酶碱法提取春笋膳食纤维及其功能特性研究

吴丽萍 陶芹 吴蕊

摘要 以春笋为原料，以水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）提取率为考察指标，采用酶法与碱法相结合的方式，通过单因素及正交试验设计，优化春笋膳食纤维提取工艺，并对春笋膳食纤维的功能特性进行研究。结果表明：酶碱法提取春笋膳食纤维最佳工艺为α-淀粉酶用量0.5%，木聚糖酶用量0.4%，NaOH浓度0.6%，碱解时间120  min，在此条件下春笋水溶性膳食纤维的提取率为12.70%，持水力为7.721  g/g，膨胀力为7.963  mL/g，持油力为3.368 g/g，对胆酸盐的吸附量为11.79 mg/g，亚硝酸钠的吸附量为39.87 μg/g，具有良好的功能特性。

关键词 春笋;膳食纤维;酶碱法;功能特性

中图分类号 TS201  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）10-0134-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.10.036

Abstract In this paper， spring bamboo shoots were used as raw materials， and watersoluble dietary fiber （SDF） was used as an indicator.Through single factor and orthogonal test design， the combination of enzymatic method and alkali method was used to optimize the extraction process of spring bamboo shoot dietary fiber.Functional characteristics were studied.The results showed that the optimum process for extracting spring bamboo dietary fiber by enzyme and alkali method was 0.5% αamylase， 0.4% xylanase， 0.6% NaOH， and 120 min alkaline solution.Under those conditions，the extraction rate of watersoluble dietary fiber of spring bamboo shoots was 12.70%， the water holding capacity was 7.721 g/g， the expansion force was 7.963 mL/g， the oil holding capacity was 3.368 g/g， the adsorption amount of cholate was 11.79 mg/g， and the adsorption amount of sodium nitrite was 39.87 μg/g.The product had good functional properties.

Key words Spring bamboo shoots; Dietary fiber; Enzyme and alkali method; Functional properties

  

春筍是一种资源丰富的食用笋，富含植物蛋白、氨基酸、微量矿物质元素，具有较高的营养价值，符合当代人们对健康绿色产品的需求。近年来，许多国内外学者研究表明，春笋具有防癌、抗衰老、减肥降脂、改善肠道健康等生理功能[1-2]，在膳食纤维资源开发上极具潜力。膳食纤维（dietary fiber，DF）[3]是维系人体健康不可或缺的一类营养素。其中，可溶性膳食纤维（solubledietary fiber，SDF）[4]主要有降胆固醇、控制血糖、改善糖尿病状况等功效;不可溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）主要作用于肠道，产生机械蠕动[5]，排出有害物质，达到快速消化的目的，故在功能特性方面，可溶性膳食纤维优于不溶性膳食纤维。

由于新鲜春笋储藏期较短，经济效益不高，市场上普遍以真空包装笋干、罐头的形式出售[6]，而该方式未能合理利用春笋皮、老茎等副产品，使得春笋并未得到充分的综合开发利用，造成资源浪费。然而，春笋皮渣等下脚料中膳食纤维含量丰富，因此寻找一种高效的春笋膳食纤维提取方法可以提高春笋的利用价值。

目前，国内外提取膳食纤维的方法主要包括酶法、化学法、发酵法和膜分离法[7]。酶法提取膳食纤维较温和，但提取率低[8];化学法提取率较高，但易造成膳食纤维破损，降低膳食纤维的理化特性[9]。该研究采用酶法结合化学法对春笋膳食纤维进行改性，并分析改性后的春笋膳食纤维品质及理化性能，该方法旨在提高春笋的应用价值，为春笋的资源利用提供理论基础，同时为高纤维功能性食品原料的制备提供有效途径。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

春笋（黄山本地作物）、α-淀粉酶（九鼎化学科技有限公司）、木聚糖酶（义马煤业集团生化高科技工程有限公司）、氢氧化钠化学纯、盐酸、无水乙醇分析纯（上海润捷化工试剂有限公司）、TGL-20M离心机（上海卢湘仪离心机仪器有限公司）、FA2004N电子分析天平（西安麒麟试验仪器有限公司）;HH-S数显恒温水浴锅（常州市伟嘉仪器制造有限公司）;SH1-水流抽气真空泵抽滤机;DHG-9240立式干燥箱（苏州亚泰烘箱制造有限公司）;YB-600型高速多功能粉碎机（浙江永康市速锋工贸有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 春笋膳食纤维的提取工艺。

1.2.1.1 工艺流程。春笋膳食纤维的提取工艺见图1。

1.2.1.2 操作要点。

清洗春笋皮，置于65 ℃干燥箱中干燥10 h，干燥后粉碎至1～2 mm的小颗粒粉末[10]，保存以备后期使用。将预处理后的粉末进行酶解，准确称取一定量粉末，加15倍蒸馏水，均匀搅拌，加入一定量淀粉酶，调 pH为中性，在65 ℃水浴锅保温反应2 h，灭酶;加入一定量木聚糖酶，55 ℃ 下水浴酶解150 min，灭酶后过滤。按料液比1∶20加入0.6% NaOH溶液碱解120 min，过滤取上清液，用4倍体积无水乙醇沉淀，105 ℃下干燥，直至恒重即得可溶性膳食纤维（SDF）。

1.2.2 试验设计。

1.2.2.1 α-淀粉酶用量对SDF提取率的影响。称取5份等量春笋（2.0 g），按 1∶15的料液比加入蒸馏水，于65 ℃、pH7.0 條件下分别加入0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%的α-淀粉酶和0.4%木聚糖酶，灭酶后过滤，按料液比1∶20加入0.6%NaOH溶液碱解120 min，研究α-淀粉酶用量对SDF提取率的影响。

1.2.2.2 木聚糖酶用量对SDF提取率的影响。称取5份等量春笋（2.0 g），按 1∶15 的料液比加入蒸馏水，于65 ℃、pH7.0 条件下分别加入0.2%、0.3% 0.4%、0.5%、0.6%的木聚糖酶和0.5% α-淀粉酶，灭酶后过滤，按料液比1∶20加入0.6%NaOH溶液碱解120 min，研究木聚糖酶用量对SDF提取率的影响。

1.2.2.3 NaOH浓度对SDF提取率的影响。称取5份等量春笋（2.0 g），按 1∶15 的料液比加入蒸馏水，于65 ℃、pH7.0条件下分别加入0.4%木聚糖酶和0.5% α-淀粉酶，灭酶后过滤，按料液比1∶20加入0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7% NaOH溶液，研究不同NaOH浓度对SDF提取率的影响。

1.2.2.4 碱解时间对SDF提取率的影响。称取5份等量春笋（2.0 g），按 1∶15 的料液比加入蒸馏水，于65 ℃、pH7.0条件下分别加入0.4%木聚糖酶和0.5% α-淀粉酶，灭酶后过滤，按料液比1∶20加入0.6% NaOH溶液，分别碱解30、60、90、120、150 min，研究碱解时间对SDF提取率的影响。

1.2.2.5 正交试验设计。在单因素试验基础上，为了优化试验结果，以SDF提取率为考察指标，选取α-淀粉酶用量、木聚糖酶用量、NaOH浓度、碱解时间4个因素进行L9（34）正交试验设计。

1.2.3 春笋膳食纤维理化性质的测定

1.2.3.4 吸附亚硝酸盐能力的测定。

根据亚硝酸盐标准曲线制作方法[12]，得出膳食纤维吸附亚硝酸根能力标准曲线：y=0.014 1x-0.002 3，R2=0.998 1。参照任雨离等[12]所述方法进行，称取2.0 g试样于250  mL锥形瓶中，加入100  mL 20 μg/mL亚硝酸钠溶液，混匀后振摇30  min，过滤，吸取10  mL滤液并稀释至100  mL，再吸取稀释后的溶液10  mL 于25  mL带塞比色管中，按照亚硝酸盐标准曲线制作方法中加入4.5 mL氯化铵缓冲液步骤操作，测定溶液的吸光值，并同时做试剂空白。带入标准曲线方程并计算溶液中亚硝酸盐含量。

1.2.3.5 吸附胆酸盐能力的测定。

参照陈亚非等[13]方法进行，称取2.0 g试样于锥形瓶中，加入含0.2 g胆酸钠的0.15 mol/L NaCl溶液100 mL，调节pH 7.0，振摇、离心，取1 mL上清液，根据标准曲线的制作方法测定胆酸钠吸附量。胆酸钠测定方法采用糠醛比色法[14]。

胆酸钠的吸附量= （吸附前胆酸钠的量-吸附后清液残余量） /样品的质量

2 结果与分析

2.1 α-淀粉酶用量对SDF提取率的影响

由图2可知，在α-淀粉酶的用量低于0.5%时，SDF提取率随其增加逐渐增大，并在0.5%时取得最大提取率。这是因为α-淀粉酶促进纤维素水解，生成小分子单糖或多糖，之后随着α-淀粉酶用量增加，底物浓度不变，酶会水解长链淀粉，使链断裂，SDF提取率会有所下降[15]。因此，最适α-淀粉酶用量为0.4%～0.6%。

2.2 木聚糖酶用量对SDF提取率的影响 

由图3可知，在木聚糖酶的用量低于0.4%时，SDF提取率随其增加而提高，并在0.4%时取得最大提取率。之后随着木聚糖酶用量继续增加，SDF提取率反而下降。原因在于，酶量0.4%之前木聚糖酶还未达到饱和，随着酶量增加至饱和时，SDF提取率达到最大值。但由于酶量继续增加，SDF发生溶解，导致SDF提取率下降[15]。因此，最适木聚糖酶用量为0.3%～0.5%。

2.3 NaOH浓度对SDF提取率的影响 

由图4可知，NaOH浓度在0.3%～0.4%时，随着NaOH浓度不断提升，SDF提取率也逐渐上升，当NaOH用量浓度达0.5%时，提取率达到峰值，当NaOH浓度再持续升高，提取率持平且有下降趋势。这是因为NaOH溶液在SDF获取中的作用是破坏氢键，使其从纤维素和半纤维素之间断开，从而增加SDF在碱液中的溶解度。当NaOH溶液浓度相对较小时，其提供的介质环境不能够将纤维素与半纤维素之间的氢键悉数断开;NaOH溶液浓度过大时会毁坏部分纤维素结构，并且NaOH溶液用量增加，造成浪费。综上所述，正交试验选择NaOH浓度为0.4%～0.6%。

2.4 碱解时间对SDF提取率的影响 

由图5可知，在一定时间范围内，随着处理时间的增加，反应充分，SDF提取率随之增加，90 min取得最大值。若碱解时间太短，底物与酶接触反应时间不充足，也会导致蛋白质降解不完全;若碱解时间过长，可有效地促进纤维的水解或溶解，即SDF被过度水解，生成小分子物质，因此，随碱解时间继续增加，提取率反而降低[16]。由图5可知，碱解的最适宜时间为60～120 min。因此，选用60～120 min作为提取SDF的适宜碱解时间。

2.5 单因素及正交试验结果分析

通过单因素试验分析，以SDF提取率为考察指标，选取α-淀粉酶用量、木聚糖酶用量、NaOH浓度、碱解时间4个因素进行L9（34）正交试验设计，因素水平如表1所示。

观察表2，从表中的极差R可以分析各个因素对春笋膳食纤维SDF提取率的影响顺序为C>B>A>D，即NaOH濃度>木聚糖酶用量>α-淀粉酶用量>碱解时间。由正交试验结果表中k值大小，确定最佳组合为A2B2C3D3，即当α-淀粉酶用量为 0.5%、木聚糖酶用量为 0.4%、NaOH浓度为0.6%、碱解时间120 min时提取率最高。针对正交试验结果进行方差分析，根据F值的大小可以判断各因素对春笋可溶性膳食纤维提取率影响的强弱。由方差分析结果可知，α-淀粉酶、木聚糖酶、氢氧化钠、碱解时间的F值依次为1.723、6.047、8.293，1.000。木聚糖酶用量和氢氧化钠浓度对于试验结果影响显著，这与极差分析结果一致。在A2B2C3D3工艺条件下做验证试验，春笋膳食纤维提取率为12.70%，高于正交试验中的任何一组。

2.6 膳食纤维的理化性质分析

从表3和图6可知，酶碱法提取春笋可溶性膳食纤维的持水力、膨胀力、持油力、吸附亚硝酸盐能力和吸附胆酸盐能力均比单一的酶法或碱法提取的效果好，其持水力为7.721 g/g，膨胀力7.963  mL/g，持油力3.368 g/g，对胆酸盐的吸附量为11.79 mg/g，对亚硝酸钠的吸附量为39.87 μg/g。

3 结论

通过研究确定酶碱法提取春笋膳食纤维的最佳工艺为α-淀粉酶用量0.5%、木聚糖酶用量0.4%、NaOH浓度0.6%、碱解时间120 min，在此工艺条件下，春笋膳食纤维的提取率为12.70%，达到预期效果。对春笋膳食纤维的功能特性进行研究，结果表明酶碱法制备的春笋膳食纤维具备良好的持水力、膨胀力、持油力、吸附亚硝酸盐能力和吸附胆酸盐能力，可作为良好的功能性食品原料。

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