豆渣中水溶性膳食纖維的提取研究

1 膳食纖維的分類

膳食纖維具有很好的保健功能，在調節腸道功能、預防便秘、防治腸道疾病、降低血糖和血壓、減肥和預防心血管疾病方面有著很好的作用。當前關于如何從食物或者從植物當中提取膳食纖維，尤其是增加可溶性膳食纖維的提取量，已經成為很多科研部門需要重點攻克的難題。

大豆當中富含油脂和蛋白質，大豆生產加工所剩余的豆渣當中含有豐富的膳食纖維，通過對大豆當中的膳食纖維進行進一步地分解或者提取處理，能夠大大拓展膳食纖維的具體來源，同時也能夠提高大豆資源的利用效率。大豆生產加工之后所產生的豆渣當中的膳食纖維主要以非水溶性的膳食纖維為主，這類膳食纖維的分子量相對較大，往往不能被人體很好地利用。水溶性的膳食纖維進入機體之后往往不能被消化，但在熱水或溫水中能更好地溶解，這類膳食纖維在人類的腸道當中能更好地與各種有害物質相結合，從而加速各種有毒有害物質的排出，同時還具有一定的飽腹感，在緩解肥胖以及促進消化等方面有著很好的作用。水溶性膳食纖維的種類多種多樣，常見的水溶性膳食纖維包括葡聚糖、半乳甘露聚糖等幾種[1]。水溶性膳食纖維相較于非水溶性的膳食纖維，其生理特點更加顯著，通過加工處理，能夠將其制作成各種分散劑、乳化劑、穩定劑或者黏附劑，不僅在食品加工當中有著很好的應用價值，而且在工業制藥等領域都有著廣泛的應用。

2 豆渣中水溶性膳食纖維的提取方法

2.1 物理提取方法

豆渣當中富含膳食纖維，通過對豆渣當中的膳食纖維進行檢測，能夠發現水溶性膳食纖維所占據的比例相對較少，大多數以高分子的非水溶性膳食纖維為主。因此，在進行豆渣中水溶性膳食纖維處理過程中，就需要進行適當地處理，將非水溶性的膳食纖維轉變成水溶性的膳食纖維，也就是利用某些技術手段將大分子的膳食纖維轉變成小分子的水溶性膳食纖維。在對豆渣中膳食纖維進行提取處理過程中，通過在外部營造一個高壓的環境，利用超聲波對豆渣進行適當地處理，能夠使非水溶性的膳食纖維中的連接鍵斷裂，形成很多小分子形式的水溶性膳食纖維，最終能夠實現非水溶性膳食纖維向著水溶性膳食纖維的轉變。例如，通過超聲波處理的方法能使大豆豆渣當中的纖維素、半纖維素、木質素等大分子連接鍵產生斷裂。當前物理提取水溶性膳食纖維常用到的方法包括擠壓蒸煮法、瞬時高壓處理技術以及超聲波處理技術[2]。

2.1.1 擠壓蒸煮法

擠壓蒸煮技術就是將豆渣放置在一個能夠加壓的設備當中，給予高溫高壓作用，高溫高壓使豆渣當中的水分迅速汽化，分子之間的結構產生形變，尤其是在膨化的一瞬間，能使物料結構發生顯著變化，變得更加疏松，不僅能改善物料的風味，還能使大分子的化合物轉變成小分子的化合物，使豆渣當中的水溶性膳食纖維的含量進一步增加。利用擠壓蒸煮法對大豆豆渣進行處理，產生的膳食纖維當中水溶性膳食纖維能夠增加10%～16%。

2.1.2 瞬時高壓技術

高壓處理方式與擠壓蒸煮處理方式的原理大致相同，就是將物料放置在一個密封的環境當中，給予瞬時高壓。通過營造高壓處理環境，使物料之間相互碰撞，相互撞擊，產生空穴爆炸，并利用一系列的膨化作用，使豆渣當中的某些不溶于水的膳食纖維結構被進一步切斷轉變成小分子可溶性的膳食纖維，從而大大提高豆渣當中水溶性膳食纖維的含量和質量[3]。

2.1.3 超聲波處理技術

超聲波處理技術是在一定的空間當中所形成的一種機械振蕩，其頻率范圍較高。在密閉環境下利用超聲波對物質進行處理，能產生強烈的振蕩作用，與多種媒介相互作用，產生熱能、機械能，并且能夠產生較大的沖擊波，對豆渣內部的各個組織結構進行沖擊處理，從而使大分子的化學鍵發生斷裂，還能進行一系列的氧化還原反應。在這一過程中豆渣當中的大分子的膳食纖維能夠轉變成小分子的膳食纖維，大大增加可溶性膳食纖維的含量和濃度。

2.2 化學提取方法

2.2.1 酸化處理法

在室溫條件下，豆渣當中的很多不溶性的膳食纖維的化學鍵結構相對較為穩定。酸性環境下，適當的溫度會使得物質之間出現不同程度的酸化反應，使化學鍵進一步地水解，能夠大大降低分子量使不溶性的膳食纖維向著水溶性膳食纖維轉變，同時也能使分子的聚合度逐漸下降，進一步增加豆渣當中水溶性膳食纖維的含量。

2.2.2 堿化處理法

與酸化處理模式相同，在進行豆渣處理過程中，通過向其中添加一些強堿性的物質，能夠實現對膳食纖維的有效降解處理[4]。在降解處理過程中，纖維素和半纖維素會發生剝皮反應，具有還原性末端的糖基逐個分解下來，分解下來的糖基會轉變為異變糖酸。堿化處理過程中需要給予適當的pH和溫度環境，如此才能使大分子的化學鍵發生斷裂，使分子的聚合能力逐漸下降，在此背景之下纖維素和半纖維素就會產生一系列的剝脫反應，并逐漸轉變成小分子的水溶性膳食纖維，并且所產生的水溶性膳食纖維大多數會以鈉鹽的形式溶解在水溶液當中。堿化處理模式相較于酸化處理模式，其處理效率相對較低。

2.3 生物處理技術

生物處理技術就是利用酶處理技術或者發酵處理技術，來進一步分解膳食纖維當中的不溶性膳食纖維，將其轉變成水溶性的膳食纖維。酶處理方式就是在豆渣當中添加蛋白酶，利用蛋白酶的生化作用，將豆渣當中的蛋白質進一步地水解，同時再配合使用淀粉酶將大分子的淀粉轉變成小分子的糖類，利用纖維素酶使不溶性的膳食纖維發生水解反應，形成很多小分子的水溶性膳食纖維。發酵處理技術就是利用微生物的發酵原理，即微生物在繁殖過程中能利用碳源氮源來獲取能量，使豆渣當中的植酸進一步下降，同時還能夠大大降低淀粉、蛋白質的含量，然后再通過一系列的生化反應提高產物當中水溶性膳食纖維的含量。發酵處理方法生產系統相對較為簡單，并且運行成本相對較低，在生產過程中不會產生污染物。在當前發酵處理過程中可以利用乳酸菌產生酸來提取豆渣中的水溶性膳食纖維。

2.3.1 酶處理方法

在可溶性膳食纖維制備過程中，應用化學處理制備得到的膳食纖維當中會有少量的蛋白質和淀粉，要想制備一定純度的可溶性膳食纖維，就需要充分應用現代生物技術，其中酶處理方法應用最廣泛。在可溶性膳食纖維制備過程中，使用蛋白酶能去除膳食纖維當中的蛋白質，同時能夠釋放出更多的營養物質；使用淀粉酶能夠溶解可溶性膳食纖維當中的淀粉[5]。此外，也可以使用纖維素酶分解處理發酵物當中的不溶性膳食纖維，將其轉變成可溶性的膳食纖維，甚至可以利用酶將大分子的膳食纖維轉變成小分子的單糖或者寡糖，從而更好地提高可溶性膳食纖維的生產效率。馬毓霞等[3]的研究結果表明，利用酶制劑對豆渣進行適當地處理，可溶性膳食纖維得率能夠達到10%以上，膳食纖維的持水率達到7.7%，膨脹率達到了4.2%以上。由此可知，酶處理方法制備可溶性膳食纖維能夠大大提高反應速率，提高反應成效，同時也能夠及時消除膳食纖維當中的淀粉、蛋白質，并且能夠實現對不溶性膳食纖維的有效分解，大大提高可溶性膳食纖維的含量。

2.3.2 發酵處理方法

發酵處理方法就是利用微生物的發酵作用，通過微生物繁殖生長過程中的能量消耗，全面消耗原料當中的碳源、氮源以及各種植酸，大大減少原料當中淀粉和蛋白質的含量。微生物在發酵繁殖過程中，自身會產生很多有益物質，這些有益物質主要包括了各種酸、各種酶，并且在酸類酶類的作用之下，不溶性的大分子膳食纖維轉變成小分子的單糖或者寡糖，大大增加了水溶性膳食纖維的含量[6]。但在制備過程中一定要明確最佳的操作方法和操作流程，因為過度的水解反應也會對可溶性膳食纖維的功能造成不良影響。一般情況下發酵法制備可溶性膳食纖維所使用的時間相對較短，并且由于采用微生物發酵，成本投入相對較低，在生產過程中不會產生異味和各種次級代謝產物，有利于實現工業化生產。同時，發酵法制備的膳食纖維當中蛋白質、粗纖維、乙醚提取物的含量高，并且持水能力相對較強，顯著優于化學法制備的可溶性膳食纖維。當前在可溶性膳食纖維制備過程中，一般選擇使用乳酸菌發酵制備技術，能進一步提取豆渣當中的膳食纖維，豆渣當中的某些成分在酸性的環境下糖苷鍵會發生斷裂，并且會產生新的還原末端，使不溶性的膳食纖維轉變成水溶性膳食纖維。

3 發展趨勢

當前隨著人們物質生活水平的顯著提升，飲食結構發生了翻天覆地的變化，再加上臨床醫學研究的不斷加深，越來越多的人認識到水溶性膳食纖維的生理功能。隨著市場對水溶性膳食纖維的需求量不斷增加，該物質的提取工藝勢必會逐漸發展成熟，并且也會成為食品加工的研究熱點。因此，在今后可溶性膳食纖維生產加工過程中，勢必會從膳食纖維的分離制備以及膳食纖維的工業化生產等幾個方面入手，進一步探究更加科學合理以及高效的生產方法。

4 結語

綜上所述，大豆豆渣當中富含膳食纖維，對豆渣中膳食纖維進行有效提取加工，既能防止資源的嚴重浪費，減輕環境污染，又能拓展膳食纖維的來源，降低膳食纖維的開發成本，一舉多得。對此就需要研究人員不斷加強技術研究，從諸多技術入手，構建綜合性的開發利用方法，進一步提高大豆豆渣當中水溶性膳食纖維的提取率。