雷笋膳食纤维酶法改性及其理化性能和结构变化（一）

雷竹是一种优质的食用笋竹种，其幼嫩茎为雷笋，又名早竹笋，含有粗蛋白、脂肪、纤维素等成分，营养丰富，有着产量高、出笋早的特点，作为竹笋的一种，雷笋也富含膳食纤维。膳食纤维被认为是人类的第七营养素，近几年的医学研究又证实了DF可以降低糖尿病，心血管疾病，结肠癌等的发病率，这与DF良好的持水、持油、膨胀和吸附能力等有关。研究发现，可溶性膳食纤维(SDF)相比不可溶膳食纤维(IDF)对胆固醇和血糖控制等功能具有更显著的效果。

我国每年都有大量新鲜雷笋产出，除鲜食外，普遍以常规的罐头加工食品为主，缺乏精深加工，而且因为较低的原始SDF含量使得其功能价值尚未完全开发。为了提高SDF的比率，常使用化学、生物和物理方法对DF进行改性处理。化学方法会带来潜在的食品安全问题；而物理方法(螺杆挤压、高压均质、高静水压等)则对设备和操作要求较高；生物法(酶解法和发酵法)因其操作简便快捷的特点，是该领域的未来发展方向。因此，本文旨在通过纤维素酶和木聚糖酶联合处理改善雷笋DF的理化性质，并对其结构变化进行分析比较，为获得高SDF含量的雷笋膳食纤维和提高雷笋附加值提供有效途径。

一、材料与方法

1、材料与试剂

新鲜雷笋购自杭州市果蔬批发市场，经浙江省农科院食品科学研究所陆胜民研究员品种鉴定。耐热α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶和α-葡萄糖苷酶均购自Sigma公司；纤维素酶(酶活力30000U／g)、木聚糖酶(酶活力30000U／g)，宁夏和氏璧生物技术有限公司；其他化学试剂属于分析级。

2、仪器与设备

FW200粉碎机，江苏省金坛市友联仪器研究所；CRl0色差仪，日本柯尼卡美能达公司；SW23水浴摇床，德国优莱博公司；LXJ-IIB离心机，上海安亭科学仪器厂；UV.1800紫外分光光度计，日本岛津公司；TM3000台式显微镜，日本日立公司；NicoletiS5傅里叶红外光谱仪，美国赛默飞世尔公司；UItimaIV型X射线衍射仪，日本理学公司。

3、实验方法

（1）粗膳食纤维制备

挑选无机械损伤，笋龄和外观一致的新鲜雷笋50kg。去壳处理后，将其在60℃下干燥48h并用研磨机粉碎，并过80目筛获得雷笋粉末。雷笋DF根据AOAC方法991.43制备，最后获得1.5kg未处理的雷笋膳食纤维粉末。

（2）改性膳食纤维制备

根据预实验结果，使用纤维素酶和木聚糖酶分步酶解对雷笋膳食纤维进行改性。取10g雷笋膳食纤维粉末，加入50mL0.05mol／LpH6.8的PBS缓冲液，按添加量0.15％(质量分数)加人纤维素酶，混匀，置于50℃振荡水浴2h，将pH调至4.8后加入0.15％的木聚糖酶，混匀，置于50℃振荡水浴3h。酶解结束后沸水浴10min灭活，加入4倍体积的95％乙醇，静置过夜，抽滤，并烘干粉碎，得到酶改性后雷笋膳食纤维。

（3）色泽测定

使用色差仪测量样品的色泽。颜色值表示为亮度／暗度(L*)，红色／绿色(a*)和黄色／蓝色(b*)。未处理雷笋膳食纤维用作计算总色差的参考。根据KIM等的方法使用式(1)计算总色差：

(5)吸附能力测定

①亚硝酸吸附能力

采用钟希琼等的方法测定亚硝酸吸附能力(NIAC)，稍有改动。将lgDF样品与25mLNaNO₂溶液(0.1mol／L)混合，并将溶液的pH调节至2.0(模拟胃的pH环境)和7.0(模拟小肠的pH环境)。将混合物在水浴摇床中于37℃以120r／min摇动30min，然后用离心机以4000r／min离心20min以沉淀DF，收集上清液用于以下分析。亚硝酸盐含量通过ZHU等的方法测定。

②胆固醇吸附能力

采用朱玉等的方法对胆固醇吸附能力(CBC)进行了分析，并进行了一些修改。取新鲜的蛋黄，并用9倍体积的蒸馏水充分搅打成乳液。将lgDF样品与25g蛋黄乳液混合，并将体系的pH分别调节至2.0和7.0。将混合物在37℃振荡浴中以120r／min摇动2h，并以4000r／min离心20min以沉淀DF，然后收集上清液。使用蛋黄乳液作为空白对照，在550nm的波长下测量吸光度。

（6）扫描电镜(SEM)分析

通过SEM在15kV下观察DF的表面和微结构。将DF样品用双面导电胶带装载在样品架上，并涂覆金层，然后进行电子显微镜观察和样品拍照。

（7）傅里叶红外光谱(FT-IR)分析

用FT-IR光谱仪测量DF分子结构的变化。取干燥的样品(2mg)用KBr(100mg，光谱级)研磨，压片制成透明薄片，并用空白KBr作为背景。扫描次数：20次，分辨率，4cm^-1，扫描范围：500～4000cm^-1。

（8）X-射线衍射(xRD)分析

利用步进扫描法。测定参数为：靶：Cu-Kα；步宽：0.02^o；扫描速率：2^o／min；扫描范围：2^o～40^o。结晶度使用式(2)从曲线下的峰面积计算：

式中：D_c为结晶度；A_c为结晶区域；A_a为非晶区域。

(9)数据处理

每组数据平行测定3次并表示为平均值±标准偏差。使用SPSS19.0进行方差和显著性分析，利用Origin2017软件绘图。

二、结果与讨论

1、酶改性对膳食纤维组成的影响

表1显示了酶改性前后DF的组成。与对照组的SDF含量(1.02±0.04)％相比，酶改性后显著提高了SDF含量，达到了对照组的6.67倍。TDF含量没有显著变化(P＞0.05)，但是IDF含量与对照组相比显著降低，这是因为纤维素酶水解的纤维素和木聚糖酶水解的半纤维素都是IDF的重要组成部分，水解产生的寡糖和小分子糖则提高了SDF含量。WEN等也有类似的结论：纤维素酶和木聚糖酶处理米糠膳食纤维后可增加SDF含量。此外，酶改性后水分含量增加但是灰分含量降低。

2、酶改性DF的色度

由表2可知，与未处理DF相比，酶改性处理后L*值，a*值和b*值均显著降低(P＜0.05)，这可能是由于小分子糖促进干燥过程中的褐变反应导致的。L*值降低，表示亮度降低，b*值为正且相对较高，说明在黄绿之间更倾向于黄色。在食品加工中，可根据所生产食品的色泽要求添加不同类型的DF产品，NAEEM等。在饼干中添加竹笋膳食纤维时，观察到了良好的感官接受度。

3、酶改性DF的持水性、持油性和膨胀力

DF的持水量(WHC)，持油量(OHc)和膨胀能力(SC)的差异可能与粒径，孔隙率，电荷密度，比表面积和空间结构有关。表3显示了酶处理后DF的WHC、0HC和SC均显著增加(p＜0.05)。

据推测，酶改性后DF的比表面积增加，DF的松散结构暴露出更多的极性和非极性基团，从而增强了WHC和0HC，YU等在用酶改性胡萝卜果渣的不可溶性膳食纤维后得到了类似的结果。纤维素酶和木聚糖酶降解了一些IDF，使整个结构变得庞大并增加了SC，并且有研究表明SC与SDF的含量呈正相关，因此sC增加也可能与SDF含量增加有关。

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