丁紹敏，林海濤，劉水泉，渠懷耿

（1.廣西絹麻紡織科學(xué)研究所有限公司，廣西 南寧 530031；2.廣西科技大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院，廣西 柳州 545006；3.廣西長(zhǎng)壽奧秘科技有限公司，廣西 崇左 532113；4.佛山市高明區(qū)慧科助劑廠，廣東 佛山 528500）

慢性病是指一般不帶傳染性、長(zhǎng)期積累可形成身體形態(tài)損害的疾病總稱，常見(jiàn)慢性病主要有心腦血管疾病、糖尿病和慢性呼吸系統(tǒng)疾病等，其病因大多數(shù)來(lái)自于個(gè)人不良生活方式和習(xí)慣，也與遺傳、醫(yī)療條件、社會(huì)條件和氣候等因素有關(guān)[1-3]。隨著中國(guó)老齡化進(jìn)程的加快，到2050年我國(guó)高齡老人人數(shù)將達(dá)到1.14～1.60 億，百歲老人將達(dá)到47 萬(wàn)人，位居世界第一[4-6]。健康生活方式主要體現(xiàn)在合理膳食、適量運(yùn)動(dòng)、戒煙限酒和心理平衡4 個(gè)方面,健康長(zhǎng)壽的目標(biāo)是社會(huì)科學(xué)、人口學(xué)及醫(yī)學(xué)生物學(xué)亟待攻克的科學(xué)課題。應(yīng)對(duì)人口老齡化、尤其是高齡老人慢性病增加的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，不但具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值，而且對(duì)政府老齡工作科學(xué)決策與管理都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[7-8]。

膳食纖維在預(yù)防肥胖癥、高血糖、高血脂和高血壓等方面有一定作用。根據(jù)膳食纖維定義[9-10]：具有10個(gè)或以上單體鏈節(jié)的碳水化合物，也包括由食物原料經(jīng)物理、酶或化學(xué)法獲得的對(duì)健康表現(xiàn)出有益生理作用的人造碳水化合物，在人體小腸內(nèi)不能消化吸收。膳食纖維含有不溶性和水溶性組分，水溶性成分主要是多糖、低聚糖，而不溶性成分主要是纖維素和木質(zhì)素，會(huì)帶來(lái)粗糙口感和消化吸收不適[11-12]。

經(jīng)過(guò)脫膠處理的蠶絲素蛋白纖維，其化學(xué)成分不同于植物性膳食纖維，具有不溶性膳食纖維素部分生理功能特性[13-15]。以蠶絲素蛋白纖維材料替代不溶性植物膳食纖維成分，需解決的關(guān)鍵問(wèn)題有二：其一是如何加工處理提高蠶絲素蛋白纖維持水力、膨脹力和對(duì)重金屬離子的束縛力；其二是選用水溶性多糖、低聚糖材料對(duì)絲素蛋白纖維表面包覆，使蠶絲素蛋白膳食纖維具備可溶性膳食纖維的生理功能。

本研究根據(jù)膳食纖維腸道消化原理，通過(guò)對(duì)蠶繭絲素蛋白材料理化功能和膳食纖維的研究，以酶解絲素蛋白纖維為載體，選用食用級(jí)多糖、低聚糖材料配方組合，進(jìn)行可溶性的膳食纖維成分表面包覆與成型加工，提供一種能用于食品行業(yè)的含蠶繭絲素蛋白的膳食纖維。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

桑蠶削口繭（廣西蠶業(yè)技術(shù)推廣總站提供）；碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、三聚磷酸鈉，尿素、氨水、苦味酸和胭脂紅等，均為分析純；30%滲透劑SAA（自配，陰非離子型表面活性劑）；市售食品級(jí)大豆多糖、低聚果糖和海藻糖。

1.2 儀器

主要實(shí)驗(yàn)儀器見(jiàn)表1。

表1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 繭絲素蛋白短纖維化學(xué)法的制備

溫度60～65℃，堿液與尿素之比1∶6，溶解時(shí)間40～45 min，具體參見(jiàn)魏子凱等[16]的蠶絲蛋白短纖維的制備方法。

1.3.2 繭絲素蛋白膳食纖維制備的技術(shù)路線

蠶繭絲下腳廢料→人工除雜→浸泡清洗→預(yù)處理脫膠→溫水清洗→清洗→離心脫水→高壓膨脹→酶解→膳食纖維包覆→成型加工→烘干→滅菌消毒→檢測(cè)→包裝成品。

1.3.2.1 預(yù)處理脫膠主要工藝

將蠶繭絲下腳廢料人工除雜，先依次經(jīng)冷水浸泡1～2h、清洗，溫水浸泡3～4h 后采用堿法沸煮脫膠，離心脫水獲得蠶繭絲素，備用。

1.3.2.2 高壓膨脹主要工藝

在獲得的脫膠蠶繭絲素中，依次加入水和無(wú)機(jī)鹽（含碳酸鈉，氯化鈉，三聚磷酸鈉組合物），脫膠蠶繭絲素與水的質(zhì)量比為1∶15～1∶20，無(wú)機(jī)鹽組合物占總質(zhì)量濃度0.2～5.0g/L，控制pH值為7.5～9.0，在溫度為115～120℃下進(jìn)行高溫膨脹處理45～80min 后排液。

1.3.2.3 絲素蛋白纖維酶解正交優(yōu)化工藝

通過(guò)前期生物酶篩選試驗(yàn)，采用動(dòng)物蛋白酶（南寧龐博生物公司生產(chǎn)）；在參考廠家推薦使用工藝條件的同時(shí)，選取對(duì)絲素蛋白酶解纖維理化性能有較大影響的酶劑用量、pH值、溫度和酶解時(shí)間4 個(gè)因素進(jìn)行L9（34）正交優(yōu)化試驗(yàn)；并以纖維制成性、強(qiáng)力下降、吸水性和柔滑性4 個(gè)分項(xiàng)進(jìn)行綜合評(píng)分。L9（34）正交試驗(yàn)表如表2，絲素蛋白酶解纖維綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3。

表2 L9（34）正交試驗(yàn)表

表3 絲素蛋白酶解纖維綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2.4 成型加工主要工藝

將含蠶繭絲素蛋白的膳食纖維梳理剪切為規(guī)格尺寸≤3mm的短纖維或粉碎成30～60 目的粉末，滅菌消毒，檢測(cè)包裝成品。

1.4 測(cè)試方法

1.4.1 苦味酸胭脂紅的配制方法

將1g 胭脂紅溶于25%的10mL 氨水中，加入20mL 去離子水，在攪拌器中加熱到45℃；冷卻后，再加入45mL 飽和苦味酸溶液，并加去離子水至100mL，以1mol/L HCl 溶液調(diào)節(jié)pH值為8.0～9.0。

取脫膠蠶絲試樣適量，加入1mL 左右苦味酸胭脂紅溶液，使試樣正好浸沒(méi)在檢驗(yàn)液中，隔水沸熱5min，取試樣用水沖洗，觀察顏色：呈黃色，脫膠完全；呈紅色，表示殘留有絲膠。

1.4.2 掃描電子顯微鏡檢測(cè)

用日立S-570 型掃描電子顯微鏡觀察溶解后的蠶絲短纖維的形貌變化，工作電壓3.0kV。

1.4.3 傅立葉紅外光譜(FTIR)分析

取適量脫膠后蠶絲和實(shí)驗(yàn)制備的蠶絲短纖維，先以纖維切片器制作粉末，然后將樣品與溴化鉀粉末混合分別壓片，在Nicolet5700 型紅外光譜儀上測(cè)試，得到相應(yīng)紅外吸收光譜圖，分析蠶絲短纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。

1.4.4 失重率

酶解后纖維以去離子水洗滌兩次，110℃×1h 烘干，平衡后稱重，與酶解前纖維對(duì)比。

1.4.5 吸水性酶解后纖維以去離子水洗滌兩次，離心脫水后稱重，與脫膠絲素纖維對(duì)比。

1.4.6 質(zhì)量檢測(cè)

采用質(zhì)量檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)有：GB 4789.2-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》；GB5009.12-2017 《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鉛的測(cè)定》；GB 5009.15-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測(cè)定》。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)法制備繭絲素蛋白短纖維

化學(xué)溶解法制備蠶絲蛋白短纖維最佳工藝為：溫度60～65℃，堿液與尿素之比1∶6,溶解時(shí)間40～45 min。蠶絲短纖維的長(zhǎng)度在2～3 mm,比較均勻,制備率40%～50%；運(yùn)用掃描電鏡、紅外光譜檢測(cè)方法，觀察蠶絲蛋白纖維的形貌和結(jié)構(gòu)：在最佳工藝條件下，蠶絲短纖維的絲膠基本已經(jīng)去除，表面平整光滑，蠶絲蛋白內(nèi)部結(jié)構(gòu)也沒(méi)有發(fā)生變化[16]。

2.2 酶解制備絲素蛋白纖維

各分項(xiàng)評(píng)分匯總表見(jiàn)表4，表中為分值；絲素蛋白纖維酶解正交設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 分項(xiàng)評(píng)分匯總表

表5 絲素蛋白纖維酶解正交設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

綜合評(píng)分影響大小為：A＞C＞B＞D，即優(yōu)化組合為A2B2C3D3。動(dòng)物蛋白酶占絲素蛋白纖維重量的0.2%，酶解液的pH值為7.5，酶解溫度為55℃，酶解時(shí)間6h。

絲素蛋白經(jīng)過(guò)高溫膨脹和酶解處理，高分子微觀結(jié)構(gòu)變得微纖化，比植物不溶性膳食纖維中的纖維素和木質(zhì)素更易吸附腸道中的毒素和重金屬離子，因絲素蛋白軟滑，提高了食用者的口感與腸胃耐受性；進(jìn)行可溶性大豆多糖等膳食纖維表面包覆后，進(jìn)一步提升了調(diào)節(jié)腸道的功效。

2.3 絲素蛋白膳食纖維包覆

按重量份依次將大豆多糖5～10 份、低聚果糖2～8份、海藻糖1～5 份混合，放入水中常溫?cái)嚢杈鶆颢@得可溶性膳食纖維混合液，將酶解絲素蛋白纖維100～350 份浸入所述可溶性膳食纖維混合液中，浸軋含液率為60%～100%，然后在50～100℃的溫度下烘干至水份含量為10%，制備得含蠶繭絲素蛋白的膳食纖維。

3 結(jié)語(yǔ)

蠶絲是性能優(yōu)良的天然高分子蛋白質(zhì)材料，成分中蛋白質(zhì)含量高達(dá)96%，具有無(wú)異源生物素毒害、對(duì)人體安全及生物降解性好等諸多特點(diǎn)。蠶絲傳統(tǒng)上一直應(yīng)用于纖維面料和服飾領(lǐng)域，中國(guó)絲綢歷史悠久，享譽(yù)中外。蠶絲素蛋白纖維化學(xué)成分為十八種氨基酸，具有植物性膳食纖維的生理功能特性，如持水力、膨脹力和對(duì)重金屬束縛力，可推動(dòng)其向新型食品、醫(yī)藥材料及生化醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域拓展，對(duì)蠶絲產(chǎn)業(yè)多元化科學(xué)發(fā)展、增強(qiáng)相關(guān)專業(yè)學(xué)術(shù)研究深度、提升絲生物材料多用途高附加值和提高蠶絲業(yè)綜合社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義。