纤维素酶提取水溶性膳食纤维工艺的研究

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摘要：目的以番茄不溶性膳食纤维为原料，用酶解法提取可溶性膳食纤维（SDF）。方法经正交试验优化提取工艺，并在优化条件下循环提取。结果制备SDF的最佳工艺条件为：酶用量10 %，酶解时间6 h，酶解温度60 ℃，pH 4.0；以最佳条件连续反应，产率可达31.1 %。结论确定了酶提取SDF的最佳工艺；证实循环工艺可以提高提取效率。

关键词：纤维素酶；膳食纤维；番茄；改性

中图分类号：TS201.1文献标识码：A文章编号：1672-979X(2008)07-0032-03

Technology Study on Water-soluble Dietary Fiber Extracted by Cellulase

LIU Shao-peng, CHEN Wen, MU Chun-hai

(Key Laboratory of Xinjiang Phytomedicine Resources, Shihezi 832002, China)

Abstract：Objective To extract the water-soluble dietary fiber (SDF) from tomato insoluble dietary fiber (IDF) by cellulase. Methods The optimal technology was obtained by orthogonal test, then, the circulating extraction was arranged under the optimal condition. Results The optimum condition of SDF extraction was as follows: 10 % cellulose for 6 h at 55℃ with pH 4.0. Under the optimal condition, the circulating extraction was performed with a higher yield of 31.1%. Conclusion The optimal extraction technology can be obtained and the circulating extraction can be used to increase the extraction rate of SDF.

Key words：cellulase; dietary fiber; tomato; modification

近年膳食纤维（dietary fiber，DF）在人体健康中的作用引起了广泛关注，被誉为“第七营养素”，其生理功能已经研究证实[1-3]。膳食纤维分为可溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）。SDF能降低血脂含量、延缓小肠对葡萄糖的吸收速度，刺激胰岛产生胰岛素，从而预防糖尿病的发生[4]。但天然来源的膳食纤维中SDF含量很低。通过改性手段可以使一部分IDF溶解成为SDF，从而提高SDF产量。

在诸多膳食纤维改性方法中，以化学法、纤维素酶催化法和物理挤压膨化增溶法常见。（1）物理挤压膨化法改性在水中将膳食纤维升温，膨化后强行使其通过某一固定孔径，造成键断裂，达到增加溶解度的目的。其产品颜色与提取所得的SDF接近，适合进一步加工；（2）化学法改性加入强酸或强碱，在超过50 ℃的温度下反应，使部分纤维素糖苷键断裂，增大溶解度。此法对环境影响很大，且制备的SDF颜色较深，不适合食品、药品工业进一步加工；（3）纤维素酶改性其原理与化学法相近，但产品颜色较浅，杂质较少，造价低廉。本文主要讨论纤维素酶法制取SDF的工艺，并进一步优化。

1材料和仪器

1.1试验材料

番茄纤维（新疆中基公司）；纤维素酶（北京奥博星公司）；95 %乙醇（上海振兴化工一厂）。

1.2实验仪器

8002型水浴锅；JB90-D型强力电动搅拌机；LXJ-II离心沉淀机；ZFA型旋转蒸发仪；ZK-82A型真空干燥箱；SHZ-3型循环水真空泵。

2实验方法

2.1SDF含量测定

采用酶-重量法（AOAC法，即Association of Analytical Communities法）[5]。

2.2工艺实验

提取[6]：取5.00 g粗纤维，加250 mL水，置于60 ℃水浴30 min后，以3 500 r/min离心10 min，收集上清液，乙醇沉淀，浓缩，干燥得SDF，未溶解部分待用。

酶解：取提取后剩余的未溶解部分（即IDF）加200 mL水，加入一定量纤维素酶，于相应pH、温度、时间反应后，3 500 r/min离心10 min，乙醇沉淀，离心，将所得沉淀于60 ℃干燥箱中干燥 2 h，即得SDF。称重，计算产率，即为酶解后产量。

单因素考察酶使用量、反应时间、反应温度和pH值4项因素（实验过程省略），根据实验结果拟定3个水平，用L9（34）正交试验优化工艺条件。

3结果与讨论

3.1正交试验结果

见表2和表3。

由表2、表3可见，4项因素均无显著差异，即4项因素所选水平都可作为工艺条件使用；各项因素对酶解产量的影响依次为酶解时间＞酶使用量＞酶解温度＞pH。选择第5组A2B2C3D1为最优化条件。经试验验证，产量达到0.450 g，明显优于其他条件下的产量。

3.2酶法膳食纤维连续提取工艺的探讨

由正交试验可知，上述工艺IDF改性制得SDF的产量不高。金毓荃等[7]用3步酶解法处理玉米皮膳食纤维得SDF。作者认为，市售的纤维素酶为复合纤维素酶，主要由Ci、Cb和Cx组成，Ci和Cx是β-1,4葡糖酶，分别能外切和内切β-1,4糖苷键，形成纤维寡糖；而Cb是纤维二糖酶，其作用是分解纤维素成为单糖，这个过程是不希望发生的。3步酶解法中由于Ci和Cx易吸附于底物上，在随后的酶解过程中可以继续发生作用；Cb则随滤液大量分离，其不良作用大大降低，不仅提高了酶解产率，而且能保证最终产品的质量。

本实验在此基础上加以改进，以循环套用、连续酶解的工艺提取SDF，设计了新的工艺路线，见图1。

如图1所示，第一次酶解后剩下的底物与新提取后产生的沉淀合并，经过程Ⅱ处理后继续反应得SDF。每次工艺用5 g原料，提取工艺完毕后，将本次沉淀与上次反应的沉淀混合，再加入等量的酶，于同一温度、同一pH环境下反应相同时间，连续反应7次，结果见表4。

由表4可见，7次的酶解产量逐步提高，最终可达1.106 g。但反应进行7次之后（约43 h），容易染菌，导致产品质量下降，故暂定工艺为7次循环。酶解效率=∑SDF酶解/（5×7）=0.122，即12.2 %（上述正交试验中酶解最高产率为8.8 %），证明该工艺确能提高SDF产率。

SDF产率=（∑SDF提取+∑SDF酶解）/（5×7）=31.1 %

通过检验，产品纯度可达91.3 %，完全可以作为食品添加剂或药用辅料使用。

4结论

（1）本研究考察了番茄纤维IDF的不同酶解工艺，选定了合理的工艺路线。通过正交试验确立最佳酶解工艺条件为：酶使用量10 %，酶解时间6 h，酶解温度60 ℃，pH 4.0；初步探讨了循环套用即补料酶解方式连续提取SDF，使产率提高至31.1 %。酶解后产品为淡黄色粉末，易吸潮，易溶于水。

（2）在酶解纤维制取SDF产品时，循环工艺可以充分利用反应底物和酶，在同等条件下提高产率。

参考文献

[1]潘英明，梁英，王恒山，等. 从罗汉果渣中提取水不溶性膳食纤维的研究[J]. 广西植物， 2003，23（4）：370-372.

[2]葛春玉，潘英明，何大明，等. 罗汉果渣中水溶性膳食纤维提取工艺的研究[J]. 江西化工，2003，（1）：52-54.

[3]郑建仙，高孔荣. 论膳食纤维[J]. 食品与发酵工业，1994，（4）：71-74.

[4]何锦凤. 论膳食纤维[J]. 食品与发酵工业，1997，23（5）：64-72.

[5]胡国华，黄绍华. 可溶性膳食纤维的分析[J]. 粮食与饲料工业，1997，（5）：39-41.

[6]刘绍鹏，陈文，慕春海，等. 可溶性番茄膳食纤维的提取工艺[J]. 石河子大学学报（自然科学版），2007，25（5）：605-607.

[7]金毓，李兆辉，李坚，等. 酶法制取水溶性膳食纤维的实验研究[J]. 北京工业大学学报，2004，30（1）：45-48.