范海芳，劉 茵，葉林峰，劉思樂(lè)，周已琴，鄧永東

（1.杭州丘比食品有限公司，浙江杭州 310018；2.安徽榮達(dá)禽業(yè)股份有限公司，安徽宣城 242200）

0 引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)于膳食纖維的認(rèn)知有了不斷進(jìn)步。膳食纖維的概念在1953年第一次被提出。Hipspaly E H[1]認(rèn)為膳食纖維是不能被人體消化的植物細(xì)胞壁成分，其包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[2]。但在2009年6月，國(guó)際食品法典委員會(huì)對(duì)膳食纖維進(jìn)行了重新定義：膳食纖維是碳水化合物，它具有10個(gè)或者更多的單體鏈節(jié)，人體小腸中的酶無(wú)法水解，屬于天然存在于消費(fèi)食物的可食用碳水化合物。竹筍是竹的幼芽，也稱(chēng)為筍。竹為多年生常綠草本植物，食用部分為初生、嫩肥、短壯的芽或鞭，富含膳食纖維。

膳食纖維具有較高的持水力，對(duì)有機(jī)化合物有吸附螯合作用[3]，并且還具有填充劑的溶劑作用。此外，膳食纖維能調(diào)節(jié)腸道菌群、改變膳食組成，可使現(xiàn)存的微生物菌群比例發(fā)生變化。膳食纖維可被腸道細(xì)菌的酶發(fā)酵降解，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，促進(jìn)腸道有益菌群生長(zhǎng)和增殖，抑制有害腐敗菌的生長(zhǎng)并減少有毒發(fā)酵產(chǎn)物的形成[4]。短鏈脂肪酸在維持腸道屏障功能和刺激結(jié)腸受損組織愈合方面也起著重要的作用[5]。大量的試驗(yàn)研究表明，增加膳食纖維的攝入可明顯降低心臟血管疾病尤其是冠心病的發(fā)生率[6-7]。膳食纖維對(duì)陽(yáng)離子有較強(qiáng)的結(jié)合力，它能與腸道中的鈉離子和鉀離子進(jìn)行交換，促使尿液和糞便中大量排出鈉離子和鉀離子，從而起到降低血壓的作用[8]。

早期的提取主要是粗分離法、膜分離法、化學(xué)分析法、化學(xué)試劑和酶結(jié)合分離法。隨著人們對(duì)膳食纖維認(rèn)知的加深和科技飛速進(jìn)步，現(xiàn)在還有熱水提法、化學(xué)法、酶法、Prosky法、酶化法、超聲波法、高壓蒸煮法、發(fā)酵法、酸堿法和擠壓法等[9]。未來(lái)膳食纖維的提取方法還將朝著提取率高、純度高、工藝簡(jiǎn)單、投資少、污染少和耗能少等方向發(fā)展。膳食纖維的研究與開(kāi)發(fā)，受到了西方各主要國(guó)家的高度重視，醫(yī)學(xué)界、營(yíng)養(yǎng)學(xué)界、食品工業(yè)界都對(duì)此進(jìn)行了大量的研究[10]。而我國(guó)在這方面的研究起步較晚，且多側(cè)重于谷物類(lèi)膳食纖維的研究[11-14]。

選擇竹筍為試驗(yàn)的研究對(duì)象，采用溫和的酶解法，進(jìn)行水浴溫度、料液比、加酶量、酶解時(shí)間的4個(gè)單因素試驗(yàn)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化反應(yīng)條件，最終得出最優(yōu)條件下的4個(gè)因素水平，作為最佳生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，并測(cè)定提取出的可溶性膳食纖維的乳化性、乳化穩(wěn)定性、黏性，發(fā)掘可溶性膳食纖維的更多利用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

竹筍，寧國(guó)茂盛食品有限公司提供；α-淀粉酶、中性蛋白酶、淀粉葡萄糖酶、95%酒精、去離子水。

1.2 儀器設(shè)備

MS104TS型電子天平，梅特勒-托利多國(guó)際股份有限公司產(chǎn)品；HWS型恒溫水浴鍋，上海泰坦科技股份有限公司產(chǎn)品；HH型恒溫水浴鍋，金壇市金城國(guó)勝實(shí)驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；101型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海躍進(jìn)醫(yī)療機(jī)械廠產(chǎn)品；CT14RD型離心機(jī)，上海天美科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；KQ-100DE型真空抽濾機(jī)，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；HX-200型中藥粉碎機(jī)，上虞市華宏凈化設(shè)備廠產(chǎn)品；D-37520型高速冷凍離心機(jī)，Sigma公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 竹筍可溶性膳食纖維的提取

（1） 工藝流程[15-17]

竹筍→打粉（粉碎） →烘干→用α-淀粉酶、中性蛋白酶、淀粉葡萄糖酶酶解→滅酶→冷卻→抽濾→醇沉→離心→冷凍干燥→可溶性膳食纖維。

（2）操作要點(diǎn)。①將竹筍用粉碎機(jī)粉碎，之后放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)中干燥24 h，干燥完成的粉末裝入保鮮袋中備用。②稱(chēng)量竹筍粉，置于錐形瓶中，加入一定量的去離子水和3種酶，在恒溫水浴鍋中加熱。③將水浴加熱后的裝有樣品的錐形瓶立即置于沸水中加熱5 min，達(dá)到滅酶的效果，滅酶完成后立即冷卻。④用真空抽濾機(jī)進(jìn)行抽濾，將得到的澄清液倒入大燒杯中，加入4倍體積的95%乙醇溶液，用保鮮膜封住燒杯，靜置2 h。⑤靜置完成后用冷凍離心機(jī)離心，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心時(shí)間10 min。⑥離心過(guò)后將固體轉(zhuǎn)移至培養(yǎng)皿內(nèi)，用保鮮膜封住，用牙簽戳孔，之后放入超低溫冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥24 h，即得到所需要的樣品。

1.3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

（1）單因素試驗(yàn)。①水浴溫度對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。水浴溫度分別為40，50，60，70，80℃，其他條件為料液比1∶20，加酶量0.7%，酶解時(shí)間60 min，考查水浴溫度對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。②料液比對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。料液比分別為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30，其他條件分別為水浴溫度50℃，酶添加量0.7%，酶解時(shí)間60 min，考查料液比對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。③酶添加量對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響[18]。酶添加量分別為0.5%，0.6%，0.7%，0.8%，0.9%，其他條件分別為水浴溫度50℃，料液比1∶20，酶解時(shí)間60 min，考查加酶量對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。④水浴加熱時(shí)間對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。酶解時(shí)間分別為15，30，45，60，75 min，其他條件為分別為水浴溫度50℃，料液比1:10，酶添加量0.7%，考查水浴加熱時(shí)間對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響。

（2）響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，比較后選用較為顯著的因素，進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面試驗(yàn)，對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

竹筍可溶性膳食纖維提取響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 竹筍可溶性膳食纖維提取響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)

1.3.3 竹筍可溶性膳食纖維性質(zhì)的測(cè)定

（1）竹筍可溶性膳食纖維的乳化性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定。分別配制質(zhì)量濃度為1，5，10，15，20，25，30 mg/100 mL的SDF溶液100 mL，加入10 mL大豆油，于高速分散器中以轉(zhuǎn)速2 000 r/min均質(zhì)乳化2 min，乳化后的溶液置于離心機(jī)中，以轉(zhuǎn)速2 000 r/min離心8 min，測(cè)量乳化層的高度，算出乳化層體積，乳化后的溶液在80℃的水浴中保溫30 min，用自來(lái)水冷卻至常溫，放入離心機(jī)中，以相同的轉(zhuǎn)速和時(shí)間進(jìn)行離心，然后測(cè)量乳化層體積。

（2）竹筍可溶性膳食纖維黏性的測(cè)定。用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)在25℃，以轉(zhuǎn)速60 r/min條件下檢測(cè)不同質(zhì)量濃度（1，2，3，4，5 g/100 mL） SDF的黏度，繪制黏度變化曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 水浴溫度對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

水浴溫度對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 水浴溫度對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響

由圖1可以看出，竹筍可溶性膳食纖維提取率隨著水浴溫度升高而升高，在水浴溫度到70℃時(shí)達(dá)到最大，隨后隨著水浴溫度的上升而降低，所以最佳水浴溫度為70℃。

2.1.2 料液比對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

料液比對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 料液比對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響

由圖2可以看出，隨著料液比的減小，竹筍可溶性膳食纖維的提取率上升，在料液比為1∶15時(shí)達(dá)到最大，之后隨著料液比的減小，可溶性膳食纖維提取率也隨之減小，所以最佳料液比為1∶15。

2.1.3 酶添加量對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

酶添加量對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可以看出，隨著酶添加量的增加，竹筍可溶性膳食纖維提取率上升，在酶添加量0.6%時(shí)達(dá)到最大，之后隨著酶添加量的增加，可溶性膳食纖維提取率隨之減小，所以最佳酶添加量為0.6%。

圖3 加酶量對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響

2.1.4 酶解時(shí)間對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

酶解時(shí)間對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 酶解時(shí)間對(duì)竹筍可溶性膳食纖維提取率的影響

由圖4可以看出，隨著酶解時(shí)間的增加，竹筍可溶性膳食纖維提取率上升，在時(shí)間為60 min時(shí)達(dá)到最大，之后隨著酶解時(shí)間的增加，可溶性膳食纖維提取率也隨之減小，所以最佳酶解時(shí)間為60 min。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果分析

2.2.1 回歸模型的建立與分析

提取竹筍可溶性膳食纖維的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

根據(jù)響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取水浴溫度、酶解時(shí)間、酶添加量、料液比4個(gè)影響因素為自變量A，B，C，D，以竹筍可溶性膳食纖維提取率為響應(yīng)值。

試驗(yàn)方案的27個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中包括24個(gè)析因點(diǎn)（1～24） 和 3 個(gè)中心點(diǎn) （25～27）。

用Design Expert對(duì)響應(yīng)面設(shè)計(jì)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

竹筍可溶性膳食纖維提取率回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)見(jiàn)表4，竹筍可溶性膳食纖維提取率的二次多項(xiàng)式模型方差分析見(jiàn)表5。

通過(guò)Design Expert 8.0程序可以得出將竹筍可溶性膳食纖維提取率數(shù)據(jù)對(duì)模型通過(guò)最小二乘法擬合的二次多項(xiàng)方程進(jìn)行多元回歸擬合，剔除影響不顯著的因素后，得到竹筍可溶性膳食纖維提取率對(duì)編碼自變量水浴溫度（X1）、酶解時(shí)間（X2）、酶添加量（X3）、料液比（X4）的二次多項(xiàng)回歸方程如下：

表3 提取竹筍可溶性膳食纖維的響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

表5 竹筍可溶性膳食纖維提取率的二次多項(xiàng)式模型方差分析

可溶性膳食纖維提取率=2.92+0.14A+0.20B+0.14C+8.333×10-3D+0.091AB+0.050AC-0.045AD+0.022BC+0.037BD-0.15CD-0.19A2-0.011B2+0.089C2-0.63D2.

由方差分析表、回歸方程等數(shù)據(jù)可知，試驗(yàn)所選用模型p＜0.000 1，為高度顯著，所以擬合性強(qiáng)，預(yù)測(cè)值和實(shí)際值有很好的相關(guān)性，R2=0.985 8，R2Adj=0.969 2。

2.2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

酶解時(shí)間和水浴溫度交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖5。

圖5 酶解時(shí)間和水浴溫度交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

由圖5可以看出，在酶添加量為0.6%，料液比為1∶15時(shí)，酶解時(shí)間和水浴溫度對(duì)可溶性膳食纖維提取率的交互作用。固定酶解時(shí)間，可以看出隨著水浴溫度上升，可溶性膳食纖維提取率先上升后降低；固定水浴溫度，可以看出隨著酶解時(shí)間的上升，提取率先上升后趨于平緩。從響應(yīng)面等高圖中可以看出，酶解時(shí)間60 min，水浴溫度70℃時(shí)可以得到最高點(diǎn)，此時(shí)可以確定竹筍可溶性膳食纖維提取率的最高值。

酶添加量和水浴溫度交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖6。

圖6 酶添加量和水浴溫度交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

由圖6可以看出，在時(shí)間為60 min，料液比為1∶15時(shí)，水浴溫度與料液比對(duì)可溶性膳食纖維提取率的交互作用。固定酶添加量，可以看出隨著水浴溫度上升，提取率先上升后下降；固定水浴溫度，隨著加酶量的增加，提取率先上升后降低。從響應(yīng)面等高圖中可以看出當(dāng)加酶量為0.60%，水浴溫度為70℃時(shí)可以得到最高點(diǎn)，此時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高。

料液比和溫度交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖7。

由圖7可以看出，在酶解時(shí)間為60 min，加酶量為0.6%時(shí)，料液比與水浴溫度對(duì)可溶性膳食纖維提取率的交互作用。固定料液比，隨著水浴溫度的上升，提取率先上升后下降；固定水浴溫度，隨著料液比的上升，提取率先上升后下降。從響應(yīng)面等高圖中可以看出料液比為1∶14，水浴溫度為70℃時(shí)可以得到最高點(diǎn)，此時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高。

加酶量與酶解時(shí)間的交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖8。

由圖8可以看出，在水浴溫度為70℃，料液比為1∶15時(shí)，加酶量與酶解時(shí)間對(duì)可溶性膳食纖維提取率的交互作用。固定加酶量，隨著酶解時(shí)間上升，提取率先上升后趨于平緩；固定酶解時(shí)間，隨著加酶量的上升，提取率先上升后趨于平緩。從響應(yīng)面等高圖中可以看出在加酶量為0.6%，酶解時(shí)間為60 min時(shí)可以達(dá)到最高點(diǎn)，此時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高。

料液比與酶解時(shí)間交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖9。

圖7 料液比和溫度交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

圖8 酶添加量與酶解時(shí)間的交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

由圖9可以看出，水浴溫度為70℃，酶添加量為0.6%時(shí)，料液比與酶解時(shí)間對(duì)可溶性膳食纖維提取率的交互作用。固定料液比，隨著酶解時(shí)間上升，提取率先上升后趨于平緩；固定酶解時(shí)間，隨著料液比上升，提取率先上升后下降。從響應(yīng)面等高圖中看出在料液比為1∶15，酶解時(shí)間60 min時(shí)可以得出最高點(diǎn)，此時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高。

圖9 料液比與酶解時(shí)間交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

料液比與加酶量交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響見(jiàn)圖10。

由圖10可以看出，水浴溫度70℃，酶解時(shí)間60 min時(shí)，料液比與酶添加量對(duì)可溶性膳食纖維的交互作用。固定料液比，隨著酶添加量上升，提取率先上升后下降；固定酶添加量，隨著料液比上升，提取率先上升后下降。從響應(yīng)面等高圖中看出在酶添加量為0.60%，料液比為1∶15時(shí)得到最高點(diǎn)，此時(shí)可溶性膳食纖維提取率最高。

在試驗(yàn)水平范圍內(nèi)，軟件Design Expert 8.0優(yōu)化并結(jié)合生產(chǎn)周期、能耗等需要得出進(jìn)行竹筍酶法可溶性膳食纖維提取的最佳條件為水浴溫度73℃，酶解時(shí)間67 min，酶添加量0.64%，料液比1∶14，在此條件下竹筍可溶性膳食纖維的提取率為3.32%。

2.3 竹筍可溶性膳食纖維性質(zhì)的研究

2.3.1 乳化活性及乳化穩(wěn)定性的研究

可溶性膳食纖維的乳化活性及乳化穩(wěn)定性見(jiàn)圖11。

由圖11可以看出，隨著可溶性竹筍膳食纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增加，其乳化活性及乳化穩(wěn)定性也在不斷上升，到后面上升速率逐漸趨于平緩。

2.3.2 黏性的研究

竹筍可溶性膳食纖維的黏性見(jiàn)圖12。

由圖12可以看出，樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)黏性最大，1%的最低，隨著剪切速率的上升都不斷下降。

圖10 料液比與酶添加量交互作用對(duì)可溶性膳食纖維提取率的影響

圖11 可溶性膳食纖維的乳化活性及乳化穩(wěn)定性

3 結(jié)論

由試驗(yàn)得出最佳工藝條件為水浴溫度73℃，加酶量0.64%，酶解時(shí)間67 min，料液比1∶14，在此條件下得到的可溶性膳食纖維提取率最高，為3.34%。同時(shí)研究了提取出的可溶膳食纖維的乳化性、乳化穩(wěn)定性和黏性，得出了對(duì)應(yīng)的乳化性、乳化穩(wěn)定性和黏性曲線。

圖12 竹筍可溶性膳食纖維的黏性