趙 靜(甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院化工學院 甘肅天水 741025)
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利用纖維素酶對葡萄皮渣中可溶性膳食纖維的提取研究
趙 靜
(甘肅工業(yè)職業(yè)技術學院化工學院 甘肅天水 741025)
以巨峰葡萄皮渣為原料,研究酶法提取葡萄皮渣可溶性膳食纖維的最佳條件。以酶量、pH 值、提取溫度、提取時間進行單因素試驗和正交試驗,實驗結果表明,酶法提取葡萄皮渣可溶性膳食纖維最佳條件為:纖維素酶量為2.2 %,溫度為45℃,提取時間為6h,pH 值5.5,提取可溶性膳食纖維的含量達到13.60%。
葡萄皮渣;可溶性膳食纖維;纖維素酶
作為榨汁和釀酒加工過程的大量副產物葡萄皮渣,主要包括葡萄皮、果梗、種子等,約占葡萄加工量的25%~30%。國外一些葡萄酒產業(yè)發(fā)達的國家,對葡萄廢棄物的研究和利用很重視, 從葡萄廢棄物中提取有益的物質,包括酚類化合物、酒石酸鹽、檸檬酸、葡萄籽油、膳食纖維等,并已應用到食品、醫(yī)學等行業(yè)中,形成了一定的市場規(guī)模。膳食纖維是一種不能被人體消化的碳水化合物,被譽為“第七營養(yǎng)元素”。它包含纖維素、半纖維素、樹脂、果膠及木質素等。依據(jù)膳食纖維的水溶性可分為兩個基本類型:可溶性膳食纖維(SDF)與不可溶性膳食纖維(IDF)??扇苄陨攀忱w維不僅持水能力和結合水力高,而且可減緩消化速度和最快速排泄膽固醇,有助于調節(jié)免疫系統(tǒng)功能,促進體內有毒重金屬的排出,因此,對可溶性膳食纖維的提取及利用就顯得尤為重要。
本實驗用酶法提取可溶性膳食纖維,通過單因素試驗和正交試驗,葡萄皮渣可溶性膳食纖維提取的最佳工藝條件,為酶法提取可溶性膳食纖維提供一定的理論依據(jù)。
1.1材料
試驗原料:葡萄采自甘肅省天水市麥積區(qū)社棠鎮(zhèn)東山葡萄基地,自釀葡萄酒所分離出的葡萄皮渣。
1.2實驗方法
測定樣品中粗蛋白的含量采用凱式定氮法;可溶性膳食纖維的提取是將葡萄皮渣置于鼓風干燥箱內,80℃干燥24h。粉碎后,過60目篩,利用無水乙醚對粉碎的材料進行浸泡,以除去脂肪,再用80%vol的乙醇洗滌殘醚后烘干。按1∶20的料液比加蒸餾水浸泡12h。接著向樣品浸泡液中加0.5%NaOH溶液,于50℃水浴箱中攪拌處理2h。調pH值,加入纖維素酶,酶解,酶解反應結束后,升溫至100℃,滅酶10min,晾涼后,以4000r/min離心25min,取上清液,離心所得的上清液加熱蒸發(fā)至原溶液體積的1/3。向濃縮好的溶液中加入4倍體積的無水乙醇,并靜置60min,靜置后的沉淀離心,以4000r/min,25min,回收上清液,沉淀于烘箱內105℃烘干,稱其質量,所得沉淀為SDF。
2.1葡萄皮渣成分分析
葡萄皮渣中脂肪的含量為5.23%,故用無水乙醚浸泡進行脫脂后提取。見表1。
表1 葡萄皮渣的成分含量(質量分數(shù)W/W,%)
2.2單因素試驗分析
2.2.1纖維素酶量的影響
設置纖維素酶量梯度,其他條件為溫度40℃,時間5h,pH5.0,見表2。
表2 纖維素酶量對可溶性膳食纖維提取含量的影響
實驗表明,不同纖維素酶濃度梯度與可溶性膳食纖維的提取含量均有顯著差異。在纖維素酶量為1.5%~2.5%范圍內,提取含量隨酶量的增加而提高,達到最高值后隨酶量增加而下降。最適纖維素酶量為2.02%。
2.2.2溫度的影響
設置溫度梯度,其他條件為酶量2.2 %,時間 5h,pH5.0,見表3。
表3 溫度對可溶性膳食纖維提取含量的影響
實驗表明,在溫度為35~55℃范圍內,隨溫度的提高,可溶性膳食纖維的提取含量不斷提高,到達45℃時達到最高提取含量,之后開始下降。
2.2.3pH 值的影響
設置pH值梯度,其他條件為酶量2.2%,溫度50℃,時間4h,見表4。
表4 pH值對可溶性膳食纖維提取含量的影響
實驗表明,可溶性膳食纖維的提取含量隨pH值的升高先升后降,在pH5.5附近達到最高提取含量。纖維原料在弱酸性條件下空間結構松散,利于酶與原料充分接觸,而且在弱酸性條件下,酶的活力也較大。
2.2.4時間的影響
設置時間梯度,其他條件為酶量2.2%,溫度45℃,pH5.5,見表5。
表5 反應時間對可溶性膳食纖維提取含量的影響
37.42 9.47 13.35 9.38 8.39平均值 7.37 9.40 13.40 9.36 8.62差異顯著性 a=0.05 c b a b b a=0.01 C B A B B
實驗表明,在一定的反應時間范圍內,可溶性膳食纖維的提取含量隨時間的增加而提高,當反應時間達到6h時,可溶性膳食纖維的提取含量達到最高;當反應時間超過6h后,可溶性膳食纖維的提取含量逐漸下降。因為隨著酶解時間的延長,纖維素酶充分酶解底物,導致部分可溶性膳食纖維聚合度降低,不能被無水乙醇沉淀,造成提取含量降低。
2.3正交實驗分析
在單因素試驗基礎上,采用4因素3水平進行正交實驗設計。分別以纖維素酶用量、提取溫度、提取時間、pH值為4因素,SDF含量為指標進行正交試驗,進一步優(yōu)化纖維素酶提取葡萄皮渣中SDF的最優(yōu)工藝參數(shù),最終確定酶法提取可溶性膳食纖維最佳工藝條件為,纖維素酶量為2.2%,溫度為45℃,反應時間為6h,pH值5.5,其所得的可溶性纖維最高。
本實驗采取用酶法提取葡萄皮渣中可溶性膳食纖維,通過纖維素酶降解纖維素,使之轉化成小分子的單糖或者寡糖,提高了SDF的取得率。酶法所得的產品色澤淺,純度較高,易漂白。酶法提取葡萄皮渣中可溶性膳食纖維實驗受多方面因素的影響,其中主要包括纖維素酶用量、反應時間、pH值以及溫度4個因素。本實驗采取了一系列單因素試驗,選取適宜的條件范圍進行正交試驗,最終確定最佳提取條件是:纖維素酶量為2.2%,溫度為45℃,反應時間6h,pH值為5.5。
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