全 文 ：第 20卷 第 3期
2004年 5月
农 业 工 程 学 报
Transactions of the CSAE
Vol. 20　 No. 3
May　 2004
酶法提取芦笋皮中高活性膳食纤维的研究
冯翠萍 1 , 庞候英 2 , 常明昌1 , 张信号1
( 1.山西农业大学食品科学与工程学院 ,太谷 030801;　 2.山西省畜牧兽医学校 ,太原 030000)
摘　要: 以芦笋皮为原料 ,采用酶法水解制备高活性膳食纤维。试验结果表明:用 0. 54%的脂肪酶 ( 100 U /mg )、 0. 80%的淀
粉酶 ( 25 U /mg )和 0. 80%的糖化酶 ( 20 U /mg )、 1. 20%的蛋白酶 ( 100 U /mg )可提取出高活性的膳食纤维。所得膳食纤维纯
度高 ,总膳食纤维含量达 83. 08% ,其中水溶性膳食纤维 17. 02% ,不溶性膳食纤维 66. 06%。 而且生理活性好 ,持水性和溶
胀性分别为 886%和 4. 5 m L /g。
关键词: 芦笋皮 ; 膳食纤维 ; 脂肪酶 ; 淀粉酶 ; 糖化酶 ; 蛋白酶 ; 持水性 ; 溶胀性
中图分类号: T S209　　　　文献标识码: B　　　　文章编号: 1002-6819( 2004) 03-0188-04
收稿日期: 2003-10-20　修订日期: 2003-12-05
基金项目:山西省青年科技基金研究项目 ( 20021039 ) ;山西农业大
学科技创新基金项目 ( 200003)
作者简介:冯翠萍 ,讲师 ,博士生 ,山西太谷 ,山西农业大学食品科学
与工程学院 , 030801。 Em ail: ndfcp@ sohu. com
0　引　言
芦笋又名石刁柏 ,为百合科 ,天门冬属 ,宿根性多年
生草本植物 ,是一种营养丰富的蔬菜。我国生产的芦笋
主要用于鲜销、加工速冻品和罐头 ,在商品处理化过程
中 ,占原料质量 15% ～ 25%的芦笋皮被去掉。为了减少
资源的浪费 ,提高芦笋的综合利用价值 ,对芦笋皮营养
成分的分析测定表明它含有丰富的营养物质 [ 1, 2] ,而且
我们通过动物实验证明 ,芦笋皮具有明显的降血脂和抗
脂质过氧化作用 [3, 4 ] ,这可能与芦笋皮中含有丰富的膳
食纤维和黄酮类物质有关 ,因此为功能因子的提取纯化
奠定了理论基础。
广泛的营养调查资料表明 [ 5- 7] ,膳食纤维能减少和
预防冠心病、糖尿病、高血压、肥胖症、心肌梗塞、结肠
炎、便秘等疾病 ,被称为继水、蛋白质、脂肪、碳水化合
物、矿物质、维生素之外的“第七大营养素”。膳食纤维包
括可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维。不溶性膳食纤维
在食品中起填充剂作用 ,当它以适量存在时 ,可缩短食
物通过肠道的时间 ;可溶性膳食纤维能降低血液中胆固
醇含量。因而受到人们的普遍关注。从芦笋皮中提取膳
食纤维在我国还未见报道。 因此 ,对芦笋皮膳食纤维的
提取 ,既可以提高芦笋的综合利用价值 ,又可以为膳食
纤维提供新的原料途径。
1　材料与方法
1. 1　材料
1. 1. 1　芦笋皮
将芦笋外皮及下脚料处理成刨花状细条 ,然后干制
而成 ,成品呈黄色。 由山西省闻喜县绿色食品厂提
供。　　　
1. 1. 2　实验试剂
化学试剂:无水乙醇、 H2O2等均为分析纯。
生物试剂: 1398中性蛋白酶 ( 100 U /mg )、粗脂肪
酶 ( 100 U /mg )、淀粉酶 ( 25 U /mg )、粗糖化酶 ( 20
U /mg )。
1. 1. 3　主要仪器设备
751型分光光度计 , LD4-2型离心机 , BP121S型电
子天平 ,恒温水浴锅 , DL102型鼓风干燥箱 , RE-52A型
旋转蒸发器 ,粉碎机 , MODEL MM-1型磁力搅拌机 ,
SX2-4-10型灰化炉。
1. 2　方法
1. 2. 1　常规营养成分的测定 [ 9]
水分:直接干燥法 ;灰分:高温灼烧法 ;蛋白质: 凯氏
定氮法 ;脂肪: 索氏提取法 ;淀粉: GB5009. 9— 85食品
中淀粉含量的测定方法。
1. 2. 2　各种酶最适用量的筛选
1)脂肪酶最适用量的筛选
称取 5. 000 g芦笋皮粉 5份 ,分别加入 30 mL蒸馏
水 ,将一定量的粗脂肪酶用少量蒸馏水溶解 ,脱脂棉过
滤后 ,滤液加入芦笋皮粉中 ,在 pH值为 9. 0, 36℃条件
下作用 2 h,灭酶 ,干燥 ,测脂肪含量。重复 3次 ,进行多
重比较。
2)淀粉酶和糖化酶最适用量的筛选
称取 2. 500 g芦笋皮粉 5份 ,分别加入 15 mL蒸馏
水 ,然后加入淀粉酶 ,在 pH值 6. 0～ 6. 5, 45℃条件下作
用 4 h,灭酶。 冷却至 50～ 60℃ ,调 pH值至 4. 5～ 5. 0,
加入糖化酶作用 2 h,灭酶 ,干燥 ,测淀粉含量。 重复 3
次 ,进行多重比较。
3)蛋白酶最适用量的筛选
称取 5. 000 g芦笋皮粉 5份 ,各加水 30 mL,然后
分别称取不同量的 1398蛋白酶 ,各用少量蒸馏水溶解 ,
脱脂棉过滤 ,滤液分别加入 5份芦笋皮粉中。在 pH值
7. 0, 45℃条件下作用 1 h ,灭酶 ,过滤 ,干燥 ,测其蛋白
质含量。重复 3次 ,进行多重比较。
1. 2. 3　高活性膳食纤维的制备工艺
不溶性膳食纤维→干燥→漂白
↗ →粉碎
原料→粉碎→过 40目筛→酶处理 (去脂肪、淀粉及蛋白质 )
↘乙醇沉淀→可溶性膳食纤维
1)去除蛋白质、淀粉、脂肪
准确称取 100 g芦笋皮粉 ,加入 600 mL蒸馏水 ,然
后按以上各酶的最适量和反应条件依次进行反应 ,每去
188
除一种成分后 ,灭酶。全部反应结束后 ,调 pH至中性 ,
趁热用四层纱布过滤 ,滤液用于水溶性膳食纤维的制
备 ,滤渣用于不溶性膳食纤维的制备。
2)水溶性膳食纤维的制备
滤液用四倍体积的无水乙醇沉淀 ,静置 24 h,以
3000 r /min离心处理 ,倾去上清液 ,沉淀在 105℃条件
下烘至恒重 ,粉碎 ,称量。
3)不溶性膳食纤维的制备
滤渣水洗后 ,在 105℃条件下烘干至恒重 ,粉碎 ,称
量。
1. 2. 4　漂白试验
漂白脱色是制备芦笋皮膳食纤维的主要步骤之一 ,
因为经过一系列酶处理的芦笋皮膳食纤维色泽较深 ,如
不经漂白处理 ,添加到食品中会影响产品的感观性状。
本试验采用正交试验 (表 1,表 2)筛选漂白的最佳条件。
表 1　正交试验因素水平表
Taba l 1　 Facto rs and level o f or thogonal experiment
水平编号 pH值 ( A) 时间 ( B) /min 添加 H2O2浓度 ( C) /%
1 6 40 3
2 7 50 4
3 8 60 5
表 2　色泽评分标准
Taba l 2　 Standa rd fo r g r ading colo r
评分标准 分值 评分标准 分值
洁白 9～ 10 深黄 6～ 7
白中略带淡黄 8～ 9 褐黄 < 6
淡黄 7～ 8
　注:分值满分为 10分。
1. 2. 5　膳食纤维持水性的测定 [10 ]
准确称取 1. 0000 g膳食纤维于 100 mL烧杯中 ,加
蒸馏水 75 mL,在 ( 25± 2)℃条件下 ,电磁搅拌 24 h,然
后以 3000～ 4000 r /min离心 0. 5 h,取出 ,弃去上清液 ,
甩干水分 ,称重。
　持水性 (W HC ) = 样品湿质量 ( g ) -样品干质量 ( g )样品干质量 (g )
1. 2. 6　膳食纤维溶胀性的测定 [10 ]
准确称取膳食纤维 0. 1000 g ,置于 10 mL量筒中 ,
读干品体积 ( mL) ,然后加入 5 m L蒸馏水 ,摇匀 ,在 ( 18
± 3)℃条件下放置 24 h,读膨胀后纤维的体积 ,计算溶
胀性。
溶胀性 ( SW ) = 溶胀后纤维体积 ( m L ) -干品体积 ( m L )样品干质量 ( g )
2　结果与分析
2. 1　芦笋皮中营养成分测定结果
表 3　芦笋皮中营养成分含量表
Taba l 3　 Content o f nutrient in asparagus peel
成分 水分 灰分 脂肪 蛋白质 淀粉
含量 /% 5. 04 5. 20 10. 59 13. 46 11. 25
2. 2　各种酶最适用量的筛选结果
2. 2. 1　脂肪酶最适用量的筛选结果
由表 4可见 ,处理 3脂肪含量极显著低于其他 4种
处理 ,故处理 3最好 ,即加入 27 mg ( 0. 54% )的粗脂肪
酶效果较好 ,脂肪含量由 10. 59%下降到 6. 02%。 通常
用有机溶剂去除脂肪 ,虽脱脂效果好 ,但使水溶性膳食
纤维损失较大 [11 ]。 而采用酶法可克服水溶性膳食纤维
损失的缺点 ,提高膳食纤维的活性。
表 4　脂肪酶最适用量的筛选结果
Tabal 4　 Result o f selecting most suitable quantity of lipase
1 2 3 4 5
脂肪酶用量 /mg 17 22 27 32 37
脂肪含量 /% 10. 56 A 9. 71 B 6. 02 D 6. 34 C 10. 50 A
　注:大写字母相异者表示差异达极显著水平 ( P < 0. 01) ,下表同。
2. 2. 2　淀粉酶和糖化酶最适用量的筛选结果
由表 5可见 ,处理 2淀粉含量极显著低于其他 4种
处理。故处理 2最好 ,即加入 20 mg淀粉酶和 20 mg糖
化酶 (淀粉酶和糖化酶各占 0. 8% )作用效果最好 ,淀粉
由原来的 11. 25%下降到 5. 06%。芦笋皮用淀粉酶处理
后 ,淀粉酶水解淀粉成为 2～ 6个葡萄糖单位的寡糖 ,再
经糖化酶的作用分解成葡萄糖 ,因而提供了能被微生物
利用和发酵的糖 ,从而提高膳食纤维的生理功能。 由于
原料中淀粉含量较高 ( 11. 25% ) ,故除去淀粉非常关键 ,
利用淀粉酶、糖化酶去除淀粉 ,反应条件温和 ,专一性
强 ,可克服常用酸水解去淀粉时把果胶和半纤维素等生
理活性物质也水解掉的缺点。
表 5　淀粉酶、糖化酶最适用量的筛选结果
Taba l 5　 Result o f selecting most suitable quantity
o f amy lase and sacchara se
1 2 3 4 5
淀粉酶用量 /mg 9 20 30 50 60
糖化酶用量 /mg 12 20 36 60 72
淀粉含量 /% 10. 59 A 5. 06 C 6. 16 B 6. 38 B 6. 53 B
2. 2. 3　蛋白酶最适用量的筛选结果
由表 6可见 ,处理 4蛋白质含量极显著低于其他 4
种处理 ,故处理 4最好 ,即加入 60 mg ( 1. 20% )蛋白酶 ,
去除蛋白质效果最好。采用酶法去除蛋白质 ,克服了通
常采用碱浸泡法可使样品中半纤维素被分解掉的缺点 ,
从而提高膳食纤维的活性。
表 6　蛋白酶最适用量的筛选结果
Tabal 6　 Result of selecting most suitable quantity of pro tease
1 2 3 4 5
蛋白酶用量 /mg 30 40 50 60 70
蛋白质含量 /% 12. 62 A 9. 6 B 7. 06 C 5. 30 D 7. 4 C
2. 3　高活性膳食纤维的制备结果
所得可溶性膳食纤维为 17. 0216 g (占原料的
17. 02% ) ,所得不溶性膳食纤维为 66. 0583 g (占原料的
66. 06% )。
2. 4　漂白试验结果
对水不溶性膳食纤维进行漂白 ,结果见表 7。
189　第 3期 冯翠萍等 :酶法提取芦笋皮中高活性膳食纤维的研究
由表 7、表 8可见 ,三种因素对漂白效果影响依次
为 C> A> B,因素 C显著影响漂白效果 ,因素 A和 B
影响不显著。最佳漂白条件为 A3 B3 C1即: pH 8、时间 60
min、 H2O2浓度 3%。该条件在试验中并未出现 ,为此经
过实验加以验证 (表 9)。
表 7　漂白试验结果
Table 7　 Result o f bleach experiment
A B C 评分
1 1 1 1 8. 0
2 1 2 2 6. 0
3 1 3 3 6. 5
4 2 1 2 7. 0
5 2 2 3 7. 5
6 2 3 1 8. 5
7 3 1 3 7. 0
8 3 2 1 9. 0
9 3 3 2 8. 5
K 1 20. 5 22. 0 25. 5 T = 68
K 2 23. 0 22. 5 21. 5
K 3 24. 5 23. 5 21. 0
R 4. 0 1. 5 4. 5
表 8　漂白试验方差分析表
Table 8　 Variance analy sis on result o f bleach experim ent
方差来源 平方和 自由度 均方 F值 显著性
A 2. 7 2 1. 35 6. 75
B 0. 4 2 0. 2 1
C 4. 1 2 2. 05 10. 25 *
误差 0. 4 2 0. 2
　注: F 0. 05 = 6. 90,F0. 01 = 18. 00。
表 9　验证试验结果
Table 9　 Result o f v erification experiment
A B C 评分
3 3 1 9. 5
通过验证表明 ,上述最佳工艺条件确实为最优。
2. 5　酶法提取的高活性芦笋皮膳食纤维的组成和功能
特性
2. 5. 1　芦笋皮膳食纤维的组成成分分析
表 10　芦笋皮、芦笋皮膳食纤维组成成分
Table 10　 Composition o f a spar agus peel and dietary fibr e %
水分 灰分 脂肪 蛋白质 淀粉
芦笋皮 5. 04 5. 20 10. 59 13. 46 11. 25
芦笋皮膳食纤维 4. 26 5. 0 3. 5 0. 96 3. 2
由表 10可看出经酶处理后芦笋皮膳食纤维中脂
肪、蛋白质、淀粉三大物质的含量均明显下降。其膳食纤
维含量高达 83. 08% (可溶性膳食纤维为 17. 02% ,不溶
性膳食纤维为 66. 06% )。 比西方国家常用的小麦麸皮
纤维含量 ( 49. 07% ) [ 7]高得多。
2. 5. 2　高活性芦笋皮膳食纤维的功能特性
由表 11、 12可见 ,芦笋皮膳食纤维的持水性为
886% ,溶胀性为 4. 5 m L /g,这两个功能指标比西方国
家常用的标准麸皮纤维的相应值 ( 400% ; 4 mL /g )
高 [7 ]。 据资料报道 [7 ] ,膳食纤维较高的持水性和溶胀性
对大肠功能有重要影响 ,它有利于保持粪便的含水量及
体积 ,促进粪便的排泄 ,并与降低血清三甘酯与胆固醇
有很大的关系 ,表明所提取的芦笋皮膳食纤维的生理活
性好。
表 11　持水性测定结果
Table 11　 Determination result o f holding w ater capacity
内容 干物质质量
/g
吸水后质量
/g
水质量
/ g
比值 持水性
/%
数值 1. 000 9. 8637 8. 8637 8. 8637 886
表 12　溶胀性测定结果
Table 12　 Dete rmination r esult of sw elling proper ty
内容 干物质质量
/g
干物质体积
/mL
溶胀后体积
/m L
比值 溶胀性
/m L· g- 1
数值 0. 1 1 1. 45 4. 5 4. 5
3　结　论
1) 用酶法从芦笋皮中可制得高活性膳食纤维 ,所
得膳食纤维纯度高达 83. 08% ,其中水溶性膳食纤维含
量为 17. 02% ,水不溶性膳食纤维含量为 66. 06%。而且
具有较高的持水性 ( 886% )和溶胀性 ( 4. 5 mL /g ) ,因此
生理活性好。
2) 淀粉酶和糖化酶最适用量都为 0. 80% ,脂肪酶
最适用量为 0. 54% ,蛋白酶最适用量为 1. 20% 。
3)水不溶性膳食纤维的最佳漂白条件为: H2O2浓
度 3% , pH值 8,时间 60 min。
[参　考　文　献 ]
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190 农业工程学报 2004年　
Extraction of high activity dietary f iber
from asparagus peel by enzyme
Feng Cuiping 1 , Pang Houying 2 , Chang Mingchang 1 , Zhang Xinhao 1
( 1. College of Food Science and Engineering , Shanx i Agricultural University , Taigu 030801, China;
2. Animal Husbandry School of Shanx i , Taiyuan 030000, China)
Abstract: Asparagus peel a s raw materials, adopting enzyme hydrolysis method, ex t ract the high active dieta ry
fibre. Result indicated that , the high activ e dieta ry fibre could be ex t racted with 0. 54% lipase ( 100 U /mg ) ,
0. 80% amy lase ( 25 U /mg ) and saccha rase ( 20 U /mg ) , 1. 20% pro tease ( 100 U /mg ) . Quality o f the dieta ry
fibre w as high, total content of dieta ry fibre was 83. 08% , among them the soluble dietary febre accounted fo r
17. 02% , the insoluble dietary fibre accounted fo r 66. 06% . And the physio logical activ ation w as good, ho lding
w ater capaci ty and sw elling property w ere 886% and 4. 5 mL /g respectiv ely.
Key words: asparagus peel; dietary fiber; lipase; amylase, saccha rase; protease; wa ter holding capaci ty;
sw el ling proper ty
191　第 3期 冯翠萍等 :酶法提取芦笋皮中高活性膳食纤维的研究