劉美池，陳 華，秦海旭，曹靈菲，張焦敏

（鞍山師范學院化學與生命科學學院，遼寧鞍山 114007）

膳食纖維（DF）是指一種不能被人體消化酶所消化，也不被小腸吸收的，以多糖為主體的高分子物質(zhì)的總稱，包括多糖、寡糖、木質(zhì)素和相關的植物物質(zhì)。按其溶解性可分為水溶性的膳食纖維SDF（Soluble dietary fiber）和水不溶性膳食纖維IDF（Insoluble dietary fiber）兩大類。膳食纖維是一類理想的功能性食品添加劑，能有效預防和降低糖尿病、結腸癌、冠心病、心肌梗塞、直腸癌、便秘等疾病的發(fā)生[1-4]。

香蕉是我國的大宗果品之一，加工中產(chǎn)生大量香蕉皮等廢棄物，隨意丟棄會造成環(huán)境污染和資源浪費。開發(fā)并加以綜合利用香蕉皮，使其變廢為寶具有重要的現(xiàn)實意義。試驗以香蕉皮為原材料，采用雙酶水解香蕉皮提取其中可溶性膳食纖維，通過單因素試驗和正交試驗優(yōu)化，確定可溶性膳食纖維提取工藝的最佳條件，不僅可提高香蕉的附加值,增加果農(nóng)收入，為香蕉副產(chǎn)物的開發(fā)和利用開辟一條新的途徑。

1 材料和方法

1.1 材料、儀器與試劑

材料：香蕉，購于當?shù)爻小?/p>

儀器：PL2002型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司產(chǎn)品；DHG-033BS-Ⅲ型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司產(chǎn)品；SHB-B95型循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；DK-98-Ⅱ型電熱恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品；pH計、FZ10微型植物粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品。

試劑：α-淀粉酶（3 700 U/g） 250 g、木瓜蛋白酶（90萬U/g），北京奧博星生物技術有限公司提供；乙醇、石油醚、檸檬酸、磷酸二氫鈉，以上試劑均為分析純。

1.2 試驗方法

1.2.1 水溶性膳食纖維提取工藝流程

香蕉皮→干燥→粉碎→過篩（40目）→石油醚脫脂→干燥→加入pH值6.0的磷酸鹽緩沖液→加入α-淀粉酶水浴酶解→滅酶活→木瓜蛋白酶水浴酶解→離心分離得上清液 →濃縮→乙醇沉淀（4倍體積95%乙醇）→離心→沉淀干燥→可溶性膳食纖維（SDF）。

1.2.2 操作要點

（1）香蕉皮粉末的制備。稱量所用香蕉皮的質(zhì)量并大致測量香蕉皮的體積。準備10倍體積的冷水浸泡香蕉皮5 min，洗滌。撈出瀝干水分，加石油醚脫脂，靜置24 h。清洗香蕉皮數(shù)次，放入鼓風干燥箱中烘干。最后用粉碎機粉碎，得到的粉末過40目篩，裝好備用。

（2）水浴酶解。稱取5 g干燥的香蕉皮粉末，加入pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液30 mL，調(diào)節(jié)水浴溫度，加入α-淀粉酶酶解60 min；降溫后調(diào)節(jié)水浴溫度，加入木瓜蛋白酶酶解60 min。酶解期間，注意避免水分蒸發(fā)。

（3）真空抽濾。酶解后的料液抽濾，濾渣用10 mL蒸餾水反復沖洗2次。將所得濾液于60℃烘箱中濃縮，除去多余水分，有利于乙醇沉淀。

（4）乙醇沉淀。濃縮后的溶液中加入4倍體積的95%乙醇，室溫靜置60 min后，抽濾得到沉淀。旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)沉淀表面多余的乙醇，將所得沉淀于105℃烘箱中干燥3 h，稱質(zhì)量得SDF，計算SDF得率。

1.2.3 單因素試驗

為了確定工藝條件，分別研究2種酶的酶解溫度、加入量和酶解時間共6個因素對SDF得率的影響，從中優(yōu)選出影響最大的4個因素及相應的3個水平，進行正交試驗。

（1）α-淀粉酶酶解溫度的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，分別加入α-淀粉酶15.0 mg，木瓜蛋白酶10.0 mg，木瓜蛋白酶酶解溫度保持為55℃。改變α-淀粉酶酶解溫度，依次為80，85，90，95，100℃。2種酶的酶解時間均為60 min。根據(jù)SDF提取率來確定α-淀粉酶最佳酶解溫度。

（2）木瓜蛋白酶酶解溫度的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，分別加α-淀粉酶15.0 mg，木瓜蛋白酶10.0 mg，α-淀粉酶酶解溫度保持為90℃。改變木瓜蛋白酶酶解溫度，依次為45，50，55，60，65℃。2種酶的酶解時間均為60 min。根據(jù)SDF提取率來確定木瓜蛋白酶最佳酶解溫度。

（3）α-淀粉酶加入量的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。木瓜蛋白酶加入量均為10.0 mg，改變α-淀粉酶用量依次為 10.0，12.5，15.0，17.5，20.0 mg。2 種酶的酶解時間均為60 min。根據(jù)SDF提取率來確定α-淀粉酶最佳用量。

（4）木瓜蛋白酶加入量的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。α-淀粉酶加入量均為15.0 mg，改變木瓜蛋白酶用量依次為5.0，7.5，10.0，12.5，15.0 mg。2種酶的酶解時間均為60 min。根據(jù)SDF提取率來確定木瓜蛋白酶最佳用量。

（5）α-淀粉酶酶解時間的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。α-淀粉酶、木瓜蛋白酶用量分別為15.0，10.0 mg。使木瓜蛋白酶酶解時間均為60 min，改變α-淀粉酶酶解時間依次為20，40，60，80，100 min。根據(jù)SDF提取率來確定α-淀粉酶最佳酶解時間。

（6）木瓜蛋白酶酶解時間的確定。以pH值為6.0的磷酸氫二鈉-檸檬酸緩沖溶液作為酶解液，使α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別保持為90，55℃。α-淀粉酶、木瓜蛋白酶用量分別為15.0，10.0 mg。使α-淀粉酶酶解時間均為60 min，改變木瓜蛋白酶酶解時間依次為20，40，60，80，100 min。根據(jù)SDF提取率來確定木瓜蛋白酶最佳酶解時間。

1.2.4 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結果，找出其中的4個主要影響因素，即α-淀粉酶酶解溫度、木瓜蛋白酶酶解溫度、α-淀粉酶用量、木瓜蛋白酶用量，通過對單因素分析與試驗探討，從中選出合適的水平做正交試驗，再經(jīng)過數(shù)據(jù)處理確定可溶性膳食纖維制備的最佳工藝條件。

1.2.5 可溶性膳食纖維提取率的計算

2 結果與分析

2.1 正交試驗結果與分析

選擇上述單因素試驗中較優(yōu)因素，每個因素設計3個水平，選取L9（34）正交表，確定最佳提取條件。

正交試驗因素水平及極差分析見表1。

由表1可知，各因素對SDF得率影響的主次順序為A>D>C>B，即α-淀粉酶水解溫度>木瓜蛋白酶用量>α-淀粉酶用量>木瓜蛋白酶水解溫度。由香蕉皮制備SDF的最佳條件為A3B1C3D2，即 α-淀粉酶酶解溫度為95℃，木瓜蛋白酶酶解溫度為45℃，α-淀粉酶用量為17.5 mg，木瓜蛋白酶用量為12.5 mg。

表1 正交試驗因素水平及極差分析

正交試驗方差分析見表2。

表2 正交試驗方差分析

由表2的方差分析結果可知，因素A，D對SDF提取率的影響差異極顯著；因素C對SDF得率的影響在試驗水平范圍內(nèi)不顯著；各因素對SDF得率影響的主次順序與極差分析的結果一致。

2.2 驗證試驗

以正交試驗得到的最佳組合A3B1C3D2，即α-淀粉酶、木瓜蛋白酶酶解溫度分別為95，45℃，2種酶用量分別為17.5，12.5 mg，做驗證試驗，得提取率為6.33%。

3 結論

香蕉皮中可溶性膳食纖維最佳提取條件為α-淀粉酶解溫度95℃，木瓜蛋白酶酶解溫度45℃，α-淀粉酶用量17.5mg，木瓜蛋白酶用量12.5 mg，酶解時間60 min。在此條件下，做驗證試驗得到可溶性膳食纖維最大提取率為6.33%。

復合酶法從香蕉皮中提取可溶性膳食纖維的方法簡便易行，不需要特殊的設備，投資少、污染少，而且產(chǎn)品得率高，成分較理想。研究極具開發(fā)利用價值，香蕉皮的有效利用將為香蕉加工企業(yè)解決香蕉皮處理的難題提供新思路，既保護了環(huán)境又為企業(yè)創(chuàng)造了一定了經(jīng)濟價值，為膳食纖維來源提供可靠保證。