發(fā)酵法從檸檬果渣中制備膳食纖維的研究

蔣　麗，雷　激*

（西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院 食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，四川 成都 610039）

發(fā)酵法從檸檬果渣中制備膳食纖維的研究

蔣麗，雷激*

（西華大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院 食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，四川 成都 610039）

以檸檬果渣為原料，乳酸菌和綠色木霉作為發(fā)酵菌種，探討這兩種微生物發(fā)酵法從檸檬果渣中提取膳食纖維的加工工藝及其理化性質(zhì)的研究，結(jié)果表明綠色木霉發(fā)酵法制備檸檬果渣膳食纖維顯著優(yōu)于乳酸菌發(fā)酵法，其最佳工藝是：接種量為6%，發(fā)酵溫度34℃，培養(yǎng)時間為50 h，底物pH值為5.0；此條件下產(chǎn)品的膳食纖維含量是88.3%，溶脹性和持水力分別為13.21 mL/g和9.15 g/g。

檸檬果渣；發(fā)酵法；膳食纖維

膳食纖維是一種功能性的食料，人們稱它是“第七大營養(yǎng)素”，小腸不能直接將其吸收，但是在大腸內(nèi)可以全部的吸收或者部分在大腸內(nèi)發(fā)酵［1］。雖然人體不能直接消化吸收膳食纖維，但是可以間接的對人體起作用，即保持消化系統(tǒng)健康、增強(qiáng)免疫系統(tǒng)、降低膽固醇和高血壓等。

檸檬是一種優(yōu)良的人體保健果品，它全身都是寶，商業(yè)價值極高。目前國內(nèi)檸檬除鮮果銷售外，還有若干加工企業(yè)檸檬油、檸檬汁、檸檬干片等加工產(chǎn)品［2］，40%～50%的果渣會在檸檬加工后剩下，大部分被作為垃圾，沒有被合理的加以利用，這樣不僅造成了資源浪費(fèi)，而且還對環(huán)境產(chǎn)生了不好的影響［3］。豐富的膳食纖維被蘊(yùn)藏在柑橘類皮渣中，其中檸檬中的膳食纖維是所有柑桔類原料中含量最高的品種［4］。

目前，國內(nèi)外對膳食纖維的提取主要是用物理方法（國內(nèi)為主）、化學(xué)方法［5］，還有結(jié)合法和微生物法等［6］，其中微生物發(fā)酵對膳食纖維的改性有很好的效果［7］。本實(shí)驗以檸檬果渣為原料，比較乳酸菌發(fā)酵與綠色木霉發(fā)酵法制備膳食纖維的工藝參數(shù)和其制備出來的產(chǎn)品的理化特性，選出合適的微生物發(fā)酵法，為檸檬果渣的綜合以及合理利用找出最佳的途徑，更為檸檬果渣膳食纖維的加工再生產(chǎn)打下試驗基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

安岳尤力克檸檬：市售，洗凈、機(jī)械磨油、榨汁、除去濾液、烘干、打碎備用。

保加利業(yè)乳桿菌（Lactobacillusbulgaricus）ACCC.30432、嗜熱鏈球菌（Streptococcus thermophilus）ACCC.10651、綠色木霉（Trichoderma viride）ACCC.30434：北京北納創(chuàng)聯(lián)生物技術(shù)研究院；試驗所用試劑均為分析純。

馬鈴薯汁培養(yǎng)基：馬鈴薯20%，葡萄糖2%，瓊脂1.5%～2%。將馬鈴薯去皮切碎，煮爛后取得土豆汁，加入20 g葡萄糖，添加蒸餾水至1 000 mL，攪拌均勻，121℃滅菌20 min。利用馬鈴薯汁培養(yǎng)基對綠色木霉進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，得到擴(kuò)大發(fā)酵液。

1.2儀器與設(shè)備

TSTDZ-150恒溫培養(yǎng)箱：常州市城西富威實(shí)驗儀器廠；PB 303-N電子天平：梅特勒一托利多公司；DHP-9052型高壓滅菌鍋：上海久昌生物科技有限公司；TDZS-WS型離心機(jī)：濟(jì)南福的機(jī)械有限公司；DF206型電熱鼓風(fēng)干燥箱、GSY-11型電熱恒溫水浴鍋：吳江德順電熱設(shè)備廠；雙人超凈工作臺：無錫易純凈化有限公司。

1.3方法

1.3.1菌種活化與馴化

將烘干粉碎后的檸檬果渣加水打漿，過濾取濾液后的檸檬汁逐步加入脫脂乳中活化，馴化方法參考毛慧君等［8］的文章（其中保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的體積比是1∶1）。

綠色木霉菌種的活化選擇馬鈴薯汁培養(yǎng)基。將烘干粉碎后的檸檬果渣加水打漿，過濾取濾液后的檸檬汁逐步加入到馬鈴薯培養(yǎng)基溶液中中活化，馴化方法同上。

1.3.2膳食纖維的制備

（1）乳酸菌發(fā)酵法

將干燥后的檸檬與水按質(zhì)量比1∶2混合均勻后，將2%的脫脂奶粉和1.5%白砂糖加入漿液中，慢慢攪拌直至溶解，然后將漿液裝入錐形瓶中，混合均勻后121℃滅菌10 min，快速冷卻至室溫。接入一定量的混合菌劑（保加利亞乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌按1∶1的比例接種到漿液中）在一定溫度條件下發(fā)酵一定時間，當(dāng)發(fā)酵結(jié)束后，先使用酒精使其沉淀后于70℃環(huán)境下烘干，最后將粉碎品過60目篩，即得到膳食纖維產(chǎn)品，稱量產(chǎn)品質(zhì)量，設(shè)置對照樣。

（2）綠色木霉發(fā)酵法

將粉碎干燥后的檸檬與水按質(zhì)量比1∶2的混合攪勻，向混合液中加入0.3%硫酸銨、0.325%磷酸二氫鉀等無機(jī)鹽，慢慢攪拌直到溶解，然后將漿液裝入錐形瓶中，混合均勻后121℃滅菌10 min，快速冷卻至室溫。接入一定量的發(fā)酵菌劑綠色木霉擴(kuò)大發(fā)酵液到漿液中，在一定溫度條件下發(fā)酵一定時間，發(fā)酵結(jié)束后，用酒精沉淀后于70℃環(huán)境下烘干，最后粉碎過60目篩，即得到膳食纖維產(chǎn)品，稱量，設(shè)置對照樣。

1.3.3指標(biāo)的測定

檸檬總膳食纖維（total dietary fiber，TDF）用美國分析化學(xué)家協(xié)會（AssociationofOfficialAnalyticChemists，AOAC）991.43酶-重量法測定［9］，持水力的測定和溶脹性的測定參考文獻(xiàn)［10］。

2　結(jié)果與分析

2.1微生物菌劑接種比例對檸檬果渣膳食纖維含量的影響

將這兩種發(fā)酵法的底物pH值調(diào)至5.8，分別將不同比例（2%、4%、6%、8%和10%）的發(fā)酵劑接種到漿液中，放入38℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)20 h，烘干分別測定膳食纖維含量，結(jié)果如圖1所示。

圖1　接種量對總膳食纖維含量的影響Fig.1 Effect of inoculum on total dietary fiber content

由圖1可知，乳酸發(fā)酵法所制備出的膳食纖維明顯少于霉發(fā)酵方法。對于乳酸發(fā)酵法：膳食纖維的含量并沒有隨著接種比例的上升而一直上升，當(dāng)接種量＞4%時，膳食纖維含量出現(xiàn)下降趨勢，當(dāng)接種比例偏小時，其含量也就偏小，這是因為檸檬果渣膳食纖維的含量會被過多的乳酸菌體影響。對于綠色木霉發(fā)酵法：當(dāng)接種的量控制在2%到6%時，其含量不斷上升，當(dāng)接種量從6%增加了10%時，發(fā)酵劑的接種量繼續(xù)被增大，并不能顯著提高檸檬皮渣膳食纖維的量。故綠色木霉發(fā)酵法在接種量為6%時效果最好。

2.2發(fā)酵過程中發(fā)酵溫度對檸檬果渣膳食纖維的影響

將這兩種漿液的底物pH值調(diào)至5.8，添加4%的發(fā)酵劑，在5種不同的溫度條件下（28℃、30℃、32℃、34℃和36℃）培養(yǎng)20 h，然后烘干測定膳食纖維含量。結(jié)果如圖2所示。

圖2　發(fā)酵溫度對總膳食纖維含量的影響Fig.2 Effect of fermentation temperature on total dietary fiber content

由圖2可知，乳酸發(fā)酵法條件下隨著溫度的上升，其膳食纖維的量沒有顯著的變化，其原因是乳酸菌在溫度30～49℃之間都能正常生長，只要發(fā)酵時間一定，同樣能達(dá)到良好的發(fā)酵效果；而綠色木霉發(fā)酵法條件下隨著發(fā)酵溫度的增加，膳食纖維的量隨著增加，當(dāng)培養(yǎng)溫度超過34℃時，其含量變化不明顯。當(dāng)溫度較低時，發(fā)酵劑所提供的綠色木霉的生長受到抑制，影響代謝產(chǎn)物的生成，從而影響其轉(zhuǎn)化量的減少，溫度偏高時，綠色木霉的生長同樣會受到抑制。故綠色木霉發(fā)酵方法34℃時效果最好。

2.3發(fā)酵過程中培養(yǎng)時間對檸檬果渣膳食纖維含量的影響

將兩種漿液的底物pH值調(diào)至5.8，在檸檬漿液中添加4%的發(fā)酵劑，分別在40℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)35 h、40 h、45 h、50 h和55 h，然后測定膳食纖維含量。結(jié)果如圖3所示。

圖3　培養(yǎng)時間對總膳食纖維含量的影響Fig.3 Effect of culture time on total dietary fiber content

由圖3可知，培養(yǎng)時間對檸檬果渣的膳食纖維影響不大。對于乳酸發(fā)酵法：當(dāng)培養(yǎng)時間超過45 h時，其含量略有下降。如果發(fā)酵時間短暫，漿液會被乳酸菌不完全發(fā)酵，有效代謝產(chǎn)物不足，影響膳食纖維的轉(zhuǎn)化量；但培養(yǎng)時間過長時，活菌活力會降低，死亡菌增多，失活后的菌體被留在果渣中，會影響膳食纖維含量；綠色木霉發(fā)酵法條件下隨著培養(yǎng)時間的進(jìn)行，膳食纖維的含量變化不大，有可能是因為在發(fā)酵前期綠色木霉所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物已于檸檬果渣充分反應(yīng)，發(fā)酵菌已經(jīng)完全生長，充分與其反應(yīng)。所以故綠色木霉發(fā)酵方法培養(yǎng)45 h時效果最好。

2.4發(fā)酵底物pH值對檸檬果渣膳食纖維含量的影響

分別將兩種底物pH值調(diào)至不同的pH值（4.0、4.5、5.0、5.5和6.0），再將檸檬發(fā)酵漿液中添加4%生產(chǎn)發(fā)酵劑，培養(yǎng)20 h在40℃的恒溫培養(yǎng)箱中，分別測定膳食纖維含量，結(jié)果見圖4。

圖4　發(fā)酵pH對總膳食纖維含量的影響Fig.4 Effect of fermentation pH on total dietary fiber content

由圖4可知，發(fā)酵的pH值會對膳食纖維的含量產(chǎn)生影響，這兩種菌劑的最適的pH值不同。對于乳酸菌發(fā)酵法，當(dāng)?shù)孜飌H值是5.0時，產(chǎn)品中膳食纖維含量最高；而對于綠色木霉發(fā)酵法，當(dāng)發(fā)酵底物pH值4.0～5.5時，膳食纖維含量不斷上升；當(dāng)pH值被繼續(xù)調(diào)高，產(chǎn)品中的膳食纖維反而下降，表明發(fā)酵過程中最適pH值是5.5。

2.5綠色木霉發(fā)酵提取檸檬果渣膳食纖維工藝優(yōu)化

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計L9（34）正交試驗［11］，以總膳食纖維的含量作為評價指標(biāo)，探討綠色木霉發(fā)酵最佳的工藝參數(shù)，試驗結(jié)果見和表1，方差分析見表2。

表1　綠色木霉發(fā)酵提取檸檬果渣膳食纖維工藝優(yōu)化正交試驗結(jié)果與分析Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for dietary fiber extraction conditions optimization from lemon by Trichoderma viridefermentation

表2　綠色木霉發(fā)酵正交試驗結(jié)果方差分析Table 2 Variance analysis of orthogonal experiments forTrichoderma viridefermentation conditions optimization

從表1正交試驗直觀分析可以看出，各因素對結(jié)果的影響次序是B＞A＞C＞D，從表2方差分析表可以看出，接種量和培養(yǎng)溫度對檸檬果渣膳食纖維含量影響顯著。正交試驗結(jié)果顯示，最佳工藝條件為A2B2C3D1。即最佳工藝條件為接種量為6%，發(fā)酵溫度34℃，培養(yǎng)時間為50 h，底物pH值為5.0。在此條件下做驗證試驗，結(jié)果表明制備的膳食纖維含量可達(dá)88.3%。

2.6發(fā)酵結(jié)束后兩種方法制備的膳食纖維的理化性質(zhì)的比較

運(yùn)用最佳的工藝組合對檸檬果渣進(jìn)行提取，對制備的膳食纖維理化性質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果見表3。

表3　膳食纖維理化性質(zhì)的比較Table 3 Physicochemical properties of dietary fibers comparison

由表3可知，發(fā)酵法制備的總膳食纖維含量、溶脹性和持水力都高于果渣和樣品對照。綠色木霉發(fā)酵法提取的總膳食纖維的含量高達(dá)88.92%，明顯高于乳酸菌發(fā)酵法提取的總膳食纖維、果渣中的和樣品對照樣。綠色木霉發(fā)酵法產(chǎn)品的溶脹性是13.21mL/g，明顯高于乳酸菌發(fā)酵法產(chǎn)品、果渣中的和樣品對照樣。而持水力是乳酸發(fā)酵法大于綠色木霉發(fā)酵法。溶脹性和持水力均高于西方國家常用的的小麥麩皮膳食纖維的標(biāo)準(zhǔn)［14］（持水力4 g/g和溶脹性4 mL/g）。綜合各指標(biāo)來看，綠色木霉發(fā)酵法效果最好，產(chǎn)品質(zhì)量高。

3　結(jié)論

檸檬果渣是一種極好的膳食纖維資源，通過乳酸發(fā)酵和綠色木霉發(fā)酵兩種發(fā)酵法制備其膳食纖維，得出綠色木霉發(fā)酵法明顯優(yōu)于乳酸菌發(fā)酵法，其最佳工藝是：接種量6%，發(fā)酵溫度34℃，培養(yǎng)時間50 h，底物pH值為5.0。本試驗說明制備膳食纖維采用綠色木霉發(fā)酵法，可以有效的解決檸檬果等渣的浪費(fèi)，提高了檸檬的附加值，為企業(yè)增加經(jīng)濟(jì)效益，也極大的改善環(huán)境。

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Dietary fiber preparation from lemon fruit residue by fermentation

JIANG Li，LEI Ji*
（Key Laboratory of Food Bio-Technology，School of Food and Bioengineering，Xihua University，Chengdu 610039，China）

Using lemon fruit reside as material，lactic acid bacteria andTrichoderma virideas fermentation strains，dietary fiber was prepared.The extraction process and physicochemical properties of dietary fiber from lemon fruit reside by two kinds of microbial fermentation was studied.Results showed thatT.viridefermentation was better than lactic acid bacteria fermentation，and the optimum process was determined as follows：T.viride

inoculum 6%，fermentation temperature 34℃，time 50 h，and substrate pH 5.0.Under these conditions，the dietary fiber content of the product was up to 88.3%，the swelling and water holding capacity was 13.21 ml/g and 9.15 g/g，respectively.

lemon fruit residue；fermentation；dietary fiber

TS261.1

0254-5071（2016）03-0133-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.03.030

2015-11-16

教育部春暉計劃（Z2012019）

蔣麗（1989-），女，碩士研究生，研究方向為食品科學(xué)。

雷激（1966-），女，教授，博士，研究方向為食品科學(xué)。