酶法提取酸浆宿萼中可溶性膳食纤维工艺的优化

陈东　刘新艳　黄平平　吕亚旗　周萌　刘晓玲

摘要：以酸浆（Physalis alkekengi）宿萼为试验材料，采用酶法酶解淀粉、蛋白质、脂肪等物质，提取可溶性膳食纤维，运用单因素试验和正交试验对酸浆宿萼中的可溶性膳食纤维提取的最佳工艺进行优化。结果表明，在综合考虑产物提取率、纯度和成本的前提下，最佳酶解提取工艺为在pH 6.5、酶解温度50 ℃、酶解12 h、醇沉30 min的条件下，原材料中添加纤维素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g，在此条件下得到的提取率为6.5%。

关键词：酸浆（Physalis alkekengi）宿萼；可溶性膳食纤维；提取工艺；酶用量

中图分类号：S641.4；Q-31 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）05-1142-03

酸浆（Physalis alkekengi）俗名红姑娘、灯笼草等，为茄科植物，具有耐寒、抗病等特点，是一种野生性极强的植物，具有独特的药用价值和丰富的营养价值[1]。

膳食纤维是一种复杂混合物，主要包括纤维素、半纤维素、果胶及亲水胶体物质，还包括木质素、抗性淀粉、抗性糊精、改性纤维素、黏质、寡糖以及少量蜡质、角质和软木脂等[2]。膳食纤维分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维两大类，其中水溶性膳食纤维主要由一些胶类等亲水胶体物质和部分半纤维素组成。水溶性膳食纤维的主要功能是减少血液中的胆固醇，调节血糖，从而降低心脏病的发生机率，改善并治疗糖尿病以及肥胖症等[2]。目前，水溶性膳食纤维的应用越来越受到重视，被广泛运用于食品行业。有关酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取报道的较少，赵成萍等[1]利用碱法提取了酸浆宿萼中可溶性膳食纤维，碱法操作简单，成本较低，但腐蚀性大，不利于保护环境。而周静峰等[3]对浒苔中可溶性膳食纤维进行提取，发现酶法较化学法提取的可溶性膳食纤维产出量高，且产物的持水力、膨胀力都优于碱法。进一步研究发现，酶法提取的浒苔可溶性膳食纤维可作为高品质膳食纤维及理想的食品添加剂[4]。目前，有关酶法提取酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的研究鲜见报道，本研究利用酶法提取酸浆宿萼中的可溶性膳食纤维，采用正交试验优化提取工艺，以期为酸浆中可溶性膳食纤维的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

酸浆宿萼购自山东省烟台市万民阳光药店；α-淀粉酶（10×103 U/g）、纤维素酶（5×104 U/g）、木瓜蛋白酶（8×105 U/g）、脂肪酶（2×104 U/g）均购自江苏锐阳生物科技有限公司；95%乙醇（分析纯）购自大连宝生物工程有限公司。

HH-4型数显恒温水浴锅（国华电器有限公司）、DGL-2004型电热鼓风干燥箱（烟台先科仪器有限公司）、5810R型高速冷冻离心机（Eppendorf公司）、微型电动粉碎机、AL104型电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）、LMQ-2360B型灭菌器（山东新华医疗器械股份有限公司）。

1.2 方法

干燥酸浆宿萼样品经清洗、烘干、粉碎后称取1 g，加入去离子水浸泡（37 ℃恒温），将溶液pH调至6.5，按一定比例加入纤维素酶、α-淀粉酶和木瓜蛋白酶，升温至50 ℃酶解12 h，100 ℃条件下灭活酶活性30 min，3 000 r/min离心5 min，取上清液，过滤，加入4倍体积95%乙醇醇沉30 min后，3 000 r/min离心5 min，保留滤渣，60 ℃烘干得到可溶性膳食纤维。

提取率=（提取的可溶性膳食纤维质量/原料质量）×100%

1.3 单因素试验

按以下比例分别在原料中添加不同种类的酶，研究其对酸浆宿萼可溶性膳食纤维提取率的影响。①脂肪酶添加量：0.6×102、1.2×103、1.8×103、2.4×103、3.0×103、3.6×103 U/g，纤维素酶添加量为4×104 U/g，α-淀粉酶为5×102 U/g，木瓜蛋白酶为1.2×103 U/g；②纤维素酶添加量：0、1×104、2×104、3×104、4×104、5×104、6×104 U/g，脂肪酶添加量参照优化后结果设定，α-淀粉酶添加量为5×102 U/g，木瓜蛋白酶为1.2×103 U/g；③α-淀粉酶添加量：0、1×102、2×102、3×102、4×102、5×102、6×102 U/g，脂肪酶和纤维素酶添加量参照优化后的结果设定，木瓜蛋白酶添加量为1.2×103 U/g；④木瓜蛋白酶添加量：0、1.2×103、2.4×103、3.6×103、4.8×103、6.0×103、7.2×103 U/g，其他酶添加量参照优化后的结果设定。

1.4 正交试验

在单因素试验的基础上，采用纤维素酶、α-淀粉酶、木瓜蛋白酶3个因素进行正交试验L9（33）优化提取工艺，每个因素3个水平。正交试验因素和水平见表1。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 脂肪酶添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率的影响 试验结果表明，脂肪酶添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取率无明显影响，随着脂肪酶添加量的增加，可溶性膳食纤维的提取率变化不大（提取率均在5.3%左右）。

2.1.2 纤维素酶添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率的影响 由图1可知，随纤维素酶添加量的增加，酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取率逐渐增加，在添加量为5×104 U/g时，提取率达到最大，为6.70%，之后随着纤维素添加量的增加，提取率反而下降。因此，选择纤维素酶添加量5×104 U/g为宜。

2.1.3 α-淀粉酶量添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率的影响 在一定范围内，α-淀粉酶的添加量与酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取率呈正相关，当添加量为5×102 U/g时，提取率最高，为6.70%；之后随着α-淀粉酶添加量的增加，提取率反而降低（图2）。因此，选择α-淀粉酶的最佳添加量为5×102 U/g。

2.1.4 木瓜蛋白酶添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率的影响 木瓜蛋白酶的添加量对酸浆宿萼中可溶性纤维素提取率的影响如图3所示。当木瓜蛋白酶的添加量为0时，可溶性纤维素提取率较高，之后随木瓜蛋白酶添加量的增加，提取率呈下降趋势。当木瓜蛋白酶加入量为2.4×103 U/g时，提取率达到最低，继续添加酶提取率变化不大。考虑到提取物的纯度，木瓜蛋白酶的添加量选择1.2×103、2.4×103、3.6×103 U/g 3个水平较为合适。

2.2 正交试验结果

从表2的方差分析可知，3个因素对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取率影响大小依次为纤维素酶（A）、木瓜蛋白酶（C）、α-淀粉酶（B），最佳提取工艺组合应为A2B2C1。在此最佳工艺条件下进行验证试验，得到的酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率为6.5%。

3 小结与讨论

本试验中纤维素酶的添加量在一定范围内与提取率成正比，但当添加量超过一定量后，提取率反而下降。幸宏伟等[5]对酶法提取红薯渣中可溶性膳食纤维的研究也发现纤维素的过量添加会导致提取率下降，认为纤维素酶在适量时可以将不溶性膳食纤维水解生成可溶性膳食纤维。李应彪等[6]认为在膳食纤维提取中，淀粉酶的添加量要适中，淀粉酶过多地加入会导致半纤维素等活性物质溶出，造成提取率降低。而本研究中α-淀粉酶的过多加入也使可溶性膳食纤维提取率降低，可能因为可溶性纤维中有关活性物质的析出，造成提取率下降。

单因素试验结果显示，木瓜蛋白酶添加的量为0时，酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率相对较高，可能此时产物中存在一定的杂质，在控制成本的情况下，适度的增加木瓜蛋白酶，可提高可溶性膳食纤维产物的纯度。

酶法提取可溶性膳食纤维时往往需要脂肪酶，本试验结果表明，脂肪酶的添加与否对可溶性膳食纤维的提取率无明显影响，可能是酸浆宿萼中脂肪含量较低。张辉[7]对酸浆干燥宿萼成分的研究中发现，其脂肪含量很少，仅为1.8%左右。因此，酶法提取酸浆干燥宿萼中可溶性膳食纤维时，可以不加脂肪酶，以优化生产工艺，节省成本。

本试验结果表明，在综合考虑产物提取率、纯度和成本的前提下，酶法提取酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的最佳工艺为在酶解温度50 ℃、反应体系pH 6.5，酶解12 h条件下，原料中添加纤维素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g。

参考文献：

[1] 赵成萍，张晓娟，王晓闻，等.红姑娘宿萼中可溶性膳食纤维的提取工艺[J].贵州农业科学，2012，40（4）：170-181.

[2] 李逸鹤.膳食纤维研究现状及发展趋势[J].现代农业科技，2010（6）：349-351.

[3] 周静峰，何 雄，张煜炯，等.不同方法提取浒苔膳食纤维的效果比较[J].食品工业科技，2010，31（5）：274-276.

[4] 周静峰，何 雄，师邱毅.酶法提取高品质浒苔膳食纤维工艺[J].食品开发与研究，2011，32（3）：148-152.

[5] 幸宏伟，程 琳.酶法提高红薯渣可溶性膳食纤维得率的研究[J].食品科技，2011，36（10）：153-156.

[6] 李应彪，陆 强.麦麸膳食纤维的提取技术研究[J].粮油加工与食品机械，2005（11）：77-79.

[7] 张 辉.毛酸浆宿萼的化学成分研究[D]. 苏州：苏州大学，2010. 21-22.

2.1.4 木瓜蛋白酶添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率的影响 木瓜蛋白酶的添加量对酸浆宿萼中可溶性纤维素提取率的影响如图3所示。当木瓜蛋白酶的添加量为0时，可溶性纤维素提取率较高，之后随木瓜蛋白酶添加量的增加，提取率呈下降趋势。当木瓜蛋白酶加入量为2.4×103 U/g时，提取率达到最低，继续添加酶提取率变化不大。考虑到提取物的纯度，木瓜蛋白酶的添加量选择1.2×103、2.4×103、3.6×103 U/g 3个水平较为合适。

2.2 正交试验结果

从表2的方差分析可知，3个因素对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取率影响大小依次为纤维素酶（A）、木瓜蛋白酶（C）、α-淀粉酶（B），最佳提取工艺组合应为A2B2C1。在此最佳工艺条件下进行验证试验，得到的酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率为6.5%。

3 小结与讨论

本试验中纤维素酶的添加量在一定范围内与提取率成正比，但当添加量超过一定量后，提取率反而下降。幸宏伟等[5]对酶法提取红薯渣中可溶性膳食纤维的研究也发现纤维素的过量添加会导致提取率下降，认为纤维素酶在适量时可以将不溶性膳食纤维水解生成可溶性膳食纤维。李应彪等[6]认为在膳食纤维提取中，淀粉酶的添加量要适中，淀粉酶过多地加入会导致半纤维素等活性物质溶出，造成提取率降低。而本研究中α-淀粉酶的过多加入也使可溶性膳食纤维提取率降低，可能因为可溶性纤维中有关活性物质的析出，造成提取率下降。

单因素试验结果显示，木瓜蛋白酶添加的量为0时，酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率相对较高，可能此时产物中存在一定的杂质，在控制成本的情况下，适度的增加木瓜蛋白酶，可提高可溶性膳食纤维产物的纯度。

酶法提取可溶性膳食纤维时往往需要脂肪酶，本试验结果表明，脂肪酶的添加与否对可溶性膳食纤维的提取率无明显影响，可能是酸浆宿萼中脂肪含量较低。张辉[7]对酸浆干燥宿萼成分的研究中发现，其脂肪含量很少，仅为1.8%左右。因此，酶法提取酸浆干燥宿萼中可溶性膳食纤维时，可以不加脂肪酶，以优化生产工艺，节省成本。

本试验结果表明，在综合考虑产物提取率、纯度和成本的前提下，酶法提取酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的最佳工艺为在酶解温度50 ℃、反应体系pH 6.5，酶解12 h条件下，原料中添加纤维素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g。

参考文献：

[1] 赵成萍，张晓娟，王晓闻，等.红姑娘宿萼中可溶性膳食纤维的提取工艺[J].贵州农业科学，2012，40（4）：170-181.

[2] 李逸鹤.膳食纤维研究现状及发展趋势[J].现代农业科技，2010（6）：349-351.

[3] 周静峰，何 雄，张煜炯，等.不同方法提取浒苔膳食纤维的效果比较[J].食品工业科技，2010，31（5）：274-276.

[4] 周静峰，何 雄，师邱毅.酶法提取高品质浒苔膳食纤维工艺[J].食品开发与研究，2011，32（3）：148-152.

[5] 幸宏伟，程 琳.酶法提高红薯渣可溶性膳食纤维得率的研究[J].食品科技，2011，36（10）：153-156.

[6] 李应彪，陆 强.麦麸膳食纤维的提取技术研究[J].粮油加工与食品机械，2005（11）：77-79.

[7] 张 辉.毛酸浆宿萼的化学成分研究[D]. 苏州：苏州大学，2010. 21-22.

2.1.4 木瓜蛋白酶添加量对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率的影响 木瓜蛋白酶的添加量对酸浆宿萼中可溶性纤维素提取率的影响如图3所示。当木瓜蛋白酶的添加量为0时，可溶性纤维素提取率较高，之后随木瓜蛋白酶添加量的增加，提取率呈下降趋势。当木瓜蛋白酶加入量为2.4×103 U/g时，提取率达到最低，继续添加酶提取率变化不大。考虑到提取物的纯度，木瓜蛋白酶的添加量选择1.2×103、2.4×103、3.6×103 U/g 3个水平较为合适。

2.2 正交试验结果

从表2的方差分析可知，3个因素对酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的提取率影响大小依次为纤维素酶（A）、木瓜蛋白酶（C）、α-淀粉酶（B），最佳提取工艺组合应为A2B2C1。在此最佳工艺条件下进行验证试验，得到的酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率为6.5%。

3 小结与讨论

本试验中纤维素酶的添加量在一定范围内与提取率成正比，但当添加量超过一定量后，提取率反而下降。幸宏伟等[5]对酶法提取红薯渣中可溶性膳食纤维的研究也发现纤维素的过量添加会导致提取率下降，认为纤维素酶在适量时可以将不溶性膳食纤维水解生成可溶性膳食纤维。李应彪等[6]认为在膳食纤维提取中，淀粉酶的添加量要适中，淀粉酶过多地加入会导致半纤维素等活性物质溶出，造成提取率降低。而本研究中α-淀粉酶的过多加入也使可溶性膳食纤维提取率降低，可能因为可溶性纤维中有关活性物质的析出，造成提取率下降。

单因素试验结果显示，木瓜蛋白酶添加的量为0时，酸浆宿萼中可溶性膳食纤维提取率相对较高，可能此时产物中存在一定的杂质，在控制成本的情况下，适度的增加木瓜蛋白酶，可提高可溶性膳食纤维产物的纯度。

酶法提取可溶性膳食纤维时往往需要脂肪酶，本试验结果表明，脂肪酶的添加与否对可溶性膳食纤维的提取率无明显影响，可能是酸浆宿萼中脂肪含量较低。张辉[7]对酸浆干燥宿萼成分的研究中发现，其脂肪含量很少，仅为1.8%左右。因此，酶法提取酸浆干燥宿萼中可溶性膳食纤维时，可以不加脂肪酶，以优化生产工艺，节省成本。

本试验结果表明，在综合考虑产物提取率、纯度和成本的前提下，酶法提取酸浆宿萼中可溶性膳食纤维的最佳工艺为在酶解温度50 ℃、反应体系pH 6.5，酶解12 h条件下，原料中添加纤维素酶5×104 U/g，α-淀粉酶5×102 U/g，木瓜蛋白酶1.2×103 U/g。

参考文献：

[1] 赵成萍，张晓娟，王晓闻，等.红姑娘宿萼中可溶性膳食纤维的提取工艺[J].贵州农业科学，2012，40（4）：170-181.

[2] 李逸鹤.膳食纤维研究现状及发展趋势[J].现代农业科技，2010（6）：349-351.

[3] 周静峰，何 雄，张煜炯，等.不同方法提取浒苔膳食纤维的效果比较[J].食品工业科技，2010，31（5）：274-276.

[4] 周静峰，何 雄，师邱毅.酶法提取高品质浒苔膳食纤维工艺[J].食品开发与研究，2011，32（3）：148-152.

[5] 幸宏伟，程 琳.酶法提高红薯渣可溶性膳食纤维得率的研究[J].食品科技，2011，36（10）：153-156.

[6] 李应彪，陆 强.麦麸膳食纤维的提取技术研究[J].粮油加工与食品机械，2005（11）：77-79.

[7] 张 辉.毛酸浆宿萼的化学成分研究[D]. 苏州：苏州大学，2010. 21-22.