玉米皮膳食纤维的双酶法制备及其性质研究
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2007.Vol.28.NO.04食品研究与开发膳食纤维是膳食中不被人体消化吸收的多糖类化合物(非淀粉类)与木质素的总称。膳食纤维具有重要的生理功能,在营养学上被称为与六大营养素并列的第七大营养素。我国是玉米生产大国,每年有大量玉米加工副产品———玉米皮,目前很多企业只将其用作饲料或废弃,造成很大的资源浪费。其实与其它谷物外皮(米糠、小麦麸皮等)相比,玉米皮不仅膳食纤维含量高,而且纤维结构好,植酸含量低,因此对钙、锌等矿物元素的吸附性小,是一种很好的膳食纤维来源[1]
。
但由于玉米皮的表面覆盖着淀粉质、蛋白质等,简单地将其粉碎作为食品添加剂并不能发挥膳食纤维的生理作用。
传统膳食纤维制备工艺多采用酸和碱溶液交替水解的方法除去淀粉和蛋白质,但水解产品的风味
和色泽较差,产品得率和质量不容易控制,对加工性
玉米皮膳食纤维的双酶法制备及其性质研究
张津凤(天津科技大学食品工程与生物技术学院,天津300457)
摘要:采用蛋白酶和淀粉酶结合水解制备玉米皮膳食纤维,研究确立了玉米皮膳食纤维的双酶法制备工艺,进一步探讨了食品体系对玉米皮膳食纤维持水力的影响。研究表明,双酶法制备的膳食纤维中蛋白质、淀粉、灰分残留少,
得率高,持水力优于传统酸碱法制备的产品;同时常规食品体系中的氯化钠浓度、蔗糖浓度以及食品体系的pH对玉米皮膳食纤维的持水力影响不大,使其在食品加工中能充分发挥生理活性。
关键词:玉米皮;膳食纤维;双酶水解;持水力
THEPREPARATIONANDCHARACTERIZATIONOFCORNBRANDIETARYFIBERBYTWOENZYMESZHANGJin-feng(FacultyofFoodEngineeringandBiotechnology,TianjinUniversityofScienceandTechnology,Tianjin300457,China)Abstract:Proteinaseandamylasewereemployedtoproducethecornbrandietaryfiber.Theoptimumtechnicwasestablishedandthecharacterofdietaryfiberinfoodsystemwasdiscussed.Comparedwiththeproductoftraditionaltechnics,newtechnicalproductpossessthepredominantqualityincludinghigherproductivity,fewercontamination,higherwater-holdingcapacity.Atthesametime,concentrationofNaClandsucrose,thepHvalueinfoodprocessingsystemhadnoadverseeffectonthewater-holdingcapacityofthecornbrandietaryfiber,thatisthebasisofbetterapplicationinthefoodprocessing.Keywords:cornbran;dietaryfiber;doubleenzymeshydrolysis;water-holdingcapacity
作者简介:张津凤(1963-),女(汉),实验师,本科,主要从事食品资源开发利用。
SterilizedunderTwoDiferentUHTconditions.FoodChemistryVolume.56(5):45~53.[6]TadejKotnik,DamijanMiklavcic.2000.Analyticaldescriptionoftransmembranevoltageinducedbyelectricfieldsonspheroidalcells.BiophysicalJournal.Aug.Vol.79,Iss.2;p.670(10pages).收稿日期:2006-11-15
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科学研究972007.Vol.28.NO.04
食品研究与开发
质也有一定的影响。本论文将采用温和的双酶结合水解的方法制备高质量膳食纤维,并对其加工性质进行系统研究,为玉米皮膳食纤维的开发利用奠定理论基础,也将为玉米的综合利用开发一条有效的途径。1材料与方法1.1试验材料玉米皮(河北燕南食品有限公司提供);Flavou-rzyme复合风味蛋白酶(Novozymes产品,酶活力500LAPU/g);中温淀粉酶(无锡杰能科生物工程有限公司产品,酶活力2000U/g);其余试剂均为国产分析纯。1.2实验方法1.2.1原料预处理方法玉米皮经水洗两遍,沥干,低温干燥,粉碎过80目筛。无水乙醚脱脂后,用70%乙醇,料液比1:10,60℃,振荡提取1h,去除色素,低温干燥,备用。1.2.2膳食纤维的制备预处理后的玉米皮在一定温度、pH条件下先经蛋白酶水解一定时间,再加入淀粉酶在特定温度下水解,离心分离,水洗沉淀,低温干燥,制得膳食纤维。1.2.3水分的测定GB/T14769-19931.2.4灰分的测定GB/T14770-19931.2.5蛋白质的含量测定GB14771-19931.2.6淀粉的测定酸水解法[2]1.2.7持水力的测定准确称取膳食纤维1g,置于已知重量的离心管中,加入去离子水20mL,充分搅拌混合均匀,静置60min,离心分离(3000r/min,10min),倾去上清液,倒置离心杯5min,用滤纸吸干离心杯壁上的残存水,最后称重,按下式计算持水力。持水力(%)=纤维湿度(g)-纤维干重(g)纤维干重(g)×100%1.2.8加工条件对膳食纤维持水力的影响选择氯化钠、蔗糖浓度以及pH值三个食品加工中的常见外界因素,分别改变不同取值,考察其对膳食纤维持水性的影响。2结果与讨论2.1原料的预处理原料玉米皮通常会有一些附着的颗粒残留,含有淀粉、蛋白等,如果直接用来制备膳食纤维,会增加后续制备工艺中各种试剂用量,而经过简单的水洗就会去除这部分附着的物质,可相应减少后续工艺的压力。
玉米皮中还含有一定量的黄色素,参考前人研
究结果[3]
,
采用70%乙醇提取可有效除去玉米黄色
素,提高了产品的感官品质。
2.2膳食纤维的制备经测定,预处理后的玉米皮中含有蛋白质9.5%
、
脂肪1.1%、淀粉26%、总纤维素59%
。可见,
玉米
皮中淀粉含量较高,还含有相当数量的蛋白质。文献报道[4]
,
玉米皮中蛋白质以特殊的立体结构组成蛋白
质网,这种蛋白质网包裹着淀粉颗粒,因此试验设计先采用蛋白酶水解蛋白,使玉米皮暴露出淀粉分子,
再采用淀粉酶水解淀粉,最终得到膳食纤维。
2.2.1玉米皮中蛋白酶的水解首先对蛋白酶的品种进行了选择,考虑到玉米皮的综合利用,选择了Flavourzyme!复合风味蛋白酶,它能彻底水解植物蛋白质,并产生可口的、无苦
味的、适用于生产多种食品的蛋白水解液,同时水解后能保留完整的纤维物质,有良好的结合水的能力。利用此酶水解蛋白,在制备高质量膳食纤维的同时,可以制备蛋白水解液。实验对酶解条件进行了探讨。
选择物料浓度、酶用量、作用时间三因素,在前
期单因素实验基础上进一步采用正交实验研究最佳蛋白酶解工艺,结果见表1,表2
。
从极差R值分析可知,R
A>RB>RC,
在影响蛋白
水解率的各因素中,影响程度大小依次为底物浓度>酶浓度>作用时间,较优的工艺条件为底物浓度
15%、酶浓度为每克玉米皮5LAPU、作用时间1h。
进一步以所确定的最优工艺参数做验证实验,蛋白残留率降至0.72%
。
同时,酶解后的水解液含有蛋白水解组分,可经乙醇沉淀得到玉米多肽,玉米多肽是很好的功能活
性物质[5]
,
因此此环节可以为玉米皮综合利用开发另
123A底物浓度(%)Concentrationofsubstrate(%)101520B酶浓度(LAPU/g)Concentrationofenzyme(LAPU/g)345C作用时间(h)Reactiontime(h)0.511.5
表1蛋白酶水解正交实验因素水平表Table1Thedesignoftheorthogonaltestinproteinasehydrolysis
因素Factor
水平
Level
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食品研究与开发
序号No.123456789Ⅰ/3Ⅱ/3Ⅲ/3RA1112223331.371.131.530.40B1231231231.531.331.170.36C1232313121.401.301.330.10蛋白残留量Residueofprotein(%
)
1.61.21.31.41.10.901.61.71.3
表2蛋白酶水解正交实验结果Table2Theresultoftheorthogonaltestinproteinasehydrolysis
一有效途径,本文在此不做进一步探讨。
2.2.2玉米皮中淀粉的酶水解经蛋白水解后,可直接在水解液中加入淀粉酶继续水解,实验选择的两种酶最适作用pH值相近,
因此无需调整水解液的pH,只将孵育温度调整至淀粉酶的最适作用温度,大大简化了制备工艺。
同样对淀粉酶解工艺进行了优化,选择物料浓度、酶用量、作用时间三因素,并在单因素实验基础上采用正交实验研究最佳酶解工艺,结果见表3、表4。
经极差R值分析可知,在淀粉水解的各影响因素中,影响程度最大的是底物浓度,其次为酶浓度、
作用时间,较优的工艺条件为A1B3C3。最优条件恰实验点内,因此确定了淀粉水解以最优工艺参数为底物浓度10%、酶浓度为20U/g玉米皮、作用时间2.5h
。
2.2.3膳食纤维的酶法制备工艺及产品性能的比较根据优化实验结果,膳食纤维酶法制备工艺确定为,玉米皮先经预处理,再以pH6.0磷酸缓冲液配制成15%底物浓度,按每克玉米皮50LAPU酶量
加入蛋白酶,50℃保温1.0h后,以pH6.0的缓冲液将底物浓度稀释成10%,升温至70℃,按每克玉米皮加入20U的酶量加入淀粉酶,保温2.5h,离心弃上清,蒸馏水洗涤沉淀5遍,沉淀经低温干燥,即得
膳食纤维。
选择多项指标,对酶法制备的膳食纤维与常规酸碱制备的产品[6~7]进行了分析比较,结果见表
5
。
结果表明,双酶法制备的膳食纤维蛋白质、淀粉、灰分残留少,得率高,同时反映膳食纤维活性的重要指标———持水力也优于酸碱法制备的产品。分析认为,由于酸碱水解度不易控制[8]
,
碱作用时蛋白
溶出不彻底,造成了产品中蛋白质残留高,同时残留
的蛋白造成了产品颜色发黄,而酸水解会使部分纤维素、半纤维素损失[9]