酸水解-高溫協同處理對麥麩膳食纖維的影響

周利茗，徐杰，張志清

（四川農業大學食品學院，四川雅安 625014）

麥麩是小麥制粉過程中的主要副產物，我國麥麩年產量可達2 000 萬t 以上[1]。其營養價值豐富，含有大量的膳食纖維、蛋白質、脂肪、維生素等營養元素。膳食纖維除能防止便秘、結腸癌和動脈粥樣硬化[2]。Manisha Chandalia 等研究發現，高膳食纖維的攝入，可以有效控制2 型糖尿病患者的血糖和血脂濃度[3]。除此之外，麥麩中含有多種具有抗氧化、抗腫瘤的生理活性物質，如黃酮類化合物、阿魏酸、植酸以及阿拉伯木聚糖等[4]。Fabrizio Esposito 等研究發現，硬質小麥中靠近糊粉層的部分抗氧化性最高，粉碎度越低抗氧化性越高，這可能與小麥中的酚類物質有關[5]。但是，我國麥麩的綜合利用率較低，主要用于飼料和釀造行業，少部分被用作膳食纖維的提取原料[6]。目前，關于麥麩的產品主要有麥麩膳食纖維餅干、麥麩香腸、麥麩膳食纖維火腿腸、麥麩纖維花生飲料等[7-10]。這些產品都是利用麥麩為原料提取膳食纖維，然后將膳食纖維作為功能性成分添加進產品中，僅僅利用了麥麩中的不溶性膳食纖維，而其它生理活性物質并未得到充分利用。

麥麩膳食纖維的生理功能與水溶性和不溶性膳食纖維的比例有直接關系，一般認為水溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的質量比為1 ∶3 時為最佳[11]。高壓蒸煮能提高蘋果膳食纖維中水溶性膳食纖維含量，尤其以處理30 min 最明顯，提高幅度高達88.4%[12]。金育忠等通過臨床試驗發現，麥麩膳食纖維粉碎粒度在60 目～80 目之間時，防止便秘的效果、口感、色澤均較好[13]。魏決等研究發現，溫度為96 ℃、時間為3 h、pH為3.7 時，蘋果可溶性膳食纖維的持水力和膨脹率得到顯著提高[14]。鄭曉燕等研究表明，高壓蒸煮30 min，料液比1 ∶30（g/mL）時，不溶性膳食纖維持水力提高5.05 g/g，膨脹率提高0.4 mL/g[15]。因此本研究采用酸水解法結合高溫蒸煮的處理方法加工麥麩，以持水力和膨脹率為判定標準，通過均勻試驗設計，確定出加酸高溫蒸煮加工麥麩的最佳工藝條件，以期優化出一套操作簡單，成本低廉，并且所得麥麩具有較高理化特性的麥麩加工工藝，為利用全麥麩開發保健食品提供技術基礎。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

麥麩：市售。

檸檬酸（食用級）：成都市科龍化工試劑廠，使用前配置成2.5%水溶液。

XYF-2E 遠紅外線食品烤爐：廣州紅菱電熱設備有限公司；FW-100 型高速萬能粉碎機：北京中興偉業儀器有限公司；SYQ-DSX-2BOB 型手提式不銹鋼壓力蒸氣鍋：上海申安醫療器械廠；DHG-9031 型電熱恒溫干燥箱：成都特思特儀器有限公司；MICROMAX 型離心機：美國Thermo 公司；CP225D 型電子天平：德國Sartorius 公司。

1.2 工藝流程

麥麩預處理：將麥麩倒入清水中清洗，除去其中雜質，及麥麩上附著的淀粉。將清洗過的麥麩平鋪于烘盤中，在200 ℃下進行焙烤，直至麥麩被烘干并出現濃郁的焦香味。然后將預處理后的麥麩裝入封口袋中，室溫下保存備用。

工藝流程：預處理麥麩粉碎→加水浸泡→加酸調pH→高溫蒸煮→過濾→干燥→保存、測定持水力和膨脹率

1.3 高溫蒸煮工藝條件的均勻試驗設計

1.3.1 最優工藝條件的均勻試驗

準確稱取預處理麥麩5 g，加入相應比例蒸餾水，加2.5%檸檬酸調節pH 后，進行高溫蒸煮處理。然后過濾，將麥麩置于烘箱中80 ℃條件下烘干10 h 待測。

根據工藝流程，確定出粒度大小（X1）、固液比（X2）、pH（X3）、溫度（X4）、時間（X5）5 個主要影響因素。綜合其他學者的研究結果[13-15]，本研究采用U11（1110）均勻設計表進行均勻試驗，以持水力和膨脹率為考察標準，每組試驗重復3 次，結果采用SPSS18.0 進行分析，確定出最優工藝參數。各因素水平設計如表1 所示。

1.3.2 持水力和膨脹率的測定

參考王兆升等（2010）的方法測定各組實驗處理后的麥麩持水力和膨脹率[16]。

表1 均勻試驗因素水平表Table 1 Levels of the factors

1.3.2.1 持水力的測定

稱取待測樣品0.5g 于50mL 離心管中，加入20 mL蒸餾水，混勻后室溫下靜置24 h。然后在6 500 r/min條件下離心15 min 后小心去除上清液，稱重殘留物。按照下式計算持水力。

1.3.2.2 膨脹率的測定

稱取待測樣品0.3 g 于10 mL 量筒中，加入蒸餾水5 mL，混勻后室溫下靜置24 h。然后讀取量筒中樣品自由膨脹的體積數（mL）。按照下式計算

2 結果與分析

2.1 均勻試驗確定最佳工藝參數

按U11（1110）均勻設計表進行均勻試驗，每個處理重復3 次，結果見表2。

采用SPSS18.0 軟件的Enter 分析方法，分別對均勻實驗結果持水力和膨脹率進行多元線性回歸分析，建立多元回歸方程，并進行顯著性檢驗，綜合兩個方程的分析結果，確定出最佳工藝參數。

2.1.1 持水力多元回歸方程建立與分析

以持水力為因變量，經軟件處理，得持水力多元回歸方程：

該方程的復相關系數R=0.947，R2=0.896，說明四個影響因素X1、X2、X3、X5與持水力有高度顯著的線性關系，X4與持水力不存在顯著的線性關系。通過方差分析表3 可以看出，F=12.954＞F0.01（4，6）=9.15，方程回歸效果極顯著，即說明方程有意義。回歸系數結果如表4 所示。

表3 方差分析表Table 3 Anova table

表4 回歸系數表Table 4 Regression coefficient

通過表4 可以看出常量、X1、X2的回歸系數極顯著，X3與X5的回歸系數顯著，說明變量間的線性相關性較顯著，所建立的方程是有效的。

根據方程可知，各因素影響順序為X5＞X3＞X2＞X1，即蒸煮時間影響最大，其次是pH，然后依次是固液比和粒度大小。因此，根據持水力的多元線性回歸方程確定出的最佳工藝條件為，粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、蒸煮時間3 h。

2.1.2 膨脹率多元回歸方程建立與分析

以膨脹率為因變量，經軟件處理，得膨脹率多元回歸方程：

該方程的復相關系數R=0.951，R2=0.904，說明三個影響因素X1、X2、X4與膨脹率有高度顯著的線性關系，X3和X5與膨脹率不存在顯著的線性關系。分析分差見表5。

表5 方差分析表Table 5 Anova table

通過方差分析表5 可以看出，F=21.947＞F0.01（3，7）=8.45，方程回歸效果極顯著，即說明方程有意義。回歸系數結果如表6 所示。

表6 回歸系數表Table 6 Regression coefficient

通過表6 可以看出X1和X4的回歸系數極顯著，常量與X2的回歸系數顯著，說明變量間的線性相關性較顯著，所建立的方程是有效的。

根據方程可知，各因素影響順序為X2＞X4＞X1，即固液比影響最大，其次是溫度，最后是粒度大小。因此，根據膨脹率的多元線性回歸方程確定出的最佳工藝條件為，粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、溫度120 ℃。

綜合持水力和膨脹率兩個方程所確定的最佳工藝條件，得最終最佳工藝條件為粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、溫度120 ℃、蒸煮時間3 h。在該最佳條件進行三次平行驗證實驗持水力分別為8.042 1、8.075 4、7.831 5 g/g，平均值為7.983 0 g/g（RSD=1.4%）。膨脹率分別為8.632 1、8.658 0、8.305 6 mL/g，平均值為8.531 9 mL/g（RSD=1.9%）。

3 討論與結論

3.1 加酸高溫蒸煮處理可顯著提高膳食纖維持水力和膨脹率

通過均勻試驗設計確定出加酸高溫蒸煮處理麥麩的最佳工藝條件為粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、溫度120 ℃、蒸煮時間3 h。最佳工藝條件處理的麥麩持水力為7.983 0 g/g，膨脹率為8.531 9 mL/g，而未經高溫蒸煮處理的麥麩持水力為5.135 1 g/g，膨脹率為4.761 3 mL/g。加酸高溫蒸煮處理后麥麩的持水力和膨脹率分別為未經處理麥麩的1.55和1.79 倍。王躍等研究表明，麥麩在350 MPa 超高壓條件下，料液比1 ∶5（g/mL）條件下處理10 min，持水力為原料的1.28 倍；處理15 min，膨脹率為原料的1.68 倍[17]。鄭剛等研究表明，高溫高壓蒸煮使豆渣膳食纖維的持水力降低，但對膨脹率影響不大。而本研究中，經加酸高溫高壓蒸煮后麥麩的持水力和膨脹率都有顯著提高[18]。

3.2 加酸高溫蒸煮影響膳食纖維性質的機理

加酸高溫蒸煮與超高壓處理和高壓蒸煮相比，雖然處理時間相對較長，但對提高麥麩的持水力和膨脹率效果更為顯著。粒度減小，比表面積增大，組織結構疏松就能使得麥麩中的親水基團大量裸露，物料表現出高持水力；組織結構疏松有助于物料形成較好的空間網狀結構，使得空間結構具有較好的支撐作用，物料表現出高膨脹率[17]。本研究中，經過加酸高溫蒸煮后，麥麩的組織結構受到影響，大量的親水基團裸露，組織結構疏松形成了較好的空間結構，因此，持水力和膨脹率得到顯著提高。

酸法結合高溫蒸煮的加工工藝，能有效增強麥麩的生理活性物質釋放，并且操作簡單，成本低廉，易于實現規模化生產。此工藝可以為進一步開發全麥麩膳食纖維食品提供技術基礎。

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