高温蒸煮结合超声酶法改性菠萝蜜籽膳食纤维工艺优化及结构表征.pdf

李丹，汪秀妹，梁杰，等.高温蒸煮结合超声酶法改性菠萝蜜籽膳食纤维工艺优化及结构表征 J.食品工业科技，2023，44（23）：203212.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023020210LI Dan,WANG Xiumei,LIANG Jie,et al.Process Optimization and Structure Characterization of Jackfruit Seed Dietary FiberModifiedbyHighTemperatureCookingCombinedwithUltrasonicEnzymaticMethodJ.ScienceandTechnologyofFoodIndustry,2023,44(23):203212.(inChinesewithEnglishabstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2023020210 工艺技术 高温蒸煮结合超声酶法改性菠萝蜜籽膳食高温蒸煮结合超声酶法改性菠萝蜜籽膳食纤维工艺优化及结构表征纤维工艺优化及结构表征李丹，汪秀妹，梁杰，刘涛，林国荣*，王丽霞，郑心怡（莆田学院环境与生物工程学院，福建省新型污染物生态毒理效应与控制重点实验室，生态环境及其信息图谱福建省高等学校重点实验室，福建莆田351100）摘要：通过高温蒸煮结合超声波酶法对菠萝蜜籽膳食纤维进行改性，结合单因素实验和响应面试验优化改性工艺条件，再利用扫描电镜（SEM）、X 射线衍射仪（XRD）、热重分析仪（TGA）、傅立叶红外光谱仪（FTIR）对改性前后可溶性膳食纤维（SolubleDietaryFibre，SDF）的结构进行对比，以持水力、膨胀力、保油力和对亚硝酸盐离子、葡萄糖、胆酸盐、胆固醇的吸附能力为指标，比较改性前后 SDF 的功能性质。结果表明：膳食纤维的最佳改性条件为料液比 1:21g/mL，高温蒸煮 121、43min，纤维素酶添加量 8%，酶解的超声波条件 360W、40、52min。此条件下改性后菠萝蜜籽 SDF 得率为（24.39%0.03%），未改性 SDF 得率为（16.93%0.60%）。与未改性 SDF 相比，FTIR 显示菠萝蜜籽纤维素组分重新分布，SEM 显示结构更加疏松多孔，X 射线衍射结果显示结晶度增加，热重分析结果显示热稳定性更好；改性后 SDF 的持水力、膨胀力、保油力、亚硝酸盐离子吸附能力、葡萄糖吸附能力、胆酸盐吸附能力、胆固醇吸附能力均显著（P0.05）优于未改性 SDF。结果表明高温蒸煮结合超声酶法能够改善菠萝蜜籽 SDF 的功能特性，为改性菠萝蜜籽膳食纤维提供一定理论基础。关键词：菠萝蜜籽，膳食纤维，高温蒸煮，超声波，纤维素酶，改性本文网刊:中图分类号：TS201.1文献标识码：B文章编号：10020306（2023）23020310DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2023020210ProcessOptimizationandStructureCharacterizationofJackfruitSeedDietaryFiberModifiedbyHighTemperatureCookingCombinedwithUltrasonicEnzymaticMethodLIDan，WANGXiumei，LIANGJie，LIUTao，LINGuorong*，WANGLixia，ZHENGXinyi（CollegeofEnvironmentalandBiologicalEngineering,PutianUniversity,FujianProvincialKeyLaboratoryofEcology-ToxicologicalEffects&ControlforEmergingContaminants,KeyLaboratoryofEcologicalEnvironmentandInformationAtlasFujianProvincialUniversity,Putian351100,China）Abstract：Thejackfruitseeddietaryfiberwasmodifiedbyhightemperaturecookingcombinedwithultrasonicenzymaticmethod.Singlefactorcombinedwithresponsesurfacemethodwasappliedtooptimizethemodificationprocessconditions.Thestructureofsolubledietaryfiber(SDF)beforeandaftermodificationwascomparedandanalyzedbyscanningelectronmicroscope(SEM),X-raydiffraction(XRD),thermogravimetry(TGA)andFouriertransforminfraredspectrometer(FTIR).ThefunctionalpropertiesofSDFbeforeandaftermodificationweredeterminedwithwaterholdingcapacity,expansioncapacity,oilholdingcapacityandadsorptioncapacityfornitriteion,glucose,bilesaltandcholesterolasindicators.TheresultsshowedthattheoptimummodificationconditionsofDFwereasfollows:Theratioofmaterialtoliquid1:21g/mL,收稿日期：20230222基金项目：福建省自然科学基金项目（2021J011107，2020J05211）；福建省教育厅中青年教师教育科研项目（JAT200521）。作者简介：李丹（1990），女，硕士，实验师，研究方向：食品生物技术，E-mail：。*通信作者：林国荣（1969），男，硕士，教授，研究方向：食品营养与功能，E-mail：。第44卷第23期食品工业科技Vol.44No.232023年12月ScienceandTechnologyofFoodIndustryDec.2023cooking temperature 121,cooking time 43 min,cellulase amount 8%,ultrasonic-assisted enzymatic(UAE)power360W,UAEtemperature40,UAEtime52min.Undertheseconditions,theyieldofSDFwas24.39%0.03%,theyieldof unmodified SDF was 16.93%0.60%.Compared with unmodified SDF,FTIR results showed that the cellulosecomponentsofjackfruitseedswereredistributed.SEMindicatedamoreporousstructure.XRDresultsshowedanincreasein crystallinity,and TGA results showed better thermal stability.The water holding capacity,expansion capacity,oilretentioncapacity,nitriteionadsorptioncapacity,glucoseadsorptioncapacity,bilesaltadsorptioncapacity,andcholesteroladsorptioncapacityofmodifiedSDFweresignificantlybetterthanthoseofunmodifiedSDF(P0.05).Therefore,hightemperaturecookingcombinedwithultrasonicenzymaticmethodcouldimprovethefunctionalcharacteristicsofSDFinjackfruitseedsandprovideatheoreticalbasisforthemodificationofjackfruitseeddietaryfiber.Keywords：jackfruitseed；dietaryfiber；hightemperaturecooking；ultrasonic；cellulase；modification菠萝蜜是目前市面上可见最大的树生热带水果，其果肉及种子皆可食用，果肉柔软、汁多，具有芳香味道1。菠萝蜜的果实最多可以有约 500 颗种子（23cm 长，直径 12cm），种子质量占水果总重量的 10%15%，由于新鲜的种子不能长期储存，因此常被当作废弃物丢弃，大量的菠萝蜜籽资源仍未被充分开发2，对副产品进行生态化利用，可以减少生物资源的浪费，增加果农的经济收入3。菠萝蜜籽富含氮、磷、钾、钙、镁、硫、锌、铜等多种矿物质和木酚素、皂苷、异黄酮等植物营养素4，还具有高淀粉（约46%）、高膳食纤维（约 20%）和低脂肪（约 0.77%）的特点，膳食纤维（DietaryFiber，DF）可用以预防代谢综合症及与生活习惯有关的疾病，因此菠萝蜜籽可视为新的膳食纤维来源5。DF 可分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）6。膳食纤维中 SDF的含量应达到 10%以上，才能被认为是具有很强生理活性和保健功能的优质膳食纤维7，然而天然膳食纤维含量大多低于 10%8，因此有必要探究对菠萝蜜籽 DF 进行改性的方法，以提取出更多的 SDF。目前广泛采用生物法（主要是酶法和发酵法）、化学法（主要是酸碱法）和物理法（主要是挤压法、高温蒸煮法和高压均质法）对膳食纤维进行改性7。高温蒸煮法是在高温高压下对膳食纤维进行改性，导致其中的分子链断裂，把 IDF 转化为 SDF，以此增加SDF 的含量。这种改性办法对仪器要求较高，因此常受到条件的限制，无法得到较好的结果7。酶法是一种对样品内部破坏强度较低的方法，对膳食纤维损伤小，其缺点为实验耗时较久，难以在短期获得较快的提取成果，但超声波处理方式能够有效提高实验速率9。将物理法与生物法结合起来，可以降低实验成本，弥补单一实验方法的不足。丁彩云等10采用高温-复合木聚糖酶和纤维素酶改性脱脂小米糠膳食纤维，结果表明高温-复合酶法可以有效改性膳食纤维，提高其结构和功能特性。汪楠等11分别采用纤维素酶酶解、高温蒸煮、高温蒸煮协同纤维素酶处理竹笋膳食纤维，结果表明，高温蒸煮协同酶法较单独高温蒸煮和纤维素酶解有效地提高了竹笋可溶性膳食纤维的理化性质。Li 等12采用超声波辅助酶法对荔枝膳食纤维进行改性，结果表明经过超声波酶改性后，SDF 含量提高了 6.32%。Oladunjoye 等13采用微波辅助碱处理甘蔗渣，结果表明，改性处理后其持水力等功能性质提高，微波辅助处理减少了反应时间。目前，对菠萝蜜籽的研究集中在对其蛋白及淀粉的提取或性质研究上13，未见从菠萝蜜籽中提取膳食纤维的研究，且目前多采用两种方法相结合对膳食纤维进行改性，关于高温蒸煮、超声波、酶法三种方法结合对膳食纤维进行改性报道较少。为了减少菠萝蜜籽资源的浪费，增加膳食纤维的新来源，通过对菠萝蜜籽膳食纤维进行改性，提高菠萝蜜籽 SDF的含量与功能性质，将有助于将其作为合适的功能性食品原料。因此，本实验以菠萝蜜籽为主要原料，采用高温蒸煮结合超声波酶法改性膳食纤维，并对改性工艺方法进行优化。通过单因素实验分析料液比、高温蒸煮时间、纤维素酶添加量、超声波酶解的温度、功率和时间对菠萝蜜籽 SDF 得率的影响，并在单因素实验的基础上结合响应面优化试验对菠萝蜜籽 SDF 的改性工艺进行优化。最后测定最优工艺条件下制备所得到 SDF 结构和功能性质，以期对菠萝蜜籽综合利用，为开发菠萝蜜籽膳食纤维功能性食品提供理论基础。1材料与方法1.1材料与仪器菠萝蜜籽产地海南，采收时间为 23 月份的马来西亚一号菠萝蜜，郑州然翎商贸有限公司；玉米油益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司；鸡蛋市售；纤维素酶（10000U/g）食品级，多美姿生物科技有限公司；耐高温 淀粉酶（20000U/g）食品级，邢台万达生物有限公司；中性蛋白酶（50000U/g）食品级，沃佳生物科技有限公司；甘氨酸钠食品级，郑州安安康食品原料有限公司；亚硝酸钠、对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺、DNS 试剂、糠醛、邻苯二甲醛等均为分析纯，国药化学试剂有限公司。CS-700 中草药粉碎机永康市天祺盛世工贸有限公司；LDZM-60L-立式高压蒸汽灭菌锅上海申安医疗器械厂；TENSOR傅立叶红外光谱仪德国布鲁克公司；SU8010 场发射扫描电子显微镜日本日立公司；XRD-6100X 射线衍射仪日本岛津公司；SDT650 热重分析仪美国沃特斯公司；KQ-600KDE 高功率超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司。204食品工业科技2023 年12月1.2实验方法1.2.1菠萝蜜籽 SDF 的制备方法清洗菠萝蜜籽，以清除所有异物和上层白色层。将菠萝蜜籽切成厚度约 5mm 的片状，置于 60 烘箱中 12h，中草药粉碎机粉碎，粉碎后的粉末再次于 60 中放置 12h，过 40 目筛子，装入密封袋中，保持干燥，备用。改性工艺：参考 Huang 等7和 Yang 等14的方法并略作修改。称取 5.00g 样品于锥形瓶中，加入一定比例的蒸馏水，放入立式高压灭菌锅中 121高温蒸煮一定时间。用 2mol/LNaOH 调节混合液pH 至 6.0。加入耐高温-淀粉酶 0.4g 以去除淀粉，并在 95 下水解 30min，每隔 5min 轻轻搅拌烧杯，用 3mol/L 醋酸调节 pH 至 3.0 灭酶。冷却至 40，用 2mol/LNaOH 调节混合液 pH 至 7.5，加入 0.25g中性蛋白酶后 40 水解 30min，沸水浴 10min 灭酶。冷却后用 3mol/L 醋酸调节混合液 pH 至 5.0，加入纤维素酶于一定的温度、功率、时间条件下超声处理。沸水浴加热 10min 灭酶后冷却至 20，12000g 离心 15min。取上清液，以 1:4（v/v）的比例 置 于 95%乙 醇 进 行 醇 沉。醇 沉 2.5 h 后 以4000r/min 离心 10min 取沉淀，于 65 烘干 24h得到 SDF。未改性 SDF 的制备：采用传统水提法提取 SDF，不经过高压灭菌锅蒸煮和超声波酶解1415，其他步骤同改性的工艺。1.2.2单因素实验固定蒸煮时间为 20min，纤维素酶添加量为 0.4g（物质质量的 8%），超声酶解时间为 10min、超声酶解温度为 30、超声酶解功率为300W，改变料液比为 1:15、1:20、1:25、1:30、1:35、1:40g/mL，研究料液比对菠萝蜜籽 SDF 得率的影响。固定料液比 1:20g/mL，纤维素酶添加量为 0.4g（物质质量的 8%）、超声酶解时间为 30min、超声酶解温度为 30、超声酶解功率 300W，改变高温蒸煮时间为 20、30、40、50、60、70min，研究蒸煮时间对菠萝蜜籽 SDF 得率的影响。固定蒸煮时间为 40min，料液比 1:20g/mL，超声酶解时间为 30min、超声酶解温度为 30、超声酶解功率为 300W，纤维素酶添加量为 5%、6%、7%、8%、9%和 10%（物质质量的百分数），研究纤维素酶添加量对 SDF 得率的影响。固定蒸煮时间为 40min，料液比 1:20g/mL，纤维素酶添加量为 0.4g（物质质量的 8%），超声酶解温度为 30、超声功率为 300W，改变超声酶解时间为 10、20、30、40、50、60min，研究超声酶解时间对 SDF 得率的影响。固定蒸煮时间为 40min，料液比 1:20g/mL，纤维素酶添加量为 0.4g（物质质量的 8%），超声酶解时间为 50min、超声酶解功率为 300W，改变超声酶解温度为 30、35、40、45、50 和 55，研究超声酶解温度对 SDF 得率的影响。固定蒸煮时间为 40min，料液比 1:20g/mL，纤维素酶添加量为 0.4g（物质质量的 8%），超声酶解时间为 50min、超声酶解温度为 40，改变超声酶解功率为 240、300、360、420、480、540W，研究超声酶解功率对 SDF 得率的影响。SDF 得率按照下式计算。SDF 得率（%）=（SDF 质量/菠萝蜜籽粉质量）1001.2.3响应面试验优化根据 6 种单因素实验结果，选取对 SDF 得率有显著影响的四个因素进行 Box-behnken 试验。之后对模型进行验证，进行 3 次验证实验。响应面的因素水平表见表 1。表1响应面试验因素水平Table1Levelofresponsesurfacetestfactors水平因素A蒸煮时间（min）B料液比（g/mL）C超声酶解温度（）D超声酶解时间（min）1301:1535400401:2040501501:2545601.2.4结构表征1.2.4.1傅里叶红外光谱仪分析参考汪楠等11的方法，并略作修改。分别取 1.00mg 的改性前后 SDF样品放置在样品台上，在 4004000cm1范围内扫描 32 次，分辨率为 16cm1。1.2.4.2扫描电子显微镜观察样品粉末用导电胶固定于载物台上。样品经过离子溅射仪处理后，放入仪器中，加速电压为 15kV，于 500、1000、2000、5000、10000 倍下观察不同样品的结构16。1.2.4.3X 射线衍射分析分别取菠萝蜜籽原料粉、改性前后 SDF 样品平铺于 XRD 样品板，进行扫描。测定条件：电压 40.0kV；电流 30.0mA；以 2/min的速率进行扫描；590（2）范围内进行连续扫描17。1.2.4.4热重分析分别取 10mg 菠萝蜜籽原料粉、改性前后 SDF 样品置于刚玉坩埚中，设置初始温度为 25，以 10/min 速率升温，升温至 600。载气为氮气，流速为 20mL/min，测定各样品的热分解曲线11。1.2.5功能性质的测定1.2.5.1保水力（WaterHoldingCapacity，WHC）参考 Yang 等18的方法。取 0.500g 的三种样品分别与 25mL 水混合 2h，在 3000g 下离心 10min，用滤纸吸收沉积物中多余的水，并对样品进行称重（作为湿重）。通过公式（1）计算 WHC：WHC(g/g)=WWWSWS式（1）其中，WW为湿重（g）；WS为样品质量（g）。1.2.5.2膨胀力（SwellingCapacity，SWC）参考第44卷第23期李丹，等：高温蒸煮结合超声酶法改性菠萝蜜籽膳食纤维工艺优化及结构表征205Yang 等18的方法。向量筒中放入 500mg 样品，测量样品体积 V1。测量样品中加入 5mL 蒸馏水，于室温下放置 24h 后的体积 V2。通过公式（2）计算SWC：SWC(mL/g)=V2V1M式（2）其中，V2为静置后体积（mL）；V1为初体积（mL）；M 为样品质量（g）。1.2.5.3保油力（OilHoldingCapacity，OHC）参考Yang 等18的方法。1.0g 样品与 5.0g 玉米油在离心管混合，37 摇 1h，8000g 离心 30min，除去上清液，收集剩余物称重。通过公式（3）计算 OHC：OHC(g/g)=WOWSWS式（3）其中，WO为样品保油后的质量（g）；WS为样品的原始质量（g）。1.2.5.4亚硝酸盐离子的吸附能力（AdsorptionCapa-cityofNitriteIon，NIAC）参考罗白铃等19的方法。取 0.1g 样品加入到装有 25mL1mmol/L 亚硝酸钠溶液的烧杯中，混合液在 37 水浴 2h，取上清液与 2.5mL60%醋酸溶液按 1:5（v/v）混匀备用。使用对氨基苯磺酸和盐酸萘乙二胺测定上清液中的亚硝酸钠水平来测定样品所保留的亚硝酸钠。其标准曲线的回归方程为 y=0.0087x0.0004，R2=0.998。通过公式（4）计算 NIAC：NIAC(g/g)=(COCS)VWS式（4）其中，CO和 CS是吸附前后上清液中的亚硝酸钠浓度（g/L）；WS代表样品质量（g）；V 表示亚硝酸钠溶液的体积（L）。1.2.5.5葡萄糖吸附能力（GlucoseAdsorptionCapa-city，GAC）参考 Ma 等20等的方法。取样品 1.0g及 100mmol/L 葡萄糖溶液 100mL。37 孵化 6h，5000r/min 离心 15min 后，取上清液备用。通过DNS 试剂测定上清液中的葡萄糖水平，测定样品葡萄糖保留量。其标准曲线的回归方程为 y=0.007x0.0102，R2=0.9991。通过公式（5）计算 GAC：GAC(mmol/g)=(COCS)VWS式（5）其中，CO和 CS是吸附前后的葡萄糖水平（mmoL/L）；WS代表样品质量（g）；V 代表葡萄糖溶液的体积（L）。1.2.5.6胆酸盐的吸附能力（CholateAdsorptionCa-pacity，CLAC）参考 Wang 等21的方法并加以修改。0.20g 甘氨酸钠和 1.00g 样品混合于 20mL 磷酸盐缓冲液中，调节混合液 pH 至 7，37 培育 2h。取混合液，以 8000r/min 离心 10min，取上清液备用。用糠醛比色法测定上清液中甘氨酸钠的浓度，其标准曲线回归方程为 y=0.033x+0.0047，R2=0.9993。通过公式（6）计算 CLAC：CLAC(mg/g)=m0m1m式（6）其中，m0为甘氨酸钠添加量（mg）；m1为吸附后残余甘氨酸钠质量（mg）；m 为样品质量（g）。1.2.5.7胆固醇的吸附能力（CholesterolAdsorptionCapacity，CAC）采用 Wu 等22描述的办法并加以修改。取两个新鲜鸡蛋，采用分离器分离蛋黄及蛋清。在烧杯中加入蛋黄 9 倍体积的蒸馏水制作乳液。称量 1.00g 样品与 50mL 乳液混匀，将 pH 调节至 7.0，37 培育 2h 后离心取上清液，4000r/min离心 20min。以邻苯二甲醛比色法测定并计算CAC，其标准曲线的回归方程为 y=19.36x0.028，R2=0.9972。按照公式（7）计算上清液中的 CAC：CAC(mg/g)=m1m2m式（7）其中，m1为原始蛋黄乳液中胆固醇质量（mg）；m2为吸附后上清液中胆固醇质量（mg）；m 为样品质量（g）。1.3数据处理实验数据通过 Excel2019 归纳整理；实验重复3 次，数据均以“均值标准差”表示，显著性分析采用 SPSS22 统计软件，经单因素方差分析，比较方法采用 Tukey 分析，差异性显著为 P0.05；采用 Origin8.5 进行图形绘制；响应面优化试验借助 DesignExpertV8.0.6 进行。2结果与分析2.1单因素实验如图 1（a）所示，料液比对于菠萝蜜籽 SDF 得率的影响呈现先上升后下降的趋势，当料液比为 1:20g/mL时菠萝蜜籽 SDF 得率最高为（19.85%0.01%）。当料液比超过 1:20g/mL 后得率便逐渐下降。这是由于料液比增加，样品粉末充分浸泡于水中，使得SDF 得以溶出。相较于 1:20g/mL，1:40g/mL 的料液比条件下菠萝蜜籽 SDF 得率显著降低了 3.30%（P0.05），因为样品中的 SDF 含量有限，当其在水中达到平衡后，SDF 可能会溶于水中，导致得率下降。结果表明：1:20g/mL 为菠萝蜜籽 SDF 提取的最佳料液比。如图 1（b）所示，菠萝蜜籽 SDF 得率随蒸煮时间的增加逐渐提高，蒸煮时间为 40min 时达到最高值。蒸煮时间大于 40min 时，SDF 得率开始下降（P0.05）。其原因可能为，随着纤维素酶的增加，当添加了 8%的纤维素酶时，酶的催化能力已到上限。结果表明：菠萝蜜籽 SDF 提取的最佳酶添加量为 8%。如图 1（d）所示，在 10、20min 两种条件下 SDF得率上升趋势最明显，其次为 4050min。当超声酶解时间为 50min 时，SDF 得率最高，为（26.24%0.76%）。超声时间过久，SDF 得率降低。这可能是因为超声波的作用，使得物料的细胞壁被破坏，SDF 结构被打开，内部的单糖物质溶出25。因此，50min 为菠萝蜜籽 SDF 提取的最佳超声酶解时间。图 1（e）所示，于 40 下超声时所得到的得率最高；当温度为 55 时，得率降低了 2.84%（P0.05）。其原因可能是纤维素酶在温度条件的影响下，空间结构打开，更多作用基团与反应底物结合，促进反应进程。但当温度过高时，酶的活性被抑制，反应速率降低。结果表明：40 为菠萝蜜籽 SDF 提取的最佳超声温度。图 1（f）所示，当功率调整为 360W 时，菠萝蜜籽 SDF 得率最高为 25.60%0.18%，但当超声功率达到 420W 时，菠萝蜜籽 SDF 得率出现显著降低，降低值为 5.05%（P0.05）。其原因为高功率的超声波对细胞结构破坏程度过大，导致膳食纤维原本的结构也被破坏，使得 SDF 暴露26，生成了较小的糖类物质，醇沉不完全。结果表明：360W 的超声功率为菠萝蜜籽 SDF 提取的最佳功率。2.2响应面优化试验结果响应面优化试验结果见表 2。结果表明 SDF 得率（Y）及自变量蒸煮时间（A）、料液比（B）、超声酶解温度（C）、超声酶解时间（D）的回归方程：1:15 1:20 1:25 1:30 1:35 1:4015.0016.0017.0018.0019.0020.0021.00SDF得率(%)SDF得率(%)SDF得率(%)SDF得率(%)SDF得率(%)SDF得率(%)aaaaab料液比(g/mL)(a)10203040506016.0018.0020.0022.0024.0026.0028.00baaaaa(d)超声酶解时间(min)20304050607022.0023.0024.0025.0026.0027.0028.00accbcc蒸煮时间(min)(b)30354045505523.0023.5024.0024.5025.0025.5026.0026.50dccbba(e)超声酶解温度()567891016.0017.0018.0019.0020.0021.0022.0023.00aaaaaa(c)纤维素酶添加量(%)180 240 300 360 420 480 540 60020.0021.0022.0023.0024.0025.0026.00a(f)超声酶解功率(W)cbddd图1不同因素对菠萝蜜籽 SDF 得率的影响Fig.1EffectofdifferentfactorsonSDFyieldofjackfruitseeds注：a：料液比（P0.05）；b：蒸煮时间（P0.05）；d：超声酶解时间（P0.05）；e：超声酶解温度（P0.05）；f：超声酶解功率（P0.05）；不同小写字母表示组内差异显著（P0.05）。表2响应面分析设计及结果Table2Responsesurfaceanalysisdesignandresults实验号A蒸煮时间（min）B料液比（g/mL）C超声酶解温度（）D超声酶解时间（min）SDF得率（%）1301:15405023.250.112501:15405023.290.273301:25405022.710.104501:25405023.490.255401:20354023.620.186401:20454023.380.067401:20356023.750.578401:20456024.180.039301:20404024.270.1310501:20404023.540.4411301:20406024.380.1812501:20406023.470.2113401:15355023.780.0314401:25355023.750.4815401:15455023.510.1816401:25455022.470.4117301:20355024.520.1718501:20355023.760.5819301:20455023.360.2420501:20455023.330.1621401:15404024.210.0422401:25404022.850.0823401:15406023.630.2724401:25406022.150.3425401:20405023.810.4726401:20405023.670.2327401:20405023.760.4528401:20405022.670.3529401:20405022.780.18第44卷第23期李丹，等：高温蒸煮结合超声酶法改性菠萝蜜籽膳食纤维工艺优化及结构表征207Y=24.31+0.47A+0.15B(8.333E003)C+0.13D+0.083AB+0.12AC0.040AD(2.500E003)BC+0.083BD0.055CD0.87A20.37B20.29C20.45D2。由表 3 所示，方程模型 P 值0.05，说明不显著，表明此回归方程有较好的可靠性，可以作为预测菠萝蜜籽膳食纤维最优提取工艺参数的模型。此模型的相关校正系数 R2=0.9684，绝对校正系数 Radj2=0.9368，表明模型的拟合度高。其中 A、A2、B2、C2、D2的 P 值0.001，表明它们对菠萝蜜籽 SDF 得率影响极其显著；B、D 的 P 值B（料液比）D（超声酶解时间）C（超声酶解温度）。两因素交互作用对 SDF 得率影响的响应面3D 图见图 2。响应面越陡，因子之间的交互作用越重要；响应面越平坦，影响程度越低，根据 3D 响应图中各因素的走势可以推断对响应值的作用大小。结果表明，四因素对菠萝蜜籽 SDF 提取的影响力为蒸煮时间（A）料液比（B）超声酶解时间（D）超声酶表3回归模型的方差分析Table3Analysisofvarianceofregressionmodel方差来源平方和自由度均方F值P值显著性模型项8.89140.6330.650.0001*A2.6712.67128.880.0001*B0.2710.2713.180.0027*C8.3310418.331040.040.8439D0.2110.219.920.0071*AB0.02710.0271.310.2708AC0.0610.062.90.1108AD6.4010316.401030.310.5871BC2.5010512.501051.211030.9728BD0.02710.0271.310.2708CD0.01210.0120.580.4574A24.8614.86234.390.0001*B20.9110.9143.780.0001*C20.5510.5526.360.0002*D21.2911.2962.40.0001*残差0.29140.021失拟项0.21100.0211.10.5063误差项0.07740.019总和9.1828注：*表示P0.05，影响显著；*表示P0.01，影响高度显著；*表示P0.001，影响极其显著。25.0024.50SDF得率(%)24.0023.5023.0022.50B:料液比(g/mL)1:251:231:211:191:171:15 3035404550(a)25.0024.50SDF得率(%)24.0023.5023.0022.0022.50454341393735 3035404550(b)A:蒸煮时间(min)A:蒸煮时间(min)C:超声酶解温度()25.0024.50SDF得率(%)24.0023.5023.0022.0022.506055504540 3035404550(c)25.0024.50SDF得率(%)24.0023.5023.0022.0022.504543413937351:151:171:191:211:251:23(d)D:超声酶解时间(min)A:蒸煮时间(min)B:料液比(g/mL)C:超声酶解温度()25.0024.50SDF得率(%)24.0023.5023.0022.0022.5060555045401:151:171:191:211:251:23(e)25.0024.50SDF得率(%)24.0023.5023.0022.0022.506055504540 353739414345(f)D:超声酶解时间(min)B:料液比(g/mL)C:超声酶解温度()D:超声酶解时间(min)图2两因素交互作用对 SDF 得率影响的响应面 3D 图Fig.2Responsesurface3DdiagramoftheeffectoftwofactorsinteractiononSDFyield208食品工业科技2023 年12月解温度（C）。这与方差分析的结果一致。2.3提取条件优化及模型验证结果通过软件分析与优化，得到最优改性工艺条件参数：蒸煮时间 42.83min、料液比 1:21.25g/mL、超声波酶解温度 40.15、超声波酶解时间 51.55min，该条件下可得到最佳 SDF 得率 24.41%。结合实际实验条件，对优化的菠萝蜜籽 SDF 提取条件进行修正：蒸煮时间 43min、料液比 1:21g/mL、超声波酶解温度 40、超声波酶解时间 52min，经过验证实验，得到菠萝蜜籽 SDF 得率平均值为（24.39%0.03%）。结果与模型预测的结果相符，从而验证了应用响应面法优化的工艺参数可靠性。未改性 SDF 的得率为（16.93%0.60%），经过改性后SDF 得率是未改性的 1.44 倍。孙静等24以枣渣为原料，采用高温蒸煮结合纤维素酶改性枣渣膳食纤维，最佳工艺条件下的酶解时间 2.5h。而本研究通过超声波辅助纤维素酶酶解，酶解时间 52min，大大缩短了纤维素酶酶解所需要的时间。2.4结构表征2.4.1菠萝蜜籽 SDF 傅里叶红外光谱分析由图 3可看出，与未改性的图谱相比，改性后图谱的特征官能团的吸收峰发生了红移，这主要是由于高温高压协同超声波酶解对多糖链的破坏作用7。与 SDF 的图谱相比，原料粉在 2107cm1处的吸收峰强度大于SDF 图谱在 2100cm1附近的吸收峰强度。改性后SDF于3389cm1和未改性SDF于3338cm1的伸缩振动带是纤维素、半纤维素-OH 引起的，是多糖成分的特征吸收峰，改性处理后的吸收强度比改性前稍弱，这可能是高温蒸煮和超声波处理使纤维素间的氢键断裂，使膳食纤维形成多孔结构，增加了水分子和膳食纤维间的氢键所致27。2920cm1附近的吸收峰是多糖中-CH3的 C-H 伸缩振动引起的26。在2000cm1至 2500cm1附近出现的是三键及积累双键非对称伸缩振动区，这个区间内含有 CN、CC 等的吸收26。改性后 1603cm1和未改性 1592cm1的特征吸附峰是酯类 C=O 的非对称伸缩振动26。改性后 1413cm1和未改性 1406cm1处的吸收峰通常说明存在木质素芳香苯基团，经过改性处理后的吸收峰强度减小，IDF 含有纤维素、半纤维素和木质素，说明改性处理使 IDF 减少，可能是由于高温蒸煮和超声波处理使部分木质素转化为 SDF28。1015cm1附近的强吸收峰是纤维素和半纤维素 C-O-C 的收缩振动，改性后 SDF 在 1015cm1的吸收峰强度小于未改性 SDF 在此处的吸收峰强度，进一步说明改性处理使 IDF 的含量减少，从而转化为更多的 SDF29。总体而言，改性