李麗輝林親錄符日道

（1.稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

脫脂米糠制備膳食纖維工藝條件的優(yōu)化

李麗輝1，2林親錄1，2符日道1

（1.稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

采用化學(xué)試劑—酶結(jié)合分離法，以脫脂米糠制備膳食纖維。分別考察α－淀粉酶用量、酶解時(shí)間、堿解濃度、堿解時(shí)間對(duì)膳食纖維提取率的影響，并采用四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)。結(jié)果表明：在α－淀粉酶用量0.40%，酶解40min，堿解濃度4.00%，堿解時(shí)間45min的條件下，從脫脂米糠中提取膳食纖維的得率為39.30%。

脫脂米糠；膳食纖維；工藝

膳食纖維（dietary fiber，DF）是存在于植物細(xì)胞壁的非淀粉多糖類物質(zhì)和木質(zhì)素等高分子化合物。在人體內(nèi)不能被消化酶分解，具有持油持水、誘導(dǎo)微生物、螯合消化道中重金屬和膽固醇等生理功能，被稱為“第七大營(yíng)養(yǎng)素”［1－3］。由于膳食纖維（DF）對(duì)人類健康有積極的作用，已被廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥工業(yè)［4］。

米糠中膳食纖維含量高［5］，其水溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維比例接近1∶3，具有較高的持水和結(jié)合脂肪的能力，適合制備高品質(zhì)膳食纖維［6］。米糠膳食纖維的提取方法與原料的成分及性質(zhì)密切相關(guān)，可分為化學(xué)分離法、化學(xué)試劑—酶結(jié)合分離法、膜分離法和發(fā)酵法［7］等?；瘜W(xué)分離法提取膳食纖維工藝簡(jiǎn)單，但制備的膳食纖維產(chǎn)品往往含有少量的蛋白質(zhì)和淀粉，而且在環(huán)保上存在弊端；酶法、膜過濾和發(fā)酵法等提取的膳食纖維純度高、污染小，但相對(duì)成本較高［8，9］?；瘜W(xué)試劑—酶結(jié)合分離法，即先利用酶水解除去原料中的膳食纖維與蛋白質(zhì)和淀粉，然后用化學(xué)試劑提取，制備高純度的膳食纖維，此法可提高米糠膳食纖維的產(chǎn)率與質(zhì)量，降低提取成本，同時(shí)簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，減少環(huán)境污染。李芳等［10］用堿—酶結(jié)合法提取燕麥麩膳食纖維獲得滿意結(jié)果。本試驗(yàn)采用化學(xué)試劑—酶結(jié)合分離法從脫脂米糠中提取膳食纖維，通過二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，考察α－淀粉酶用量、酶解時(shí)間、堿解濃度、堿解時(shí)間對(duì)膳食纖維提取率的影響，建立提取米糠膳食纖維的回歸模型，優(yōu)化制備工藝條件，為高效生產(chǎn)米糠膳食纖維提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與儀器

1.1.1 材料

脫脂米糠：湖南金健米業(yè)有限公司；

α－淀粉酶：4 000U/mL（g），山東安克生物工程有限公司；

氫氧化鈉：分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；

其它試驗(yàn)試劑：為食品級(jí)或分析純。

1.1.2 儀器

電熱恒溫水浴鍋：DSY－1－4型，北京國(guó)華醫(yī)療器械廠；

電熱鼓風(fēng)干燥箱：101型，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；

臺(tái)式離心機(jī)：TDL－5型，上海安亭科學(xué)儀器有限公司；

pH計(jì)：PB－10型，深圳市同奧科技有限公司；

粉碎機(jī)：FS－100型，鶴壁市英華儀器儀表有限公司。

1.2 方法

1.2.1 工藝流程

脫脂米糠→粉碎→浸泡→加酶水解→沉淀、過濾→堿液浸泡→漂洗、除雜→粉碎精制→ 脫水干燥→米糠膳食纖維

1.2.2 操作要點(diǎn)

（1）粉碎：采用粉碎機(jī)對(duì)脫脂米糠進(jìn)行粉碎，并過40～60目篩。

（2）浸泡：加入10倍質(zhì)量的水浸泡4h，煮沸5min.

（3）酶解：將溶液冷卻至65℃，并加入α－淀粉酶酶解一定時(shí)間，在不同的NaOH濃度、堿解時(shí)間下制備膳食纖維。

（4）測(cè)定：將制備的產(chǎn)物水洗至中性，過濾、在60℃條件下烘干后，測(cè)定膳食纖維的含量。

1.2.3 試驗(yàn)方法 先用單因素試驗(yàn)分別考察α－淀粉酶用量（以液體中酶的百分含量表示，下同）、酶解時(shí)間、堿解濃度、堿解時(shí)間對(duì)膳食纖維提取率的影響，初選出諸因素的取值范圍，然后用四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)優(yōu)化脫脂米糠膳食纖維的制備工藝參數(shù)。

（1）α－淀粉酶用量：稱取20.00g脫脂米糠，分別用濃度為0.20%，0.30%，0.40%，0.50%，0.60%的α－淀粉酶酶解40min，再用濃度為4.00%的NaOH溶液水解45min，以米糠膳食纖維得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察α－淀粉酶的用量對(duì)米糠膳食纖維提取效果的影響。

（2）酶解時(shí)間：稱取20.00g脫脂米糠，加入0.40%的α－淀粉酶 分別酶解 20，40，60，80，100min，再用濃度為4.00% 的NaOH溶液水解45min，以米糠膳食纖維得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察酶解時(shí)間對(duì)米糠膳食纖維提取效果的影響。

（3）堿濃度：稱取20.00g脫脂米糠，加入0.40%的α－淀粉酶酶解40min，再分別用2.00%，3.00%，4.00%，5.00%，6.00%的NaOH溶液水解45min，以米糠膳食纖維得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察堿濃度對(duì)米糠膳食纖維提取效果的影響。

（4）堿解時(shí)間：稱取20.00g脫脂米糠，加入0.40%的α－淀粉酶酶解40min，再用濃度為4.00%的NaOH溶液分別水解25，35，45，55，65min，以米糠膳食纖維得率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考察堿解時(shí)間對(duì)米糠膳食纖維提取效果的影響。

1.2.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

（1）膳食纖維含量：按GB/T 22224——2008測(cè)定；

（2）水分含量：按GB/T 5009.3——2003測(cè)定；

（3）蛋白質(zhì)含量：按 GB/T 5009.5——2003測(cè)定；

（4）脂肪含量：按GB/T 5009.5——2003測(cè)定；

（5）灰分：按 GB 5009.4——2010測(cè)定。

（6）米糠膳食纖維得率：按式（1）計(jì)算。

式中：

Y——米糠膳食纖維得率，%；

m1——米糠樣品中提取的膳食纖維質(zhì)量，g；

m2——米糠樣品處理前的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)及結(jié)果

2.1.1 四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)因素水平表通過各單因素對(duì)脫脂米糠制備膳食纖維得率的影響試驗(yàn)，確定了酶濃度、酶解時(shí)間、堿濃度和堿解時(shí)間的適宜取值范圍（表1）。用四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)建立以脫脂米糠提取膳食纖維的得率為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化制備膳食纖維的工藝參數(shù)。

表1 各試驗(yàn)因素水平編碼表Table 1 Levels and factors of the experiment

2.1.2 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)（表2），采用SPSS 11.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行分析，并利用Statistica 6.0軟件繪出3D曲面圖，分析各參試因子對(duì)脫脂米糠制備膳食纖維得率的影響。

對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立以脫脂米糠提取膳食纖維的得率為目標(biāo)函數(shù)的二次回歸數(shù)學(xué)模型：

采用design expert 7.1軟件對(duì)回歸模型進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表3。由表3可知，X1、X2、X4、X1X2、X1X3、X1X4、對(duì)響應(yīng)值的影響顯著，其中 X1與 X2、X1與 X3、X1與X4有顯著交互作用。檢驗(yàn)回歸模型擬合度及顯著性，二次多項(xiàng)模型具有高度的顯著性（P模型＜0.000 1），失擬項(xiàng)的F值大于0.005水平的F值，所得回歸模型擬合度較好，R2＝0.973 3，說明該回歸模型較好的擬合了脫脂米糠提取膳食纖維的得率與各影響因素之間的關(guān)系，模型得出的結(jié)果可靠。

根據(jù)回歸模型方程的方差分析結(jié)果（表3），剔除不顯著項(xiàng)，得到的二次回歸數(shù)學(xué)模型：

由回歸方程（式（3））各因素系數(shù)絕對(duì)值可知，4個(gè)因素中對(duì)膳食纖維得率的影響順序?yàn)棣粒矸勖笣舛龋久附鈺r(shí)間＞堿解濃度＞堿解時(shí)間。

表2 四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)及結(jié)果Table 2 The result of experiment of combination rotational design

2.2 各因素交互作用響應(yīng)面分析

固定淀酶解時(shí)間、酶濃度、堿解時(shí)間、堿解濃度4因素中的2個(gè)因素為0水平編碼，代入簡(jiǎn)化回歸模型方程，分析其它兩個(gè)因素對(duì)脫脂米糠提取膳食纖維的得率的影響，繪出的3D曲面圖見圖1。

在試驗(yàn)范圍內(nèi)，隨著各因素水平的變動(dòng)，脫脂米糠膳食纖維得率的變化范圍較大（31.02%～39.32%），說明交互作用對(duì)得率影響較大，交互作用明顯。各因素對(duì)得率均有影響，其中酶濃度和酶解時(shí)間的影響最為顯著。

表3 回歸模型各項(xiàng)方差分析?Table 3 The variance analysis of polynomial of regressive model

2.3 模型尋優(yōu)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

從響應(yīng)面分析可知，響應(yīng)值有最大值，X1、X2、X3、X4存在極值點(diǎn)，通過對(duì)模型進(jìn)行響應(yīng)因素的水平優(yōu)化分析，得到4個(gè)因素的最優(yōu)試驗(yàn)點(diǎn)（X1，X2，X3，X4）的代碼值為（－0.23，0.34，0.09，－0.04），其相應(yīng)真實(shí)值為（37.70min，0.42%，45.90min，4.02%），此時(shí)響應(yīng)值的最大值是39.56%。為方便操 作，真實(shí)值可以分別取值（40.00min，0.40%，45.00min，4.00%）。

最優(yōu)工藝參數(shù)組合：酶解時(shí)間40min，α－淀粉酶濃度0.40%，堿解時(shí)間45min，堿濃度4.00%，此時(shí)模型理論值為39.48%。用最佳組合參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)重復(fù)5次，取均值，結(jié)果顯示：脫脂米糠膳食纖維得率為39.30%，得到實(shí)驗(yàn)值為與理論值基本一致，表明建立的模型可靠。

圖1 各因素交互作用響應(yīng)曲面圖Figure 1 Scatterplot map of interaction or each factor

3 結(jié)論

（1）采用化學(xué)試劑—酶結(jié)合分離法從脫脂米糠中制備膳食纖維的方法簡(jiǎn)便易行，不需要特殊的設(shè)備，投資少，污染少，而且膳食纖維的得率較高。

（2）四元二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)優(yōu)化脫脂米糠膳食纖維的制備工藝，其最佳提取工藝參數(shù)：α－淀粉酶的用量為0.40%，酶解時(shí)間為40min，堿解濃度為4.00%，堿解時(shí)間為45min。該條件下，米糠膳食纖維得率為39.30%。

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Optimization of technology for preparing dietary fiber from defatted rice bran

LI Li－h(huán)ui1，2LIN Qin－lu1，2FU Ri－dao1

（1.National Engineering Laboratory for Rice and Byproducts Processing，Changsha，Hunan410004，China；2.Central South University of Forestry＆ Technology，Changsha，Hunan410004，China）

Chemical reagents－enzyme separation was utilized to make dietary fiber out of defatted rice bran .Single－variable test examines the amount ofα－amylase，hydrolysis time，concentration of alkaline solution，alkali solution time on the extraction rate of dietary fiber，four quadratic regression general rotation combined test optimization of process parameters.Under the condition of the following：A－amylase in the amount of 0.40%，hydrolysis time of 40min，the solution concentration of 4.00%alkali，alkaline hydrolysis time of 45min，extracted from the defatted rice bran dietary fiber yield of 39.30%.

defatted rice bran；dietary fiber；process

10.3969 /j.issn.1003－5788.2011.06.028

湖南省科學(xué)技術(shù)廳項(xiàng)目（編號(hào)：2010NK3037）

李麗輝（1974－），女，中南林業(yè)科技大學(xué)講師，碩士。E－mail：lilihui740227＠126.com

2011－06－01