酶碱法提取梨渣水不溶性膳食纤维的研究

高晓丽 宿娅

（吕梁学院生命科学系，山西吕梁033000）

酶碱法提取梨渣水不溶性膳食纤维的研究

高晓丽*宿娅

（吕梁学院生命科学系，山西吕梁033000）

以梨渣为原料，用酶与碱结合提取的方法，探讨了酶用量、料液比、氢氧化钠溶液浓度、温度和时间对酶碱法提取梨渣水不溶性膳食纤维得率的影响，并对其脱色工艺进行了研究。结果表明，用淀粉酶4 U/g在pH6.0下处理后，在料液比1 g∶15 mL、氢氧化钠溶液浓度1.0 mol/L，温度50℃，时间1 h的条件下提取，梨渣水不溶性膳食纤维的得率最高，达到12.9%。最优的脱色条件是H2O2溶液体积浓度8%，温度60℃，时间3 h。产品的膨胀力、持水力分别达到6.167 g/mL、7.1 g/g。

梨渣；水不溶性膳食纤维；提取；脱色

膳食纤维与人类的健康密切相关，在保持消化系统健康上起着重要的作用，其在蔬菜、水果、粗粮杂粮、豆类和菌藻类中的含量十分丰富。膳食纤维主要来自于植物的细胞壁，有水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维两类。其中，水溶性膳食纤维的成分主要是植物细胞内的储存物质和分泌物，此外还有部分微生物多糖和合成多糖；水不溶性膳食纤维的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和壳聚糖等。

梨渣含有丰富的膳食纤维，工业上每年扔掉的大量梨渣严重污染环境，而且造成资源浪费。以废弃梨渣为原料提取膳食纤维，可以大大提高其价值，加大资源的利用率，还可以解决环境污染问题，同时又可解决劳动力的就业问题，对稳定社会和促进经济的发展具有积极意义。因此，开发梨渣膳食纤维产品具有很大的社会效益和经济效益。

本试验对酶碱结合提取法从梨渣中提取不溶性膳食纤维进行了研究。为了提高梨渣不溶性膳食纤维的品质，首先采用淀粉酶处理梨渣，然后再用碱液提取。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

白梨渣，为榨汁后废弃的梨渣。

α-淀粉酶、稀硫酸、氢氧化钠、磷酸氢二钠、氯化钠、体积浓度30%过氧化氢。

电热恒温干燥箱；KH-1000离心机；JD200-3电子天平；UV—1200紫外可见分光光度计；HH-2数显恒温水浴锅。

1.2 试验方法

梨渣前处理：将梨渣放在干燥箱中干燥，干燥后于研钵中粉碎，过60目筛，保存，以备后续处理。

1.2.1 梨渣水不溶性膳食纤维的提取方法

首先采用淀粉酶除去梨渣中的少量淀粉，然后再结合化学法来提取梨渣水不溶性膳食纤维。具体步骤：称取10 g样品于锥形瓶中，加入100 mL蒸馏水，沸水中糊化10 min，冷却到60℃后加入一定量的淀粉酶，调pH到6.0，水浴锅保温反应一定时间后，灭酶，过滤，干燥，加入料液比为1 g∶12 mL的稀H2SO4，调PH为1.5，反应1 h～2 h，水洗，离心，再按一定的料液比加入一定浓度的NaOH溶液，一定温度下水浴加热一段时间进行碱解，之后进行过滤，干燥，称量，测定。

式中：η——水不溶性膳食纤维得率，%；

m1——所得水不溶性膳食纤维的质量，g；

m2——样品质量，g。

1.2.2 梨渣水不溶性膳食纤维的脱色试验

1.2.2.1 漂白方法

称取一定量上述步骤提取得到的水不溶性膳食纤维，加入一定量的H2O2溶液，在一定温度条件下进行漂白，脱色处理一段时间后，自然冷却至室温，过滤，滤渣洗至中性，干燥，粉碎。

1.2.2.2 评价方法

梨渣水不溶性膳食纤维漂白脱色后的效果，采用色泽感官评价的方法，每个试验结果由6个人进行色泽感官评价，然后按照评分标准给出得分，取平均值作为最后的感官得分。评分标准见表1。

表1 评分标准

1.2.3 梨渣水不溶性膳食纤维品质检测

1.2.3.1 梨渣水不溶性膳食纤维持水力的测定方法

准确称取1.0 g过60目筛的产物，置于100 mL烧杯中，加蒸馏水75 mL并调节PH为8，在37℃水浴中放置24 h并加以搅拌，转移至离心管中在4 000 r/min速度下离心0.5 h，取出并弃去上清液，甩干称重，按下式计算持水力。

式中：X——持水力，g/g；

m1——样品湿重，g；

m2——样品干重，g。

1.2.3.2 梨渣水不溶性膳食纤维膨胀力的测定方法

准确称取0.1 g产物于10 mL量筒中，测定其体积后加入10 mL蒸馏水并调节PH为8，在37℃水浴锅中放置24 h，测定体积，按下式计算膨胀力。

式中：X——膨胀力，mL/g；

V1——溶胀后纤维体积，mL；

V2——干品体积，mL；

m——样品干重，g。

2 结果与分析

2.1 梨渣水不溶性膳食纤维提取的影响因素

2.1.1 加酶量对水不溶性膳食纤维提取率的影响

在酶解试验中，为了追求较快反应速度和较低用酶量。本试验中添加α-淀粉酶的量分别为0 U/g、2 U/g、4 U/g、6 U/g，在60℃，PH6.0条件下液化1 h，并加以搅拌，灭酶，水洗，过滤，干燥，加入稀H2SO4料液比1 g∶12 mL，调PH为1.5，反应1 h～2 h，水洗，离心，按料液比1 g∶15 mL加入1.0 mol/L的NaOH溶液，60℃水浴1 h进行碱解，之后进行过滤，干燥，分别称重。不同加酶量对水不溶性膳食纤维提取率的影响见图1。

图1 酶用量对水不溶性膳食纤维提取率的影响

由图1可知，其他条件不变，添加了淀粉酶之后，不溶性膳食纤维的提取率有所升高，当酶用量为4 U/g时，提取率为最大。所以在之后的操作步骤中，均先用4 U/g的淀粉酶处理后，来考察其他因素对水不溶性膳食纤维提取的影响。

2.1.2 料液比对梨渣水不溶性膳食纤维提取率的影响

在提取时间1.0 h，温度50℃，NaOH溶液的浓度1.0 mol/L的条件下，料液比分别选取1 g∶10 mL、1 g∶15 mL、1 g∶20 mL，进行水不溶性膳食纤维的提取，试验结果如图2所示。

图2 料液比对水不溶性膳食纤维提取率的影响

由图2可知，当料液比增加时，提取率也随之而增加；但当料液比增加到1 g∶20 mL时的提取率与1 g∶15 mL差别不大，却消耗更多的试剂，所以采用NaOH溶液的料液比为1 g∶15 mL的时候提取效果最好。

2.1.3 NaOH溶液浓度对梨渣水不溶性膳食纤维提取率的影响

在提取时间1.0 h，温度为50℃，料液比1 g∶15 mL的条件下，NaOH溶液浓度分别选取0.5 mol/L、1.0 mol/L、1.5 mol/L、2.0 mol/L，试验结果如图3所示。

图3 NaOH溶液浓度对水不溶性膳食纤维提取率的影响

由图3可知，随着NaOH溶液浓度的增加，提取率不断的增加。但当NaOH溶液浓度达到1.5 mol/L时，出现了IDF色泽开始发黑的现象。并且据资料，当碱的浓度大于2.0 mol/L时，梨渣中的纤维素也会与碱液反应生成碱纤维素，不但破坏了纤维素的结构，还会使提取率进一步下降。因此，提取水不溶性膳食纤维用浓度为1.0 mol/L的NaOH溶液时最佳。

2.1.4 时间对梨渣水不溶性膳食纤维提取率的影响

在提取温度50℃，料液比1 g∶15 mL，NaOH溶液浓度1.0 mol/L的条件下，时间分别选取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h来进行提取，试验结果如图4所示。

图4 时间对水不溶性膳食纤维提取率的影响

由图4可知，随着碱液处理时间的延长，不溶性膳食纤维的提取率不断增加。但当时间超过1.0 h后，提取率变化不明显，所以提取时间以1.0 h为佳。

2.1.5 温度对梨渣水不溶性膳食纤维提取率的影响

在NaOH溶液浓度1.0 mol/L，提取时间1.0 h，料液比为1 g∶15 mL条件下，提取温度分别选取40℃、50℃、60℃、70℃，试验结果如下页图5所示。

在不溶性膳食纤维的提取过程中，碱液处理温度是一个关键因素。由图5可知，50℃时水不溶性膳食纤维的提取率并不高。随着温度升高，纯度在增加。因为在较高的碱液处理温度下，更多的碱溶性物质溶于碱液，半纤维素溶解加快。但另一方面，甲基纤维素在高温碱液处理下，易形成凝胶在过滤时被除去。因此，在其他合适的提取条件下，采用碱液处理温度50℃时最佳。

图5 温度对水不溶性膳食纤维提取率的影响

2.2 梨渣水不溶性膳食纤维脱色试验结果

食品工业中常用的脱色方法有还原漂白法、氧化漂白法和脱色漂白法。本试验采用H2O2溶液进行脱色。试验结果采用十分制来评分，分值越高，表示脱色效果越好。首先对单因素进行分析，找出合适范围，再进行正交试验，确定最优条件。

2.2.1 不同因素对梨渣水不溶性膳食纤维脱色的影响

2.2.1.1 H2O2体积浓度对水不溶性膳食纤维脱色的影响

在脱色时间2.0 h，温度70℃的条件下，分别选取H2O2溶液的体积浓度3%、5%、7%、9%来进行脱色试验，试验结果如图6所示。

图6 H2O2体积浓度对水不溶性膳食纤维脱色的影响

由图6可知，随H2O2溶液体积浓度的升高，梨渣水不溶性膳食纤维的脱色效果越来越好。当H2O2溶液的体积浓度在7%～9%之间时，梨渣水不溶性膳食纤维的脱色效果达到最佳。

2.2.1.2 温度对梨渣水不溶性膳食纤维脱色的影响

在处理时间2.0 h，H2O2溶液体积浓度7%的条件下，处理温度分别选取40℃、50℃、60℃、70℃，试验结果如图7所示。

图7 温度对水不溶性膳食纤维脱色的影响

由图7可知，处理温度的升高对梨渣水不溶性膳食纤维的漂白有增强的作用，但是从60℃升高到70℃的时候，漂白效果反而略有减弱的趋势。这是因为当处温度过高时，H2O2会分解，影响漂白效果。因此，选择处理温度为50℃、60℃、70℃作为漂白水不溶性膳食纤维的3个水平。

2.2.1.3 时间对梨渣水不溶性膳食纤维脱色的影响

在处理温度60℃，H2O2溶液体积浓度7%的条件下，脱色时间选取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h分别进行试验，试验结果如图8所示。

图8 时间对水不溶性膳食纤维脱色的影响

由图8可知，随处理时间的增加，梨渣水不溶性膳食纤维的漂白效果越来越好，当处理时间达到2.0 h时，分值升高的趋势不再明显。因此，处理时间为2.0 h、2.5 h时，梨渣水不溶性膳食纤维的漂白效果比较好。

2.2.2 脱色正交试验

通过单因素试验得到影响漂白效果的各单因素最佳条件范围，选H2O2体积浓度、处理时间和处理温度3个因素来设计正交试验，确定各因素的水平数为3，分别是：H2O2体积浓度7%、8%、9%；处理温度50℃、60℃、70℃；处理时间2.0 h、2.5 h、3.0 h。采用L9（34）正交试验优化梨渣水不溶性膳食纤维的脱色工艺参数。脱色正交试验设计与结果如表2，表3所示。

表2 正交试验因素水平设计表

表3 IDF脱色正交试验结果

由表3可知，A2B2C3为最佳工艺水平组合，即脱色最佳条件为：H2O2溶液体积浓度为8%，温度为60℃，时间3.0 h。根据R值，得出H2O2溶液体积浓度对梨渣水不溶性膳食纤维脱色效果的影响最大，其次是脱色时间，脱色温度对脱色效果的影响最小。

2.3 梨渣水不溶性膳食纤维的品质检测

检测膳食纤维品质的重要指标一般包括膨胀力和持水力。在上述最佳提取和脱色条件下，观察获得的水不溶性膳食纤维的品质。

2.3.1 梨渣水不溶性膳食纤维持水力

对梨渣水不溶性膳食纤维的持水力进行测定，结果如表4所示。

表4 IDF的持水力

2.3.2 梨渣水不溶性膳食纤维的膨胀力

对梨渣水不溶性膳食纤维的膨胀力进行测定，结果如表5所示。

表5 IDF的膨胀力

2.3.3 提取时淀粉酶对水不溶性膳食纤维品质的影响

将未经淀粉酶处理获得的水不溶性膳食纤维和添加淀粉酶处理的产品进行品质对比，前者的持水力、膨胀力分别为5.363 g/g、6.344 mL/g，后者的分别为6.167 g/g、7.100 mL/g，说明加淀粉酶先除去淀粉所提取的水不溶性膳食纤维品质较好。

3 小结

3.1 结论

a）本试验方法提取梨渣水不溶性膳食纤维最优条件为：加淀粉酶量为4 U/g，温度50℃，料液比1 g∶15 mL，氢氧化钠溶液浓度l.0 mol/L，浸提时间1.0 h。

b）试验获得的梨渣水不溶性膳食纤维漂白的最佳工艺为H2O2溶液体积浓度为8%，处理温度为60℃，处理时间为3.0 h。

c）提取得到的水不溶性膳食纤维持水力为6.167 g/g，膨胀力为7.100 mL/g；先加入淀粉酶除去淀粉后提取的水不溶性膳食纤维品质更好，产品无粗糙感，色泽良好。

3.2 讨论

果蔬残渣中通常含有蛋白质、淀粉等杂质成分，制备膳食纤维必须将其去除。传统采用化学法去除，即利用碱溶解蛋白质，利用酸水解淀粉。本试验采用酶和化学法结合的方法，利用淀粉酶酶解梨渣中淀粉，使淀粉水解成可溶性的成分而与不溶性膳食纤维分离。该方法简单，易操作，同时提升了膳食纤维的品质，有广阔的应用空间。

［1］郭金喜，武运，徐麟，等.化学法提取杏渣中不溶性膳食纤维的工艺研究［J］.新疆农业大学学报，2009，32（6）：65-69.

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Research on extraction of water insoluble dietary fiber from pear residue by alkali enzymic hydrolysis

GAO Xiao-li*SU Ya
（Life science department,lvliang university，Shanxi lvliang033000，China）

Water insoluble dietary fiber extracted and decoloration from pear residue by using enzyme method and alkali extraction method was studied.Effects of enzyme dosage，the ratio of material to solution,alkali concentration，temperature and time on extraction yield of water insoluble dietary fiber were investigated trough single－factor experiment method.Subsequently，a central composition experimental design was performed to attain the optimum decoloring project of water insoluble dietary fiber.The optimized conditions were as follows：amylase（4 U/g）at the conditions of pH6.0，and then with the ratio of material to solution 1 g∶15 mL，NaOH concentration 1.0 mol/L，temperature 50℃and time 1 h，the yield of water insoluble dietary fiber was found to be 12.9%.The optimum decoloring conditions were：the concentration of H2O28%，the reaction temperature 60℃，the reaction time 3 h.Under the optimal conditions，the expansibility，water-holding capability were 7.1 mL/g，6.167 g/g，respectively.

pear residue；water insoluble dietary fiber；extraction；decoloration

TS255.4

A

1673-6044（2014）04-0028-05

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.04.009

*高晓丽，女，1985年出生，2011年毕业于四川大学发酵工程专业，硕士，助教。

2014-09-27