酸水解-高温协同处理对麦麸膳食纤维的影响

周利茗，徐杰，张志清

（四川农业大学食品学院，四川雅安 625014）

麦麸是小麦制粉过程中的主要副产物，我国麦麸年产量可达2 000 万t 以上[1]。其营养价值丰富，含有大量的膳食纤维、蛋白质、脂肪、维生素等营养元素。膳食纤维除能防止便秘、结肠癌和动脉粥样硬化[2]。Manisha Chandalia 等研究发现，高膳食纤维的摄入，可以有效控制2 型糖尿病患者的血糖和血脂浓度[3]。除此之外，麦麸中含有多种具有抗氧化、抗肿瘤的生理活性物质，如黄酮类化合物、阿魏酸、植酸以及阿拉伯木聚糖等[4]。Fabrizio Esposito 等研究发现，硬质小麦中靠近糊粉层的部分抗氧化性最高，粉碎度越低抗氧化性越高，这可能与小麦中的酚类物质有关[5]。但是，我国麦麸的综合利用率较低，主要用于饲料和酿造行业，少部分被用作膳食纤维的提取原料[6]。目前，关于麦麸的产品主要有麦麸膳食纤维饼干、麦麸香肠、麦麸膳食纤维火腿肠、麦麸纤维花生饮料等[7-10]。这些产品都是利用麦麸为原料提取膳食纤维，然后将膳食纤维作为功能性成分添加进产品中，仅仅利用了麦麸中的不溶性膳食纤维，而其它生理活性物质并未得到充分利用。

麦麸膳食纤维的生理功能与水溶性和不溶性膳食纤维的比例有直接关系，一般认为水溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维的质量比为1 ∶3 时为最佳[11]。高压蒸煮能提高苹果膳食纤维中水溶性膳食纤维含量，尤其以处理30 min 最明显，提高幅度高达88.4%[12]。金育忠等通过临床试验发现，麦麸膳食纤维粉碎粒度在60 目～80 目之间时，防止便秘的效果、口感、色泽均较好[13]。魏决等研究发现，温度为96 ℃、时间为3 h、pH为3.7 时，苹果可溶性膳食纤维的持水力和膨胀率得到显著提高[14]。郑晓燕等研究表明，高压蒸煮30 min，料液比1 ∶30（g/mL）时，不溶性膳食纤维持水力提高5.05 g/g，膨胀率提高0.4 mL/g[15]。因此本研究采用酸水解法结合高温蒸煮的处理方法加工麦麸，以持水力和膨胀率为判定标准，通过均匀试验设计，确定出加酸高温蒸煮加工麦麸的最佳工艺条件，以期优化出一套操作简单，成本低廉，并且所得麦麸具有较高理化特性的麦麸加工工艺，为利用全麦麸开发保健食品提供技术基础。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

麦麸：市售。

柠檬酸（食用级）：成都市科龙化工试剂厂，使用前配置成2.5%水溶液。

XYF-2E 远红外线食品烤炉：广州红菱电热设备有限公司；FW-100 型高速万能粉碎机：北京中兴伟业仪器有限公司；SYQ-DSX-2BOB 型手提式不锈钢压力蒸气锅：上海申安医疗器械厂；DHG-9031 型电热恒温干燥箱：成都特思特仪器有限公司；MICROMAX 型离心机：美国Thermo 公司；CP225D 型电子天平：德国Sartorius 公司。

1.2 工艺流程

麦麸预处理：将麦麸倒入清水中清洗，除去其中杂质，及麦麸上附着的淀粉。将清洗过的麦麸平铺于烘盘中，在200 ℃下进行焙烤，直至麦麸被烘干并出现浓郁的焦香味。然后将预处理后的麦麸装入封口袋中，室温下保存备用。

工艺流程：预处理麦麸粉碎→加水浸泡→加酸调pH→高温蒸煮→过滤→干燥→保存、测定持水力和膨胀率

1.3 高温蒸煮工艺条件的均匀试验设计

1.3.1 最优工艺条件的均匀试验

准确称取预处理麦麸5 g，加入相应比例蒸馏水，加2.5%柠檬酸调节pH 后，进行高温蒸煮处理。然后过滤，将麦麸置于烘箱中80 ℃条件下烘干10 h 待测。

根据工艺流程，确定出粒度大小（X1）、固液比（X2）、pH（X3）、温度（X4）、时间（X5）5 个主要影响因素。综合其他学者的研究结果[13-15]，本研究采用U11（1110）均匀设计表进行均匀试验，以持水力和膨胀率为考察标准，每组试验重复3 次，结果采用SPSS18.0 进行分析，确定出最优工艺参数。各因素水平设计如表1 所示。

1.3.2 持水力和膨胀率的测定

参考王兆升等（2010）的方法测定各组实验处理后的麦麸持水力和膨胀率[16]。

表1 均匀试验因素水平表Table 1 Levels of the factors

1.3.2.1 持水力的测定

称取待测样品0.5g 于50mL 离心管中，加入20 mL蒸馏水，混匀后室温下静置24 h。然后在6 500 r/min条件下离心15 min 后小心去除上清液，称重残留物。按照下式计算持水力。

1.3.2.2 膨胀率的测定

称取待测样品0.3 g 于10 mL 量筒中，加入蒸馏水5 mL，混匀后室温下静置24 h。然后读取量筒中样品自由膨胀的体积数（mL）。按照下式计算

2 结果与分析

2.1 均匀试验确定最佳工艺参数

按U11（1110）均匀设计表进行均匀试验，每个处理重复3 次，结果见表2。

采用SPSS18.0 软件的Enter 分析方法，分别对均匀实验结果持水力和膨胀率进行多元线性回归分析，建立多元回归方程，并进行显著性检验，综合两个方程的分析结果，确定出最佳工艺参数。

2.1.1 持水力多元回归方程建立与分析

以持水力为因变量，经软件处理，得持水力多元回归方程：

该方程的复相关系数R=0.947，R2=0.896，说明四个影响因素X1、X2、X3、X5与持水力有高度显著的线性关系，X4与持水力不存在显著的线性关系。通过方差分析表3 可以看出，F=12.954＞F0.01（4，6）=9.15，方程回归效果极显著，即说明方程有意义。回归系数结果如表4 所示。

表3 方差分析表Table 3 Anova table

表4 回归系数表Table 4 Regression coefficient

通过表4 可以看出常量、X1、X2的回归系数极显著，X3与X5的回归系数显著，说明变量间的线性相关性较显著，所建立的方程是有效的。

根据方程可知，各因素影响顺序为X5＞X3＞X2＞X1，即蒸煮时间影响最大，其次是pH，然后依次是固液比和粒度大小。因此，根据持水力的多元线性回归方程确定出的最佳工艺条件为，粒度大小为0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、蒸煮时间3 h。

2.1.2 膨胀率多元回归方程建立与分析

以膨胀率为因变量，经软件处理，得膨胀率多元回归方程：

该方程的复相关系数R=0.951，R2=0.904，说明三个影响因素X1、X2、X4与膨胀率有高度显著的线性关系，X3和X5与膨胀率不存在显著的线性关系。分析分差见表5。

表5 方差分析表Table 5 Anova table

通过方差分析表5 可以看出，F=21.947＞F0.01（3，7）=8.45，方程回归效果极显著，即说明方程有意义。回归系数结果如表6 所示。

表6 回归系数表Table 6 Regression coefficient

通过表6 可以看出X1和X4的回归系数极显著，常量与X2的回归系数显著，说明变量间的线性相关性较显著，所建立的方程是有效的。

根据方程可知，各因素影响顺序为X2＞X4＞X1，即固液比影响最大，其次是温度，最后是粒度大小。因此，根据膨胀率的多元线性回归方程确定出的最佳工艺条件为，粒度大小为0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、温度120 ℃。

综合持水力和膨胀率两个方程所确定的最佳工艺条件，得最终最佳工艺条件为粒度大小为0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、温度120 ℃、蒸煮时间3 h。在该最佳条件进行三次平行验证实验持水力分别为8.042 1、8.075 4、7.831 5 g/g，平均值为7.983 0 g/g（RSD=1.4%）。膨胀率分别为8.632 1、8.658 0、8.305 6 mL/g，平均值为8.531 9 mL/g（RSD=1.9%）。

3 讨论与结论

3.1 加酸高温蒸煮处理可显著提高膳食纤维持水力和膨胀率

通过均匀试验设计确定出加酸高温蒸煮处理麦麸的最佳工艺条件为粒度大小为0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、温度120 ℃、蒸煮时间3 h。最佳工艺条件处理的麦麸持水力为7.983 0 g/g，膨胀率为8.531 9 mL/g，而未经高温蒸煮处理的麦麸持水力为5.135 1 g/g，膨胀率为4.761 3 mL/g。加酸高温蒸煮处理后麦麸的持水力和膨胀率分别为未经处理麦麸的1.55和1.79 倍。王跃等研究表明，麦麸在350 MPa 超高压条件下，料液比1 ∶5（g/mL）条件下处理10 min，持水力为原料的1.28 倍；处理15 min，膨胀率为原料的1.68 倍[17]。郑刚等研究表明，高温高压蒸煮使豆渣膳食纤维的持水力降低，但对膨胀率影响不大。而本研究中，经加酸高温高压蒸煮后麦麸的持水力和膨胀率都有显著提高[18]。

3.2 加酸高温蒸煮影响膳食纤维性质的机理

加酸高温蒸煮与超高压处理和高压蒸煮相比，虽然处理时间相对较长，但对提高麦麸的持水力和膨胀率效果更为显著。粒度减小，比表面积增大，组织结构疏松就能使得麦麸中的亲水基团大量裸露，物料表现出高持水力；组织结构疏松有助于物料形成较好的空间网状结构，使得空间结构具有较好的支撑作用，物料表现出高膨胀率[17]。本研究中，经过加酸高温蒸煮后，麦麸的组织结构受到影响，大量的亲水基团裸露，组织结构疏松形成了较好的空间结构，因此，持水力和膨胀率得到显著提高。

酸法结合高温蒸煮的加工工艺，能有效增强麦麸的生理活性物质释放，并且操作简单，成本低廉，易于实现规模化生产。此工艺可以为进一步开发全麦麸膳食纤维食品提供技术基础。

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