全 文 ：食品工业科技 工 艺 技 术
　　ScienceandTechnologyofFoodIndustry
194　 　2008年第 01期
　　
酶法提取花生壳膳食纤维及其性能研究
吴丽萍 ,陈雪峰
(陕西科技大学生命科学与工程学院 ,陕西西安 710021)
技术出版社 , 1999.
[ 9] 孔庆学 , 郑琳琳 , 吴江学 , 等 .嫩玉米乳酸发酵饮料工艺
研究 [ J] .食品科学 , 2004, 25(12):104～ 107.
[ 10] 陶兴无 .α-淀粉酶在甜玉米饮料生产中的应用研究
[ J] .湖北工业大学学报 , 2006, 21 (2):17～ 20.
摘　要:以花生壳为原料 ,采用双酶降解法提取花生壳膳食纤维 ,探讨了酶解的工艺条件 ,并对膳食纤维的性能进行了
研究 。结果表明 ,在纤维素酶用量 0.4%,木瓜蛋白酶用量 0.4%,温度 50℃, pH6.0条件下酶解 2.5h,蛋白质水解率达到
70.2%,膳食纤维产率为 81.5%,得到的膳食纤维具有较高的持水力 、膨胀力和结合水力 。
关键词:花生壳 ,膳食纤维 ,酶法 ,提取
Studyonenzymaticextractionofdietaryfiber
frompeanutshelanditsproperties
WULi-ping, CHENXue-feng
(ColegeofLifeScienceandEngineering, ShaanxiUniversityofScienceandTechnology, Xi an710021, China)
Abstract:Thetechnologyofextractingdietaryfiberfrompeanutshelwasstudiedbytwoenzymes.Resultsshowed
thatthehydrolyzationofproteinreached70.2%, andtheproductofdietaryfiberwere81.5% undertheconditions
ofdosageofceluloseandpapainwereboth0.4%, temperaturewas50℃, pH6.0, hydrolysis2.5h.Thedietaryfiber
fromthistechnologyhadhigherwaterholdingcapacity, expansionandwatercombingpower.
Keywords:peanutshel;dietaryfiber;enzymaticmethod;extraction
中图分类号:TS201.2+3　　　　文献标识码:A　　　　文 章 编 号:1002-0306(2008)01-0194-03
　　膳食纤维(dietaryfiber,简称 DF)是指不能被人
体内源酶消化吸收的可食用植物细胞 、多糖 、木质素
以及相关物质的总和 ,包括纤维素 、半纤维素 、果胶
类物质 、木质素 、胶质 、改性纤维素 、黏质 、寡糖 、果
胶 、蜡质 、角质 、软木质 [ 1 ] 。研究表明 ,膳食纤维在降
低血清胆固醇 ,改善肠道健康 ,预防高血压 ,动脉硬
化 ,以及清除外源有害物质等一系列生理作用和保
健功能方面具有积极作用 。我国花生资源丰富 ,花
生壳作为花生加工的下脚料 ,纤维素含量达 60%以
上 ,是生产膳食纤维廉价易得的原料。在膳食纤维
的提取实践中 ,酸碱法处理对膳食纤维品质改良效
果不显著 ,而且因其强烈的溶剂处理 ,导致总膳食纤
维和可溶性膳食纤维的损失较大 [ 2] ;此外 ,酸碱处理
法得到的膳食纤维色泽偏深 ,增加了脱色难度。本
文采用纤维素酶和蛋白酶逐步降解法提取花生壳膳
食纤维 ,对其工艺条件进行探讨 ,并对其性能进行了
研究 ,旨在为花生壳的综合利用及膳食纤维的制备
提供新途径 。
1　材料与方法
收稿日期:2007-05-28
作者简介:吴丽萍(1982-), 女, 硕士研究生 , 研究方向:食品新材料
制备。
1.1　材料与仪器
花生壳　市售;纤维素酶　40000u/g,天津市利
华酶制剂技术有限公司;木瓜蛋白酶　2000u/mg,西
安沃尔森生物技术有限公司;其它化学试剂　均为
分析纯。
FW-400A型倾斜式高速万能粉碎机 , LG-2.4A
型离心机 , PHS-3C型精密 pH计 , HH2-型恒温水浴
锅 , SHB-3循环水多用真空泵等。
1.2　测定方法
1.2.1　常规成分的测定 　水分:常压干燥法;灰分:
灼烧法;蛋白质:凯氏定氮法;脂肪:索式抽提法;淀
粉:酸水解法;纤维素:按 GB5009.10进行 。
1.2.2　蛋白质水解率测定
水解率%=M-M1M ×100%
式中:M—水解前蛋白质重量 , g;M1—水解后残
留蛋白质重量 , g。
1.2.3　性能测定
1.2.3.1　膨胀力测定　准确称取水不溶性膳食纤维
1g置于量筒中 ,加入 50mL水 ,振荡均匀后 ,室温放置
24h。观察膳食纤维样品在试管中的自由膨胀体积
(mL),换算成每克干物质的膨胀体积 (mL/g)来
表示 。
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2008.01.080
工 艺 技 术 食品工业科技
Vol.29, No.01, 2008
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膨胀力 =[溶胀后纤维体积 (mL)-干品体积
(mL)] /样品干重(g)
1.2.3.2　持水力的测定　准确称取水不溶性膳食纤
维 1g放入烧杯中 ,用 25℃蒸馏水 50mL浸泡 1h,使
其饱和 。置于滤纸上沥干 ,将结合了水的纤维转移
到表面皿上称重 ,换算成每克纤维所滞带的水克数 。
持水力 (WHC)=[样品湿重 (g)-样品干重
(g)] /样品干重(g)
1.2.3.3　结合水力的测定　准确称取 1.0g膳食纤维
浸泡于 50mL, 4℃的蒸馏水中 , 8000r/min离心 1h,小
心去除上清液。残留物置于多孔玻璃上静置 1h,称
重该残留物 ,计为 m1;然后在 120℃下干燥 2h后再称
重 ,计为 m2 ,两者差值即为所结合的水重量。
1.3　工艺流程及操作要点
1.3.1　工艺流程　花生壳※预处理※纤维素酶 、蛋白酶水
解※高温灭酶※过滤※脱色※漂洗 , 过滤※干燥※粉碎过筛
(100目)※成品
1.3.2　操作要点　将花生壳清洗去杂 ,置于 105℃鼓
风干燥箱内烘 3h,粉碎过 60目筛 。用适量乙醚在室
温下浸泡 3h,用蒸馏水清洗残留的有机溶剂 ,抽滤烘
干 ,得脱脂样品。用纤维素酶及木瓜蛋白酶酶解后 ,
高温灭酶 ,将酶解后的花生壳膳食纤维置于 6%H2O2
溶液中 ,调节 pH为 10.0,在 70℃条件下脱色 3h,漂
洗数次至中性 ,抽滤烘干后粉碎 ,过 100目筛 ,得膳
食纤维成品 。
2　结果与讨论
2.1　纤维素酶用量对纤维素得率及蛋白质水解率的
影响
称取 2.0g脱脂花生壳粉 ,料液比 1∶20(w/v),在
pH为 5.0 ,温度 50℃条件下添加 0.3%的木瓜蛋白酶
及不同用量的纤维素酶 ,酶解 1.5h。以纤维素得率
及蛋白质水解率为考察指标 ,确定适宜纤维素酶用
量 ,结果见图 1。
图 1　纤维素酶用量对纤维素得率及
蛋白质水解率的影响
纤维素酶较明显地提高了蛋白质水解率 ,随着
纤维素酶用量的增加 ,水解率呈上升趋势 ,当纤维素
酶用量为 1%时 ,蛋白质水解率比不加纤维素酶时提
高了 21.7%,但纤维素得率却逐渐减小。这是因为
纤维素是由 β -D-葡萄糖以 1, 4-β葡萄糖苷键连
接 ,用纤维素酶可以促进 β-D-葡萄糖苷键的裂解 ,
有效地破坏花生壳的细胞壁 [ 3 ] ,使其中的蛋白质及淀
粉等成分释放出来 ,有利于蛋白酶对蛋白质的降解
以及其它非膳食纤维成分的去除 ,可以提高花生壳
膳食纤维的纯度 ,但也会将纤维素分解为还原糖 ,导
致得率下降。由图 1可知 ,纤维素酶用量为 0.4%时 ,
纤维素得率变化很小 ,蛋白质水解率比不加纤维素
酶时提高了 15.3%。因此 ,在保证纤维素不被明显
破坏的前提下 ,选取 0.4%的纤维素酶用量作为适宜
酶用量。
2.2　蛋白酶用量对蛋白质水解率的影响
称取 2.0g脱脂花生壳粉 ,按料液比 1∶20(w/v),
在 pH为 5.0,温度 50℃条件下加入 0.4%的纤维素酶
及不同用量的木瓜蛋白酶 ,酶解 1.5h,结果见图 2。
图 2　蛋白酶用量对蛋白质水解率的影响
随着蛋白酶用量的增加 ,蛋白质水解率随之增
大。当蛋白酶用量在 0.1%～ 0.5%时 ,蛋白质水解率
上升幅度最明显;当蛋白酶用量大于 0.5%时 ,蛋白
质水解率增长趋势较缓慢。这是因为当蛋白酶没有
将底物浓度完全饱和时 ,随着蛋白酶用量的增加 ,蛋
白质水解率呈明显上升趋势 ,但是当蛋白酶将底物
浓度完全饱和时 ,蛋白质水解率增加不明显。因此 ,
从经济效益出发 ,选用 0.3%～ 0.5%蛋白酶用量作为
适宜加酶量。
2.3　酶解温度对蛋白质水解率的影响
在料液比 1∶20(w/v), pH为 5.0条件下 ,分别加
入 0.4%的纤维素酶及 0.3%的木瓜蛋白酶 ,置于不同
温度水浴锅中 ,酶解 1.5h,结果见图 3。
图 3　酶解温度对蛋白质水解率的影响
温度的升高 ,可增加酶液在花生壳粉中的渗透
动力 ,与蛋白质充分作用 ,从而有效脱除蛋白 。如图
3,酶解温度在 40～ 60℃时 ,蛋白质水解率呈上升趋
势;当温度大于 60℃时 ,水解率呈下降趋势。这是因
为温度达到变性温度区域后 ,分子运动剧烈 ,足以打
断酶稳定的二级和三级结构键 [ 4] ,使酶变性 ,从而活
性下降 ,所以过高的温度导致蛋白质水解率下降。
由图 3可知 ,在 50～ 60℃时 ,蛋白质的水解率相对较
高 ,因此选用 50～ 60℃作为适宜酶解温度 。
2.4　酶解时间对蛋白质水解率的影响
在料液比 1∶20(w/v), pH为 5.0条件下 ,分别加
入 0.4%的纤维素酶及 0.3%的木瓜蛋白酶 , 置于
50℃水浴锅中酶解不同时间 ,考察蛋白质水解率的
变化 ,结果见图 4。随着时间的延长 ,蛋白质水解率
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表 2　花生壳 、花生壳膳食纤维成分分析及性能测定
指标 蛋白质(%)
淀粉
(%)
脂肪
(%)
水分
(%)
灰分
(%)
持水力
(g/g)
膨胀力
(mL/g)
结合水力
(g/g)
花生壳 9.76 1.2 12.4 8.3 2.8 1.28 2.15 0.86
花生壳膳食纤维 2.17 0.38 0.36 7.8 2.4 3.94 5.05 2.87
逐渐增大 ,在 0.5～ 2h范围内蛋白质水解率呈明显上
升趋势;而在 2～3h范围内 ,蛋白质水解率增加缓慢 。
这是因为随着水解时间的延长 ,底物蛋白质浓度逐
渐被酶饱和 ,从而底物浓度逐渐降低 ,水解产物浓度
逐渐增大。由于蛋白质水解反应具有可逆性 ,所以
过低的底物浓度与过高的产物浓度的变化对蛋白质
水解反应产生抑制作用 ,表现为蛋白质水解率在一
定时间后出现增长缓慢现象 。因此 ,从节约生产周
期角度考虑 ,酶解时间应在 1.5～ 2.5h范围内。
图 4　酶解时间对蛋白质水解率的影响
2.5　pH对蛋白质水解率的影响
在料液比 1∶20(w/v),温度 50℃条件下 ,分别加
入 0.4%的纤维素酶及 0.3%的木瓜蛋白酶 ,置于不同
pH条件下 ,酶解 1.5h,结果见图 5。
图 5　pH对蛋白质水解率的影响
pH在 5.0～ 7.0时 ,蛋白质水解率相对较高;当
pH大于 7.0时 ,水解率呈明显下降趋势 。这是因为
每一种酶只有在最适 pH范围内才能最大限度地表
现出活性 ,过酸或过碱都能引起蛋白质变性而使酶
失去活性;此外 ,在不同 pH条件下 ,酶活性中心上的
许多极性基团解离的状态不同 ,所带电荷也不同 ,只
有酶蛋白处于一定解离状态下才能与底物形成中间
物 [ 5] ,同时 ,底物也受 pH影响 , pH过高影响酶-底物
(ES)的结合与反应。因此 ,选用 pH为 5.0～ 7.0作为
适宜酶解 pH。
2.6　酶解的正交实验设计
在单因素实验分析的基础上 ,以蛋白酶用量 、温
度 、时间和 pH为实验因素 ,进行 L9(34)的正交实验。
以蛋白质水解率为考察指标 ,同时兼顾考察膳食纤维
产率的变化 ,实验因素水平表见表 1,实验结果表略。
　　通过极差分析可知 ,各因素对蛋白质水解率影
响的主次顺序为:温度 >蛋白酶用量 >pH>时间;
最优方案组合为A2B1C3D2 ,即蛋白酶用量 0.4%、温
表 1　酶解正交实验因素水平表
水平
因素
A蛋白酶
用量(%)
B温度
(℃)
C时间
(h) DpH
1 0.3 50 1.5 5.0
2 0.4 55 2.0 6.0
3 0.5 60 2.5 7.0
度 50℃、时间 2.5h、pH6.0。在最优方案下进行验证
实验 , 蛋白质水解率为 70.2%, 膳食纤维产率为
81.5%,均达到或接近实验最大值 ,说明在此工艺条
件下水解效果是显著的 。
2.7　花生壳膳食纤维产品分析
经酶法提取 、H2O2 脱色后制得的花生壳膳食纤
维 ,烘干后粉碎 ,过 100目筛 。该品呈淡黄色 ,口味
清淡 ,适合添加到面制品 、焙烤制品 、肉制品中。花
生壳膳食纤维的成分较为理想 ,且具有良好的功能
特性 ,其常规化学成分及功能特性见表 2。
3　结论
采用纤维素酶和蛋白酶双酶降解法提取花生壳
膳食纤维 ,在纤维素酶用量 0.4%,木瓜蛋白酶用量
0.4%,酶解温度 50℃,时间 2.5h, pH为 6.0条件下 ,
蛋白质水解率达到 70.2%,产率为 81.5%。纤维素酶
协助蛋白酶去除蛋白质 ,较大幅度地提高了蛋白质
水解率 ,克服了酶法一次去蛋白效果较差的缺点 ,有
效地破坏了细胞壁 ,加大了对纤维结晶区的充分渗
透 ,使与残渣紧密结合的部分蛋白释放出来 ,有利于
蛋白酶对蛋白质的降解及提高产品的纯度 。此外 ,
酶法去除蛋白质反应条件简单温和 ,克服了通常采
用碱液浸泡法使样品中的半纤维素被分解掉的缺
点 ,有效地保护了花生壳中膳食纤维的组织结构和
生理功能 ,从而提高了膳食纤维的活性 。此条件下
制得的花生壳膳食纤维持水力为 3.94g/g,膨胀力为
5.05mL/g,结合水力为 2.87g/g,表明提取的花生壳膳
食纤维生理活性良好 ,在有效控制体重 ,防治便秘 ,防
治结肠癌等方面具有积极的作用 ,而关于花生壳膳食
纤维在其它方面的生理功能还有待于进一步研究。
参考文献:
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