李成彪，張文剛，張 杰，楊希娟，鄭萬(wàn)財(cái)，黨 斌

（青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海省青藏高原農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016）

青稞（Hordeum vulgareL.var. nudumHook.f.） 是農(nóng)牧民賴以生存的主要食糧，是藏區(qū)的第一大作物[1]。與其他谷物相比，青稞具有高蛋白質(zhì)、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)，具有較高的營(yíng)養(yǎng)和食療價(jià)值[2]。青稞富含膳食纖維，其可溶性纖維和總纖維含量均高于其他谷類作物，尤其是青稞中的β -葡聚糖[1]。作為豐富的膳食纖維資源，青稞中的可溶性膳食纖維具有多種生理功能，不僅能在維持膳食平衡方面發(fā)揮重要作用，而且在預(yù)防結(jié)腸癌、心血管疾病和降低膽固醇等方面具有重要的生理功能，同時(shí)還可降低血脂含量、延緩小腸對(duì)葡萄糖的吸收速度，從而預(yù)防糖尿病的發(fā)生[3-4]。

可溶性膳食纖維含量高低是評(píng)價(jià)膳食纖維的重要指標(biāo)[5]，其理化特性和生理功能特性會(huì)隨著其含量的增加而有所改善，通常來(lái)說(shuō)，可溶性膳食纖維含量在10%以上的才具有優(yōu)良的性質(zhì)[6]。而青稞膳食纖維組成中，SDF 與IDF 占比不平衡[7]，含量較少的SDF 導(dǎo)致膳食纖維品質(zhì)較低、功能性差，而IDF 大多口感粗糙，較多的IDF 被加入到食品中時(shí)，會(huì)對(duì)食品的口感產(chǎn)生不利影響[8]。目前，酶法因其能較好地保護(hù)膳食纖維的組成和結(jié)構(gòu)、污染小、易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于膳食纖維的改性中[9]。由于膳食纖維中含有較多木聚糖、纖維素等多糖類和殼聚糖類物質(zhì)[10]，通過(guò)酶解作用后，纖維大分子由于分子鏈斷裂被降解，從而使SDF 含量增加[11]。

為了改善青稞的口感，提高其生理活性，充分發(fā)揮青稞中可溶性膳食纖維的功能特性，選擇纖維素酶、木聚糖酶對(duì)青稞全粉進(jìn)行酶解改性，提高青稞全粉中的SDF 含量，進(jìn)而提高其生理功能特性，同時(shí)使其在應(yīng)用到產(chǎn)品時(shí)，兼顧營(yíng)養(yǎng)的同時(shí)又可以改善產(chǎn)品的口感。研究2 種酶法提取工藝所得青稞可溶性膳食纖維的理化特性、功能特性的變化，篩選出最優(yōu)的青稞可溶性膳食纖維改性方法與工藝，以期為青稞功能性食品的開(kāi)發(fā)和推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

青稞籽粒（昆侖20#），青海省農(nóng)林科學(xué)院提供；纖維素酶（5.0×104U）、木聚糖酶（1.0×105U），鄭州鴻瑞食品有限公司提供；糖化酶（1.0×105U），ɑ-淀粉酶（1.0×104U）、源葉生物、胰蛋白酶（2.5×105U）、食用油、濃硫酸、膽酸鈉、糠醛、DNS 顯色試劑、葡萄糖。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-4 型數(shù)顯恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司產(chǎn)品；DL-5M 型低速冷凍離心機(jī)，湖南長(zhǎng)沙湘儀儀器有限公司產(chǎn)品；AL204 型萬(wàn)分之一分析天平，梅特勒- 托利多儀器有限公司產(chǎn)品；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 測(cè)定方法

（1） 水分的測(cè)定的方法。參考GB 5009.3—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定方法》中的測(cè)定方法。

（2） 可溶性膳食纖維的測(cè)定方法。參考文獻(xiàn)[12]中的方法，并稍作修改。

（3） 持水力的測(cè)定[13]。稱取0.5 g 樣品m0于已知質(zhì)量的50 mL 離心管中，加蒸餾水20 mL，搖勻于室溫下漩渦振蕩12 h，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min 離心10 min，棄上清液，并用吸水紙吸干離心管壁殘留的水分，稱量并計(jì)算試樣吸水后質(zhì)量m1。

式中：m1——樣品濕質(zhì)量，g；

m0——樣品干質(zhì)量，g。

（4） 持油力的測(cè)定方法[14]。稱取0.5 g 樣品于50 mL離心管中，加入大豆油30 mL，攪拌均勻后靜置16 h，以轉(zhuǎn)速5 000 r/min 離心10 min，完全去掉上油層，稱質(zhì)量，計(jì)算樣品持油性。

式中：m2——樣品吸油后的質(zhì)量，g；

m1——樣品干質(zhì)量，g。

（5） 膨脹力的測(cè)定方法[15]。稱取0.2 g 樣品M置于20 mL 量筒中，測(cè)定體積V1后，加10 mL 蒸餾水，室溫下靜置24 h，測(cè)定吸水后體積V2，計(jì)算膨脹力。

式中：V2——吸水后樣品體積，mL；

V1——吸水前樣品體積，mL；

M——樣品質(zhì)量，g。

（6） 膽酸鈉吸附能力的測(cè)定方法[8]。以不同膽酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣品經(jīng)處理后，采用糠醛比色法于波長(zhǎng)620 nm處測(cè)定吸光值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算膽酸鈉的含量。對(duì)膽酸鈉吸附能力計(jì)算公式如下所示。

式中：D——樣品對(duì)膽酸鈉吸附能力，mg/g；

Ma——吸附前溶液的膽酸鈉質(zhì)量，mg；

Mb——吸附后上清液中膽酸鈉質(zhì)量，mg；

m——樣品的干物質(zhì)量，g。

（7） 對(duì)葡萄糖吸附作用的測(cè)定[16]。采用3-5 二硝基水楊酸法繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線。樣品經(jīng)處理后，在波長(zhǎng)540 nm 處測(cè)定吸光度，葡萄糖吸附能力（GAC）按下式計(jì)算。

式中：n1——原溶液葡萄糖的量，mmoL；

n2——吸附后上清液葡萄糖的量，mmoL；

m——樣品質(zhì)量，g。

1.4 可溶性膳食纖維的提取方法

取1.500 g 青稞全粉，用檸檬酸鈉-檸檬酸溶液調(diào)節(jié)pH 值和水分，再加入纖維素酶或者木聚糖酶攪拌均勻后酶解一定時(shí)間。酶解完成后，加入25 mL蒸餾水在沸水浴中滅酶10 min，離心并收集上清液，依次加入0.05 g ɑ -淀粉酶、胰蛋白酶、糖化酶，每種酶的酶解時(shí)間均為1 h，酶解結(jié)束后用4 倍的無(wú)水乙醇沉淀1 h，將無(wú)水乙醇及沉淀在105 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干并稱量。烘干至恒質(zhì)量的沉淀質(zhì)量，即為可溶性膳食纖維的質(zhì)量。

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

取同一批次的青稞全粉，精密稱取1.500 0 g，固定其他因素不變的條件下，分別考查水分含量（14%，18%，22%，26%，30%）、酶解時(shí)間（30，50，70，90，110 min）、酶添加量（0.3%，0.6%，0.9%，1.2%，1.5%）、酶解溫度（30，40，50，60，70 ℃）、pH 值（4.0，4.5，5.0，5.5，6.0） 等5 個(gè)因素對(duì)SDF 提取率的影響，以篩選出最優(yōu)酶解條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 青稞可溶性膳食纖維酶解工藝優(yōu)化

2.1.1 單因素試驗(yàn)

（1） 水分含量對(duì)青稞全粉SDF 提取率的影響。

水分含量對(duì)SDF提取率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 水分含量對(duì)SDF提取率的影響

由圖1 可知，隨著水分含量的增加，2 種酶在不同水分環(huán)境下對(duì)SDF提取率的影響呈現(xiàn)不斷增加的變化趨勢(shì)，當(dāng)水分含量為26%時(shí)，SDF提取率達(dá)到最高值，再繼續(xù)增加水分含量，SDF提取率反而下降。水分含量決定了酶解底物的濃度，底物的濃度過(guò)高或者過(guò)低，都會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)的平衡導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)變慢[17]，而水分含量26%時(shí)底物濃度較為合適，酶解效果最好，因此選擇水分含量為26%較適宜。

（2） 酶解時(shí)間對(duì)青稞全粉SDF提取率的影響。

酶解時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 酶解時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響

由圖2 可知，隨著酶解時(shí)間的增加，2 種酶的作用時(shí)間對(duì)SDF提取率的影響呈先增加后減小的變化趨勢(shì)，在酶解時(shí)間為50 min 和70 min 時(shí)，纖維素酶和木聚糖酶的提取率達(dá)到最高值。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，底物與酶結(jié)合較充分，呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，再延長(zhǎng)時(shí)間，底物被消耗，酶分子的有效含量也有所降低，酶解速率隨之降低。可見(jiàn)，纖維素酶的最適酶解時(shí)間為50 min，木聚糖酶為70 min。

（3） 酶添加量對(duì)青稞全粉SDF提取率的影響。

酶添加量對(duì)SDF提取率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 酶添加量對(duì)SDF提取率的影響

由圖3 可知，隨著酶添加量的增加，2 種酶的酶添加量對(duì)SDF 提取率的影響呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)，且都在酶添加量為0.6%時(shí)SDF提取率達(dá)到最大值。當(dāng)?shù)孜镆欢〞r(shí)，隨著酶添加量的增加，酶解速率也增加，但是當(dāng)酶添加量達(dá)到一定程度時(shí)，酶與底物充分結(jié)合達(dá)到飽和[18]，繼續(xù)添加酶會(huì)使得酶的作用位點(diǎn)減少[19]，酶解速率趨于平緩，導(dǎo)致酶解效果降低。因此，纖維素酶、木聚糖酶的酶添加量均以0.6%較適宜。

（4） 酶解溫度對(duì)青稞全粉SDF提取率的影響。

酶解溫度對(duì)SDF提取率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 酶解溫度對(duì)SDF提取率的影響

由圖4 可知，隨著酶解溫度的上升，2 種酶的酶解溫度對(duì)SDF提取率的影響都呈先增后減的變化，且都在40 ℃時(shí)SDF提取率到達(dá)最高值。高溫環(huán)境下，酶的結(jié)構(gòu)遭到破壞，導(dǎo)致其活性、穩(wěn)定性都有所下降[17]，而低溫條件不能提高反應(yīng)體系的活化能[20]，也會(huì)導(dǎo)致酶解效果降低。因此，確定纖維素酶、木聚糖酶的最適酶解溫度為40℃。

（5） pH 值對(duì)青稞全粉SDF提取率的影響。

pH 值對(duì)SDF提取率的影響見(jiàn)圖5。

圖5 pH 值對(duì)SDF提取率的影響

由圖5 可知，隨著pH 值的增大，2 種酶的pH 值對(duì)SDF提取率的影響呈先增加后減少的變化趨勢(shì)，最后趨于平緩。當(dāng)pH 值為4.5，5.0 時(shí)纖維素酶與木聚糖酶的提取率達(dá)到最高值，分別為18.786%和24.497%。2 種酶的最適pH 值4.5 與5.0 左右，pH值過(guò)高或者過(guò)低都會(huì)引起酶空間結(jié)構(gòu)的變化而導(dǎo)致其活性降低，同時(shí)影響酶與底物的結(jié)合，導(dǎo)致酶解效果不好。因此，纖維素酶的最適pH 值為4.5，木聚糖酶的最適pH 值為5.0。

2.1.2 酶解工藝條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以SDF提取率為考查指標(biāo)，以水分含量（A）、酶解時(shí)間（B）、酶添加量（C）、酶解溫度（D）、pH 值（E） 為考查因素。采用L16（45）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。

（1） 纖維素酶法提取工藝條件的優(yōu)化。

纖維素酶法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表1，纖維素酶法正交試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 纖維素酶法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表2 纖維素酶法正交試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

從直觀分析結(jié)果看，各因素的作用大小依次為A＞E＞D＞C＞B。綜合考慮，最優(yōu)工藝組合為A2B1C1D3E1，即水分含量24%，酶解時(shí)間30 min，酶添加量0.3%，酶解溫度40 ℃，pH 值4.0。在最優(yōu)條件下，對(duì)該工藝組合進(jìn)行驗(yàn)證，SDF提取率為25.467%，高于正交試驗(yàn)的任何一組，說(shuō)明優(yōu)化的工藝條件可行。

（2） 木聚糖酶法提取工藝條件的優(yōu)化。

木聚糖酶法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表3，木聚糖酶法正交試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 木聚糖酶法正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表4 木聚糖酶法正交試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果

從直觀分析結(jié)果來(lái)看，各因素的作用大小依次為B'＞A'＞E'＞D'＞C'。綜合考慮，最優(yōu)工藝組合為A'2B'1C'1D'1E'2，即水分含量24%，酶解時(shí)間50 min，酶添加量0.3%，酶解溫度30 ℃，pH 值4.75，在最優(yōu)條件下，對(duì)該工藝組合進(jìn)行驗(yàn)證，SDF提取率為29.544%，高于正交試驗(yàn)中的任何一組，說(shuō)明優(yōu)化的工藝條件可行。

2.2 2 種酶法提取SDF效果比較

2.2.1 2 種提取工藝對(duì)青稞可溶性膳食纖維得率的影響

2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF 提取率的影響見(jiàn)圖6。

圖6 2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF 提取率的影響

采用了不同的提取工藝對(duì)青稞全粉中可溶性膳食纖維進(jìn)行提取（見(jiàn)圖6）。經(jīng)過(guò)2 種酶解工藝提取后，青稞全粉中的SDF提取率分別高達(dá)25.467%，29.544%，與對(duì)照組相比，SDF提取率分別提高了2.9 倍，3.4 倍，2 種酶解提取工藝能夠顯著提高SDF提取率，且所提取的可溶性膳食纖維品質(zhì)較好，優(yōu)于高品質(zhì)膳食纖維標(biāo)準(zhǔn)（SDF≥10%）。2 種酶解提取工藝對(duì)SDF提取率的影響不顯著，木聚糖酶法提取工藝所提取的SDF提取較高。趙勻淑等人[21]研究了不同提取方式對(duì)大蒜秸稈可溶性膳食纖維含量的影響。結(jié)果表明，采用纖維素酶法提取能顯著提高大蒜秸稈可溶性膳食纖維的提取率，這與本研究的結(jié)論一致。

2.2.2 2 種提取工藝對(duì)青稞全粉可溶性膳食纖維理化特性的影響

可溶性膳食纖維構(gòu)成成分中有較多的親水基團(tuán)、親油基團(tuán)，因此有較強(qiáng)的持水性、持油性。進(jìn)入人體腸胃后，在持水力和持油力的作用下能較好地吸收食物中的水分、油脂等，導(dǎo)致溶脹后體積顯著增加，能夠提高飽腹感，同時(shí)減少人體進(jìn)食量和油脂的攝入，進(jìn)而達(dá)到有效控制體重甚至減肥的作用[22]。

2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF理化性質(zhì)的影響見(jiàn)圖7。

圖7 2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF理化性質(zhì)的影響

由圖7 可知，酶解工藝提取的可溶性膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力較對(duì)照組相比有不同程度的提高。其中，木聚糖酶法提取工藝所得的可溶性膳食纖維持水力、持油力、膨脹力最大，與對(duì)照組相比分別提高了1.32 倍，1.46 倍，1.39 倍，這可能是因?yàn)槊附膺^(guò)程中破壞了細(xì)胞壁，使可溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)疏松，孔隙率增加，結(jié)晶度降低，結(jié)合位點(diǎn)暴露更多[10]。這3 個(gè)理化指標(biāo)與可溶性膳食纖維的生理活性作用息息相關(guān)，數(shù)值越大時(shí)可溶性膳食纖維的理化性質(zhì)就越好。因此，木聚糖酶法提取工藝所得的可溶性膳食纖維理化性質(zhì)最優(yōu)。王成祥等人[23]研究了不同改性方法對(duì)青稞膳食纖維理化特性的影響，結(jié)果表明，酶法改性能不同程度的提高青稞膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力，這與本研究的結(jié)論一致。

2.2.3 2 種提取工藝對(duì)青稞全粉可溶性膳食纖維膽酸鈉吸附能力的影響

可溶性膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附能力是用來(lái)衡量其降血脂功能特性的重要指標(biāo)。

2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF膽酸鈉吸附能力的影響見(jiàn)圖8。

圖8 2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF膽酸鈉吸附能力的影響

與對(duì)照組相比，由酶法提取工藝所得的青稞可溶性膳食纖維膽酸鈉吸附能力有不同程度的提高，分別提高了1.19 倍，1.32 倍，其中木聚糖酶法提取的可溶性膳食纖維膽酸鈉吸附能力最強(qiáng)，降血脂功能特性最優(yōu)。Caroline C 等人[24]研究了果膠酶和纖維素酶復(fù)合酶處理對(duì)羽扇豆籽膳食纖維結(jié)合膽酸鹽的能力的影響時(shí)，也發(fā)現(xiàn)酶水解可以提高膳食纖維結(jié)合膽酸鹽的能力。

2.2.4 2 種提取工藝對(duì)青稞全粉可溶性膳食纖維葡萄糖吸附能力的影響

可溶性膳食纖維具有良好的吸附作用，通過(guò)阻止葡萄糖的吸收和擴(kuò)散起到降血糖的作用[23]。

2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF葡萄糖吸附能力的影響見(jiàn)圖9。

圖9 2 種酶法提取工藝對(duì)青稞全粉SDF葡萄糖吸附能力的影響

由圖9 可知，酶法提取工藝得到的可溶性膳食纖維較對(duì)照組相比葡萄糖吸附能力分別提高了2.21倍，2.25 倍，可顯著地提高可溶性膳食纖維的葡萄糖吸附能力，Liu Y 等人[25]采用纖維素酶處理米糠膳食纖維時(shí)，也得出了相似的結(jié)論。2 種酶法提取工藝所得的可溶性膳食纖維相比，葡萄糖吸附能力相差不大，木聚糖酶提取工藝提取的可溶性膳食纖維葡萄糖吸附能力最好，說(shuō)明其降血糖效果最好。

3 結(jié)論

通過(guò)正交試驗(yàn)，確定了纖維素酶法提取工藝的條件為水分含量24%，酶解時(shí)間30 min，酶添加量0.3%，酶解溫度40 ℃，pH 值4.0，此條件下SDF提取率為25.47%；木聚糖酶法提取工藝的條件為水分含量24%，酶解時(shí)間50 min，酶添加量0.3%，酶解溫度30 ℃，pH 值4.75，此條件下SDF提取率為29.544%。2 種酶法提取工藝條件相比較，物料水分含量、酶添加量相同；纖維素酶法提取工藝可節(jié)省時(shí)間20 min；木聚糖酶法提取工藝所需的酶解溫度條件較纖維素酶法提取工藝低10 ℃；木聚糖酶法提取工藝所需的pH 值較纖維素酶法提取工藝高0.75；木聚糖酶法提取工藝所得SDF提取率較纖維素酶法提取工藝所得的高4.077%。綜合比較，木聚糖酶法提取工藝酶解條件溫和、酶解效率高、能耗少、提取率高。

2 種酶法提取工藝所得的SDF理化性質(zhì)較對(duì)照組有顯著的提高。2 種酶法提取工藝所得SDF理化性質(zhì)相比較，除持水力無(wú)顯著性差異外，持油力、膨脹力、葡萄糖吸附能力、膽酸鈉吸附能力都有顯著性差異。木聚糖酶法提取工藝所得的SDF持水力、持油力、膨脹力都高于纖維素酶法提取工藝所得的SDF，而這3 個(gè)理化指標(biāo)與SDF生理功能特性的發(fā)揮呈正相關(guān)；木聚糖酶法提取工藝所得的SDF葡萄糖吸附能力、膽酸鈉吸附能力最強(qiáng)，而這2 個(gè)值越大說(shuō)明SDF發(fā)揮其調(diào)節(jié)血糖和血脂的能力越強(qiáng)，這與測(cè)定的理化性質(zhì)趨勢(shì)相同。因此，木聚糖酶法提取工藝所得的SDF理化性質(zhì)最好。

綜上，木聚糖酶法提取工藝提取率高、酶解效率高、能耗少，且所提取的SDF理化性質(zhì)好，吸附能力強(qiáng)，更適合于青稞可溶性膳食纖維的提取。