酶法制备麦麸膳食纤维中复合酶去除淀粉工艺探讨

何建军　施建斌等

摘要：以麦麸为原料，采用酶法制备膳食纤维，在单因素试验基础上，采用正交试验对酶法制备麦麸膳食纤维中复合酶去除淀粉工艺进行了探讨。结果表明，复合酶去除麦麸中淀粉最优工艺为复合酶比例2∶5，复合酶添加量0.8%，酶解pH 5.5，酶解温度50 ℃，酶解时间90 min，此工艺下所制备的麦麸膳食纤维淀粉残留率仅为0.57%，而麦麸膳食纤维的纯度可达86.38%，从正交试验各因素对麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响大小来看，复合酶添加量的影响最大。

关键词：麦麸；复合酶；水解；淀粉；膳食纤维

中图分类号：TS210.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）15-3712-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.15.034

Abstract： Wheat bran was selected as the raw material and the technology of enzymatic hydrolysis was studied by orthogonal test on the basis of single factor experiment. Results showed that the optimum conditions were enzyme ratio 2∶5， compound enzyme dosage 0.8%， hydrolysis pH 5.5， hydrolysis temperature 55 ℃ and hydrolysis time 90 min. Under these conditions， the starch residues was 0.57% and the purity of wheat bran dietary fiber reached 86.38%. The main factor that influenced starch residual rate most was the dosage of compound enzyme.

Key words： wheat bran； enzyme； hydrolysis； starch； dietary fiber

中国是小麦（Triticum aestivum L.）的生产大国，小麦作为人类主要粮食作物之一，年产量已超过1亿t[1-3]。麦麸是小麦面粉加工过程中的副产物，约占小麦子粒质量的20%～25%，麦麸主要由膳食纤维、蛋白质、淀粉等物质组成，其含量分别为40%～50%、10%～20%、15%～20%，除此之外，麦麸中还含有大量的脂肪、维生素、矿物质等营养成分[4，5]。由于麦麸来源广泛、麦麸中膳食纤维资源丰富，当前，麦麸膳食纤维的制备研究与应用也深受国内外学者重视[6]。

膳食纤维在保障人体健康方面扮演非常重要的角色。前人研究表明，很多疾病如便秘、肥胖、心血管系统疾病、结肠癌、糖尿病等与膳食纤维摄入量不足有很大关系[7]。提高饮食中膳食纤维含量可增加粪便量，缩短肠道排空时间，降低粪便硬度，防止便秘[8]。膳食纤维也可在结肠中发酵生成短链的脂肪酸，促进结肠细胞增殖与分化，抑制致癌物的产生，防止肿瘤形成[9]。此外，膳食纤维还能控制血糖释放，降低餐后血糖水平，有助于预防糖尿病及肥胖[10]。

酶法是制备麦麸膳食纤维中较为常用的方法[11，12]，酶解旨在去除麦麸中的蛋白质和淀粉，得到高纯度膳食纤维。在酶解淀粉的过程中，涉及到α-淀粉酶和糖化酶，由于这两种酶的酶解条件不同，通常情况下，先以α-淀粉酶酶解淀粉为低分子糖和糊精，再以此为底物，利用糖化酶进行进一步酶解，工序较为繁琐。前人对α-淀粉酶和糖化酶协同水解马铃薯、木薯和葛根淀粉的工艺进行了研究[13-15]。本研究摒弃了传统分步单酶去淀粉工艺，采用复合酶一步酶解去淀粉，对复合酶酶解工艺进行了探讨，以简化酶法制备麦麸膳食纤维工艺流程。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

麦麸由湖北省同光面粉有限公司提供；α-淀粉酶（3 000～5 000 U/g）、糖化酶（≥50 000 U/g）均购自北京双旋微生物培养基制品厂；Megazyme葡萄糖试剂盒购自北京博欧德生物技术有限公司，乙醇、二甲亚砜、盐酸等均为分析纯。

UV-280型紫外可见分光光度计（尤尼柯上海仪器有限公司）；TYSP-200型高速多功能粉碎机（浙江省永康市红太阳机电有限公司）；HJ-4A磁力搅拌器（江苏金坛市宏华仪器厂）；LXJ-IIB离心机（上海安亭科学仪器厂）；GZX-9240 MBE电热鼓风干燥箱（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；40目筛，浙江上虞市龙翔精密仪器厂；SHA-B恒温水浴锅（常州国华电器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 麦麸膳食纤维制备工艺流程 取一定量粉碎后过100目筛的麦麸，按料液比1∶12加水悬浊，调节至pH 9.0，加入0.5%碱性蛋白酶（酶与麦麸质量比），于55 ℃下水浴酶解90 min，100 ℃下灭酶活5 min，随后调节pH，按一定比例加入复合酶（淀粉酶和糖化酶），恒温水浴酶解，酶解完成后酶解液于100 ℃下水浴5 min灭酶活，4 500 r/min下离心30 min，收集沉淀干燥，即为麦麸膳食纤维。

1.2.2 麦麸基本成分分析 对麦麸以及预处理后麦麸中水分、蛋白质、脂肪、灰分、淀粉、膳食纤维等基本成分含量进行分析。

1.2.3 单因素试验 以复合酶酶解后麦麸膳食纤维中淀粉残留率为指标，采用单因素试验对麦麸膳食纤维制备工艺中复合酶比例（淀粉酶∶糖化酶为7∶0、1∶6、2∶5、3∶4、5∶2、4∶3、6∶1、0∶7）、复合酶添加量（酶与样品质量比为0.4%、0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%、1.0%）、酶解pH（4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0）、酶解温度（40、50、60、70、80、90 ℃）、酶解时间（50、60、70、80、90、100、110 min）等因素进行探讨。在进行单因素试验过程中，探讨某一单因素时，其他各因素水平分别固定为复合酶比例5∶2、复合酶添加量0.7%、酶解pH 5.0、酶解温度60 ℃、酶解时间60 min。

1.2.4 正交试验 在单因素试验基础上，进行5因素4水平正交试验，进一步探讨复合酶酶解制备麦麸膳食纤维最优工艺。

1.2.5 分析测定方法 水分、蛋白质、脂肪、灰分、淀粉、膳食纤维的测定分别参照GB/T 5009.3-2010、GB/T 5009.5-2010、GB/T 14772-2008、GB/T 5009.9-2008、GB/T 5009.88-2008等方法进行。

2 结果与分析

2.1 麦麸基本成分分析

通过对麦麸基本成分进行分析，得出麦麸基本成分中膳食纤维、淀粉和蛋白质含量较高，分别为45.12%、17.92%、16.10%，水分、脂肪和灰分含量较低，分别为8.18%、4.49%、4.89%。其中淀粉和蛋白质含量高也是影响麦麸膳食纤维制备的主要因素，因此麦麸膳食纤维制备工艺即为麦麸中蛋白质和淀粉有效去除工艺。

2.2 复合酶制备麦麸膳食纤维单因素试验结果

2.2.1 不同复合酶比例下麦麸膳食纤维中淀粉残留率变化情况 复合酶的比例对麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响结果如图1所示。从图1可以看出，随着复合酶比例（淀粉酶∶糖化酶）中糖化酶所占比例的增加，麦麸膳食纤维中淀粉残留率呈先下降后上升的变化趋势，复合酶中淀粉酶与糖化酶比例为5∶2时，所得麦麸膳食纤维中淀粉残留率最低，仅为0.49%。糖化酶是以淀粉酶酶解产物为底物，合适的糖化酶比例有利于将淀粉酶酶解产物及时酶解转化成葡萄糖。

2.2.2 不同复合酶添加量下麦麸膳食纤维中淀粉残留率变化情况 复合酶添加量对麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响如图2所示。从图2可以看出，麦麸膳食纤维中淀粉残留率的变化明显分为3个阶段，复合酶添加量小于0.7%时，随着添加量增加，淀粉残留率呈下降趋势；复合酶添加量为0.7%～0.9%时，淀粉残留率趋于稳定；复合酶添加量大于0.9%时，淀粉残留率升高。从生产成本角度考虑，复合酶添加量以0.7%较为适宜。

2.2.3 不同酶解时间下麦麸膳食纤维中淀粉残留率变化情况 图3为酶解时间对麦麸膳食纤维中淀粉残留的影响，结果表明，酶解时间对麦麸膳食纤维中淀粉残留率有较大影响，随着酶解时间延长，所得麦麸膳食纤维中淀粉残留率呈先下降后趋于稳定的变化趋势，酶解时间小于90 min时，延长酶解时间，淀粉残留率明显下降，酶解时间超过90 min，淀粉残留率变化较小，从节约能耗角度考虑，酶解时间以90 min为宜，此时麦麸膳食纤维中淀粉残留率为0.45%。

2.2.4 不同pH下麦麸膳食纤维中淀粉残留率变化情况 pH对麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响如图4所示，结果表明，随着pH升高，麦麸膳食纤维中淀粉残留率呈现先下降后上升的变化趋势。本研究中所用α-淀粉酶作用最适酶解条件为pH 5.5～7.5，糖化酶作用最适条件为pH 5.0，而采用复合酶酶解，同时添加两种酶时，却在pH 6.0时淀粉酶残留率最低，仅为0.68%，可能是两种酶在pH 6.0时协同作用最强。

2.2.5 不同酶解温度下麦麸膳食纤维中淀粉残留率变化情况 本研究所选用的α-淀粉酶与糖化酶都是中温酶，其中α-淀粉酶与糖化酶酶解最适温度分别为50～75 ℃、55 ℃，酶解温度对麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响如图5所示，从图5可以看出，随着酶解温度增加，麦麸膳食纤维中淀粉残留率呈先下降后上升的变化趋势，酶解温度60 ℃时，麦麸膳食纤维中淀粉残留率最低为0.61%。温度对酶活性影响较大，而酶活与淀粉水解程度亦呈正相关。从图5也可以看出，温度低于50 ℃时，麦麸膳食纤维中淀粉残留率高于酶解温度在50 ℃以上时的淀粉残留率，说明较高温度下，复合酶仍保持较高活性。

2.3 正交试验

根据单因素试验结果，以麦麸膳食纤维中淀粉残留率为指标，对复合酶酶解去除淀粉工艺进行5因素4水平正交试验，各因素与水平如表1所示。

以麦麸膳食纤维中淀粉残留率为考核指标，复合酶去除麦麸中淀粉工艺正交试验优化结果如表2所示。从表2各因素极差R可以看出，正交试验所探讨的5个因素对麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响顺序由大到小依次为复合酶添加量、酶解温度、酶解pH、复合酶比例、酶解时间，各因素理论最优水平组合为A4B3C4D2E1，即复合酶比例为2∶5、复合酶添加量0.8%、酶解时间100 min、pH 5.5、酶解温度50 ℃。正交试验16个处理中，最优因素水平组合为A2B4C3D2E1，即复合酶比例为4∶3、复合酶添加量0.9%、酶解时间90 min、酶解pH 5.5、酶解温度50 ℃，此时所得麦麸膳食纤维中淀粉残留率仅为0.60%。随后以所得麦麸膳食纤维淀粉残留率和膳食纤维纯度为指标，对理论最优组合与实际最优组合进行了验证试验，结果如表3所示。

从表3可以看出，相比实际最优水平组合，在理论最优水平组合下，所得麦麸膳食纤维中淀粉残留率较低、而麦麸膳食纤维纯度较高，分别为0.57%和86.38%。

3 结论

麦麸膳食纤维经蛋白酶酶解去蛋白质后，先后采用单因素试验和正交试验对用复合酶去除麦麸中淀粉工艺进行了探讨，结果表明在复合酶比例2∶5、酶添加量0.8%、酶解时间90 min、酶解pH 5.5、酶解温度50 ℃时麦麸膳食纤维中淀粉残留率最低，仅为0.57%，膳食纤维纯度最高，达到了86.38%。正交试验充分考虑了各因素间交互作用，因此正交试验确定最优工艺下各因素水平与单因素试验各因素最优水平间存在一定差异，5个因素中，复合酶添加量对所得麦麸膳食纤维中淀粉残留率的影响最大。

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