酶法提取啤酒糟中水溶性膳食纤维的研究

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:homejang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要[目的]采用响应面法优化啤酒糟中水溶性膳食纤维的提取工艺,以期提高啤酒糟的综合利用价值。[方法]采用酶法提取啤酒糟中水溶性膳食纤维。在单因素试验基础上,以温度、纤维素酶量、固液比3个因素为自变量,水溶性膳食纤维得率为响应值,进行响应面分析,确定最佳工艺参数。[结果]啤酒糟中水溶性膳食纤维最佳提取条件:温度为50.8 ℃、纤维素酶量为6.7%、固液比(g∶mL)为1∶14。当满足最佳提取条件时,验证值为5.16%。根据最佳提取条件进行验证试验,水溶性膳食纤维的实际得率为5.09%,相对误差为1.36%。[结论]酶法提取提高了水溶性膳食纤维得率,且操作简单、可重复性强,适用于啤酒糟中水溶性膳食纤维的提取。
  关键词 啤酒糟;响应面法;水溶性膳食纤维;酶法
  中图分类号 TS262.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)02-0114-04
  Abstract[Objective]The extraction process of watersoluble dietary fiber from beer vinasse was optimized by using response surface method,to improve the comprehensive utilization value of beer vinasse.[Method]We adopted enzymatic method to extract the watersoluble dietary fiber from beer vinasse.Based on single factor experiment, temperature,cellulase amount,solidliquid ratio were used as independent variables,the watersoluble dietary fiber extraction yield as response value, to make response surface analysis and determine the parameters of the best process.[Result]The best process of the watersoluble dietary
  fiber from beer vinasse was temperature 50.8 ℃,cellulase amount 6.7%, the solidliquid ratio (g∶mL) 1∶14. In this condition, verify the value was 5.16%. According to the optimal extraction condition for validation test, the actual watersoluble dietary fiber yield was 5.09%, relative error was 1.36%.[Conclusion]This method improves the yield of watersoluble dietary fiber.The operation is simple, strong repeatability and applied to the extraction of watersoluble dietary fiber from beer vinasse.
  Key words Beer vinasse;Response surface method;Watersoluble dietary fiber;Enzymatic method
  啤酒糟又稱麦糟,是啤酒生产的副产物,占啤酒工业副产物的80%以上[1-5]。 啤酒糟的主要成分为蛋白质、膳食纤维以及少量多糖、脂肪等。随着啤酒产量的不断增加,啤酒酿造过程中的酒糟数量迅速增加。目前,多数工厂将湿酒糟作为粗饲料直接低价出售,收益甚微,有些将湿酒糟直接排放,对环境造成严重污染,导致资源浪费。研究人员开始关注对啤酒糟的开发与利用。
  啤酒糟中含有丰富的膳食纤维,其中水溶性膳食纤维(SDF)含量为39.3%,水不溶性膳食纤维(IDF)含量为60.4%[6]。膳食纤维不能被胃肠道消化吸收,也不能产生能量,曾被认为是一种“无营养物质”而未能得到足够的重视。随着科学家们不断研究,他们发现膳食纤维具有重要的生理作用,比如吸水溶胀性、抑制胆固醇等,对人类健康有着积极的作用,在预防肠道疾病和维护胃肠道健康等功能方面作用突出,被营养学界补充认定为“第七类营养素”[7-12],膳食纤维在食品、医药等行业也有重要的应用。该研究采用响应面法优化啤酒糟中水溶性膳食纤维的提取工艺,以期提高啤酒糟的综合利用价值。
  1 材料与方法
  1.1 材料与仪器
  啤酒糟由华润雪花啤酒长春有限公司提供;乙醇(分析纯,北京化工厂);纤维素酶R-10(活性≥10 000 U/g,北京鼎国昌盛生物技术有限公司);DL-5C离心机(上海安亭科学仪器厂);SHZ-88水浴恒温振荡器(金坛市开发区吉特实验仪器厂)。
  1.2 试验方法
  1.2.1 水溶性膳食纤维得率测定方法。
  称取一定量啤酒糟,加入水和纤维素酶,调pH为5.5,水浴后离心。滤液调pH至中性后旋转蒸发,用4倍体积95%乙醇沉淀,静置一定时间后过滤,将沉淀干燥并称重,计算水溶性膳食纤维得率。
  水溶性膳食纤维得率=提取出水溶性膳食纤维的质量/啤酒糟粉的质量×100%。
  1.2.2 温度对水溶性膳食纤维得率的影响。
  称取1 g啤酒糟置于含蒸馏水的烧杯中,固液比(g∶mL)为1∶12,加入6%的纤维素酶,调pH为5.5,将其混合后分别放在35、40、45、50、55、60、65 ℃水浴摇床中连续振荡保温3 h,离心3 min(转速4 500 r/min),取上清液加入4倍体积的95%乙醇,静置1 h后进行二次离心5 min(转速4 500 r/min),将沉淀干燥并称重,计算水溶性膳食纤维得率。   1.2.3 纤维素酶量对水溶性膳食纤维得率的影响。称取1 g啤酒糟置于含蒸馏水的烧杯中,固液比为1∶12,分别加入3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%的纤维素酶,调pH为5.5,将其混合后放在50 ℃水浴摇床中连续振荡保温3 h,离心3 min(转速4 500 r/min),取上清液加入4倍体积的95%乙醇,静置1 h后进行二次离心5 min(转速4 500 r/min),将沉淀干燥并称重,计算水溶性膳食纤维得率。
  1.2.4 固液比对水溶性膳食纤维得率的影响。称取1 g啤酒糟置于含蒸馏水的烧杯中,固液比分别为1∶8、1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20,加入6%的纤维素酶,调pH为5.5,将其混合后放在50 ℃水浴摇床中连续振荡保温3 h,离心3 min(转速4 500 r/min),取上清液加入4倍体积的95%乙醇,静置1 h后进行二次离心5 min(转速4 500 r/min),将沉淀干燥并称重,计算水溶性膳食纤维得率。
  1.2.5 搅拌时间对水溶性膳食纤维得率的影响。
  称取1 g啤酒糟置于含蒸馏水的烧杯中,固液比为1∶12,加入6%的纤维素酶,调pH为5.5,将其混合后分别放在50 ℃水浴摇床中连续振荡保温1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5 h,离心3 min(转速4 500 r/min),取上清液加入4倍体积的95%乙醇,静置1 h后进行二次离心5 min(转速4 500 r/min),将沉淀干燥并称重,计算水溶性膳食纤维得率。
  1.2.6 响应面试验设计。
  通过单因素试验,分别考察温度(X1)、纤维素酶量(X2)、固液比(X3)对啤酒糟中水溶性膳食纤维得率(Y)的影响,依据单因素试验结果,使用Box-Benhnken试验设计和响应面法分析温度(X1)、纤维素酶量(X2)、固液比(X3)对水溶性膳食纤维得率(Y)的影响,当P<0.05时表示两交互项显著,P<0.01时表示两交互项极显著。响应面分析因素与水平见表1。
  2 结果与分析
  2.1 酶法提取水溶性膳食纤维的单因素试验结果
  2.1.1 温度对水溶性膳食纤维得率的影响。
  由图1可知,在温度为35~65 ℃时,水溶性膳食纤维得率随着温度的递增先上升后下降,当温度为50 ℃时,得率最大,继续增加温度,得率有所下降,故最佳反应温度为50 ℃。
  2.1.2 纤维素酶量对水溶性膳食纤维得率的影响。由图2可知,在最佳温度时,水溶性膳食纤维得率随着纤维素酶量的增加而上升;当纤维素酶量增加时,纤维素酶与底物接触机会增加使其分解充分,纤维素酶量达6%时,得率最大。当酶超过底物所需酶量时,产物量不再增加,水溶性膳食纤维得率几乎不变。
  2.1.3 固液比对水溶性膳食纤维得率的影响。
  由图3可知,水溶性膳食纤维得率随固液比的增加而上升;当固液比为1∶12后,随着固液比继续增加,水溶性膳食纤维得率上升缓慢,在保证试验效果、节约能耗的前提下,固液比应控制在1∶12 。
  2.1.4 搅拌时间对水溶性膳食纤维得率的影响。
  由图4可知,水溶性膳食纤维得率随着搅拌时间的增加而上升;当搅拌时间为3.0 h时,得率最大;当搅拌时间继续增加,啤酒糟中的膳食纤维已充分水解,水溶性膳食纤维得率几乎不变。
  2.2 响应面法优化啤酒糟中水溶性膳食纤维提取工艺
  在单因素试验基础上,分别以温度、纤维素酶量、固液比3个因素作为自变量,水溶性膳食纤维得率为响应值,用响应面分析法在3因素3水平基础上进行工艺优化,以确定最大得率时的工艺参数。
  采用多元二次回归方程拟合试验结果,再用F检验统计分析工具和响应面图研究考察因子之间的交互关系及因子与响应值间的关系。
  对表2中数据进行回归分析,获得水溶性膳食纤维得率对编码自变量温度、纤维素酶量、固液比的多元二次回归方程:
  Y=17.406 670+0.806 250X1-0.035 000X2-0.326 250X3-2.650 833X1X1+0.552 500X1X2-0.860 000X1X3-1.608 333X2X2+0.027 500X2X3+1.384 167X3X3。
  對表2试验结果进行统计分析可知,模型P=0.000 652,表明模型显著。其中一次项X1,交互作用项X1X2、X1X3,二次项X12、X22、X32对响应值Y影响显著(P<0.05),其余项均不显著(P>0.05)。失拟项P=0.426 310>0.05,表明模型失拟度不显著,说明残差均由随机误差引起,建立的回归模型能代表试验真实度,解释响应结果。模型决定系数R2=98.32%,说明该模型可以解释98.32%的试验。由此可见,此模型可用于酶法提取啤酒糟中水溶性膳食纤维工艺的分析和预测。
  根据以上回归分析的结果绘制相应的曲线图及其等高线,直观形象地描述温度、纤维素酶量、固液比对水溶性膳食纤维得率的影响,结果如图5~7所示。
  从以上3个响应曲面图及等高线图中可明显观察到,3个曲面图开口均为向下凸形曲面,在该范围内响应值Y(SDF得率)存在极大值,表明该多元二次回归模型能够较好地用于描述响应值和自变量之间的显著性。由图5可知,温度(X1)和纤维素酶量(X2)对响应值Y存在交互影响。当温度(X1)达到最适值时,随着纤维素酶量(X2)的增加,Y值呈现不同的变化,表明X1X2交互项对响应值Y有着显著的交互影响,与回归分析中的X1X2项(P<0.05)相对应。图6表现出与图5相似的规律,表明X1X3交互项对响应值Y有着显著的交互影响,与回归分析中的X1X3项(P<0.05)相对应。由图7可知,X2X3交互项对响应值Y无显著影响。经响应面优化,当SDF的最佳提取工艺满足温度为50.8 ℃、纤维素酶量为6.7%、固液比为1∶14时,水溶性膳食纤维的得率可达5.16%。   2.3 验证试验结果
  为了检验模型预测的准确性,按优化后的最佳提取条件:温度为50.8 ℃、纤维素酶量为6.7%、固液比为1∶14进行提取,试验重复3次,结果3个平行的得率分别为4.75%、4.92%、5.60%,平均得率为5.09%,与理论预测值相比相对误差为1.36%,可见该模型能较好地模拟和预测试验得率。
  3 结论
  在单因素试验的基础上,通过响应面分析对膳食纤维提取工艺进行优化,并得到回归方程。经回归方程分析,结合实际操作的方便性进行修正,得出啤酒糟中提取水溶性膳食纤维最佳温度为50.8 ℃、纤维素酶量为6.7%、固液比为1∶14,在最佳工艺条件下,啤酒糟中提取水溶性膳食纤维的相对误差为1.36%。
  参考文献
  [1] 邱雁临.生物技术在啤酒糟综合利用中的研究进展与前景[J].食品与发酵工业,2002,28(1):72-73.
  [2] 吕爽,姜福佳,逯家富.响应面法优化纯-碱法提取啤酒糟中醇溶蛋白工艺的研究[J].农产品加工·学刊,2013(9):36-39.
  [3] 郭萌萌,赵建德,杜金华,等.啤酒糟在国内外食品加工中的利用现状[J].中国酿造,2013,32(9):24-27.
  [4] 宋佳,姜福佳,田野,等.超声波法优化酒糟中玉米黄色素的提取工艺及其抗肿瘤的研究[J].酿酒,2009,36(2):65-68.
  [5] 姜福佳,王玉萍,周暢,等.酒糟中蛋白质的提取工艺[J].吉林大学学报(理学版),2010,48(1):152-156.
  [6] 吴晖,侯萍,李晓凤,等.不同原料中膳食纤维的提取及其特性研究进展[J].现代食品科技,2008,24(1):91-95.
  [7] 符琼,林亲录,鲁娜,等.膳食纤维提取的研究进展[J].中国食物与营养,2010(3):32-35.
  [8] 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):43-45.
  [9] 肖连冬,许彬,臧晋,等.基于BP神经网络和遗传算法研究啤酒糟不溶性膳食纤维的酶法脱脂工艺[J].食品科学,2010,18(14):18-21.
  [10] 赵丽,李倩,朱丹实,等.膳食纤维的研究现状与展望[J].食品与发酵科技,2014,50(5):76-82.
  [11] 王异静,吴会丽.从啤酒糟中提取水溶性膳食纤维的研究[J].酿酒,2007,34(3):96-99.
  [12] 戴余军,石会军,李长春,等.菠萝皮可溶性膳食纤维酶法提取工艺的研究[J].食品工业,2014,35(2):58-61.
其他文献
摘要 介绍了长潭水库概况,调查了长潭水库环境及锰含量状况,包括水库沿岸植被及土壤锰含量,水库沿岸入库支流水质锰含量以及上郑乡铅锌尾矿库溪水锰含量。结果表明,该研究区域的锰含量超标。从合理设置库区水源涵养林植被结构,加强铅锌矿尾矿生态修复,改善入库支流生态环境,加强铅锌矿尾矿支流水质几个方面提出了长潭水库环境保护对策。  关键词 环境治理;锰超标;对策  中图分类号 S181.3 文獻标识码 A 文
期刊
摘要[目的]优化茶粕中茶皂苷的提取工艺。[方法]在纤维素酶作用下,利用超声辅助,通过单因素试验与正交试验,研究料液比、酶解温度、酶解时间、酶的用量等因素对茶皂苷提取得率的影响。[结果]试验表明,茶粕中茶皂苷的最佳提取条件为酶解温度50 ℃,酶添加量0.3%,酶解时间70 min,料液比1∶20(g∶mL),在此条件下茶皂苷提取得率为9.769%。[结论]采用超声辅助纤维素酶提取,可有效提高茶粕中茶
期刊
摘要[目的]为枇杷果实糖代谢、果实品质形成与改良研究奠定理论基础。[方法]对不同枇杷品种成熟果实可溶性糖组分及含量进行测试分析。[结果]不同品种枇杷果实的总糖含量、甜度值差异显著,白肉型品种的总糖含量与甜度值变化趋势一致,红肉型品种的总糖与甜度值的变化趋势相近;枇杷成熟果实可溶性糖主要为果糖,其含量平均值为42.33 mg/g(FW),占总糖的42.74%;山梨醇的含量最低,含量平均值为2.66
期刊
摘要[目的]筛选适宜聊城市及周边地区生产条件的大蒜新品种。[方法]异地引进3个大蒜新品种,与当地自育品种进行比较,在大蒜生育期间,调查参试大蒜品种的农艺性状,收获期调查大蒜品种表现,实收计产。[结果]金蒜1号、金蒜3号抗病性强、产量高、商品性好;紫皮大蒜、自育大蒜综合性状较差,与金蒜1号、金蒜3号农艺性状差异达到显著水平。[结论]金蒜1号、金蒜3号可作为聊城市及周边地区大蒜更新换代的主推品种进行推
期刊
摘要 基于十八届五中全会提出的“绿色”发展理念和目前我国各地空气污染状况,运用近年来空气质量监测资料,分析了湖北省黄石市空气质量现状特征。结果表明,黄石市的空气质量有所好转,部分污染物的排放有所减少,但大气质量的变化呈现明显的季节性。根据黄石市地区具体情况,分析了导致雾霾现象的原因,并提出相应的对策。  关键词 雾霾;大气污染物;来源;治理措施  中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号
期刊
摘要[目的] 探索龙香芋西米饮料的最佳配方。[方法]以兴化地方特色产品龙香芋为原料,加入西米和牛奶制得龙香芋西米饮料,经正交试验后应用模糊数学评价得到最佳工艺配方。[结果]龙香芋西米饮料的最佳配方为每500 g龙香芋,加水1 500 g、牛奶250 g、白砂糖150 g、稳定剂1 g、西米适量。所得产品色泽呈乳白色,稳定性好,入口细腻,具有明显的香芋味道。[结论]该研究丰富了饮料的品种,也为兴化地
期刊
摘要[目的]研究农凤鸡新城疫和禽流感母源抗体的衰减规律,为农凤鸡新城疫(ND)和禽流感(AI)的预防提供依据。[方法]通过血凝抑制(HI)试验对1~37日龄的农凤鸡进行新城疫和禽流感(H5和H9)母源抗体水平的检测,研究农凤雏鸡ND和AI母源抗体的衰减规律。[结果] AI H5母源抗体水平较低,AI H9和ND的母源抗体水平相对较高,但都在3~5日龄出现高峰,此后随着日龄的增长,抗体水平逐渐下降。
期刊
摘要 以陕西省杨凌区大寨镇官村流域为例,对该流域水土治理进行了研究。从自然条件、社会经济、水土流失與水土保持方面,综述了研究区概况,通过对项目区的气候、土壤、地形等因素进行综合分析,提出了水土流失治理措施设计,包括水土保持林设计和经果林设计。  关键词 水土流失;水土保持林;经果林  中图分类号 S181.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)02-0086-03  Abst
期刊
摘要[目的]探明不同干旱程度下,聚丙烯酰胺(PAM)施入土壤后对油菜生长及产量的影响,为PAM在农业抗旱增产中的推广应用提供数据及理论支持。[方法]在遮雨棚内进行盆栽试验,通过控制灌水时间及灌水量,模拟不旱、轻旱、中旱、重旱4种干旱程度,观测不同PAM施用量对油菜株高、径粗、绿叶数、叶面积、一次有效分枝数、产量以及水分利用效率的影响。[结果]4种干旱(不旱、轻旱、中旱、重旱)条件下,施加PAM处理
期刊
摘要[目的]探讨苹果多酚及其功能活性成分降血糖的作用功效。[方法]将KKAy小鼠随机分为模型组、药物治疗组,通过饲喂高脂饲料构建糖尿病模型,按高、中、低剂量给鼠灌胃,并选10只C57BL/6J小鼠为正常对照组,连续灌胃10周。10周后测定血清空腹血糖(FBG)、空腹胰岛素(FINS),并计算胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)。[结果]与正常对照组比较,模型组FBG、FINS、HOMA-IR明显升高;
期刊