜分離法等，其中酶法制備的過程，條件較溫和，生產出來的膳食纖維色澤好，因此大部分食品用膳食纖維都采用酶法制備[2-3]。試驗以芋頭制得飲料后的副產物為原料，分別加入淀粉酶和蛋白酶水解，研究酶處理的相關參數，對生產工藝進行優化，以期能夠最大限度地提取芋頭膳食纖維，提高芋頭的資源利用率和經濟附加值，為農產品的深加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芋頭，購于武漢白沙洲大市場；中溫淀粉酶（酶活3 000 U/mL），夏盛實業集團有限公司提供；堿性蛋白酶（酶活200 000 U/g），南寧龐博生物工程有限公司提供。

HH-S2型電熱恒溫水浴鍋，力辰科技有限公司產品；分析天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產品；DS-1型高速組織搗碎機，上海標本模型廠產品；GZX-907MBE型電熱恒溫烘箱，上海博訊實業有限公司產品；SHZ-D（III）循環水真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司產品。

1.2 試驗方法

1.2.1 芋頭膳食纖維制備工藝流程[4]

濾液→生產飲料

芋頭→清洗→勻漿→400目濾布過濾→濾渣→加水調pH值→加淀粉酶水解→400目濾布過濾→濾渣加水調pH值至9.0→加堿性蛋白酶水解→抽濾→水洗至中性→抽濾→60 ℃烘干。

1.2.2 中溫淀粉酶水解芋頭淀粉工藝優化[5]

（1）酶法水解芋頭淀粉單因素試驗設計。取新鮮無霉爛的芋頭進行清洗、去皮、切塊，稱取20 g；以不同料液比，用高速組織搗碎機先以低速搗碎 10 s，再以高速搗碎15 s；用400目濾布過濾，取濾渣后加水調pH值，置于不同的酶解溫度；加入淀粉酶水解1 h，過濾，調pH值至9.0后，加入0.01 g堿性淀粉酶水解、抽濾；加水，水洗至中性，再次抽濾后烘干。

芋頭不溶性膳食纖維單因素與水平設計見表1。

（2）正交試驗設計優化芋頭不溶性膳食纖維提取工藝[7]。根據單因素試驗，運用正交試驗設計，選擇酶用量、料液比、酶解溫度、pH值4個因素，采用四因素三水平試驗設計，進行優化芋頭不溶性膳食纖維的提取工藝。

芋頭不溶性膳食纖維正交試驗設計見表2。

1.2.3 芋頭不溶性膳食纖維得率的計算

準確稱取芋頭的質量，記為m1，經淀粉酶及堿性蛋白酶水解后，抽濾、水洗至中性，再次抽濾后，將濾渣置于60 ℃烘箱中干燥至恒質量，得到芋頭不溶性膳食纖維提取物，準確稱量其質量，記為m2。芋頭不溶性膳食纖維按照式（1）進行計算。

1.2.4 芋頭不溶性膳食纖維含量的測定

膳食纖維含量參照AOAC酶-質量法進行測定。

2 結果與分析

2.1 淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖1。

芋頭中含有大量淀粉，在制備不溶性膳食纖維的過程中，去除淀粉是最關鍵的步驟。采用α -淀粉酶將淀粉水解為小分子的糖類，使其溶于水中，利用抽濾將其去除。由圖1可知，曲線走勢陡峭，說明淀粉酶用量對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響較大，這主要是因為芋頭中淀粉含量較多所導致。隨著酶用量的增加，不溶性膳食纖維提取率增大，但在酶用量為0.2 g時，增大的趨勢放緩，再提高淀粉酶的用量，不溶性膳食纖維提取率提高不大，因此，綜合考慮，確定淀粉酶用量為0.2 g。

2.2 料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

料液比對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖2。

由圖2可知，曲線走勢平穩，說明料液比對芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響相對較小。當料液比較低時，芋頭不溶性膳食纖維的提取率較低，是因為水相體系中，固相過高不利于淀粉水解，當料液比較高時，芋頭不溶性膳食纖維的提取率也有所下降，這可能是因為水增加后，收集不溶性膳食纖維有一定困難，部分不溶性膳食纖維在抽濾的過程中有損失。

2.3 酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖3。

由圖3可知，酶解溫度升高，分子運動加劇，酶促反應速度加快，當酶解溫度到達60 ℃時，芋頭不溶性膳食纖維提取率達到最高，即該淀粉酶的最適酶解溫度為60 ℃。當酶解溫度大于60 ℃后，芋頭不溶性膳食纖維提取率下降，這是因為淀粉酶為蛋白質，在高溫下容易發生變性。酶解溫度大于60 ℃后，中溫淀粉酶發生輕微變性，導致水解能力下降，淀粉水解不夠徹底，烘干的產品中，淀粉含量過高，膳食纖維含量過低。

2.4 pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響

pH值對芋頭不溶性膳食纖維提取率的影響見圖4。

當pH值升高時，芋頭不溶性膳食纖維提取率顯著提高，這是因為在pH值6.5時，達到淀粉酶的最適pH值。當pH值升高后，淀粉酶的酶活明顯下降，在下降到一定幅度時，趨于平緩。

2.5 正交試驗設計優化芋頭不溶性膳食纖維提取工藝

芋頭不溶性膳食纖維提取工藝L9（34）正交試驗設計結果見表3。

由表3可知，各因素在試驗中的主次順序為酶解溫度>料液比>pH值>淀粉酶用量，即酶解溫度對芋頭不溶性膳食纖維的提取率影響最大，酶量對其影響最小。提取工藝的最優組合為A2B2C2D1，即芋頭不溶性膳食纖維提取的最佳工藝為酶解溫度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶用量0.18 g。根據最優工藝條件對芋頭中不膳食纖維進行提取，經3次驗證，所得不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。

3 結論

采用酶法提取芋頭不溶性膳食纖維，對酶解溫度、料液比、pH值、加酶量進行單因素試驗及正交試驗分析，得到最佳工藝為酶解溫度60 ℃，料液比1∶10，pH值6.5，酶量0.18 g。經驗證試驗，得到芋頭不溶性膳食纖維的平均提取率為4.125%。經60 ℃烘干的芋頭不溶性膳食纖維，其顏色為淡黃色，可以直接用作食品配料。

參考文獻：

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