全 文 ：229
超声波协同酶法制备杏仁皮中
水溶性膳食纤维及理化研究
何余堂，高虹妮，解玉梅，刘 贺，励建荣*
(渤海大学化学化工与食品安全学院，辽宁省食品质量安全与功能食品研究重点实验室，
辽宁省食品贮藏加工及质量安全控制工程技术研究中心，辽宁锦州 121013)
摘 要:以辽西地区扁杏仁皮为原料，超声波协同酶法制备水溶性膳食纤维(SDF)。对超声波提取参数进行优化，然
后选取液料比、复合纤维素酶添加量及酶解时间进行单因素实验。采用液料比、酶添加量和酶解时间为变量，以 SDF
提取率为响应值，进行响应面实验设计，优化 SDF制备工艺。结果表明，超声波辅助提取参数为:功率 500W，处理时间
15min。最佳工艺参数为:液料比 17∶1，酶添加量 1.8%，酶解时间 3.5h，酶解温度 55℃;此工艺条件下，杏仁皮 SDF提取
率可达 13.27%。SDF的持水性达到 8.31g /g，溶胀性为 6.48mL /g。杏仁皮水溶性膳食纤维具有良好的理化性能。
关键词:扁杏仁皮，水溶性膳食纤维，酶法提取，超声波辅助
Preparation of soluble dietary fiber in almond skin
using enzymatic method in coordination with ultrasonic wave
and study on physicochemical properties
HE Yu－tang，GAO Hong－ni，XIE Yu－mei，LIU He，LI Jian－rong*
(College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety，Bohai University，Liaoning Provincial Key Laboratory
of Food Quality Safety and Functional Food，Engineering and Technology Research Center
of Food Preservation，Processing and Safety Control of Liaoning Province，Jinzhou 121013，China)
Abstract:Flat almond skin in western Liaoning region as material to extract water soluble dietary fiber(SDF)by
enzymatic method in coordination with ultrasonic wave. Parameters of ultrasonic － assisted extraction were
optimized.The liquid－material ratio，composite cellulase addition and extraction time were selected as factors to
carry out the single factor experiment.The response surface method was applied to optimize technical parameters
of SDF preparation using liquid－material ratio，enzyme addition，enzymolysis time as variables，and SDF extraction
rate as response value.The results showed that parameters of ultrasonic－ assisted extraction were power 500W，
treatment time 15min.The optimum parameters were liquid－material ratio 17 ∶1，cellulase addition 1.8%，extraction
time 3.5h at temperature 55℃.Under these conditions，the SDF extraction rate reached to 13.27% .Water－holding
capacity and swelling property of SDF of almond skin were 8.31g /g and 6.48mL/g.The SDF of almond skin has
excellent physicochemical properties。
Key words:Flat almond skin;SDF;enzyme extraction;ultrasonic－assisted method
中图分类号:TS255.6 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2013)01－0229－05
收稿日期:2012－07－16 * 通讯联系人
作者简介:何余堂(1967－) ，男，博士，教授，研究方向:粮油植物蛋白
与食品生物技术。
基金项目:辽宁省教育厅科学技术研究项目(L2012399) ;辽宁省食品
安全重点实验室暨辽宁省高校重大科技平台开放课题
(LNSAKF2011014，2011042)。
膳食纤维(Dietary Fiber，DF)是指在人体内难以
被酶解消化的碳水化合物或其类似物，包括一部分
不能消化的多糖、低聚糖等物质［1］。膳食纤维具有重
要的生理功能，如产生饱腹感;清除自由基;调解碳
水化合物和脂类代谢，降血脂，降血糖等;对离子的
交换能力和对有机化合物的吸附作用，有助于减少
有毒物质对肠粘膜的毒害［2］。膳食纤维在蔬菜、水
果、粗粮、杂粮、豆类及菌藻类食物中含量丰富，主要
包括谷物纤维、豆类种子与种皮纤维、水果蔬菜纤
维、微生物多糖、其他天然纤维、合成半合成纤维，六
大类共 30 余种，其中有实际应用的大约有十几种。
膳食纤维分为水溶性膳食纤维(Soluble Dietary
Fiber，SDF)和水不溶性膳食纤维(Insoluble Dietary
Fiber，IDF) ，其中 IDF 为纤维素、半纤维素、木质素
等，SDF为寡糖、糊精、多糖等。SDF与 IDF在人体内
的生理功能存在差异:IDF主要促进肠道产生机械蠕
动作用，SDF主要发挥代谢功能，影响碳水化合物和
脂类的代谢，降低血脂、血糖、胆固醇等［3］。目前膳食
纤维的研究集中在四个方面:膳食纤维对人体生理
DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2013.01.070
230
效应及疾病防治作用的研究［4］;利用农副产品制备膳
食纤维研究［5］;完善和提高膳食纤维工业提取和改性
研究［6］;膳食纤维在食品加工中的应用研究［7］。扁杏
仁在我国华北，西北和辽宁西北部有较大栽培面积。
国内扁杏仁产品主要为整粒销售或加工成扁杏油，
产品单一，经济效益偏低。因此，深加工是大扁杏产
业的发展方向［8］。杏仁皮是扁杏仁深加工过程中的
副产品，利用率低。杏仁皮中主要含有膳食纤维、多
酚类物质、黄酮类物质、果胶和色素等，其中膳食纤
维含量达到 45%以上［9］。本研究以辽宁特产扁杏仁
为原料，采用响应面实验设计，利用超声波辅助与复
合酶法制备杏仁皮水溶性膳食纤维，为扁杏仁的综
合加工利用提供理论与技术支持。
1 材料与方法
1.1 材料与设备
扁杏仁 产地为辽宁省锦州义县;复合纤维素
酶 规格:Celluclast 1.5L，酶活力:700EGU /g，诺维信
(中国)生物技术有限公司。
通用型果仁脱壳机 锦州壳牌集团有限公司;
DFT－100 粉碎机 温岭市大德中药机械有限公司;
DHG－9075A 型电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科
技有限公司;TD5A－WS型台式离心机 湘仪离心机
仪器有限公司;L－3 型双层玻璃反应釜 北京世纪
森朗实验仪器公司;Scientz－ⅡD 超声波细胞破碎机
宁波新芝生物科技股份有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 工艺流程 扁杏仁皮→恒温干燥→粉碎过 40 目筛
→称 5g杏仁皮粉，加复合纤维素酶，液料比 15∶1，混匀，调节
pH至 5.5→超声波处理 15min，功率 500W→55℃水浴酶解→
90℃灭酶 10min→浓缩→4000r /min 离心 15min，过滤→滤渣
干燥粉碎得水不溶性膳食纤维(IDF) ;滤液加 4 倍体积无水
乙醇，静置 30min，4000r /min 离心 15min，过滤→沉淀干燥得
水溶性膳食纤维(SDF)。
1.2.2 扁杏仁皮膳食纤维提取率计算 SDF 的测定
按 AACC32［10］。膳食纤维提取率(%)=(制备的扁
杏仁皮膳食纤维质量 /扁杏仁皮质量)× 100。
1.2.3 超声波辅助酶解参数 称取杏仁皮粉末，每
份 5g，分别放入烧杯中，加入纤维素酶，液料比为
15∶1，混匀。先以超声波功率 500W，处理时间分别为
5、10、15、20、25min，依据工艺流程提取杏仁皮膳食
纤维，优化参数。然后以超声波处理时间为 15min，
功率分别为 300、400、500、600、700W，依据工艺流程
提取杏仁皮 SDF，优化超声波提取参数。
1.2.4 单因素实验 选液料比、酶添加量、酶解时间
等因素，进行膳食纤维制备单因素实验。提取温度
定为 55℃。实验水平分别为:液料比(5 ∶ 1、10 ∶ 1、
15∶1、20 ∶ 1、25 ∶ 1) ;酶添加量(0.5%、1.0%、1.5%、
2.0%、2.5%) ;酶解时间(1.0、2.0、3.0、4.0、5.0h) ，研究
单因素对 SDF提取率的影响。依据结果确定响应面
设计的因素水平。
在液料比(水∶原料)为 15∶1、酶添加量为 1.5%、
酶解时间 3.0h(温度 55℃)条件下，改变参数，研究液
料比、酶添加量、酶解时间对杏仁皮 SDF 提取率的
影响。
1.2.5 响应面实验 依据单因素实验结果，进行响
应面法 Box－Behnken Design 实验设计。称取杏仁皮
粉末 10g，以液料比、酶添加量、酶解时间为独立变量
(A、B、C) ，以 SDF提取率为响应值，实验因素水平设
计见表 1。
表 1 响应面因素水平编码表
Table 1 Variables and levels in response surface method
因素
编码及水平
－ 1 0 1
A液料比(mL /g) 10∶1 15∶1 20∶1
B酶添加量(%) 1.0 1.5 2.0
C酶解时间(h) 2.0 3.0 4.0
1.2.6 数据处理 采用 Design－Expert.V8.0.6 对实验
数据进行回归分析，进行响应曲面绘制。多项式模
型方程拟合由决定系数 R2 表达，利用 F 检验分析显
著性。
1.2.7 膳食纤维理化特性分析［11］ 膳食纤维持水性
测定:准确称取膳食纤维 1.0g 放入烧杯中，加入定量
蒸馏水，室温搅拌摇匀静置后，以 3000r /min 离心
20min，除去上清液，称重，计算持水性。
持水性(g /g)=(样品吸水后质量－样品质量)/
样品质量
膳食纤维溶胀性测定:准确称取膳食纤维 1.0g
置于量筒中，加入定量蒸馏水，室温振荡均匀后静置
后，读取溶胀前后膳食纤维的体积，计算溶胀性。
溶胀性(mL /g)=(溶胀后体积－溶胀前体积)/
样品质量
2 结果与分析
2.1 超声波辅助提取参数
随着超声波处理时间的增加，SDF 提取率升高。
处理时间为 15min 时，SDF 提取率达到较高值，为
12.36%;处理时间超过 15min，SDF 提取率缓慢下降
(图 1)。超声波功率对 SDF 提取的影响见图 2。随
着功率的增大，SDF 提取率升高。超声波功率为
500W时，SDF 提取率达到较高值，为 12.52%;功率
继续增大后，SDF提取率反而下降。因此，超声波辅
助提取 SDF的参数为:处理时间 15min，功率 500W。
图 1 超声波处理时间对杏仁皮 SDF提取率的影响
Fig.1 Effect of ultrasonic treatment time
on SDF extraction percentage of almond skin
2.2 杏仁皮 SDF提取单因素实验
2.2.1 液料比对 SDF提取率的影响 随着液料比的
增加，SDF 提取率快速升高(图 3)。液料比为 15 ∶1
时，SDF 提取率达到 12.63%;液料比继续增加后，
231
SDF提取率开始下降。
图 2 超声波功率对杏仁皮 SDF提取率的影响
Fig.2 Effect of ultrasonic power
on SDF extraction percentage of almond skin
图 3 液料比对杏仁皮 SDF提取率的影响
Fig.3 Effect of liquid－material ratio
on SDF extraction percentage of almond skin
2.2.2 酶添加量对杏仁皮 SDF提取率的影响 随着
复合纤维素酶添加量的提高，SDF 提取率快速升高;
酶添加量达到 1.5%时，SDF 提取率为 12.70%，达到
较高值;酶添加量继续提高，SDF 提取率略有降低
(图 4)。
图 4 酶添加量对杏仁皮 SDF提取率的影响
Fig.4 Effect of enzyme addition
on SDF extraction percentage of almond skin
2.2.3 酶解时间对杏仁皮 SDF提取率的影响 随着
酶解时间的增加，SDF提取率快速升高(图 5)。酶解
时间达到 3.0h 时，SDF 提取率为 12.75%，达到较高
值;酶解时间继续增加，SDF提取率略微下降。
2.3 响应面实验分析
2.3.1 方差分析及回归方程 以杏仁皮 SDF 提取率
为响应值，根据表 2 结果，通过 Design－Expert软件分
析获得回归方程为:SDF 提取率(%)Y = －32.79833
+ 1.288A + 27.245B + 6.693C－0.012AB + 0.033AC－
0.590BC－0.041A2－7.073B2－0.898C2(R2 = 0.989)
回归方程决定系数为 0.989。从方差分析(表 3)
可看出，模型，变量 A、B、C及二次项均达到极显著水
平，各交互项未达显著。失拟项不显著，说明响应面
图 5 酶解时间对杏仁皮 SDF提取率的影响
Fig.5 Effect of enzymatic hydrolysis time
on SDF extraction percentage of almond skin
分析对实验拟合好，实验误差小，可分析和预测膳食
纤维制备效果。
表 2 响应面实验设计及结果
Table 2 Box－Behnken design and experimental results
实验号 A B C SDF提取率(%)
1 － 1 － 1 0 7.50
2 1 － 1 0 8.53
3 － 1 1 0 11.38
4 1 1 0 12.29
5 － 1 0 － 1 9.08
6 1 0 － 1 10.36
7 － 1 0 1 10.90
8 1 0 1 12.84
9 0 － 1 － 1 6.85
10 0 1 － 1 11.77
11 0 － 1 1 8.94
12 0 1 1 12.68
13 0 0 0 12.76
14 0 0 0 12.97
15 0 0 0 12.45
2.3.2 响应曲面分析与优化 响应曲面及等高线见
图 6～图 8。随着酶添加量和酶解时间的增加，杏仁
皮 SDF提取率迅速提高，然后趋于稳定;液料比过
大或过小均对提取率有负面影响;三个变量中，酶
添加量对响应值的影响最大，酶解时间次之，液料
比最小。对回归模型进行分析，得到杏仁皮 SDF 提
取的最优条件是:液料比为 17∶1、酶添加量为
1.8%、酶解时间为 3.5h;并预测 SDF 提取率最高达
13.59%。
为验证回归模型，在最优工艺下进行 3 次重复
实验，杏仁皮 SDF 提取率分别为 13.29%、13.18%、
13.35%，平均 13.27%(误差 0.05%)。回归方程的最
大预测值与实验数值接近，说明回归方程较真实地
反映了各因素对响应值的影响。利用响应面分析法
优化杏仁皮水溶性膳食纤维制备的技术参数，效果
较理想。
2.4 杏仁皮水溶性膳食纤维的理化特性
理化分析表明，杏仁皮 SDF 的持水性分别为
8.38、8.31、8.24g /g，平均值为 8.31g /g，溶胀性分别
为 6.47、6.55、6.42mL /g，平均值为 6.48mL /g;说明
杏仁皮 SDF的持水性和溶胀性比较好，具有良好的
水合能力。
232
表 3 响应面方差分析
Table 3 ANOVA for response surface
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 Prob ＞ F 显著性
模型 60.02 9 6.67 48.82 0.0002 ＊＊
A 3.33 1 3.33 24.37 0.0043 ＊＊
B 33.21 1 33.21 243.14 ＜ 0.0001 ＊＊
C 6.66 1 6.66 48.77 0.0009 ＊＊
AB 3.60E－3 1 3.60E－3 0.026 0.8774 －
AC 0.11 1 0.11 0.8 0.4128 －
BC 0.35 1 0.35 2.55 0.1713 －
A2 3.94 1 3.94 28.86 0.003 ＊＊
B2 11.55 1 11.55 84.53 0.0003 ＊＊
C2 2.98 1 2.98 21.81 0.0055 ＊＊
残差 0.68 5 0.14
失拟项 0.55 3 0.18 2.66 0.2850 －
纯误差 0.14 2 0.068
总和 60.7 14
注:＊＊差异极显著(p ＜ 0.01) ;－不显著。
图 6 Y = f(A，B)响应曲面及等高线
Fig.6 Response surface and contour for Y = f(A，B)
图 7 Y = f(A，C)响应曲面及等高线
Fig.7 Response surface and contour for Y = f(A，C)
图 8 Y = f(B，C)响应曲面及等高线
Fig.8 Response surface and contour for Y = f(B，C)
3 讨论与结论
3.1 利用响应面设计和超声波辅助技术，结合酶法
对杏仁皮水溶性膳食纤维制备的工艺参数进行优
化。结果表明，液料比、酶添加量、酶解时间对杏仁
皮 SDF提取率的影响均达极显著水平。结合单因素
实验结果，杏仁皮 SDF提取的最佳工艺条件为:液料
比为 17∶1，酶添加量为 1.8%，浸提时间为 3.5h，浸提
温度为 55℃;超声波辅助提取技术参数为:功率
500W，时间 15min。此条件下杏仁皮 SDF 提取率为
13.27%，与理论值 13.59%相差很小。说明采用响应
面法优化杏仁皮 SDF提取工艺参数的效果比较好。
3.2 杏仁皮水溶性膳食纤维含有大量的亲水基团，
具有优良的持水性和溶胀性。杏仁皮 SDF的持水性
为 8.31g /g，溶胀性为 6.48mL /g，其理化性能稍微优
于小米麸皮膳食纤维、米糠饼粕膳食纤维和大豆膳
食纤维［12－14］。
3.3 超声波作用于纤维素酶溶液时，可产生空化、振
荡等效应，使酶分子构象及催化部位发生变化，影响
催化活力。超声波功率的大小与超声波处理时间的
长短对纤维素酶活力影响较大。适宜强度的超声波
可促进酶的分子构象发生变化，使酶的二级与三级
结构更合理，容易与底物分子结合，从而增强酶的催
化能力［15］。超声波强度过大则会破坏酶分子的结
构，导致酶钝化，降低酶活力，不利于目的产物的分
离提取。
扁杏仁是我国特有的药食兼用杏仁资源，杏仁
皮是一种很好的膳食纤维食品。对杏仁进行研发，
有助于将资源优势转化为产业优势，对振兴地方经
济具有重要的现实意义。
参考文献
［1］李健文，杨月欣 .膳食纤维定义及分析方法研究进展［J］.
食品科学，2007，28(2) :350－354.
［2］高宗颖，苏丽，袁丽，等 .膳食纤维的生理保健作用［J］.农
业工程技术，2011(1) :42－44.
［3］张玉倩，赵乃峰，王成忠，等 .膳食纤维功能特性与改性的
研究［J］.粮食加工，2010，35(5) :57－59.
［4］Paturi G，Butts C A，Monro J A，et al. Evaluation of
gastrointestinal transit in rats fed dietary fibres differing in their
(下转第 237 页)
237
表 7 米胚油精炼各阶段油脂的脂肪酸组成
Table 7 Fatty acid composition
of rice germ oil in various refining stages
脂肪酸
相对含量(%)
毛油 脱蜡油 脱胶油 脱色油 脱臭油
C14∶0 0.39 0.31 0.29 0.32 0.37
C16∶0 19.71 18.50 17.47 18.08 19.17
9cC16∶1 0.16 0.18 0.19
C17∶0 0.06 0.05
C18∶0 1.97 1.87 1.63 1.59 2.01
9tC18∶1 0.19 0.98 0.29 0.37 0.70
9cC18∶1 41.32 42.27 40.53 40.43 43.20
11cC18∶1 1.38 1.26 1.48 1.31 1.18
9t12tC18∶2 0.22
uk 0.13
9c12tC18∶2 3.45 2.87
9t12cC18∶2 3.50 3.08
C18∶2n－6 32.51 25.62 36.01 35.46 26.78
C20∶0 0.49 0.59 0.58 0.41 0.63
11cC20∶1 0.30 0.41 0.34 0.37
C18∶3n－3 1.25 0.21 1.37 1.46
C22∶0 0.12 0.16
C22∶n－9 /C22∶3n－3 0.09
C24∶0 0.14 0.19
饱和脂肪酸(∑) 22.88 21.67 19.99 20.4 22.18
不饱和脂肪酸(∑) 77.12 78.33 80.01 79.6 77.82
3 结论
进行优化设计后，米胚毛油精炼各阶段工艺油
脂的得率均在 90%以上，油脂损耗较小。通过正交
实验确定了最优脱胶工艺条件:反应温度 45℃，磷酸
溶液加入量为 0.2%，加水量为 6%，反应时间 40min，
脱胶油的得率为 96.89%。对脱色工艺中的吸附剂
和溶剂筛选后确定了最优的吸附剂和溶剂及用量:
正己烷 200mL，活性炭 20g，脱色率为 84.32%，脱色
油得率为 94.21%。精炼处理后米胚油气味、色泽、
理化指标均已达到国标植物油卫生标准，AV 从
70.9mg /g降至 0.69mg /g，POV 降至 132.52mmol /kg，IV
为 90.2g /100g，皂化值为 162mg /g，不皂化物含量占
0.82%，折射率 1.4709。精炼前后米胚油脂脂肪酸组
成基本没有差异，以油酸、亚油酸、棕榈酸为主，不饱
和脂肪酸的含量接近 80%。
参考文献
［1］俞一夫 .稻米胚的开发利用与米胚油的保健功能［J］.粮食
科技与经济，1998(3) :32－33.
［2］李爱华 .米胚的营养价值和胚芽米的加工技术［J］.粮食与
饲料工业，1997(5) :7－10.
［3］KO S N，HA T Y，HONG S I，et al.Enrichment of tocols from
rice germ oil using supercritical carbon dioxide［J］.Food Science
and Technology，2012，47(4) :761－767.
［4］Pawar S K，Vavia P R. Rice germ oil as multifunctional
excipient in preparation of self － microemulsifying drug delivery
system(SMEDDS)of tacrolimus［J］.Aaps Pharmscitech，2012，13
(1) :254－261.
［5］韩景生，叶彩文 .油脂精炼工艺学［M］.北京:中国财政经
济出版社，1989.
［6］茅伟明，汪卫平 .米糠油精炼工艺与综合利用［J］.中国油
脂，1992(6) :14－17.
［7］SUN F X，Zou Z M. Determination of oil color by image
analysis［J］.Journal of the American Oil Chemists Society，2001，
78:749－752.
［8］MASKAN M，BAGCI H. Effect of different adsorbents on
purification of used sunflower seed oil utilized for frying［J］.
European Food Research and Technology，2003，217:215－218.
［9］Kim I H，Kim C J，You J M，et al. Effect of roasting
temperature and time on the chemical composition of rice germ oil
［J］.Journal of the American Oil Chemists Society，2002，79(5) :
413－418.
［10］王郑平 .米糠色拉油的生产技术［J］.粮油食品科技，
2006，14(5) :
檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾
31－33.
(上接第 232 页)
susceptibility to large intestine fermentation［J］ . Journal of
Functional Foods，2012，4(1) :107－115.
［5］Chen S N，Jiang L Z，Li Y，et al. Ultrasound － assisted
enzymatic extraction of dietary fiber from pods［J］. Procedia
Engineering，2011，15:5056－5061.
［6］黄清霞，雷激，李华鑫，等 .高生物活性柠檬膳食纤维的功
能特性研究［J］.食品工业科技，2012，33(5) :226－229.
［7］Elleuch M，Bedigian D，Roiseux O，et al. Dietary fibre and
fibre － rich by － products of food processing:Characterisation，
technological functionality and commercial applications:A review
［J］.Food Chemistry，2011，124(2) :411－421.
［8］李素玲，王强，田金强，等 .杏仁深加工技术研究进展［J］.
粮油加工，2009(9) :61－64.
［9］严毅梅 .杏仁皮有抗菌作用［J］.食品与生活，2010
(12) :49.
［10］郑建仙 .膳食纤维的化学分析［J］.粮食与油脂，1994(1) :
17－22.
［11］苗敬芝，冯金和，董玉玮 .超声结合酶法提取生姜中水溶
性膳食纤维及其功能性研究［J］.食品科学，2011，32(24) :
120－125.
［12］刘倍毓，郑红艳，钟耕，等 .小米麸皮膳食纤维成分及物
化特性测定［J］.中国粮油学报，2011，26(10) :30－34.
［13］马涛，张良晨 .米糠饼粕膳食纤维理化性质的研究［J］.食
品工业科技，2010，31(7) :105－106，109.
［14］姜爱莉，贺红军，孙承锋 .大豆膳食纤维的提取工艺［J］.
食品工业，2004(1) :46－47.
［15］王婷，何荣海，马海乐 .物理场对酶活力的影响［J］.食品
工业科技，2010，31(6) :401－403，407.