玉米麸皮不同处理及其成分分析

李勤勤，耿欣

（青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛266109）

玉米麸皮不同处理及其成分分析

李勤勤，耿欣*

（青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛266109）

为探讨玉米麸皮的生理功能，需对玉米麸皮进行处理。通过酶处理除去玉米麸皮中含量较多的蛋白质和淀粉，得到精制玉米麸皮并确定最佳酶解工艺。再分别对精制玉米麸皮进行酸碱处理，得到相应的酸碱解产物。对玉米麸皮、精制玉米麸皮、酸解产物和碱解产物基本成分组成及膳食纤维组成进行分析。结果显示碱性蛋白酶去除玉米麸皮蛋白质的作用要好于酸性蛋白酶和中性蛋白酶。蛋白酶和淀粉酶能使玉米麸皮中的蛋白质和淀粉由10.32%和17.5%分别减少到1.65%和1.23%。精制玉米麸皮总膳食纤维比玉米麸皮增加26%。酸解产物和碱解产物基本成分是可溶性膳食纤维，其中可溶性半纤维素分别为83.52%和86.82%，不含纤维素和木质素。

玉米麸皮；精制玉米麸皮；酸解产物；碱解产物；基本成分

Abstract:Corn bran was treated with different ways to exploit its physiological functions.Starch and protein were removed through enzymatic treatment to obtain refined corn bran (RCB).The main factor of enzymatic hydrolysis through single factor and orthogonal test method was analyzed to establish the best technological conditions.Furthermore,RCB was respectively treated by acid and alkali to obtain the acid hydrolysate(HAC)and alkaline hydrolysate(HAL).The main components and the composition of dietary fibers of corn bran,RCB,HAC,and HAL were analyzed.The results showed that alkaline protease was more effective than neutral and acidic ones to remove protein in corn bran.Alkaline protease and amylase could decrease protein and starch of corn bran from 10.32%to 1.65%and 17.5%to 1.23%,respectively.Total dietary fiber of RCB was increased 26%compared to corn bran.The major components of HAC and HAL from RCB were water soluble fiber,in which hemicellulose was 83.52 and 86.82%,respectively.

Key words：corn bran;refined corn bran;acid hydrolysate;alkaline hydrolysate;components

玉米麸皮是玉米淀粉加工的副产物，产量一般占玉米总量的14%~20%[1]。玉米麸皮由胚乳的糊粉层、残留的胚乳厚壁组织、种皮和果皮构成[2-3]。玉米麸皮膳食纤维的主要成分是阿拉伯木聚糖。木聚糖构成骨架，阿拉伯糖作为侧链连接在骨架上，同时在阿拉伯糖侧链上有大量通过酯键相连的羟基肉桂酸类物质如阿魏酸、香豆酸等[4-5]。玉米麸皮中膳食纤维含量高达60%~70%，但在其纤维表面覆盖有一定量的热源物质——淀粉、蛋白质、脂肪，要制备较为纯净的膳食纤维必须有效的去除这些成分。在膳食纤维的开发过程中，国内目前主要采用化学处理方法，如强酸、强碱、醇等制备膳食纤维。尽管其工艺相对简单，去除淀粉、蛋白质比较彻底，但这一过程几乎导致了100%的水溶性纤维素、超过50%的半纤维素和10%~30%的纤维素损失掉。而恰恰是可溶性半纤维素具有较强的生理功能，因此本研究采用酶法处理玉米麸皮，脱除玉米麸皮中所含的淀粉及蛋白质后，再用有机酸和弱碱处理得到可溶性纤维素和半纤维素含量高的产物，并分析其产物的基本成分组成及膳食纤维组成，为玉米麸皮的进一步利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 原料

玉米麸皮：河南邯城县财鑫集团。

1.2 试剂与仪器

1.2.1 试剂

中性、酸性、碱性蛋白酶（1.67×10-4kat/g）、糖化酶（3.33×10-5kat/g）：无锡酶制剂厂；中温 α-淀粉酶（8.33×10-5kat/g）：北京奥博星生物技术有限责任公司；半透膜（截留分子量14000）：上海普盛生物科技有限公司。

1.2.2 仪器

立式压力蒸汽灭菌器（YXQ-LS-50 SⅡ）：上海博讯实业有限公司医疗设备厂；旋转蒸发仪（RE-52B）：上海亚荣生化仪器厂；半自动凯氏定氮仪（UDK142）、粗脂肪测定仪（SER148）：意大利VELP科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米麸皮不同处理工艺

1.3.1.1 玉米麸皮酶法脱淀粉、蛋白工艺

玉米麸皮→预处理→蛋白酶去除蛋白→淀粉酶去除淀粉→糖化酶降解淀粉→乙醇收集→烘干→粉碎至60目筛→精制玉米麸皮RCB

1.3.1.2 精制玉米麸皮酸处理工艺[6]

RCB 5 g加入30 mmol/L的草酸溶液200 mL于立式压力蒸汽灭菌锅中121℃处理20 min，水冷却，过滤，滤液减压浓缩，加入无水乙醇沉淀，过滤，沉淀干燥粉碎，即得酸解产物HAC。

1.3.1.3 精制玉米麸皮碱处理工艺[6]

RCB 5 g加入17.5%的NaOH溶液100 mL，充入氮气密封，37℃水浴16 h，盐酸中和。过滤，滤液装入透析袋，透析12 h。减压浓缩，浓缩液加无水乙醇沉淀，过滤干燥得到碱解产物HAL。

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 原料预处理方法

玉米麸皮经水洗2遍，沥干，低温干燥，粉碎过60目筛。

1.3.2.2 蛋白酶的筛选及蛋白酶的水解条件的确定

常用于麸皮蛋白质水解的蛋白酶有中性蛋白酶、风味蛋白酶、Alcalase、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶、酸性蛋白酶等。为了降低生产成本，本实验选择价格较低的3种微生物产蛋白酶（碱性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶）在各自最适pH下进行麸皮蛋白质的水解实验，即在烧杯中称取50 g的玉米麸皮，加入500 mL蒸馏水（用盐酸或氢氧化钠调pH），然后放入50℃的水浴锅中，再往烧杯中加入2.5×10-7kat/g玉米麸皮的酸性蛋白酶、中性蛋白酶或碱性蛋白酶，水解1 h。最后测定滤渣中蛋白质的残留含量。根据上述实验结果选取作用效果好的蛋白酶，对酶解条件进行探讨。选择物料浓度、酶用量、作用时间三因素研究最佳蛋白酶解工艺，试验设计方案见表1。

表1 蛋白酶水解正交因素水平表Table 1 The orthogonal factor level table of protease

1.3.2.3 淀粉酶的水解条件的确定

经蛋白酶水解后，可直接在水解液中加入淀粉酶继续水解，同样对淀粉酶解工艺进行了优化，选择物料浓度、酶用量、作用时间三因素，并在单因素试验基础上采用正交试验研究最佳酶解工艺，试验设计方案见表2。

表2 淀粉酶正交因素水平表Table 2 The orthogonal factor level table of α-amylase

1.3.3 成分测定方法

1.3.3.1 水分的测定

干燥法测定水分含量。

1.3.3.2 灰分的测定

高温灰化法测定灰分含量。

1.3.3.3 蛋白质含量的测定

凯氏定氮法测定蛋白质含量。

1.3.3.4 粗脂肪含量的测定

索氏抽提法测定脂肪含量。

1.3.3.5 淀粉含量的测定

淀粉酶水解法测定淀粉含量。

1.3.3.6 膳食纤维组成的测定

按AACC32-07酶-重量法[7]分别测定总膳食纤维（TDF）、不溶性膳食纤维（IDF）和可溶性膳食纤维（SDF）。

1.3.3.7 纤维素含量的测定

采用72%浓硫酸水解法。

1.3.3.8 半纤维素含量的测定

采用2 mol/L盐酸水解法。

1.3.3.9 木质素含量的测定

采用硫酸木质素法进行测定。

2 结果与分析

2.1 蛋白酶筛选结果

在此实验中选取了3种价格相对低廉的蛋白酶，即酸性蛋白酶、中性蛋白酶、碱性蛋白酶进行筛选，使这3种酶分别在最适pH下水解玉米麸皮中的蛋白质，最后测定麸皮中蛋白质的剩余含量，结果如表3所示。

表3 不同蛋白酶对玉米麸皮中蛋白质的水解TabIe 3 Effects of different proteases on the hydrolysis of corn bran protein

由表3可知，碱性蛋白酶在最适pH 10.0的情况下对玉米麸皮蛋白质的水解能力最强，水解完后蛋白质残留量只有1.56%，而其他两种酶的水解能力相对较弱，其中酸性蛋白酶的水解能力最差，水解完后蛋白质残留量为4.5%。因此，选择碱性蛋白酶进行水解玉米麸皮蛋白质。

2.2 蛋白酶的水解条件的确定

正交试验结果见表4。

表4 蛋白酶水解正交试验结果Table 4 The results of orthogonal test using protease

从表4中的极差R值分析可知，RA＞RB＞RC。在影响蛋白质水解的各因素中，影响程度大小依次为底物浓度＞酶浓度＞作用时间。获得较少蛋白残留量的反应条件为A2B3C2，较优的工艺条件为底物浓度15%、酶浓度2.5×10-7kat/g RCB，作用时间1 h。进一步以所确定的最优工艺参数做验证实验，蛋白残留率降至0.72%。

2.3 淀粉酶水解条件的确定

实验结果见表5。

表5 淀粉酶正交试验结果Table 5 The results of orthogonal test using α-amylase

从表5中经极差R值分析可知，在淀粉水解的各影响因素中，影响程度最大的是底物浓度，其次为酶浓度、作用时间，较优的工艺条件为A1B3C1。即：淀粉水解最优工艺参数为：物料质量分数10%、酶浓度为3.33×10-7kat/g RCB、作用时间1 h。进一步以所确定的最优工艺参数做验证实验，制得的精制玉米麸皮中淀粉残留量为1.42%。

2.4 玉米麸皮和RCB主要成分分析

酶处理前后玉米麸皮中各组分的含量，见表6。

表6 酶处理前后玉米麸皮中各组分的含量Table 6 The content of each component of corn bran and RCB%（以干基计）

由表6可知，玉米麸皮中除膳食纤维外，含量较高的是蛋白质和淀粉。酶处理后，玉米麸皮中残留的淀粉只占1.23%，蛋白质占1.65%。精制玉米麸皮中TDF的含量为83.52%。

2.5 玉米麸皮和RCB的膳食纤维基本组成

玉米麸皮和RCB的膳食纤维组成见表7。经过酶解处理后得到的RCB，其TDF和IDF均增加26%，纤维素和木质素增加28%和60%，但二者的SDF和半纤维素含量差别不大。玉米麸皮和RCB中半纤维素是主要组成，其次是纤维素。

2.6 HAC和HAL基本组成

HAC和HAL各组分含量见表8。

表7 玉米麸皮和RCB的膳食纤维基本组成Table 7 The composition of dietary fiber of corn bran and RCB%（以干基计）

表8 HAC和HAL中各组分含量Table 8 The content of each component of HAC and HAL%（以干基计）

由表8可见HAC、HAL中不含蛋白质和淀粉，可能是RCB残留的蛋白质、淀粉在酸碱处理中经高温被分解掉。HAC、HAL主要成分是可溶性的半纤维素，不含纤维素和木质素。

精制玉米麸皮RCB，干燥粉碎后为淡黄色粉末，如图1；RCB经酸处理后得到的酸解产物HAC，干燥粉碎后为淡黄色粉末，如图2；RCB经碱处理后得到的碱解产物HAL，干燥粉碎后为褐色粉末，如图3。

图1 .RCBFig.1 RCB

图2 .HACFig.2 HAC

3 结果与讨论

图3 .HALFig.3 HAL

本研究通过酶处理除去玉米麸皮中含量较多的蛋白质和淀粉，得到精制玉米麸皮，再分别对精制玉米麸皮进行酸碱处理，得到相应的酸碱解产物。对玉米麸皮、精制玉米麸皮、酸解产物和碱解产物基本成分组成及膳食纤维组成进行分析。结果显示碱性蛋白酶去除玉米麸皮蛋白质的作用要好于酸性蛋白酶和中性蛋白酶。蛋白酶和淀粉酶能使玉米麸皮中的蛋白质和淀粉由10.32%和17.5%分别减少到1.65%和1.23%。精制玉米麸皮总膳食纤维比玉米麸皮增加26%。酸解产物和碱解产物基本成分是可溶性膳食纤维，其中可溶性半纤维素分别为83.52%和86.82%，不含纤维素和木质素。

有文献报道玉米麸皮中蛋白质以特殊的立体结构组成蛋白质网[8]，这种蛋白质网包裹着淀粉颗粒，因此本试验先采用蛋白酶水解蛋白，使玉米麸皮暴露出淀粉分子，再采用淀粉酶水解淀粉，最后用糖化酶将淀粉酶水解淀粉生成的糊精和一些还原糖继续水解成葡萄糖等小分子物质，使其更易除去，进一步提高膳食纤维的含量。在此条件下制备的精制玉米麸皮膳食纤维含量可达83.52%，蛋白质和淀粉残留不到2%。

Kato等[9]通过分析酸或酶处理后的植物细胞壁单糖组成时发现，不可溶的玉米麸皮经处理后的主要成分是可溶性阿魏酸阿拉伯木聚糖酯；而经碱处理后，乙酰基、阿魏酰基和ρ-香豆酰酯被水解，释放出酸，因此碱处理后的产物的主要成分是可溶性的阿拉伯木聚糖。从HAC、HAL成分分析来看，HAC、HAL的主要组成是可溶的半纤维素多糖。它们的单糖组分及阿魏酸含量的分析将进一步被研究。

[1]贺吉苑.玉米纤维素加工技术[EB/OL].http：//www.chinamaize.com.cn.[2005-10-14]

[2]Chanliaud E,Saulnier L,Thibault J F.HALaline extraction and characterisation of heteroxylans from maize bran[J].Journal of cereal science,1995,21(2)：195-203

[3]Gaspar M,Kalman G,Reczey K.Corn fiber as a raw material for hemicellulose and ethanol production[J].Process Biochem,2007,42(7)：1135-1139

[4]Xiaokun Wang,Xin Geng,Yukari Egashira,et al.Purification and characterization of a feruloyl esterase from the intestinal bacterium Lactobacillus acidophyilus[J].Appl Environ Microbiol,2004,70(4)：2367-2372

[5]Xiaokun Wang,Xin Geng,Yukari Egashira,et al.Release of Ferulic acid from Wheat bran by an Inducible Feruloyl Esterase from an Intestinal Bacterium Lactobacillus acidophilus[J].Food science and technology research,2005,11(3)：241-247

[6]Nishizawa C,Ohta T,Egashira Y,et al.Differences in enzymatic activities of cecal contents of rats fed on differently processed dietary fibers[J].Food Sci Technol Int Tokyo,1997,3(4)：379-383

[7]超分子化学 [EB/OL].http：//www.6yes.com/bbs/redirect.php?fid=604&tid=148150&goto nextnewset[2007-10-03]

[8]王遂,刘芳.高活性玉米膳食纤维的制备、性质与应用[J].食品科学,2000,21(7)：22-24

[9]Kato Y.Enzymatic dissociation of plant cell wall polysaccharides[J].Nippon Jozogakkaishi,1992,87：107-115

Different Processes of Corn Bran and Determination of Main Components

LI Qin-qin,GENG Xin*
（College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong,China）

2012-03-07

国家自然基金（31071536）；山东省中青年科学家奖励基金（BS2010SW011）；青岛农业大学高层次人才启动基金（630713）

李勤勤（1984—），女（汉），硕士生，研究方向：食品营养。

*通信作者：耿欣（1972—），研究方向：食品营养学和分子营养学。