趙 靜(甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工學(xué)院 甘肅天水 741025)
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利用纖維素酶對(duì)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(shù)學(xué)院化工學(xué)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(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)間為6h,pH 值5.5,提取可溶性膳食纖維的含量達(dá)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國家,對(duì)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(zhì),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(yīng)用到食品、醫(yī)學(xué)等行業(yè)中,形成了一定的市場(chǎng)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(yù)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(zhì)素等。依據(jù)膳食纖維的水溶性可分為兩個(gè)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(jié)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(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能,促進(jìn)體內(nèi)有毒重金屬的排出,因此,對(duì)可溶性膳食纖維的提取及利用就顯得尤為重要。
本實(shí)驗(yàn)用酶法提取可溶性膳食纖維,通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn),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(yàn)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(shí)驗(yàn)方法
測(cè)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(fēng)干燥箱內(nèi),80℃干燥24h。粉碎后,過60目篩,利用無水乙醚對(duì)粉碎的材料進(jìn)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(diào)pH值,加入纖維素酶,酶解,酶解反應(yīng)結(jié)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(nèi)105℃烘干,稱其質(zhì)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(jìn)行脫脂后提取。見表1。
表1 葡萄皮渣的成分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)W/W,%)
2.2單因素試驗(yàn)分析
2.2.1纖維素酶量的影響
設(shè)置纖維素酶量梯度,其他條件為溫度40℃,時(shí)間5h,pH5.0,見表2。
表2 纖維素酶量對(duì)可溶性膳食纖維提取含量的影響
實(shí)驗(yàn)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(nèi),提取含量隨酶量的增加而提高,達(dá)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(shè)置溫度梯度,其他條件為酶量2.2 %,時(shí)間 5h,pH5.0,見表3。
表3 溫度對(duì)可溶性膳食纖維提取含量的影響
實(shí)驗(yàn)表明,在溫度為35~55℃范圍內(nèi),隨溫度的提高,可溶性膳食纖維的提取含量不斷提高,到達(dá)45℃時(shí)達(dá)到最高提取含量,之后開始下降。
2.2.3pH 值的影響
設(shè)置pH值梯度,其他條件為酶量2.2%,溫度50℃,時(shí)間4h,見表4。
表4 pH值對(duì)可溶性膳食纖維提取含量的影響
實(shí)驗(yàn)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(dá)到最高提取含量。纖維原料在弱酸性條件下空間結(jié)構(gòu)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(shí)間的影響
設(shè)置時(shí)間梯度,其他條件為酶量2.2%,溫度45℃,pH5.5,見表5。
表5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(shí)驗(yàn)表明,在一定的反應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi),可溶性膳食纖維的提取含量隨時(shí)間的增加而提高,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到6h時(shí),可溶性膳食纖維的提取含量達(dá)到最高;當(dāng)反應(yīng)時(shí)間超過6h后,可溶性膳食纖維的提取含量逐漸下降。因?yàn)殡S著酶解時(shí)間的延長(zhǎng),纖維素酶充分酶解底物,導(dǎo)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(shí)驗(yàn)分析
在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,采用4因素3水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。分別以纖維素酶用量、提取溫度、提取時(shí)間、pH值為4因素,SDF含量為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn),進(jìn)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(yīng)時(shí)間為6h,pH值5.5,其所得的可溶性纖維最高。
本實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)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(chǎn)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(shí)驗(yàn)受多方面因素的影響,其中主要包括纖維素酶用量、反應(yīng)時(shí)間、pH值以及溫度4個(gè)因素。本實(shí)驗(yàn)采取了一系列單因素試驗(yàn),選取適宜的條件范圍進(jìn)行正交試驗(yàn),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(yīng)時(shí)間6h,pH值為5.5。
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