玉米是中国的粮食作物之一，产量巨大。在玉米加工期间，产生了大量的玉米皮渣副产物。长期以来，因为技术和条件的限制，其只能作为饲料或肥料，造成资源的浪费[1]。
膳食纤维是除脂肪、维生素、碳水化合物、蛋白质、水和矿物质6种营养素之外的“第七种营养素”[2]。根据水溶性的差异，可分为两类：不溶性膳食纤维和水溶性膳食纤维[3]。不溶性膳食纤维作用于肠道并促进排便，可溶性膳食纤维可促进血液代谢和降低胆固醇[4]，刺激胰岛中的胰岛素产生，调节血糖水平预防糖尿病的发生[5-8]。此外，研究表明，膳食纤维摄入量与乳腺癌的发生有一定的相关性[9-10]。而膳食纤维的质量由膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量决定[11]，在欧美市场含有水溶性膳食纤维的低能量食物很受欢迎[12]，但一般天然来源膳食纤维中的可溶性膳食纤维含量比较低。因此对膳食纤维改性具有重要意义。
目前，国内外对膳食纤维进行改性的方法包括空气膨胀技术，挤压技术，酶处理技术，湿热处理技术和微生物技术[13]。酶改性膳食纤维使用对不溶性膳食纤维起作用的酶来降解和改变一些不溶性膳食纤维的溶解度[14]。在现有的酶修饰研究中，通常用纤维素酶增加水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）含量[15]，而玉米皮渣中木聚糖与细胞壁结构中的纤维素紧密连接，木聚糖酶的作用不可忽视，故本研究提出使用木聚糖酶和纤维素酶双酶混合处理玉米皮渣，提高SDF得率。本研究实施将有利于我国玉米皮渣的精深加工与利用，可促进我国农业发展及环境改善。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
玉米渣：河北省沧州市淀粉加工厂；木聚糖酶（600万U/g）、纤维素酶（200万U/g）：宁夏夏盛实业集团有限公司；木瓜蛋白酶（1万 U/g）、α-淀粉酶（15万 U/g）、丙酮、无水乙醇（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
YHG-9240A立式电热恒温干燥箱：上海姚氏仪器设备厂；BSY-200T粉碎机：永康市铂欧五金制品有限公司；JA21002电子天平：上海越平科学仪器制造有限公司；TDL-40B低速离心机：上海菲恰尔分析仪器有限公司；PHS-25-01型实验室pH计：艾普计量仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅：江苏金坛荣华仪器制造有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 去除淀粉、蛋白质工艺
在低温下干燥玉米皮渣→粉碎、过40目筛→调pH7.0→温度40℃加入蛋白酶→酶解90 min→调pH5.0→在60℃下加入0.4%的α-淀粉酶→酶解50 min→调pH4.5→温度60℃加糖化酶→酶解90min→80℃灭酶5min→在5000r/min速度下离心过滤10min→离心沉淀洗涤3次→烘干至恒重
1.3.2 水溶性膳食纤维制备工艺
酶解去除淀粉和蛋白质的玉米皮渣→调pH值→加木聚糖酶和纤维素酶提取膳食纤维→离心→上清液→醇沉→提取水溶性膳食纤维
1.3.3 双酶改性制备SDF单因素试验
纤维素酶最适pH 4.8，温度50℃，木聚糖酶最适pH 4～6，温度40℃～75℃。这两种酶有相同的作用条件，因此，在4.8的pH值和50℃的温度下，将其一起加入以进行改性处理。得出SDF得率，作为后续试验的参考指标。
1.3.4 纤维素酶添加量单因素试验
称不溶性膳食纤维 5 g，控制料液比为 1∶10（g/mL），调pH4.8，50℃酶解60 min，分别加入纤维素酶10、20、30、40、50、60 mg/g底物，将酶解后浆液在温度100℃下灭酶5 min，3 500 r/min离心10 min，上清液置于烧瓶中，倒入其4倍体积的无水乙醇。混合均匀并静置60 min，生成沉淀，用漏斗过滤，用80%乙醇将滤渣洗涤2次，再用丙酮洗涤1次，滤渣和滤纸一起放入55℃干燥箱中干燥至恒重，称量，计算SDF得率。
1.3.5 木聚糖酶添加量单因素试验
称不溶性膳食纤维5 g，控制料液比1∶10（g/mL），调pH4.8，控制酶解温度为50℃，酶解60 min，底物分别添加木聚糖酶 10、20、30、40、50、60 mg/g 底物，从上清液中提取SDF以计算SDF得率。
1.3.6 料液比单因素试验
不溶性膳食纤维5 g，调整pH值至4.8，控制酶解温度为50℃，酶解60 min，分别添加木聚糖酶40 mg/g底物和纤维素酶30 mg/g底物，将料液比分别调为1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20（g/mL）。将上清液进行醇提取以提取SDF，计算SDF得率。
1.3.7 酶解时间单因素试验
称取不溶性膳食纤维5 g，调pH4.8，在酶解温度50℃和60 min条件下，加入纤维素酶30 mg/g底物和木聚糖酶 40 mg/g底物，接着分别酶解 40、60、80、100、120、140 min。将上清液进行醇提取以提取SDF，并计算SDF得率。
1.3.8 正交试验
以SDF得率为参考指标，以纤维素酶和木聚糖酶的添加量、料液比和酶解时间为因素，采用正交试验方案。因素水平和试验设计如表1所示。
表1 双酶改性正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal test
水平因素纤维素酶添加量/（mg/g底物）木聚糖酶添加量/（mg/g底物）料液比/（g/mL）酶解时间/min 1 30 30 1∶12 60 2 40 40 1∶14 90 2 50 50 1∶16 120
1.3.9 测定指标及方法
SDF测定：取酶解后离心处理的上清液，加入4倍体积的无水乙醇使沉淀生成，用提前干燥至恒重并称量好的滤纸过滤，乙醇丙酮洗涤滤渣，放入55℃干燥箱干燥至恒重，滤纸增重即为醇析所得的SDF的质量[16]。
SDF得率/%=通过醇解分离获得的SDF质量/
称取不溶性膳食纤维质量×100
2 结果与分析
2.1 纤维素酶添加量对SDF得率的影响
纤维素酶添加量对SDF得率的影响见图1。
图1 纤维素酶添加量对SDF得率的影响
Fig.1 Effect of cellulase addition on yield of SDF
由图1可分析出，随纤维素酶用量的加大，SDF得率增加，纤维素酶添加量在0到40 mg/g底物时，SDF得率增加显著，后期增加不明显，原因是早期纤维素酶有效地把不溶性纤维素转化为可溶性小分子糖，纤维素酶达到一定量时，小分子糖聚合度下降，SDF得率上升不明显，因此纤维素酶的最佳用量为40 mg/g底物。
2.2 木聚糖酶添加量对SDF得率的影响
木聚糖酶添加量对SDF得率的影响见图2。
图2 木聚糖酶添加量对SDF得率的影响
Fig.2 Effect of xylanase addition on yield of SDF
由图2可分析出，随木聚糖添加量的增大SDF得率呈增加趋势，当木聚糖酶添加量达到40 mg/g底物时得率增加缓慢。原因是过多的木聚糖酶将SDF酶解为更小的物质，因此木聚糖酶的最佳添加量为40 mg/g底物。
2.3 料液比对SDF得率的影响
料液比对SDF得率的影响见图3。
由图3可分析出，随着料液比的增加，SDF先增加后减小，当料液比为 1∶14（g/mL）时，SDF 得率最大，料液比增加到1∶16（g/mL）时，SDF的得率下降。原因是底物浓度过大时酶解反应受到抑制，料液比增大酶反应量减少，SDF得率降低，当料液比为1∶10（g/mL）时，SDF得率也较低。综上最佳料液比为1∶14（g/mL）。
图3 料液比对SDF得率的影响
Fig.3 Effect of solid-to-liquid ratio on yield of SDF
2.4 酶解时间对SDF得率的影响
酶解时间对SDF得率的影响见图4。
图4 酶解时间对SDF得率的影响
Fig.4 Effect of extraction time on yield of SDF
从图4可分析出，前期SDF的得率随酶解时间的增加而增加。100 min后，SDF的得率基本不再发生变化。原因是酶解时间多于80 min～100 min后，一部分SDF被降解成小分子糖，降解的速率大于新增的SDF量。综上将酶解时间设定为80 min～100 min。
2.5 双酶改性正交试验
双酶改性正交试验结果见表2。
表2 双酶改性正交试验结果
Table 2 Results of orthogonal test
试验号纤维素酶添加量/（mg/g底物）木聚糖酶添加量/（mg/g底物）料液比/（g/mL）酶解时间/min SDF得率/%1 30 30 1∶12 60 2.542 2 30 40 1∶14 90 2.974 3 30 50 1∶16 120 2.798 4 40 30 1∶14 120 2.654 5 40 40 1∶16 60 2.641 6 40 50 1∶12 90 2.989 7 50 30 1∶16 90 2.728 8 50 40 1∶12 120 2.818 9 50 50 1∶14 60 2.652 K1 8.314 7.924 8.349 7.835 K2 8.248 8.433 8.280 8.691 K3 8.198 8.439 8.167 8.270 k1 2.771 2.641 2.783 2.612 k2 2.761 2.868 2.722 2.897 k3 2.733 2.813 2.701 2.757 R 0.038 0.199 0.082 0.285
由表2可分析出，影响SDF得率的顺序依次为酶解时间>木聚糖酶添加量>料液比>纤维素酶添加量。正交试验最优组合是添加纤维素酶30 mg/g底物、添加木聚糖酶 40 mg/g底物、料液比 1∶12（g/mL）、酶解时间90 min，发现最优组合不在试验组，继续做验证试验，得率为2.996%，比试验组任意组合SDF得率都高，最佳组合得以验证。
3 结论
优化的双酶处理后SDF的产量为2.996%，表明使用双酶修饰不溶于水的玉米麸渣制备SDF是完全可行的，本研究的最佳酶解条件为：纤维素酶添加量30 mg/g底物，木聚糖酶添加量40 mg/g底物，料液比1∶12（g/mL），酶解时间 90 min。
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