玉米皮膳食纖維脂肪替代物制備工藝研究

王悅 王浩 田晶 王榕 袁媛

摘要：采用酶法制備玉米皮膳食纖維脂肪替代物。在單因素試驗基礎上，以葡萄糖當量值（DE值）為評價指標，采用響應面法優化脂肪替代物制備工藝條件。結果表明：在pH值5、酶解時間51 min、木聚糖酶濃度0.32%、纖維素酶濃度0.20%條件下，所得玉米皮膳食纖維脂肪替代物的DE值最高。

關鍵詞：玉米皮;膳食纖維;脂肪替代物;工藝優化

中圖分類號：TS210.9 ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1674-1161（2020）01-0045-03

玉米皮為玉米加工的副產物，由胚乳的糊粉層、殘留的胚乳厚壁組織、種皮和果皮構成，總膳食纖維含量為73.2%～86.0%，其中可溶性纖維為0.2%～2.6%、不溶性纖維為70.6%～86.0%。然而玉米皮一直作為廢棄物用于飼料生產或丟棄，未得到充分合理的利用。本課題以玉米皮膳食纖維為研究對象，采用酶法改性，通過單因素試驗和響應面試驗優化改性條件，以期獲得能模擬脂肪口感和加工性質的脂肪替代物，為膳食纖維脂肪替代物的開發與應用和玉米皮高值化利用及工業化生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米皮：范縣雙鷹工貿有限公司;蒸餾水：實驗室自制;α-淀粉酶;堿性蛋白酶;纖維素酶;木聚糖酶;氫氧化鈉;無水乙醇（95%）;無水碳酸鈉;3，5-二硝基水楊酸（DNS）;葡萄糖;硫酸;鹽酸。

1.2 儀器設備

JD2000-2型電子天平;RRHP-200型萬能高速粉碎機;HH-6型數顯恒溫水浴鍋;VP20002型電子天平;SHZ-D（III）型循環水式真空泵;Avanti J型高效離心機;BCD-200MCX型冰箱;UV-5100型紫外可見分光光度計;SKD-20S2紅外智能消化爐;S433D氨基酸分析儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 玉米皮預處理 取玉米皮置于100 ℃烘箱中烘干，經高速粉碎機粉碎，過80目篩，得玉米皮粉末。按料液比1∶6（m∶v）加入無水乙醇，40 ℃下攪拌浸提1 h，抽濾。濾渣加入蒸餾水，調pH值，加入堿性蛋白酶，50 ℃下水浴加熱，抽濾。濾渣加入0.1%碳酸鈉溶液，攪拌均勻，然后加入α-淀粉酶，60 ℃及pH 值6～8條件下酶解30 min，抽濾，濾渣烘干。

1.3.2 脂肪替代物制備 取適量處理后的玉米皮→加蒸餾水，攪拌均勻→加木聚糖酶、纖維素酶→調pH值→酶解→調pH值、滅酶→離心→棄上清→干燥得膳食纖維脂肪替代物。

1.3.3 單因素試驗設計 以DE值為指標，在其他條件相同的情況下，選擇纖維素酶濃度（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%），木聚糖酶濃度（0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%），酶解時間（30，40，50，60，70 min）和pH值（3，4，5，6，7）4個主要因素進行單因素試驗。

1.3.4 響應面試驗設計 在單因素試驗基礎上，根據響應面Box-Behnken設計原理，以DE值為指標，以pH值（A）、酶解時間（B）、木聚糖酶濃度（C）和纖維素酶濃度（D）為自變量，設計四因素三水平響應面試驗（見表1）。

1.3.5 DE值測定 DE值是指還原糖占干物質的量。DE值越大表示還原糖含量越高，提供的能量越多。

DE值=樣品中還原糖的質量/樣品質量×100%

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

不同纖維素酶濃度、木聚糖酶濃度、酶解時間和pH值對DE值的影響如圖1所示。

由圖1（a）可以看出：DE值隨著纖維素酶濃度的增大先緩慢增大而后減小;當纖維素酶濃度為0.3%時，DE值最大。這可能是由于過高的纖維素酶濃度抑制了酶與底物的反應。由圖1（b）可以看出：DE值隨著木聚糖酶濃度的增大先逐漸增大而后減小;當木聚糖酶濃度為0.3%時，DE值最大。這可能是由于過高的木聚糖酶濃度阻礙了酶與底物的反應。由圖1（c）可以看出：DE值隨著酶解時間的增加先增大后減小;當酶解時間為50 min時，DE值最大。這可能是由于反應初期酶促反應迅速進行，而隨著時間的增加，酶的作用逐漸充分，當反應到了一定時間后，酶逐步變性，反應速率降低。由圖1（d）可以看出：DE值隨著pH值的增大先迅速增大而后減小;當pH值為5時， DE最大。這可能是由于pH值對酶活力影響較大，pH值過高或過低都會影響酶蛋白的構象，甚至使酶變性失活，即使pH值變化不大，酶活力也會受到影響。其中纖維素酶的最適pH值為4～5，所以當pH值大于5后，DE值開始減小。

2.2 響應面試驗結果

響應面試驗結果見表2。

利用Design-Expert 8.0進行多元線性回歸分析，得到二次多項式回歸擬合方程為：Y=3.150+0.047A+0.059B+0.079C+0.034D-7.500×103×AB-0.013AC-0.072AD-0.028BC-0.063BD+0.012CD-0.210A2-0.200B2-0.210C2-0.230D2。由回歸方程的顯著性檢驗結果可知：失擬項不顯著，表明方程的擬合度良好，隨機誤差的影響不顯著。影響DE值的主次順序為C>B>A>D，即木聚糖酶濃度>酶解時間>pH值>纖維素酶濃度。

2.3 最佳工藝條件驗證

利用軟件分析出的最佳參數為：pH值5.09、酶解時間51.25 min、木聚糖酶濃度0.32%、纖維素酶濃度0.20%，此時脂肪替代物DE值為3.16?？紤]試驗操作的便利，將最優試驗參數修正為：pH值5、酶解時間51 min、木聚糖酶濃度0.32%、纖維素酶濃度0.20%，在此條件下重復3次試驗，測得DE值為3.10±0.12，與預測值基本一致，說明該方程與實際情況相符合，擬合程度較好。