豆渣中水不溶性膳食纤维的提取及性质研究

李建周，陈晓华，罗思诗

（衡阳师范学院生命科学与环境学院，湖南衡阳421008）

豆渣中水不溶性膳食纤维的提取及性质研究

李建周，陈晓华*，罗思诗

（衡阳师范学院生命科学与环境学院，湖南衡阳421008）

以豆渣为原料，采用酶法提取豆渣中水不溶性膳食纤维（IDF），并对IDF的性质进行初步研究。其中由单因素试验和正交试验得出豆渣IDF酶法提取的最佳提取工艺为：蛋白酶酶解温度50℃、时间5 h、用量25mg/g，α-淀粉酶酶解温度70℃、时间1 h、用量6mg/g，糖化酶酶解温度50℃、时间30min、用量5mg/g，此工艺条件下提取率为80.13%。酶法提取豆渣IDF成品的功能特性较好，其持水力为9.66g/g，溶胀性为4.94mL/g，持油力为4.92 g/g。

豆渣；水不溶性膳食纤维；酶解

膳食纤维是指不被人体消化的多糖类碳水化合物和木质素的总称[1]，可分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维两大类。膳食纤维目前被认为是“第七大营养素”[2]，持水性和溶胀性好，具有调节胆固醇、降低血压、预防胆结石、防止便秘、肠憩室症及肠道癌的作用[3-5]。

豆渣是豆腐、豆奶、豆干等豆制品加工中的主要副产物[6]，约占全豆干重的15%～20%，富含油脂（12.4%）、蛋白质（19.32%）、纤维素（51.8%）。中国大豆产量高，豆制品加工业发达，但副产物豆渣利用率非常低。目前，豆渣只是作为饲料或者废弃物丢掉，其富含的营养素没有得到充分利用，这不仅浪费资源，还造成环境污染[7]。豆渣中富含膳食纤维，其水溶性膳食纤维含量比较低，是一种十分理想的纤维素源。目前，提取膳食纤维的方法有化学法、酶法、膜分离法及生物发酵法[8]等。其中，酶法提取膳食纤维反应条件温和，对产品的破坏性小。本项目利用酶法提取豆渣中水不溶性膳食纤维，旨在为豆渣中膳食纤维在食品中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验原料

新鲜豆渣：家用作坊生产豆腐后的豆渣。

1.1.2 酶制剂

α-淀粉酶（酶活力为10 000U/g）、糖化酶（酶活力为100 000U/g）、碱性蛋白酶（酶活力为200 000U/g）：江苏锐阳生物科技有限公司。

1.1.3 仪器与设备

FA2204B分析天平、YP1002N电子天平：上海精密科学仪器有限公司；DHG-9240电热鼓风干燥箱、HH-（S）6恒温水浴锅：金坛市安普实验仪器厂；KC-100高速粉碎机：北京开创同和科技发展有限公司；DL-7LM低速冷冻离心机：湖南星科科学仪器有限公司；PB-10酸度计：长沙康源科技开发有限公司；SHBIII真空抽滤机：郑州长城科工贸有限公司；YHB-NZD-Z电热蒸馏水器：上海博讯实业有限公司。

1.2 干豆渣粉的制备

将选好的新鲜豆渣称取50 g，用水分活度计测量水分活度Aw，再将其放入80℃的干燥箱里烘干至恒重后粉碎，密封储存备用，经测定豆渣水分含量为85.3%，水分活度(Aw)为0.92。

1.3 膳食纤维的提取

1.3.1 酶法提取豆渣中膳食纤维

1）准确称取10 g干豆渣粉，置于500mL烧杯中，编号。

2）在每个烧杯中加入250mL 60℃的热水，用玻璃棒搅拌直到样品完全分散。

3）α-淀粉酶处理：调pH至6.0～7.0，加入30U/g中温α-淀粉酶溶液6mg/g，充分搅拌后用保鲜膜密封，放入60℃水浴锅中酶解1 h。

4）糖化酶处理：调pH至4.0～4.5，加入40 U/g糖化酶溶液4mg/g，充分搅拌后用保鲜膜密封，放入60℃水浴锅中酶解1 h。

5）蛋白酶处理：调pH至8.5～10.0，加入25mg/g的碱性蛋白酶，充分搅拌后用保鲜膜密封，放入50℃～60℃的水浴锅中酶解3 h。

6）离心脱水：将酶处理后的豆渣溶液离心，倒掉上清液，沉淀物用去离子水洗涤至中性。

7）干燥、称重：将处理后的沉淀物放入75℃干燥箱中干燥4 h左右，即得水不溶性膳食纤维。

1.3.2 酶法提取豆渣中水不溶性膳食纤维的工艺优化

1.3.2.1 单因素试验

研究3种酶的温度、时间、浓度对水不溶性膳食纤维的提取率影响，单因素试验时按照1.3.1的提取工艺，只改变其中的一个因素，其他因素不变。在最佳条件选出来后，根据最佳条件研究下一个影响因素，因素范围的选择根据商品酶推荐的最佳条件设定。单因素研究的范围如下：

1）α-淀粉酶：温度梯度50、60、70℃；时间梯度0.5、1、1.5 h；浓度梯度5、6、7mg/mL。

2）糖化酶：温度梯度50、60、70℃；时间梯度0.5、1、1.5 h；浓度梯度3、4、5mg/mL。

3）蛋白酶：温度梯度50、60、70℃；时间梯度3、4、5 h；浓度梯度25、26、27mg/mL。

1.3.2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，考察α-淀粉酶加酶量、酶解时间、温度三因素对豆渣中水不溶性膳食纤维提取率的影响，采用L9（34）正交表，因素水平见表1。

表1 α-淀粉酶提取豆渣中IDF工艺优化正交试验因素水平Table1 Levelsof the factorsof orthogonal testwith alpha-starch enzym e

1.4 豆渣中水不溶性膳食纤维的理化性质研究

1.4.1 提取率的测定

IDF含量的测定根据GB 5009.88-2014《食品安全国家标准食品中膳食纤维的测定》的方法进行。

水不溶性膳食纤维提取率/%=[水不溶性膳食纤维的质量（g）/原料豆渣的质量（g）]×100

1.4.2 持水力测定

称取0.5 g（m0）水不溶性膳食纤维样品放入离心管中，称其质量得m1，加入30mL去离子水，振荡混合5min，以3 000 r/min离心10min后，弃去上清液，擦干离心管内外壁附着的水分，再称离心管和其中物质的总质量得m2，按下列公式计算持水力（g/g）：

1.4.3 溶胀性测定

称取水不溶性膳食纤维样品1.0 g（m0），放入量筒中，测干物质体积（V1）。再向其中加入10mL去离子水，振荡均匀后静置24 h，得到充分吸水膨胀后膳食纤维的体积（V2），按下列公式计算溶胀性（mL/g）：

1.4.4 持油力的测定

称取0.5 g（m0）水不溶性膳食纤维样品放入离心管中称其质量得m1，加入30mL玉米油，振荡混合10min，以4 000 r/min离心15min后，弃去上清液，擦干离心管内外壁附着的油，再称离心管和其中物质的总质量得m2，按下列公式计算持油力（g/g）：

2 结果与分析

2.1 酶法提取豆渣IDF工艺优化

2.1.1 单因素试验

根据所买商品酶上推荐的最适酶解温度、时间和用量范围设定试验因素梯度。

2.1.1.1 酶解温度的选择

固定α-淀粉酶酶解时间为1 h，用量为5mg/g；糖化酶酶解时间为1 h，用量为5mg/g，蛋白酶酶解时间为3 h，用量为25mg/g。温度范围为50℃～70℃测定3种酶不同温度下IDF提取率，如图1所示。

图1 3种酶不同温度下IDF提取率Fig.1 Theextraction rateof IDFwith the threeenzymesin different tem peratures

由图1可知，随着蛋白酶酶解温度的增加，豆渣IDF粗提取率降低，故蛋白酶的酶解温度选50℃为最佳温度，此时豆渣IDF粗提取率为（61.47±0.91）%；同理，分别控制除α-淀粉酶和糖化酶酶解温度以外的因素不变，由图1得出，α-淀粉酶酶解最佳温度为60℃，此时豆渣IDF粗提取率为（65.73±0.69）%；糖化酶酶解最佳温度为50℃，此时豆渣IDF粗提取率为（59.46±0.78）%。

2.1.1.2 酶解时间的选择

1）α-淀粉酶和糖化酶

固定蛋白酶酶解时间为3 h，用量为25mg/g，酶解温度为50℃；糖化酶酶解温度为50℃，用量为5mg/g；α-淀粉酶酶解温度为60℃，用量为5mg/g。酶解时间范围为0.5 h～1.5 h，测定不同时间下IDF提取率，如图2所示。

图2 α-淀粉酶和糖化酶不同时间下IDF提取率Fig.2 Theextraction rateof IDFwith thealpha-starch enzyme and saccharifying enzyme in different times

由图2可知，随着α-淀粉酶酶解时间的增加，豆渣IDF粗提取率提高，当时间为1.5 h时，达最高点，故α-淀粉酶酶解时间选1.5 h为最佳时间，此时豆渣IDF粗提取率为（64.5±0.04）%。同理，控制其他因素不变，糖化酶的酶解时间范围为0.5 h～1.5 h，由图2得出，糖化酶酶解时间为0.5 h时，豆渣IDF粗提取率最高，此时豆渣IDF粗提取率为（61.33±0.86）%，即糖化酶的最佳酶解时间为0.5 h。

2）蛋白酶

固定α-淀粉酶酶解时间为1.5h，酶解温度为60℃，用量为5mg/g；糖化酶酶解时间为0.5 h，酶解温度为50℃，用量为5mg/g；蛋白酶酶解温度为50℃，用量为25mg/g，酶解时间范围为3 h～5 h，测定不同时间下IDF提取率，如图3所示。

图3 蛋白酶不同时间下IDF提取率、Fig.3 Theextraction rateof IDFwith thep rotease in different tim es

由图3可知，随着时间的增加，豆渣IDF粗提取率不断提高，当时间为5 h时，粗提取率达最高，为（64.13± 0.88）%，即蛋白酶的最佳酶解时间为5 h。

2.1.1.3 加酶量的选择

1）蛋白酶

固定α-淀粉酶酶解时间为1.5 h，温度为60℃，用量为5mg/g；糖化酶酶解时间为0.5 h，温度为50℃，用量为5mg/g；蛋白酶酶解时间为5 h，温度为50℃，用量范围为24mg/g～27mg/g，测定不同蛋白酶用量下的IDF提取率，如图4所示。

图4 蛋白酶不同用量下IDF提取率Fig.4 Theextraction rateof IDFWith indifferentprotein concentrations

由图4可看出，当蛋白酶的用量为25mg/g时，达最高点，此时豆渣IDF粗提取率为（63.84±0.81）%，即蛋白酶最佳酶解用量为25mg/g。

2）α-淀粉酶

固定蛋白酶的酶解时间为5 h，用量为25mg/g，温度为50℃，糖化酶的酶解时间为0.5 h，温度为50℃，用量为5mg/g，α-淀粉酶的酶解时间为1.5 h，温度为60℃，用量范围为5mg/g～8mg/g，测定不同α-淀粉酶用量下IDF提取率，如图5所示。

图5 α-淀粉酶不同用量下IDF提取率Fig.5 Theextraction rateof IDFWith indifferentalpha-starch enzyme concentrations

由图5可看出，随着用量增加，粗提取率提高，当用量为6mg/g时，达最高点，之后随着用量的增加，粗提取率逐渐降低，最高点时豆渣IDF粗提取率为（69.17±0.79）%，所以α-淀粉酶用量选6mg/g为最佳用量。

3）糖化酶

固定α-淀粉酶酶解时间为1.5h，酶解温度为60℃，用量为6mg/g；蛋白酶酶解时间为5 h，用量为25mg/g，酶解温度为50℃；糖化酶酶解时间为0.5 h，酶解温度为50℃，用量范围为3mg/g～6mg/g，测定不同糖化酶用量下IDF提取率，如图6所示。

图6 糖化酶不同用量下IDF提取率Fig.6 Theextraction rateof IDFwith indifferent saccharifying enzym e concentrations

由图6可看出，随着糖化酶用量增加，粗提取率逐渐提高，当用量为5mg/g时，达最高点，之后随着用量的增加，粗提取率降低，最高点时豆渣IDF粗提取率为（64.18±0.48）%，即糖化酶量选5mg/g为最佳用量。

综上所述，提取豆渣中水不溶性膳食纤维的最佳条件为：蛋白酶的酶解温度为50℃、时间为5 h、用量为25mg/g；α-淀粉酶的酶解温度为60℃、时间为1.5h、用量为6mg/g；糖化酶的酶解温度为50℃、时间为0.5h、用量为5mg/g。同时可以看出α-淀粉酶各因素的变化对豆渣IDF粗提取率影响最大，故对α-淀粉酶进一步工艺优化。

2.1.2 单因素试验最优条件下酶法提取豆渣IDF工艺研究

本试验为蛋白酶、α-淀粉酶、糖化酶影响因素（温度、时间、用量）达到最优值时所进行的试验，即蛋白酶酶解温度为50℃、时间为5 h、用量为25mg/g；α-淀粉酶酶解温度为60℃、时间为1.5 h、用量为6mg/g；糖化酶酶解温度为50℃、时间为30min、用量为5mg/g。结果表明此条件下豆渣中水不溶性膳食纤维的提取率为73.59%。可见，控制好酶反应的影响因素，豆渣IDF的提取率也随之提高。

2.1.3 正交试验（α-淀粉酶最佳工艺参数的确定）

在单因素试验的基础上，α-淀粉酶各因素的变化对豆渣IDF粗提取率影响最大，因此通过优化α-淀粉酶用量可进一步提高豆渣IDF提取率。正交试验蛋白酶和糖化酶均采用单因素试验的最佳条件，以α-淀粉酶的用量、时间、温度为影响因素，对豆渣IDF的提取率进行正交试验分析。豆渣IDF的提取工艺正交试验结果与分析见表2。

表2 L9（34）正交试验结果与分析Table2 The resultsof orthogonalexperiment

由表2极差分析可知，α-淀粉酶水解各因素对豆渣中水不溶性膳食纤维提取率的影响顺序为A＞C＞B，即加酶量＞温度＞时间。最优工艺为A2C3B2，即当α-淀粉酶用量为6mg/g、反应时间为1 h、反应温度为70℃时，获得最高提取率，此时豆渣IDF提取率为80.13%。

2.2 酶法提取的豆渣IDF的性质分析

豆渣IDF的感官品质见表3。

表3 豆渣IDF的感官品质Table3 The sensory evaluation of IDF

由表3以看出，酶法提取豆渣IDF的提取率约80%，所得豆渣IDF基本没有什么不良气味，颜色为黄棕色，含胶状物质较少。

豆渣IDF的物理特性见表4。

表4 豆渣IDF的物理特性Table4 Thephysicalpropertiesof IDF

由表4以看出，酶法所得豆渣IDF的持水力、溶胀性和持油力都比较高，由于酶解比较温和，保持了膳食纤维的结构，得到的IDF形成胶状物质较少，用做食品添加剂大有可为。

3 结论

本试验以豆渣为原料，利用酶法提取豆渣IDF，并通过单因素试验和正交试验进行工艺优化。由单因素试验确定豆渣IDF的最佳提取工艺为：蛋白酶的酶解温度为50℃、时间为5 h、用量为25mg/g；α-淀粉酶的酶解温度为60℃、时间为1.5 h、用量为6mg/g；糖化酶的酶解温度为50℃、时间为30min、用量为5mg/g，此时的豆渣IDF提取率为73.59%。通过正交试验对α-淀粉酶的酶解条件进行研究，得出α-淀粉酶的最佳酶解条件为α-淀粉酶用量为6mg/g，酶解时间为1 h，酶解温度为70℃，此时豆渣IDF提取率为80.13%。

酶法提取豆渣IDF成品的功能特性较好，其持水力达到9.66（g/g），溶胀性达4.94（mL/g），持油力达4.92（g/g），且无不良气味，呈黄棕色粉末状。这些性质表明豆渣IDF具有保持水分、稳定食品形态、改善食品口感的作用，是一种很有潜力的食品添加剂。

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Study on the Extraction and Properties of Water-insoluble Dietary Fiber from Bean Dregs

LIJian-zhou,CHENXiao-hua*,LUOSi-shi
（Collegeof Life Scienceand Enviroment,Hengyang NormalUniversity,Hengyang421008,Hunan,China）

This research studied on theextraction and propertiesofwater-insoluble dietary fiber(IDF)from bean dregs.The best extraction technology was obtained by themethods of single factor experiment and orthogonal test.The extraction technologywas that the protease ofwater bath temperaturewas50℃for 5 h with concentration of25mg/g,alpha-starch enzyme ofwater bath temperaturewas70℃for 1 h with concentration of6mg/g and glucoamylasewater bath temperaturewas50℃for 30min with concentration of5mg/g.In this condition, the extraction ratewas up to 80.13%.The propertiesof IDFwerewellwith water holding capacity of9.66 g/g, theexpansion of4.94mL/gand oilholding capacity of4.92 g/g.

bean dregs;water-insolubledietary fiber;enzymolysis

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.07.007

2016-07-16

湖南省自然科学基金项目（2015JJ6012）；湖南省教育厅资助科研项目（15B034）；粮油深加工与品质控制湖南省2011协同创新项目资助；衡阳市科技发展计划项目（2014KN54）

李建周（1979—），男（汉），助理工程师，硕士研究生，研究方向：食品分析检测。

*通信作者：陈晓华（1981—），女（汉），讲师，博士，研究方向：食品生物技术。