甘薯膳食纤维酶法改性及其特性研究

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摘要：摘 要：采用纤维素酶和木聚糖酶相结合，对甘薯膳食纤维进行改性研究。通过单因素试验和正交试验优化甘薯膳食纤维酶法改性工艺条件，并对改性前后膳食纤维的理化特性和抗氧化活性进行分析研究。结果表明：甘薯膳食纤维酶法改性中，纤维素酶最适添加量1.2%，木

　　摘 要：采用纤维素酶和木聚糖酶相结合，对甘薯膳食纤维进行改性研究。通过单因素试验和正交试验优化甘薯膳食纤维酶法改性工艺条件，并对改性前后膳食纤维的理化特性和抗氧化活性进行分析研究。结果表明：甘薯膳食纤维酶法改性中，纤维素酶最适添加量1.2%，木聚糖酶最适添加量1.6%，最佳酶解时间30 min，最适料液比1∶11，获得的可溶性膳食纤维得率为8.84%。与天然膳食纤维相比，改性后的甘薯膳食纤维持油力上升，膨胀力和持水力下降(P<0.05)。同时，酶法改性显著提高了甘薯膳食纤维对DPPH的清除能力，增强了甘薯膳食纤维的功能特性。

　　关键词：甘薯;膳食纤维;改性工艺;理化特性;抗氧化活性

　　膳食纤维(DF)是指在人体的小肠内不能被消化吸收，在大肠中可以部分或者全部发酵的可食用植物成分、碳水化合物及其类似物 [1]。DF分为可溶性膳食纤维(SDF)和不溶性膳食纤维(IDF)两类[2]。SDF吸水性好、黏度大，容易被肠道菌群发酵利用，在降低餐后血糖和吸附胆固醇等方面具有优良特性。在技术上SDF还可以作为重要的增稠剂、胶凝以及成膜和仿脂剂[3]。IDF则通过增加饱腹感以及粪便体积和重量，从而改善消化系统功能[4]。SDF含量的高低通常是评价DF品质优劣的重要指标，然而很多天然的膳食纤维原料中SDF所占的比例都很低，需要对其进行改性，提高SDF的含量以更好地发挥其生理功效[5]。目前，对膳食纤维进行改性的方法主要有酶法、化学方法、物理方法、离子液体法等[6]，其中酶法改性具有温和、安全、高效等优点，是制备高活性膳食纤维较好的方法。有研究报道，纤维素酶和木聚糖酶联合进行酶解在与官能团暴露和比表面积相关的性质方面表现出较好的效果，比如胆酸钠结合容量和羟自由基清除活性[7]。

　　甘薯是一种营养价值十分丰富的作物[8]。我国是世界上最大的甘薯产地之一，几乎所有地区均有种植[9]。我国常见的四个彩色甘薯品种是白色、黄色、橙色和紫色，它们的化学成分完全不同[10]。当前甘薯的开发大约50%用作饲料，14%作为食物，6%用于种薯，还有15%因保存不当被丢弃，只有很少的一部分用于工业加工，加工利用率低[11]。所以，加强对甘薯生物活性物质的研究，优化甘薯提取工艺具有十分重要的意义。本研究采用纤维素酶和木聚糖酶相结合，对甘薯膳食纤维进行改性研究，优化了甘薯膳食纤维加工的工艺条件，提高了SDF的含量，并对改性后膳食纤维的理化特性及抗氧化性进行了分析，为甘薯膳食纤维的深入研究及其功能产品的开发提供科学依据。

　　1 材料与方法

　　1.1 材料与试剂

　　甘薯(白皮红心)，金龙鱼大豆油，昆明某超市;α-淀粉酶、糖化酶、木聚糖酶，北京索莱宝科技有限公司;木瓜蛋白酶、纤维素酶、DPPH，上海源叶生物科技有限公司;抗坏血酸、氢氧化钠、乙酸、无水乙醇等均为分析纯，天津市风船化学试剂科技有限公司;pH精密试纸：上海三爱思试剂有限公司。

　　1.2 仪器与设备

　　电动粉碎机，上海淀久中药机械制造有限公司;120目分样筛(孔径0.125 mm)，浙江上虞哨金五四纱筛厂;101-2型干燥箱，中华人民共和国上海市试验仪器厂;HH-3A数显恒温水浴锅，金坛市易晨仪器制造有限公司;H1850台式高速离心机，湖南湘仪试验试剂器开发有限公司;电子分析天平，奥豪斯(上海)公司;SHZ-D(Ⅲ)型循环水真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司;722S可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司。

　　1.3 方法

　　1.3.1 预处理 甘薯经清洗晾干后切成薄片，在鼓风干燥箱中烘干，粉碎机粉碎后过120目筛并保存。

　　1.3.2 甘薯膳食纤维改性方法 (1)工艺流程：参考祝美云等[12]的方法，并进行适当修改。甘薯粉→α-淀粉酶和糖化酶除淀粉→木瓜蛋白酶除蛋白→纤维素酶和木聚糖酶酶解→离心→醇析→沉淀物→烘干→称重。(2)操作要点：精确称取5 g甘薯粉，按一定料液比加入去离子水，搅拌均匀，采用混合酶法加入α-淀粉酶和糖化酶(酶量12%，α-淀粉酶：糖化酶=6：4)，在60℃水浴下酶解150 min后90℃灭酶10 min，然后在60℃水浴下调pH值为7.5，加入木瓜蛋白酶(酶量0.6%)酶解30 min后90℃灭酶10 min，之后在45℃水浴下调pH值为4.8，加入一定质量分数纤维素酶和木聚糖酶酶解一段时间，酶解结束后，6 000 r/min离心10 min，上清液用4倍体积95%乙醇沉淀过夜，抽滤，滤渣在105℃下烘至恒重。可溶性膳食纤维得率按式(1)计算：

　　可溶性膳食纤维得率(%)=可溶性膳食纤维的重量甘薯粉的重量×100%(1)

　　1.3.3 甘薯膳食纤维改性工艺优化的单因素试验 (1)确定纤维素酶最佳添加量：在料液比为1∶10、酶解时间为60 min的条件下分别加入纤维素酶0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%，研究纤维素酶的添加量对可溶性膳食纤维得率的影响。(2)确定木聚糖酶最佳添加量：在料液比为1∶10，酶解时间为60 min的条件下分别加入木聚糖酶0.4%、0.8%、1.2%、1.6%、2.0%，研究木聚糖酶的添加量对可溶性膳食纤维得率的影响。(3)确定酶解时间：在料液比為1∶10，纤维素酶添加量为1.2%，木聚糖酶添加量为1.2%的条件下分别酶解10、20、30、40、50 min，研究酶解时间对可溶性膳食纤维得率的影响。(4)确定料液比：在纤维素酶添加量为1.2%、木聚糖酶添加量为1.2%、酶解时间为30 min的条件下分别将料液比设为1∶8、1∶9、1∶10、1∶11、1∶12，研究料液比对可溶性膳食纤维得率的影响。

　　1.3.4 甘薯膳食纤维改性工艺优化正交试验 选取纤维素酶添加量、木聚糖酶添加量、酶解时间、料液比四个因素，温度和pH值设为两种酶的最适温度和最适pH，以可溶性膳食纤维的得率为指标，确定各因素的重要性次序和最佳工艺参数。采用L9(34)进行正交试验设计(表1)。

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