| 不同提取方法对苹果渣中可溶性膳食纤维的影响 牟建楼 王 颉* 李慧玲 (河北农业大学食品学院 河北保定071000) 摘要 以苹果渣为原料，分别采用微波和纤维素酶作用提取可溶性膳食纤维 ，通过正交试验确定微波的适宜提取条件，结果表明：在料液比 1∶20，时间 1.5 min，微波火力为中火（功率 450 W），pH 6 的条件下，水溶性膳食纤维得率 13.6%，持水力 754.40%，溶胀性 13 mL/g。通过响应面优化试验确定纤维素酶适宜的提取条件是：纤维素酶用量 0.67%，缓冲液 pH 5.55，酶解时间 1.90 h，酶解温度 45 ℃。 此时，水溶性膳食纤维提取率 17.50%，持水 力 851.25%，溶胀性 15 mL/g。 关键词 苹果渣； 可溶性膳食纤维； 微波法； 纤维素酶 文章编号 1009-7848（2012）09-0115-06 我国浓缩苹果汁年产量近 60 万 t， 占世界浓缩果汁总产量和贸易量的近 1/2，位居世界首位[1]。然而，我国苹果加工综合利用率低，特别是苹果渣的利用，苹果渣含有较多的粗纤维[2]。 若将其中的 纤维提取、精制，不仅可减少环境污染，而且对提高农副产品附加值及改善人民健康水平均具有重要意义。 膳食纤维包括水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维， 其中水溶性膳食纤维对人体具有多种营养保健功能[3~5]，而且有利于人体的消化吸收，因此制取可溶性膳食纤维具有非常重要的意义。 水溶性膳食纤维的提取方法主要是化学法[6-12]，酸 、碱对膳食纤维尤其是水溶性膳食纤维的破坏较大，产品品质也较差，而且环境污染大。 物理法[13~14]和酶法[15~17]报道比较少。 酶法应用于苹果渣水溶性膳食纤维提取未见报道。本文分别以微波提取和纤维素酶酶法提取苹果渣中水溶性膳食纤维， 通过正交试验优化微波提取的最佳工艺条件， 通过响应面分析方法优化酶法提取的最佳工艺条件， 比较两种方法所得水 溶性膳食纤维得率和功能性质， 从而确定适宜的提取方法， 为果渣资源的开发提供科学的理论依据。 1 材料和方法 1.1 材料、试剂和仪器 苹果渣， 河南灵宝饲料有限公司； 纤维素酶（酶活力 10 000 U/g），北京奥博星公司。无水乙醇、醋酸钠、冰醋酸，均为分析纯，天津天大化工实验厂。水浴锅， 上海东星建材试验设备有限公司；PB-20 酸度计，北京赛多利斯仪器系统有限公司；中药粉碎机 QE-200 g， 武义县屹立工具有限公司；标准检验筛（40 目）， 浙江上虞市华丰五金仪器厂；微波炉（WP 700 型），佛山市顺德区格兰仕微波炉电器有限公司； SHB-III 循环水式多用真空泵， 郑州长城仪器厂； 电热鼓风干燥箱 （DL-101-2 型号），天津市中环实验电炉有限公司。 1.2 试验方法 1.2.1 微波提取水溶性膳食纤维适宜工艺条件确定 将干苹果渣粉碎，过 40 目筛备用。 准确称取10.0 g，调节 pH 值，用微波加热一定时间，真空泵抽滤、收集滤液，滤液加 4 倍体积无水乙醇 60 ℃醇沉 1 h，抽滤，干燥制得 SDF。根据单因素试验结果， 设料液比 （A）、 时间（B）、 火力 （C）和 pH（D）4 个因子 ， 每因子 3 个水平，用 L9（34）正交表安排试验，见表 1。  试验结束时测定膳食纤维得率。 1.2.2 纤维素酶酶法提取水溶性膳食纤维适宜工艺条件确定 将苹果渣粉碎后，过 40 目筛，待用。准确称取 10.0 g，按 1∶20 加入一定 pH 的醋酸盐缓冲液，在一定温度下加入适量纤维素酶，酶解一段时间后，在 80 ℃条件下保温 10 min 灭活。 滤液冷却后加入 4 倍体积的无水乙醇，60 ℃醇沉 1 h，抽滤，干燥制得 SDF。 在单因素试验的基础上，以加酶量，pH，酶解时间，酶解温度为试验因素，水溶性膳食纤维得率为响应值， 进行响应面优化试验。 采用 DesignExpert 7.12 统计软件， 进行 Box-Behnken 设计及响应面分析试验，试验因素水平表见表 2。  1.3 试验结果测定方法 1.3.1 水溶性膳食纤维（SDF）的得率 SDF/%=SDF 质量样品质量×100% 1.3.2 持水力测定 准确称取 1.00 g 粉碎过的膳食纤维悬浮于 50 mL 蒸馏水中，在 25 ℃条件下磁力搅拌 24 h，加入 4 倍体积无水乙醇沉淀，抽滤，称其质量， 计算持水力 （water holding capacity，WHC[6]。 WHC/%=样品湿重-样品干重样品干重×100% 1.3.3 溶胀性测定 准确称取 0.1000 g 膳食纤维 于 10 mL 量筒中，测定体积后，加入 5 mL 蒸馏水，室温浸泡 24 h 测定体积， 计算溶胀性（swellingwater，SW）[9]。 SW（mL/g）=样品溶胀后体积-溶胀前体积样品质量 1.4 试验结果统计分析方法 试验重复 3 次，试验结果用X軍±SD 表示，正交试验试验数据采用 SPSS11．0 for windows 统计软件进行统计分析。响应面试验采用 Design Expert7.12 统计软件，进行响应面分析。 2 结果与分析 2.1 微波提取工艺条件的优化 微波提取工艺条件的优化试验结果见表 3，方差分析见表 4。    由表 3、表 4 可知，各因素对试验结果的影响显著。 对试验结果和极差进行分析，各因素对膳食纤维得率影响作用的主次关系为 A>C>B>D，即料液比>火力>时间>pH， 最优工艺组合是 A3B1C1D3。 经 SPSS 分析可知，B2和 B1差异不显著，C1和 C3差异不显著， 即 A3B1C1D3和 A3B2C3D3试验结果差异不显著。 结合生产成本，选择料液比为 1∶20，时间为 1.5 min， 火力为中火 （功率为 450 W）， pH为 6.0，该条件下可溶性膳食纤维得率为 13.6%。 2.2 响应面分析结果 2.2.1 响应面法的试验结果 响应面分析试验结果见表 5。  2.2.2 方程及方差分析 利用 Design Expert 7.12对表 5 中的试验数据进行多元回归拟合及对模型进行方差分析，分析结果如表 6 所示。由表 6 可知，失拟项不显著（P=0.1318>0.05），而模型的 P 值为 0.0005， 小于 0.05， 表明模型显著。 模型的确定系数 R2=0.90，模型调整确定系数R2adj =0.80，表明模型拟合度较好，能较好地反映各因素与响应值变化的关系， 可用于预测可溶性膳食纤维得率的实际情况。 从表 6 还可以看出因素一次项（A、B、D）、交互项（CD）、二次项（A2、B2、C 2）对结果影响是显著的 （P<0.05）， C、D2和交互项（AB、AC、AD、BC 和 BD）对结果影响不显著 （P>0.05）。 因此去除 D2和交互项 AB、AC、AD、BC、BD，得到 SDF 得率对加酶量（X1）、pH（X2）、酶解时间（X3）、酶解温度（X4）的回归模型为：Y1=-73.06+14.75X1+26.08X 2+12.84X3+0.13X4+0.36X3X4-18.59X12-2.26X22-10.05X32  2.2.3 响应面 利用 Design Expert 软件对表 5数据进行二次多元回归， 拟合得到二次回归方程的响应曲面及其等高线。 提取温度和提取时间对SDF 得率的影响见图 1。  由图 1 可见，提取时间保持不变， 随着提取温度的增加， SDF 得率呈现逐渐降低的趋势；当提取温度一定时，随着提取时间的延长，SDF 得率呈现先升高后降低的趋势。 在较低温度水平下，控制提取时间有利于 SDF 得率的增加。 2.2.4 提取工艺的优化与验证试验 根据得到的 多项式回归方程，利用 Design Expert 软件对响应面立体图进行分析， 对优化后的回归方程进行求解，得出水溶性膳食纤维提取最优酶解条件为：加酶量 0.67%，缓冲液 pH 5.55，作用时间 1.90 h，反应温度 45.0 ℃，模型预测的得率是 17.59%。为了验证模型方程的适用性与可靠性，采用上述最佳工艺条件进行膳食纤维提取试验， 试验重复3 次，结果表明，在此条件下，膳食纤维平均提取率为 17.50%，与预测值基本相符，可见该模型能较好地预测实际可溶性膳食纤维的提取情况。 2.3 微波法与酶法提取水溶性膳食纤维的得率及功能特性 比较两种提取方法对可溶性膳食纤维的影响试验结果见表 7。  膳食纤维的持水力与膨胀力是衡量膳食纤维品质的重要特性。 持水力、膨胀力越大则表示膳食纤维的吸水、吸油能力越强，比表面积及吸附性越大，膳食纤维的生理活性越好。 由表 7 可知，酶法制得的水溶性膳食纤维的持水力和膨胀力都比微波法制得的水溶性膳食纤维的性能指标优越。 3 结论 1） 葛邦国等[14]将苹果渣经过酸处理后 SDF由 8.45%上升9.5%； 碱处理后，SDF 的含量由8.45%提高至 11.1%； 苹果粉通过挤压后，SDF 含量由 8.45%上升到 12.68%。 焦凌霞等[15]采用酸水解法提取苹果渣中的水溶性膳食纤维， 在加水比12∶1、80 ℃、pH 1.5 的条件下水解 150 min，水溶性膳食纤维的得率为 13.54%。本试验采用微波法和酶法提取得到的可溶性膳食纤维得率均高于所见报道。 2） 纤维素酶法提取苹果渣中水溶性膳食纤维， 纤维素酶可以酶解不溶性纤维素得到半纤维素、 聚葡萄糖等可溶性多糖， 同时大分子被分解后，使可溶性的分子较小的膳食纤维得到释放。 由于这两方面的作用，使酶法提取效率更高。 3） 对比研究结果表明，纤维素酶酶提技术在SDF 提取率及功能特性方面优于微波提取法。 参 考 文 献 [1] 刘英杰. 中国浓缩苹果汁生产与贸易[J]. 世界农业， 2005， （7）： 29-31. [2] 史红兵 ， 宋纪蓉 ， 黄洁. 苹果渣制备水溶性膳食纤维的工艺研究[J]. 西北大学学报 ： 自然科学版 ， 2002， 32（2）：148-150. [3] Vasanthan Thava， Jiang Gaosong， Yeung Judy， et al. Dietary fiber profile of barley flour as affected by extrusion cooking[J]. Food Chemistry， 2002， 77（1）： 35-40． [4] Burlcitt D P J Burkitt Walker A R P， Painter N J. Dietary fiber and disease[J]. Journal of American Medical As-sociation， 1974， 229（8）： 1068-1077． [5] 刘焕云， 李慧荔， 赵红. 燕麦麸中水溶性膳食纤维提取工艺优化[J]. 农业机械学报， 2008， 39（7）： 103-106. [6] 彭章普， 龚伟中， 徐艳， 等. 苹果渣可溶性膳食纤维提取工艺的研究[J]. 食品科技， 2007， （7）： 238-241. [7] 张英春， 杨鑫， 张华， 等. 利用南瓜粉制备水溶性膳食纤维的工艺研究[J]. 食品工业， 2009， （3）： 14-15. [8] 李加兴， 刘飞， 范芳利 ， 等. 响应面法优化猕猴桃皮渣可溶性膳食纤维提取工艺 [J]. 食品科学 ， 2009， 30（14）：143-151. [9] 陶永霞， 周建中， 武运， 等. 酶碱法提取枣渣可溶性膳食纤维的工艺研究[J]. 食品科学， 2009， 30（20）： 118-121. [10] 娄海伟， 迟玉杰. 挤压豆渣中可溶性膳食纤维制备工艺的优化[J]. 农业工程学报， 2009， 25（6）： 285-289. [11] 邓红， 李小平. 苹果渣水溶性膳食纤维的提取及脱色工艺研究[J]. 食品研究与开发， 2002， 23（2）： 22-23. [12] 张丽云， 王晓光. 麦麸膳食纤维的研究[J]. 食品科学， 1999， （2）： 56-58. [13] 宋维春， 徐云升， 卢凌彬， 等. 超声波提取香蕉茎干中水溶性膳食纤维的工艺研究[J]. 食品工业科技 ， 2009， 3220-222. [14] 宋维春， 徐云升， 曹阳. 微波提取香蕉茎干中水溶性膳食纤维的工艺研究[J]. 食品科学， 2009， 30（06）： 60-63. [15] 徐广超， 姚惠源. 豆渣水溶性膳食纤维制备工艺的研究[J]. 河南工业大学学报：自然科学版， 2005， 26（1）： 54-57. [16] 屈浩亮， 顾小红， 汤坚. 癞葡萄渣水溶性膳食纤维提取工艺的研究及其单糖组分分析[J]. 食品与机械 ， 2008， 24（4）： 73-78. [17] 姜竹茂， 陈新美， 缪静. 从豆渣中制取可溶性膳食纤维的研究[J]. 中国粮油学报， 2001， 16 （03） ： 52-55. |
