左 茜，張士康，朱科學(xué)，*，王 彬，周惠明

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122)

(2.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州310016)

膳食纖維被人們稱為第七營養(yǎng)素，是一種功能性食品基料［1］。膳食纖維(DF)按溶解性不同可分為可溶性膳食纖維(SDF)和不可溶性膳食纖維(IDF)［2-3］，兩者在人體內(nèi)具有不同的生理功能，SDF具有防止膽結(jié)石、排除體內(nèi)有害金屬離子、防止糖尿病、降低血清及膽固醇、防止高血壓和心臟?。?-5］等作用;而IDF則對肥胖癥［6］、便秘、腸癌［7］等有效果。因此，膳食纖維的很多重要生理功能都與可溶性膳食纖維(SDF)有很大的關(guān)系。根據(jù)美國學(xué)者的建議，平衡的膳食纖維組成要求SDF占DF總量的10%以上［8］，但一般膳食纖維中可溶性膳食纖維的含量都很低，只有3%～4%，無法達(dá)到膳食平衡要求。因此最近很多學(xué)者采用不同的方法對膳食纖維進行改性［9-11］，以提高可溶性纖維的含量及持水力［12］、膨脹力，以期生產(chǎn)高活性的膳食纖維產(chǎn)品［13-14］。我國茶葉資源豐富，每年不僅有大量修剪枝葉、粗老茶葉被浪費，而且在茶飲料、速溶茶、茶多酚等深加工生產(chǎn)中，也產(chǎn)生了大量廢渣，這些廢渣中仍然殘留較多的營養(yǎng)成分:38%～40%的不溶性膳食纖維，23%～27%的粗蛋白，3%～5%的茶多酚。膳食纖維作為茶渣的主要組成成分，截止到目前有關(guān)茶葉和茶渣膳食纖維的研究卻鮮有報道。本研究以茶渣為原料，采用保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌混合發(fā)酵，確定制備茶渣SDF的最佳發(fā)酵工藝條件，以期獲得高品質(zhì)的茶葉膳食纖維，為茶資源的綜合利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

茶渣 浙江塔塔茶業(yè)科技有限公司提供的生產(chǎn)茶飲料的廢渣，經(jīng)60℃干燥至恒重，粉碎并過40目篩得茶渣備用;保加利亞乳酸桿菌、嗜熱鏈球菌混合菌種 丹尼斯克有限公司;脫脂奶粉 光明乳業(yè)股份有限公司、白砂糖 市售。

SW-C1-180型超凈工作臺、SPX-150B-Z型恒溫恒濕箱 中國上海博訊實業(yè)有限公司;YXQ-SG41-280型電熱手提式壓力蒸汽滅菌鍋 中國上海醫(yī)用核子儀器廠;PB-10型pH計 德國賽多利斯公司;TD24A-WS型離心機 湖南賽特湘儀離心機儀器有限公司;DHG-9140A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司;RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 上海亞榮生化儀器廠。

1.2 發(fā)酵劑的制備

嗜熱鏈球菌和保加利亞乳酸桿菌適宜培養(yǎng)基是牛乳和脫脂牛乳，為使菌能在茶渣料液中生長良好，須進行馴化。具體方法如下:

菌種→10%的脫脂乳中42℃活化2次→接種至脫脂乳茶渣汁混合液20mL(10%脫脂乳∶茶渣汁液=1∶1)→42℃培養(yǎng)至凝乳→接種至脫脂乳茶渣汁混合液100mL(10%脫脂乳∶茶渣汁液=1∶9)→42℃培養(yǎng)3h馴化

菌種馴化過程中應(yīng)嚴(yán)格控制滅菌條件為105℃，15m in。于 42℃ 培養(yǎng) 3h后，乳酸菌總數(shù)達(dá)到109個/m L，作為發(fā)酵劑。

1.3 工藝流程

茶渣→干燥→粉碎過篩→脫脂→調(diào)料→裝瓶→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→過濾→濾液醇析→干燥→粉碎→過篩→茶葉SDF產(chǎn)品

1.4 測定方法

1.4.1 可溶性膳食纖維SDF含量的測定 AOAC 991.43［15］酶-重量法，實驗中提取的可溶性膳食纖維含量的測定均采用此方法。

1.4.2 可溶性膳食纖維SDF得率的測定方法 SDF得率(%)=SDF的干重(g)/茶渣原料的干重(g)×100

1.5 單因素實驗

稱取茶渣原料5.00g于250m L錐形瓶中，按一定料液比加入蒸餾水，然后加入茶渣質(zhì)量2%的脫脂奶粉和1.5%的白砂糖，混合均勻后滅菌。分別以發(fā)酵過程中的接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間和料液比4個因素作單因素實驗，考察各因素對可溶性膳食纖維SDF得率的影響。

1.5.1 接種量對SDF得率的影響 稱取茶渣原料5.00g，料液比1∶10，分別接入2%、3%、4%、5%、6%的發(fā)酵劑，于40℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)25h，考察接種量對SDF得率的影響。

1.5.2 發(fā)酵溫度對SDF得率的影響 稱取茶渣5.00g，料液比1∶10，接種量為4%，分別采用不同的發(fā)酵溫度，即36、38、40、42、44℃，在恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)25h，考察發(fā)酵溫度對SDF得率的影響。

1.5.3 發(fā)酵時間對SDF得率的影響 稱取茶渣5.00g，料液比1∶10，接種量為4%，分別采用不同的發(fā)酵時間，即15、20、25、30、35h，在40℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，考察發(fā)酵時間對SDF得率的影響。

1.5.4 料液比對SDF得率的影響 稱取茶渣5.00g，接種量為4%，發(fā)酵溫度為40℃，發(fā)酵時間為25h，分別選取1∶5、1∶7.5、1∶10、1∶12.5、1∶15(g/m L)為不同的料液比進行實驗，發(fā)酵結(jié)束后考察料液比對SDF得率的影響。

1.6 正交實驗

在單因素實驗基礎(chǔ)上，以接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間和料液比為主要影響因素，以SDF得率為指標(biāo)，進行四因素三水平L9(34)正交實驗設(shè)計，確定最佳發(fā)酵條件，實驗因素及水平設(shè)計見表1。

表1 正交實驗因素水平表Table1 Factors and levels of orthogonal experiment

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

為了研究不同發(fā)酵條件對發(fā)酵結(jié)果的交互影響，采用 Microsoft Excel和 Orthogonality Experiment Assistant 3.1軟件進行圖表和數(shù)據(jù)分析，p＜0.05時，被認(rèn)為有顯著影響;p＜0.01時，被認(rèn)為有極顯著影響。所有實驗均重復(fù)三次或以上，實驗數(shù)據(jù)以平均值+標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵各單因素對茶渣SDF得率的影響

2.1.1 接種量對茶渣SDF得率影響 由圖1可以看出，隨著接種量的增加，茶渣SDF得率也隨之增加，這說明發(fā)酵有利于提高SDF得率;當(dāng)接種量超過4%時，可溶性膳食纖維的得率略微降低，該結(jié)果與柴麗紅等人在發(fā)酵法制備蘋果渣膳食纖維的結(jié)果一致［16］。接種量過少時，發(fā)酵劑所提供的乳酸菌活菌數(shù)不足以完成茶渣的發(fā)酵，影響乳酸等代謝產(chǎn)物的生成，從而導(dǎo)致SDF的轉(zhuǎn)化量的減少;接種量過多時，由于菌體生長繁殖過旺，迅速利用完培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致發(fā)酵后期菌株的營養(yǎng)不足，可能導(dǎo)致可溶性糖類的分解，從而對茶渣SDF得率有一定的影響。

圖1 接種量對茶葉SDF得率的影響Fig.1 Effect of inoculation amount on the SDF yield

2.1.2 發(fā)酵溫度對茶渣SDF得率影響 由圖2可以看出，隨發(fā)酵溫度提高，SDF得率逐漸增加，在36℃到40℃這一溫度段，提高幅度較大，當(dāng)發(fā)酵溫度為40℃時，所得SDF得率最高，這與牛廣財?shù)热说难芯恳恢拢?7］。當(dāng)溫度超過40℃時，SDF得率隨溫度升高而降低。說明微生物的生長繁殖與培養(yǎng)溫度有很大的關(guān)系，溫度過高或過低都影響菌體的活力，影響了乳酸等代謝產(chǎn)物的生成，從而對SDF得率有一定的影響。

2.1.3 發(fā)酵時間對茶渣SDF得率影響 由圖3可以看出，隨著發(fā)酵時間的延長，SDF得率逐漸增加，當(dāng)發(fā)酵時間超過25h時，SDF得率趨于穩(wěn)定，高路等人在制備紫薯渣膳食纖維時也出現(xiàn)了同樣的結(jié)果［18］。可能是由于發(fā)酵時間過短，乳酸菌發(fā)酵不完全，乳酸等代謝產(chǎn)物的生成較少，同時茶渣與乳酸等代謝產(chǎn)物發(fā)生生化反應(yīng)的時間較短，影響SDF的轉(zhuǎn)化量;但發(fā)酵時間過長，乳酸菌活力迅速降低，活菌數(shù)減少，同時次級代謝產(chǎn)物積累并產(chǎn)生有害物質(zhì)，不利于菌體的生長，因而SDF得率增幅不大。

圖2 發(fā)酵溫度對茶葉SDF得率的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on the SDF yield

圖3 發(fā)酵時間對茶葉SDF得率的影響Fig.3 Effect of fermentation time on the SDF yield

2.1.4 料液比對茶渣SDF得率影響 由圖4可以看出，料液比對茶葉SDF的得率影響顯著。當(dāng)料液比為1∶10時，所得的SDF得率最高，這與毛慧君研究發(fā)酵法從西蕃蓮果渣中制備膳食纖維的結(jié)果一致［19］。過少或過多的加水量都不利于乳酸菌在茶渣培養(yǎng)基中的生長，影響乳酸等代謝產(chǎn)物的生成，從而影響SDF的得率。

圖4 料液比對茶葉SDF得率的影響Fig.4 Effect of solid and liquid ratio on the SDF yield

2.2 發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化

為了優(yōu)化發(fā)酵工藝，根據(jù)單因素實驗的結(jié)果，對影響發(fā)酵條件的主要因素料液比、接種量、發(fā)酵溫度及發(fā)酵時間設(shè)計了四因素三水平L9(34)正交實驗，結(jié)果如表2所示。

表2 正交實驗L9(34)結(jié)果表Table2 Results of orthogonal experiment L9(34)

由極差分析可知，影響發(fā)酵過程的各因素的主次順序是:B＞A＞C＞D，即發(fā)酵溫度＞接種量＞發(fā)酵時間＞料液比，最優(yōu)發(fā)酵條件組合為:A1B2C2D2。綜合單因素實驗和正交實驗的結(jié)果，確定利用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合發(fā)酵制備茶渣可溶性膳食纖維的最佳制備工藝為:料液比1∶10(g/m L)，接種量3%，發(fā)酵溫度40℃，發(fā)酵時間25h。

按以上最佳組合方案A1B2C2D2作驗證實驗，即采用保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌(1∶1)，料液比1∶10(g/m L)，接種量3%，發(fā)酵溫度40℃，發(fā)酵時間25h，經(jīng)三次重復(fù)實驗，測得的茶渣可溶性膳食纖維的平均得率為10.99%，與正交實驗結(jié)果中相符，由此表明此正交實驗得出的最佳提取工藝符合實際。

發(fā)酵過程中SDF含量提高，主要可能有兩方面原因:一是采用乳酸菌混合菌種對茶渣原料進行發(fā)酵，混合菌種在發(fā)酵過程中產(chǎn)生了一些微生物多糖代謝產(chǎn)物，以SDF形式存在于產(chǎn)品中;二是代謝產(chǎn)物中含有大量有機酸，使茶渣原料較長時間處于酸性條件下，由于酸是質(zhì)子良好供體，可使纖維素糖苷鍵斷裂，產(chǎn)生新的還原性末端，使得茶渣膳食纖維的大分子聚合度也不斷的下降，一些纖維類物質(zhì)被降解和轉(zhuǎn)化，部分轉(zhuǎn)化成非消化性可溶多糖，從而提高SDF的含量。

3 結(jié)論

茶葉是一種質(zhì)優(yōu)價廉的膳食纖維資源。利用乳酸菌發(fā)酵制得的茶葉可溶性膳食纖維是一種色澤均勻、呈淺綠色、具有茶葉清香的粉末。按上述最佳發(fā)酵條件制備的茶渣SDF的平均得率可達(dá)到10.99%，顯著高于非發(fā)酵條件下的SDF得率(對照實驗得出3.56%)。與非發(fā)酵工藝相比，發(fā)酵工藝生產(chǎn)的茶葉膳食纖維產(chǎn)品的口感更好，可溶性膳食纖維的得率更高，更有利于發(fā)揮膳食纖維的保健功能。因此，茶渣是一種很有開發(fā)前景的農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物。

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