基于响应面分析制备豆渣膳食纤维酸处理的工艺优化

邹建

摘要：采用酸处理和酶处理相结合的方法研究了制备豆渣膳食纤维时酸处理制备工艺的优化，以酸处理的pH、温度及时间作单因素试验，并在单因素试验的基础上，利用响应面分析软件对酸处理3个单因素条件的交互影响作用进行了研究。结果表明，处理时间和温度的交互作用对膳食纤维提取的影响显著，通过响应面优化酸酶法提取豆渣膳食纤维工艺，确定酸处理的最佳条件为pH 3.48、温度70.60 ℃、时间100.66 min，所得膳食纤维得率为72.278 3%。

关键词：豆渣；膳食纤维；酸处理；响应面分析

中图分类号：TS214.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）12-2981-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.045

Acid Treatment Process of Okara Dietary Fiber Based on Response Surface

ZOU Jian

（Henan University Of Animal Husbandry And Economy， Zhengzhou 450045， China）

Abstract： Combing acid treatment with enzyme treatment， the technology of dietary fiber was optimized by response surface.The interaction effect between three factors were studied. The variance analysis showed that the interaction of extraction time and temperature on extraction was significant and the interaction effect between extraction time and extraction temperature on the dietary fiber was also significant. The best conditions of acid treatment were determined as follows： pH 3.48， extraction temperature 70.60 ℃ and extraction time 100.66 min.

Key words： okara； dietary fiber； acid treatment； response surface

近年来，中国大豆种植有了长足的发展，并刺激了以豆油、豆腐、豆乳和豆奶制品等为主的大豆加工业的迅猛发展。但是，作为大豆生产工业产生最多的副料-豆渣却因其含水量大，口感粗糙，长期以来被人们忽视。除少部分做饲料外，绝大部分豆渣作为废料处理，既造成资源浪费，又污染了环境[1]。

豆渣膳食纤维能够减肥、通便，降血压、降血脂，防治糖尿病、冠心病和癌症[2]。此外，大豆膳食纤维中的水溶性膳食纤维可显著提高机体巨噬细胞率和巨噬细胞吞噬指数，并可刺激抗体的产生，从而增强人体免疫功能[3]。

因此，对豆渣膳食纤维进行制备就具有很重要的应用意义。已有研究结果表明，采用酸处理和酶处理相结合的方法制备豆渣膳食纤维，由于结合了酸处理和酶处理的优点，提高了豆渣膳食纤维的纯度及水溶性膳食纤维含量[4]。本试验重点研究了利用响应面分析酸处理和酶处理制备豆渣膳食纤维工艺中酸处理的最佳工艺条件，为后续酸酶法制备豆渣膳食纤维提供理论依据，为生产高纯度豆渣膳食纤维奠定基础。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 试验材料 豆渣：加工豆腐制品过程中产生的豆渣（来源于郑州世通豆制品有限公司）。鲜豆渣烘干，粉碎，过40目筛，所得干豆渣含蛋白质15.84%。

1.1.2 仪器与试剂 HH-S型恒温水浴锅（常州国华电器有限公司），FA2004A型分析天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司），TDL-5-A型离心机（南京守诺仪器设备有限公司），鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司），精密pH计（厦门隆力德环境技术开发有限公司），FW-100型高速中药粉碎机（苏州江东精密仪器有限公司），木瓜蛋白酶：≥50万IU/g（南宁东恒华道生物科技有限责任公司），盐酸、氢氧化钠均为分析纯。

1.2 试验方法

1.2.1 大豆膳食纤维的制备工艺流程 酸酶法是豆渣中不溶性膳食纤维提取的一种方法，豆渣先用酸液处理，除去脂肪等杂质；过滤或离心后，残渣再用蛋白酶处理，除去蛋白质；过滤或离心后，残渣进行干燥、粉碎，就得到豆渣膳食纤维粉。因此大豆膳食纤维的制备工艺[5]如下：豆渣→干燥→粉碎→酸处理→过滤→漂洗至中性→酶处理→漂洗至中性→过滤→干燥→大豆膳食纤维

1.2.2 操作方法 按一定料液比称豆渣（W1）和水混合均匀，用浓度1 mol/L的盐酸溶液调pH，在一定温度下处理一段时间后，过滤后用浓度1 mol/L的NaOH溶液调pH至中性，再加入适量木瓜蛋白酶脱蛋白（木瓜蛋白酶用量0.3%、酶解温度50 ℃、酶解时间90 min、pH 5.0），然后灭酶（90 ℃，20 min），干燥、粉碎后，称重（W2）即得成品[6]。

豆渣膳食纤维得率=W2/W1×100%

1.2.3 单因素试验 以酸处理的pH、温度及时间为影响因素，考察这3个因素对豆渣膳食纤维得率的影响。

1.2.4 响应面设计 根据单因素试验结果，设计响应面试验，因素与水平见表1。

2 结果与分析

2.1 料液比对豆渣膳食纤维得率的影响

料液比对豆渣膳食纤维得率的影响见图1。酸处理条件为pH 3.0、提取温度70 ℃、提取时间1.5 h；酶处理条件为木瓜蛋白酶用量0.3% 、酶解温度50 ℃、酶解时间90 min、pH 5.0。由图1可知，豆渣膳食纤维得率随豆渣浓度的降低而增大，但料液比小于1∶20时，豆渣膳食纤维得率又随豆渣浓度的降低而降低。因此最佳料液比选择1∶20。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 pH对豆渣膳食纤维得率的影响 料液比为1∶20，其他参数同“2.1”，在此条件下pH对豆渣膳食纤维得率的影响见图2。由图2可知，pH为3.0时，所得产品中膳食纤维得率最高，低于或高于此pH时提取得率均较低。因此，酸处理pH选择3.0。

2.2.2 温度对豆渣膳食纤维得率的影响 料液比1∶20，pH 3.0，其他参数同“2.1”，温度对豆渣膳食纤维得率的影响见图3。由图3可知，当温度为80 ℃时，豆渣膳食纤维得率最高，因此，酸处理温度可选择80 ℃。

2.2.3 处理时间对豆渣膳食纤维得率的影响 料液比1∶20，pH 3.0，提取温度80 ℃，其余参数同“2.1”，在此条件下处理时间对豆渣膳食纤维得率的影响见图4。由图4可知，随时间的延长，豆渣膳食纤维的得率逐渐增大，当时间超过2.0 h，膳食纤维得率变化不大。因此，酸处理时间可选择2.0 h。

2.3 酸处理条件的优化

酸处理条件响应面试验结果见表2、表3。根据表2数据，采用Design Expert 7.0软件进行统计分析，得到如下拟合方程：

Y=-159.218 70+125.186 94A+0.953 76B+ 0.047 711C-0.332 50AB-0.159 42AC+0.021 125BC-13.099 59A2-0.015 596B2-0.005 2C2（R2=0.736 0）。由表3可以看出，模型F值为3.097 423，P值为0.046 4（<0.05），表明该回归方程是显著的，失拟项P值为0.145 0（>0.05），不显著，说明该回归方程比较可靠。此外，各因素的P值皆大于0.05，表明各因素在试验设计范围内对膳食纤维得率的影响不显著[7]。由表3还可看出，C2对膳食纤维的得率影响极显著，其他因素及因素间交互影响不显著。

2.4 响应面图分析

利用响应面图有助于理解两个因素的交互作用。这种图形很容易通过模型计算获得，一个因素不变而另一个因素变化得到Y值。通过响应面软件分析，得出3个因素对膳食纤维得率影响的响应面（图5）。由图5可以看出，响应值的最高点处于曲面顶点，即在两因素变化的中间范围，故3个因素间两两之间具有交互作用。但从上述表和图中可以看出，仅B和C因素交互作用显著[8]。最佳添加量的确定通过软件Design Expert7.0求解方程，得出最佳酸处理条件为pH 3.48，温度70.60 ℃，时间100.66 min，所得膳食纤维得率为72.278 3%。查表2可知，当pH 3.5，温度80 ℃，时间120 min时，所得膳食纤维得率为76.58%。综合比较，并从节约能源方面考虑，选择酸处理条件为pH 3.48，温度70.60 ℃，时间100.66 min。

3 结论

通过响应面优化酸酶法提取豆渣膳食纤维工艺，确定酸处理的最佳条件为pH 3.48，温度70.60 ℃，时间100.66 min。方差分析结果表明，温度和时间的交互作用对膳食纤维提取的影响显著。

参考文献：

[1] 司 方，王明力.大豆豆渣的综合利用研究进展[J].贵州农业科学，2008，36（6）：154-156.

[2] PETERS U， SINHA R， CHATTERJEE N，et al.Dietary fiber and colorectal adenoma in a colorectal cancer early detection programme[J].Lancet， 2003，36（1）： 1491-1495.

[3] JIMNEZ-ESCRIG A，TENORIO M D，ESPINOSA-MARTOS I，et al. Health-promoting effects of a dietary fiber concent rate from the soybean by product okara in rats[J]. J Agric Food Chem，2008，56（16）：7495-7501.

[4] 李 想，程建军，江连洲.豆渣水溶性膳食纤维的研究现状与展望[J].食品工业科技，2008，29（4）：305-307.

[5] 李文佳，林亲录，苏小军.从豆渣中制取大豆膳食纤维的研究[J].农产品加工·学刊，2010（6）：51-53.

[6] 周德红，郑为完，祝团结，等.酶法水解豆渣制备水溶性膳食纤维及其作为微胶囊壁材的研究[J].食品与发酵工业，2005，31（5）：55-57.

[7] ZHAO G X，CHEN X. Extraction of natural cellulose from soybean dregs and its utilization in food[J]. Soybean Science， 2003，22（4）： 307-309.

[8] BURKE V，HODG SON J M，BEILIN L J，et al.Dietary protein and soluble fiber reduce ambulatory blood pressure in treated hypertensive[J].Hypertension，2001，38（4）：28-31.