酶法提取玉米麸皮中膳食纤维的研究文毕业论文.doc

毕 业 论 文（设计）酶法提取玉米麸皮中膳食纤维的研究 目 录中文摘要1 Abstract2引言 31材料和方法41.1试验材料与仪器设备 41.1.1试验材料 41.1.2试验仪器与设备 51.2试验方法 51.2.1原料预处理方法 51.2.2蛋白酶的筛选 61.2.3膳食纤维制备工艺流程 61.2.4 蛋白酶处理对膳食纤维含量的影响 61.2.5 淀粉酶处理对膳食纤维含量的影响 71.2.6 测定指标92结果与分析 92.1 蛋白酶筛选结果92.2蛋白酶处理对膳食纤维含量的影响 102.2.1蛋白酶用量对膳食纤维含量的影响 102.2.2酶解时间对膳食纤维含量的影响 112.2.3不同pH值对膳食纤维含量的影响 112.2.4不同温度对膳食纤维含量的影响12 2.2.5 蛋白酶正交试验设计结果132.3淀粉酶用量对膳食纤维含量的影响 142.3.1淀粉酶用量对膳食纤维含量的影响 142.3.2酶解时间对膳食纤维含量的影响142.3.3不同温度对膳食纤维含量的影响15 2.3.4不同pH值对膳食纤维含量的影响 152.3.5 淀粉酶正交试验设计结果16 2.4 酶处理前后玉米麸皮中各组分含量的测 17 3讨论 18参考文献21致谢 22酶法提取玉米麸皮中膳食纤维的研究食品科学与工程专业 张文玲 指导老师 耿欣摘要：玉米皮膳食纤维含量高,纤维结构好,植酸含量低,且对钙、锌等矿物元素的吸附性小,是一种很好的膳食纤维来源。本文先从多种蛋白酶中筛选出合适的蛋白酶，然后采用部分单因素实验确定碱性蛋白酶和-淀粉酶的最佳用量、最适温度、pH及水解时间，最后在单因素的基础上再对这两种酶做正交试验确定最佳工艺。结果表明碱性蛋白酶在用量为1.4%，温度为60时水解50min，水解蛋白质的效果最好，膳食纤维的含量最高为82.3%；淀粉酶在用量为0.5%，温度为60时水解40min，水解淀粉的效果最好，膳食纤维的含量最高为83%。关键词：玉米麸皮；膳食纤维；蛋白酶；-淀粉酶；Study on Enzymatic Extraction of Corn Bran Dietary FiberStudent majoring in Food Science and Engineer Wenling ZhangTutor Geng XinAbstract: Corn bran is a good source of dietary fiber because of having the advantages of high content,good fiber structure,low phytic acid content, and the small absorption on some elements,such as calcium, zinc ect. First, In order to enhance the yield of dietary fiber, a variety of proteases were screened out to determine the suitable one in this paper;Then fractional factorial design were adapted to determine the optimum dosage, optimum temperature, pH and hydrolysis time of alkaline protease and -amylase, Last ,on the basis of above experiments,the optimum process was obtainde by orthogonal test of these two enzymes.The results show that the hydrolysis effect was best and the content of dietary fiber was highest when the alkaline protease was in the amount of 1.4%, the hydrolysis temperature and time of 60 , 50min, and the -amylases concentration was 0.5%, the hydrolysis temperature and time of 60 , 40min.Key words: Corn Bran; Dietary Fiber; Protease; -amylase 引言随着生活水平的提高，人们的饮食日趋精细，导致富贵病（糖尿病、心血管病、肥胖、肠道癌、便秘等）越来越普遍，加之人口进入老龄化社会，人们对食品的消费越来越讲究功能性，因此可以相信，21世纪将是功能性食品的世纪。膳食纤维是指能抗人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和。根据溶解性不同，分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维两大类。其中水溶性膳食纤维土要有植物细胞内的储存物质和分泌物，另外还包括部分微生物多糖和合成多糖，其组成主要是一些胶类物质和糖类物质，而不溶性膳食纤维的主要成分是：纤维素，半纤维素，木质素，原果胶，壳聚糖等1。膳食纤维具有重要的生理功能，包括：在胃肠吸收水分膨胀饱腹感强,可溶性纤维形成胶态,延缓了葡萄糖和脂肪的吸收,降低血糖血脂水平;缩短了食物在肠道内的滞留时间，一般低纤维食品需28 h从肠道排空,而高纤维食品只需14-16 h,减少了人体对有毒有害物质的吸收；对无机质和有机质有吸附功能,能吸附和稀释致癌物及有毒物使之排出；能促进胆固醇转化成胆酸和胆盐，增加胆盐的排出,与胆酸结合,减少胆酸通过胆再循环，降低血清胆固醇,预防由冠动脉硬化引起的心脏病2；纤维在肠内酵解,导致肠内pH值下降,影响厌氧菌群代谢活动，成为抗肿瘤发生因子的来源；是一种无能量添充料,能防治肥胖症3。因此膳食纤维在营养学上被称为与六大营养素并列的第七大营养素。之所以选择玉米麸皮做原料，是因为我国每年有大量玉米加工副产品玉米皮,目前很多企业只将其用作饲料或废弃,造成很大的资源浪费。其实与其它谷物外皮(米糠、小麦麸皮等)相比，玉米皮不仅膳食纤维含量高，而且纤维结构好,植酸含量低,因此对钙、锌等矿物元素的吸附性小，是一种很好的膳食纤维来源4。但由于玉米皮的表面覆盖着淀粉质、蛋白质等，简单地将其粉碎作为食品添加剂并不能发挥膳食纤维的生理作用。但目前对玉米膳食纤维资源却未能充分利用，绝大多数加工后的粗渣直接用作饲料，附加值很低，造成主产品成本高，经济效益低，玉米加工企业发展受阻。因此开发利用玉米加工企业的副产品玉米皮，是进一步提高玉米加工企业经济效益、获取玉米膳食纤维的有效途径。膳食纤维的制备方法主要有化学法、酶化学结合法、酶法等。传统膳食纤维制备工艺多采用酸和碱溶液交替水解的方法除去淀粉和蛋白质，此法虽然工艺简单，成本低，但是强烈的溶剂处理导致几乎100%水溶性纤维，50%60%半纤维素和10%30%纤维素被溶解损失掉，而事实上膳食纤维中起重要生理功能的却是可溶性纤维和半纤维素5，因此该法使所得纤维的主要生理活性物质损失很大6，而且环境污染严重。此外水解产品的风味和色泽较差,产品含量和质量不容易控制，对加工性质也有一定的影响。酶化学结合法是先采用淀粉酶去除玉米麸皮中附着的淀粉，再用NaOH水解蛋白质。这种方法的不足之处是成品的色泽深，碱味浓，而且强碱环境也破坏了膳食纤维的成分半纤维素7，因此用该法制的膳食纤维的含量也较低，并且含量随碱浓度和处理时间的增大而减少。而酶法条件温和，因为每一种酶都有专一性，因此用蛋白酶和淀粉酶去除蛋白质和淀粉再合适不过，能最大限度地回收有效成分，并且无污染8。综上所述，本实验将采用玉米麸皮作原料，用酶水解的方法制备高质量膳食纤维。在此试验中，由于糖化酶起辅助作用，主要是把淀粉酶水解淀粉时生成的糊精和一些还原糖类进一步分解成葡萄糖等小分子物质。因此未对糖化酶作单因素实验，参照文献，糖化酶的用量为玉米麸皮量0.6%,最适温度为65，最适PH 为4.3,水解时间1h9。在此基础上，分别对蛋白酶和淀粉酶的各种最优条件做单因素实验，确定淀粉酶和蛋白酶的最佳用量、最适温度、pH及水解时间。然后将酶处理过的原料过滤除去滤液，烘干滤渣即可得到膳食纤维。本实验为玉米皮膳食纤维的开发利用奠定理论基础,也将为玉米的综合利用开发一条有效的途径。1 材料与方法1.1 试验材料与仪器设备1.1.1 试验材料：玉米麸皮:河南邯城县财鑫集团；中性、酸性、碱性蛋白酶（10万 U/g）:无锡酶制剂厂；中温-淀粉酶(5000 U/g): 北京奥博星生物技术有限责任公司；糖化酶(2000 U/g):无锡酶制剂厂；以及葡萄糖、酒石酸钾钠 （分析纯）、亚铁氰化钾（分析纯）、5-二硝基水杨酸（分析纯）、C2H2O42H2O(分析纯)、CH3OH（分析纯）、CuSO45H2O（分析纯）FeSO47H2O（分析纯）、无水乙醇（分析纯）、 NaOH、KOH、HCL等药品。1.1.2 试验仪器与设备 电子调温万用电炉: 龙口市先科仪器公司；电热恒温水浴锅: 龙口市先科仪器公司；万分之一分析天平: 赛多利斯可惜仪器有限公司；TDL-5A离心沉淀机:上海安亭分析仪器有限公司；FW80型电动粉碎机: 河北省齐家务科学仪器厂。电热恒温干燥箱: 上海福玛实验设备有限公司脂肪测定仪: 天津泰斯特仪器有限公司纤维素测定仪:上海安亭分析仪器有限公司旋转蒸发器RE-52B:海亚荣生化仪器厂手提式压力蒸汽灭菌器:上海精宏实验设备有限公司 以及烧杯、三角瓶、移液管、玻璃棒、容量瓶、量筒、胶头滴管、铁架台 、漏斗、吸耳球、托盘天平等常器皿。1.2实验方法1.2.1 原料预处理方法玉米皮经水洗两遍，沥干，低温干燥，粉碎过60目筛。然后用无水乙醚脱脂。 因为玉米皮中通常会有一些附着的颗粒残留，含有淀粉、蛋白等，如果直接用来制备膳食纤维，会增加后续制备工艺中各种试剂用量，而经过简单的水洗就会去除这部分附着的物质，可相应减少后续工艺的压力。1.2.2 蛋白酶的筛选 玉米麸皮中含有1015的蛋白质10，利用蛋白酶将蛋白质降解成可溶性多肽、寡肽等，再通过过滤除去。常用于麸皮蛋白质水解的蛋白酶有中性蛋白酶、风味蛋白酶、Alcalase、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶、酸性蛋白酶11等。为了降低生产成本，本实验选择价格较低的3种微生物产蛋白酶(碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶)在各自最适pH下进行麸皮蛋白质的水解实验，具体步骤如下：取三个烧杯，分别往烧杯中称取50g的玉米麸皮，各加入500ml蒸馏水溶解，然后将三个烧杯放入50的水浴锅中，分别往烧杯中加入1%的酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶，水解1h，然后，将水解液过滤，除去滤液，将滤渣烘干。最后计算滤渣中蛋白质的剩余含量，剩余量越少，说明这种酶的水解效果越好。1.2.3 膳食纤维制备工艺流程 称取预处理后的玉米皮渣50g于烧杯中，加入500ml的蒸馏水溶解，然后放在水浴锅中，将温度设在60-70之间，用盐酸、氢氧化钠和pH试纸将水解液的pH调至10左右，在此条件下加入蛋白酶水解4060min，然后再将水浴锅的温度设在60-65之间，将pH调至5.56.5之间，加入-淀粉酶水解4060min，最后再将水浴锅的温度设在60-65之间，pH调至4.3左右加入糖化酶水解1h，然后过滤，将滤渣放入恒温干燥箱烘干，即可得粗膳食纤维。（由于所得的酶解产物中除了含有大量的膳食纤维外，还含有少量的淀粉、蛋白质、脂肪等物质，所以叫做粗膳食纤维）1.2.4蛋白酶处理对玉米膳食纤维含量的影响(1)蛋白酶用量对膳食纤维含量的影响 首先固定料液比1:10，然后将淀粉酶用量和处理时间分别定为0.4%和45min，水解的温度设为65，pH为6.0；将蛋白酶酶解时间设为45min，水解的温度和pH分别为45和7.5，在此条件下研究蛋白酶用量与膳食纤维含量关系。将蛋白酶的用量分别设为1%，1.1%，1.2%，1.3%，1.4%，1.5%，1.6%，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(2)蛋白酶酶解时间对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将淀粉酶用量和酶解时间分别设为0.4%与45min，水解温度设为65，pH为6.0；将蛋白酶水解时的温度和pH分别设为45和7.5，蛋白酶量为1.3%，在此条件下研究蛋白酶酶解时间与膳食纤维含量关系。将蛋白酶的酶解时间分别设为20min，30min，40min，50min，60min，70min，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(3)蛋白酶在不同pH值时对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将淀粉酶用量和酶解时间分别设为0.4%与45min，水解时的温度设为65，pH为6.0；将蛋白酶用量设为1.3%，酶解时间50min, 水解时的温度设为45，在此条件下研究蛋白酶在不同pH值时与膳食纤维含量关系。将水解液的pH值分别设为6.8，7.0，7.2，7.4，7.6，7.8，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(4)蛋白酶在不同温度下对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将淀粉酶用量和酶解时间分别设为0.4%与45min，水解液的温度设为65，pH为6.0；将蛋白酶用量设为1.3%，酶解时间为50min,水解液的pH为7.4，在此条件下研究蛋白酶在不同温度下与膳食纤维含量关系。将蛋白酶反应体系的温度分别设为45，50，55，60，65，70，75，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(5)蛋白酶正交试验设计 根据上述实验的结果，固定料液比为l：10，pH固定为10，选取蛋白酶用量、酶解温度、酶解时间为主要因素。采用L9(34)正交表对玉米麸皮进行处理，以膳食纤维的含量为指标，进行正交实验。表1 蛋白酶正交因素水平表Table 1 The Orthogonal Factor Level Table of Protease水平酶用量/%A酶解温度/B酶解时间/minC11.2604021.3655031.470601.2.5淀粉酶处理对玉米膳食纤维含量的影响(1)淀粉酶用量对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将蛋白酶用量设为1.3%，酶解时间和温度分别为50min和45，pH为7.4；再将淀粉酶酶解时间设为45min，温度和pH分别为65和6.0，在此条件下研究淀粉酶用量与膳食纤维含量关系。将淀粉酶的用量分别设为0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6%，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(2)淀粉酶酶解时间对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将蛋白酶用量设为1.3%，酶解时间和温度分别为50min和45，水解液的pH为7.4；将淀粉酶用量设为0.4%，反应温度和pH分别为65和6.0，在此条件下研究淀粉酶酶解时间与膳食纤维含量关系。将淀粉酶的酶解时间分别设为20min，30min，40min，50min，60min，70min，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(3)淀粉酶在不同pH值时对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将蛋白酶用量设为1.3%，酶解时间和反应温度分别为50min和45，pH为7.4；将淀粉酶用量设为0.4%，反应温度和酶解时间分别为65和45min，在此条件下研究淀粉酶在不同pH值时对膳食纤维含量关系。将淀粉酶反应体系的pH值分别设为4，4.5，5，5.5，6，6.5，7，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(4)淀粉酶在不同温度下对膳食纤维含量的影响首先固定料液比1:10，然后将蛋白酶用量设为1.3%，酶解时间和反应温度分别设为50min和45，pH为7.4；将淀粉酶用量设为0.4%，酶解时间为45min, 水解液的pH为6，在此条件下研究淀粉酶在不同温度下对膳食纤维含量关系。将淀粉酶水解体系的温度分别设为45，50，55，60，65，70，75，然后按照上述膳食纤维制备工艺流程进行操作，最后计算膳食纤维的含量。(5)淀粉酶正交试验设计 根据上述实验的结果，固定料液比为l：10,pH为6，然后选取淀粉酶用量、酶解温度、酶解时间为主要因素。采用L9(34)正交表对玉米麸皮进行处理，以膳食纤维的含量为指标，进行正交实验。表2 淀粉酶正交因素水平表Table 2 The Orthogonal Factor Level Table of -amylase;水平酶用量/%A酶解温度/B酶解时间/minC10.3553020.4604030.565501.2.6酶解前后玉米麸皮中各成分的分析 预处理之后酶解之前的玉米麸皮中仍含有相当量的淀粉、蛋白质，而用淀粉酶和蛋白酶水解麸皮后，其中的淀粉和蛋白质含量都发生了变化，相对应的麸皮中的灰分、脂肪、纤维、水分等也都发生变化。因此要对酶解前后的麸皮中各组分，如膳食纤维、淀粉、蛋白质、水分、粗脂肪、灰分等含量进行测定、对比分析。具体的测定方法参考下面的测定指标。1.2.7测定指标(1)膳食纤维含量的测定：采用酶重量法测定12。即先将玉米麸皮用蛋白酶、淀粉酶和糖化酶酶解，然后酶解产物用乙醇沉淀，再将沉淀物过滤，将残渣用乙醇和丙酮冲洗，干燥称重，即膳食纤维的质量。酶解前后麸皮中膳食纤维的含量按下列公式计算：酶解之前玉米麸皮中膳食纤维的含量（%）= 100% 酶解之后玉米麸皮中膳食纤维的含量（%）= 100% (2)水分含量测定：采用GB549785“粮食、油料检测水分测定法”中105恒重法测定。准确称取均匀样品5.0g，置于已干燥、冷却和称重的有盖称量皿中，移入105烘箱内，开盖干燥2-3h后取出，加盖，置于干燥器中冷却0.5h，称重，再烘1h后冷却、称重，重复此操作直至恒重。最后计算水分的含量。(3)灰分含量测定：采用GB550685“粮油食品品质分析”中550高温灼烧法。(4)蛋白质含量的测定：用凯氏定氮法测定。(5)粗脂肪含量测定：用索氏提取法，取5.0g玉米皮以石油醚（沸程60-90）在85下回流6h后，回收石油醚，将收集瓶烘至恒重后称量，计算脂类物质含量。(6)淀粉含量测定：采用酸解法测定。2 结果与分析2.1蛋白酶筛选结果 在此实验中选取了三种价格相对低廉的蛋白酶，即酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶进行筛选，使这三种酶在最适pH下水解玉米麸皮中的蛋白质，最后测定麸皮中蛋白质的剩余含量。结果如下：表3 不同蛋白酶对玉米麸皮中蛋白质水解的影响TabIe 3 Effects of Different Proteases On the Hydrolysis Degree of Corn Bran Protein水平酸性蛋白酶中性蛋白酶碱性蛋白酶最适pH5.07.010.0蛋白质剩余量(%)4.52.431.56由表3可知，碱性蛋白酶在最适pH 10.0的情况下对玉米麸皮蛋白质的水解能力最强，水解完后蛋白质剩余量只有1.56%，而其他两种酶的水解能力相对较弱，酸性蛋白酶的水解能力最差，水解完后蛋白质剩余量还要4.5%。因此，选择碱性蛋白酶进行水解玉米麸皮蛋白质。2.2蛋白酶处理对膳食纤维含量的影响2.2.1 蛋白酶用量对膳食纤维含量影响图1 蛋白酶用量对膳食纤维含量影响Fig.1 Effects of Proteases Addition on the Content of Dietary Fiber由图1可知，蛋白酶用量在1%时膳食纤维含量最低，只有68%，在1%-1.3%之间时膳食纤维含量逐增，在1.3%时可达79.21%；而随着用量的增加，膳食纤维的含量逐渐降低，当用量达1.6%时膳食纤维的含量降到75%。这是因为随着蛋白酶的加入,蛋白酶与玉米麸皮中蛋白质分子肽链作用增加,但此时玉米麸皮中蛋白质分子并没有完全作用彻底,即得到的膳食纤维中仍含有一部分蛋白质.随着蛋白酶的继续加入,蛋白酶与麸皮中蛋白质分子肽链的接触机会增强，即在同一时间内分解的肽链数不断增加,蛋白质分子降解充分,使得膳食纤维的含量呈明显上升趋势，但是当蛋白酶将底物浓度完全饱和时，蛋白质水解就不在进行，膳食纤维含量增加就不明显 13。此外膳食纤维含有碳氮键，过量蛋白酶会将之降解，再加之有部分水溶性膳食纤维流失，这些因素都造成膳食纤维含量减少。因此综合考虑含量、成本等，蛋白酶的最适用量为1.3%。2.2.2 蛋白酶酶解时间对膳食纤维含量影响图2蛋白酶酶解时间对膳食纤维含量影响Fig.2 Effects of Proteases Hydrolysis Time on the Content of Dietary Fiber由图2可知，蛋白酶酶解时间在20-50min时，粗纤维含量逐增，在20min时含量只有68%，在50min时含量达最高点76.5%；随着水解时间的延长，膳食纤维含量迅速下降，当水解时间达70min时，膳食纤维含量降到72.3%。原因可能是随着时间的延长，底物蛋白质浓度逐渐被酶饱和，从而底物浓度逐渐降低，水解产物浓度逐渐增大。由于蛋白质水解反应具有可逆性，所以过低的底物浓度与过高的产物浓度的变化对蛋白质水解反应产生抑制作用，表现为蛋白质水解率在一定时间后出现增长缓慢甚至下降现象14。因此，从节约生产周期角度考虑，掌握酶解时间在4055min,最佳水解时间为50min。2.2.3 蛋白酶在不同pH值时对膳食纤维含量影响图3 蛋白酶在不同 pH值下对膳食纤维含量影响Fig.3 Effects of Protease Under Different pH Values on the Content of Dietary Fiber由图3可知，当蛋白酶水解液的pH值在710之间时，膳食纤维含量逐增，由69%增到78%，在pH=10时含量最高；当pH值大于10时，膳食纤维含量反而逐步下降。当pH为12时，膳食纤维含量降到73%。这是因为每一种酶只有在最适pH范围内才能最大限度的表现出它的活性，过酸或过碱都能引起蛋白质变性而使酶失去活性。而碱性蛋白酶的最适PH值在811之间。此外，在不同pH条件下，酶活性中心上的许多极性基团解离的状态不同，所带电荷也不同，只有酶蛋白处于一定解离状态下才能与底物形成中间物15，同时，底物也受pH影响，pH过高影响酶一底物(ES)的结合与反应。因此，综合考虑，确定碱性蛋白酶的最适pH为10。 2.2.4 蛋白酶在不同温度时对膳食纤维含量影响图4 蛋白酶在不同温度下对膳食纤维含量影响Fig.4 Effects of Protease Under Different Temperature on the Content of Dietary Fiber由图4知，当反应体系的温度为50时，膳食纤维含量为66.8%，随着温度得升高，膳食纤维的含量逐渐升高，当体系温度在65时，膳食纤维含量达最高为78%，当温度大于65时膳食纤维含量反而逐渐降低最高，当温度在75时，膳食纤维含量下降到69%。这是因为随着温度升高反应速度不断加快，水解度也不断上升，但当温度达到变性温度区域后，分子运动剧烈，足以打断酶稳定的二级和三级结构键16,而活性下降，所以过高的温度导致蛋白质水解率下降。因此综合考虑含量、成本等因素，确定碱性蛋白酶的最适温度为65。2.2.5 蛋白酶正交试验设计结果 由图3可知，pH值对蛋白酶的影响不是很大。当反应体系的pH值在9、10、11时，膳食纤维的含量变化不是很大，因此将蛋白酶水解液的pH值固定在10，选取对膳食纤维含量影响较大的另外三个因素，即酶解时间、体系的温度及酶用量做蛋白酶正交试验。从表4中的数据可知，各因素对膳食纤维含量的影响程度为ABC即蛋白酶的酶解温度对膳食纤维的含量影响最大，酶解时间次之，酶用量的影响最小，而各因素的最优水平为A3B2C2，即蛋白酶在用量为1.4%，温度为65时水解50min，水解蛋白质的效果最好，膳食纤维的含量最高。经验证，此条件下膳食纤维含量可高达82.3%。表4 蛋白酶正交试验结果Table 4 The Results of Orthogonal Test Using Protease试验号ABC膳食纤维含量/%111172.84212274.56313378.13421374.87522179.82623281.12731280.35832376.63933174.54K175.1875.1974.52K276.6378.6378.41K377.1776.3376.54R1.993.442.02优水平A3B2C22.3淀粉酶处理对膳食纤维含量的影响2.3.1淀粉酶用量对膳食纤维含量影响 由图5可知，淀粉酶用量在0.1%-0.4%时，粗膳食纤维含量逐增，由68%增加到78%，然后随酶用量增加，粗膳食纤维含量反而迅速下降，当用量达0.6%时膳食纤维含量降到75%。这可能是因粗膳食纤维含一定量淀粉，过量淀粉酶将其中淀粉降解，使得膳食纤维的含量随着淀粉酶用量的增加而下降。图5淀粉酶用量对膳食纤维含量影响Fig.5 Effects of -amylases Addition on the Content of Dietary Fiber2.3.2淀粉酶酶解时间对膳食纤维含量影响图6 淀粉酶酶解时间对膳食纤维含量影响Fig.6 Effects of -amylases Hydrolysis Time on the Content of Dietary Fiber由图6可知，当淀粉酶酶解时间为20min时，粗膳食纤维含量为68%，然后随着酶解时间的延长，膳食纤维含量逐步上升，当酶解时间达40min时，含量最大为78.5%；而当酶解时间大于40min时，膳食纤维含量反而降低，当水解时间延长至70min时，膳食纤维含量降到73.4%。这是因为酶水解到达一定时间后，大部分底物已被反应，在较低的底物浓度相对于较高的酶浓度的情况下，反应速度主要由底物浓度控制，因此延长酶水解反应时间并不会提高淀粉的水解率17，甚至会引起淀粉水解率下降.2.3.3淀粉酶酶解温度对膳食纤维含量影响图7 淀粉酶酶解温度对膳食纤维含量影响Fig.7 Effects of -amylase Under Different Temperature on the Content of Dietary Fiber由图7可知，当反应体系的温度在45-60之间时，粗膳食纤维含量逐增，由68%逐增到80%；然后随温度的升高，膳食纤维含量反而降低，当体系的温度达到75时，膳食纤维的含量降到68.5%。这是因为中温淀粉酶的适用温度范围在45-60之间，温度过高反而使得淀粉酶活性降低。所以当温度大于60时，水解淀粉的能力就会下降。因此，中温淀粉酶的最适温度为60。2.3.4淀粉酶在不同pH值下对膳食纤维含量影响由图8可知，当体系的pH值为4时，膳食纤维的含量为70.3%，随着体系的pH值的增加，膳食纤维的含量逐步上升，当体系的pH值达到6时，膳食纤维含量达到最高80%；然后随pH的继续升高，膳食纤维含量反而降低，当体系的pH值达到7时，膳食纤维的含量降到73.8%。原因同蛋白酶类似.因此淀粉酶水解时的最适pH为6.0。图8 淀粉酶酶解时pH对膳食纤维含量影响Fig.8 Effects of -amylase Under Different pH Values on the Content of Dietary Fiber2.3.5淀粉酶正交试验设计结果 由图8可知，pH值对淀粉酶的影响液不是很大。当反应体系的pH值在5.5、6、6.5时，膳食纤维的含量变化不是很大，因此将淀粉酶水解液的pH值固定在6，选取对膳食纤维含量影响较大的另外三个因素，即酶解时间、体系的温度及酶用量做淀粉酶正交试验。从表4中数据知，各因素对膳食纤维含量的影响程度为ABC即淀粉酶的用量对膳食纤维的含量影响最大，酶解温度次之，酶解时间的影响最小，而各因素的最优水平为A3B2C2，即淀粉酶在用量为0.5%，温度为60时水解40min，水解淀粉的效果最好，膳食纤维的含量最高。经验证，此条件下的膳食纤维含量可高达83%。表5淀粉酶正交试验结果Table 5 The Results of Orthogonal Test Using -amylase试验号ABC膳食纤维含量/%111170.34212275.47313376.73421371.26522179.35623280.82731282.26832381.64933178.93K174.1875.6576.21K277.1479.4980.55K382.6478.8377.21R8.463.843.34优水平A3B2C22.4酶解前后玉米麸皮中各组分的含量 经测定,预处理后的玉米麸皮中含有蛋白质10.32、脂肪1.1%、淀粉17.5%、膳食纤维57%。可见，玉米麸皮中淀粉含量较高，还含有相当数量的蛋白质。有文献报道18,玉米皮中蛋白质以特殊的立体结构组成蛋白质网，这种蛋白质网包裹着淀粉颗粒，因此试验设计先采用蛋白酶水解蛋白，使玉米皮暴露出淀粉分子，再采用淀粉酶水解淀粉，最后用糖化酶将淀粉酶水解淀粉生成的糊精和一些还原糖继续水解成葡萄糖等小分子物质，使其更易除去，进一步提高膳食纤维的含量。酶解前后玉米麸皮中各组分的含量变化如表6所示:表6 酶处理前后玉米麸皮中各组分的含量Table 6 The Content of Each Component of Corn Bran Before and After Enzyme Treatment组分（%）膳食纤维蛋白质 淀粉脂肪水分灰分酶处理前59.3810.321751.18.00.75酶处理后82.521.651.230.856.232.07酶处理后，玉米麸皮中残留的淀粉只占1.23%，蛋白质占1.65%，这说明复合酶法能有效去除淀粉和蛋白质。玉米麸皮经酶处理后脂肪含量下降了23.02%，原因可能是有些脂肪是玉米皮细胞中脂蛋白的成分，在蛋白质酶水解过程中随蛋白质水解而被释放。而酶处理前后，原料中的灰分含量也发生了变化，酶处理后的灰分含量是酶处理前的2.87倍，原因是在水解过程中，除去的主要是糖和蛋白质等有机物，因此无机盐的含量就相对提高了。3 讨论本实验采用酶法制备膳食纤维取得了较好的效果。即利用蛋白酶、淀粉酶和糖化酶分别酶解玉米麸皮中的蛋白质、淀粉和低聚糖，使蛋白质和淀粉水解成可溶性的成分而与不溶性膳食纤维分离，低聚糖水解成单糖而与水溶性膳食纤维分离。酶法反应条件温和，且专一性强，不会影响膳食纤维的产量和质量，但要求严格的工艺条件。实验首先通过部分因素设计研究了影响蛋白酶和淀粉酶反应的四个重要因素：酶用量、酶解时间、体系温度和pH值，结果如下：碱性蛋白酶的最佳用量为1.3%，最适温度和pH分别为60和10，最佳水解时间为45min;而淀粉酶得最佳用量为0.4%，最适温度和pH分别为60和6.0，最佳水解时间为40min。然后，在单因素实验的基础上，本实验选取四个因素中对酶影响比较显著的三个因素：酶用量、酶解温度和水解时间，分别对蛋白酶和淀粉酶做正交试验 ，结果如下:碱性蛋白酶在用量为1.4%，温度为60时水解50min，水解蛋白质的效果最好，膳食纤维的含量最高；淀粉酶在用量为0.5%，温度为60时水解40min，水解淀粉的效果最好，膳食纤维的含量最高。综合上述实验，酶法制备玉米膳食纤维的制备工艺确定为：玉米皮水洗2遍低温干燥粉碎过60目筛无水乙醚脱脂低温干燥在pH 10，温度60下按1.4%的量（占玉米麸皮比重）加入碱性蛋白酶水解50min调PH为6.0，温度为60加入0.5%淀粉酶水解40min将PH和温度分别调至4.3和65加入0.6%的糖化酶水解1h过滤烘干得到粗膳食纤维。在此条件下制备的膳食纤维含量可达83.4%，蛋白质和淀粉只剩不到2%，可见采用酶法制备膳食纤维可达到较好的效果。对于酶法制备膳食纤维的研究，试验者不同，制备工艺也不尽相同，最终的膳食纤维含量也就不同。与王战勇、苏婷婷等人在2009年所做的“双酶法制备玉米皮膳食纤维的研究”这一试验进行对比。次试验采用碱性蛋白酶(50000u/g)和中温-淀粉酶(6000u/g)结合水解制备玉米皮膳食纤维,通过正交试验确立了玉米皮膳食纤维的双酶法制备工艺。具体工艺如下：玉米皮经水洗2遍,低温干燥,粉碎过80目筛。无水乙醚脱脂后,低温干燥。然后预处理后的玉米皮在蛋白酶的最适pH(pH6.0)和最适温度(55-60)条件下水解一定时间，再加入淀粉酶在其最适温度(70-80)和最适pH(pH 6.06.5)下水解，4000 r/min离心15 min,沉淀经低温干燥,既得膳食纤维。此试验也是选取了酶用量、酶解时间、温度和pH四个因素对蛋白酶和淀粉酶做单因素试验和正交试验，最终结果表明：此条件下玉米麸皮中膳食纤维的含量为78.5%，蛋白质的含量为0.82%，淀粉的含量为1.42%，灰分含量为0.4%，水分含量分为8.6%。同样是用酶制备膳食纤维，但最终膳食纤维的含量却相差6%左右，原因可能是王战勇等人的试验中没有用糖化酶。糖化酶在试验中起辅助作用，它可以将-淀粉酶水解淀粉生成的糊精和一些还原糖类进一步分解成葡萄糖等小分子物质，进一步提高膳食纤维的含量。除了酶法制备膳食纤维外，最常用的就是化学方法。对比刘振春、张岚等人在2006年所做的“玉米膳食纤维的分离提取研究”的试验，化学法制备膳食纤维的工艺流程为:玉米皮筛选清理氢氧化钠溶液浸泡过滤过氧化氢溶液浸泡过滤氯化氢溶液浸泡洗涤-淀粉酶处理脱水干燥粉碎分级包装。此实验选取了影响玉米皮中膳食纤维含量的主要因素：酸浓度、酸处理时间、碱浓度、碱处理时间四个因素作单因素试验，然后在单因素的基础上，以酸浓度、酸处理时间、碱浓度、碱处理时间、过氧化氢浓度和漂白时间为考察因素，以膳食纤维的含量为考察指标做了正交试验，试验结果表明:各因素最优水平为：碱浓度为0.4mol/L，碱处理时间为20min，过氧化氢的浓度为2.0mol/L，漂白时间为15min，盐酸浓度为0.8mol/L，盐酸温度为60，酸处理时间为60min。因素影响程度的主次关系为：酸浓度和碱浓度水平相当，碱处理时间和漂白时间水平相当，过氧化氢浓度和酸处理时间水平相当。此实验最终制得的膳食纤维含量为76.5%。此外，卢敏、潘瑞等人在2003年所做的“利用玉米麸皮制取膳食纤维的方法研究”这个试验中对化学法制备膳食纤维的工艺也有所介绍，步骤如下：玉米皮筛选清理2%氢氧化钠溶液(固液比为1:10,室温,30 min) 滤去上清液2%过氧化氢溶液(固液比110,室温, 15 min) 滤去上清液2%氯化氢溶液(固液比110,50-60, 60 min)洗涤脱水干燥(温度80)粉碎分级包装。此试验也做了单因素和正交，和前面几人的步骤类似，最终膳食纤维的含量为72.8%。这两组试验最终的膳食纤维含量都没有用酶法制备的膳食纤维含量高，而且两组的研究内容及试验步骤类似，但第二组的膳食纤维含量要比第一组的低很多，原因可能是第一组试验中加了-淀粉酶处理这一工艺，可见用酶除去除淀粉或蛋白质，效果要比用化学方法处理淀粉和蛋白质好得多。综上所述酶法制备膳食纤维效果更好，因为酶法条件温和，由于每一种酶都具有专一性，因此用蛋白酶和淀粉酶水解蛋白质和淀粉，效果较好，制备的膳食纤维含量较高。而且酶法制备的膳食纤维比化学方法制备的更加安全，工艺简单，对环境污染也小，并且酶法制备膳食纤维属于纯生物的方法，更适应当前食品工业发展的要求及趋势，因此酶法制备膳食纤维具有很好的应用前景。 参考文献:1天学森,王亚伟,申晓琳.影响麦麸膳食纤维含量的因素分析M.食品工业科技,2003, 24(1):7779.2 Spi11er GA，etal. handbook of dietary fiber in human nutrition M.New York:Marcel Dekker，1993:1617.3郑建仙.功能性食品(第二卷)M.北京:中国轻工业出版社,1999.5065.4张延坤.膳食纤维在食品中的应用J.食品工业,1997(6):3032.5王遂,刘芳.高活性玉米膳食纤维的制备、性质与应用J.食品科学,2000,21(7):2224.6王遂,李桂春,宫晓波.酶法脱淀粉技术用于膳食纤维制取工艺的研究J.哈尔滨师范大学自然科学学报,1999,(3):7377.7陈霞.膳食纤维的生理功能与特性J.黑龙江农业科学,2002(2):38-40. 8应彪,陆强.麦麸膳食纤维的提取技术研究J.粮油加工与食品机械,2005,(11):7780. 9鲁晓翔,喜军,津忠等玉米加工副产物高附加值利用研究进展J粮油加工，2007，(4)：848710 Kitts,DaVid D,Weiler,Katie.Bioactive proteins and peptides from food sources. 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