玉米膳食纤维研究进展

马先红，贾宇涵，2，刘鑫

（1.吉林化工学院生物与食品工程学院，吉林吉林132022；2.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安271018）

玉米膳食纤维研究进展

马先红1，贾宇涵1，2，刘鑫1

（1.吉林化工学院生物与食品工程学院，吉林吉林132022；2.山东农业大学食品科学与工程学院，山东泰安271018）

玉米皮是玉米加工和生产的主要副产品之一，目前主要用于饲料工业，造成了资源浪费，附加值相对较低。玉米皮因存有大量的玉米膳食纤维，故是制备膳食纤维的良好原料。针对玉米膳食纤维的生理功能进行总结，对玉米膳食纤维提取和改性的方法以及玉米膳食纤维在食品中的应用进行概述，并对玉米膳食纤维的发展进行前景展望，以期对玉米膳食纤维的研究和产品的开发及其利用提供参考。

玉米膳食纤维；提取；改性；生理功能

膳食纤维是一种天然有机大分子化合物，是由大量失水性β-葡萄糖组成的非淀粉多糖，它包括纤维素、半纤维素和果胶、甲壳素等物质[1]。膳食纤维的生理作用在人体中拥有着不可替代的地位，譬如在增强肠道健康、改善便秘、控制体重等方面都有着独特的功效和功能，对人们的健康具有重要的作用，越来越受到人们的重视[2-3]，并已证明其在预防和治疗富贵病、防癌抗癌等方面效果明显[4]。因此，膳食纤维被大多科学家认作“人类第七种营养素”[5-6]。当前国内外对大麦、小麦、豆类、大米和玉米等谷物中的膳食纤维进行了深入研究[7-12]。玉米皮是玉米淀粉加工生产的副产品，占玉米总量的14%～20%，其中玉米膳食纤维60%～70%[13]，由于口感粗糙、水溶性差，利用率低，造成浪费。因此，对玉米加工的副产品进行开发利用，既能提高玉米深加工产品的附加值，延长产业链，又可以变废为宝，改善环境污染问题，对提高人民的健康水平具有现实意义。

1 玉米膳食纤维的生理功能

1.1 降血脂作用

不同种类的膳食纤维会表现出完全不同的降血脂作用机制，玉米膳食纤维的降血脂作用，主要通过以下这3个途径来实现：一是由于膳食纤维具有的吸附作用，可以使其结合小肠中的胆酸盐，减少肝肠循环时重新吸收，促进胆固醇氧化；二是由于膳食纤维具有的发酵作用，它可以在盲肠中迅速地被微生物发酵，产生短链脂肪酸，阻碍胆固醇的合成；三是在基因调控层次上，改变脂质代谢相关酶活性，从而降低甘油三酯和胆固醇浓度[14]。

1.2 降血糖作用

目前由于糖尿病的治疗还缺少特效药物，治疗需要合理的饮食配合。而食疗的原则在于控制摄入能量，均衡营养，增加摄入食物中膳食纤维所占的比重。李八方等[15]通过实验对大鼠糖尿病模型进行了甲壳素、褐藻胶、卡拉胶、黄原胶、羧甲基纤维素、麦麸和玉米芯纤维等膳食纤维的降血糖效果及改善糖耐量方面的比较研究，得出阳性药组及试验组与对照组比较，都有降低糖尿病大鼠血糖的作用，以及在改善糖耐量这一指标上，加膳食纤维后血糖平均值低于对照组。其中60 min时的血糖平均值，甲壳素最好；黄原胶、玉米芯纤维次之；麦麸纤维一般；褐藻胶、羧甲基纤维素、卡拉胶较差。目前被认为可能的降糖机理有以下几点：降低肠胃排空的速度，减慢食糜进入十二指肠的过程；膳食纤维和食糜相互凝聚，将消化酶包裹其中，使酶活性降低明显，进而降低水解碳水化合物的速率；摄入膳食纤维，能够提高小肠内容物的黏度，然后达到阻碍葡萄糖扩散的效用；膳食纤维与葡萄糖结合，从而使小肠游离的葡萄糖含量降低；膳食纤维进入人体后，有利于提高人体肝脏内与碳水化合物代谢相关酶的活性，增加肝细胞上胰岛素的受体数目，从而增加与胰岛素之间相互结合的能力[16]。

1.3 降血压作用

玉米膳食纤维与纤维素以及半纤维素的构成相似，都是大分子有机物质，由糖基聚合而成的，其中含有较多的羧基和羟基侧链基团，从而表现出弱酸性。它也能够和阳离子，特别是有机阳离子进行相互交换。相关资料显示，膳食纤维中的酸性多糖类物质与Ca2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+等进行交换，改变阳离子的瞬间浓度，产生出一个更加缓冲的环境，可更加容易的消化吸收，并对消化道的酸碱度，渗透压及氧化还原电位造成影响。膳食纤维在肠道与Na+、K+进行交换，通过排出人体排泄物排出K+、Na+，从而降低血压[17-18]。

1.4 降低肠道疾病的可能

膳食纤维的吸水力很强，其不同来源的纤维吸水力不同，玉米膳食纤维的吸水力为1.5 g水/g粉，膳食纤维是持水的载体，玉米膳食纤维不能较容易的被人体消化，但进入胃后可吸收部分水分并促进肠道加快蠕动，加速排出粪便，从而降低直肠和泌尿系统的压力，并预防和减少肠道疾病和泌尿系统疾病[19]。

2 玉米膳食纤维的提取及改性

2.1 玉米膳食纤维的提取

2.1.1 物理法和化学法

王大为等[20]用水将玉米麸皮洗除杂质、离心脱水、烘干后得到玉米皮膳食纤维粉，之后通过超临界流体萃取、脱脂以及脱异杂味进行再处理，条件是粒度为0.246 mm、萃取压力为25MPa、温度45℃、时间90min、CO2流通速度为25 L/h，萃取物则进行单螺杆高温高压挤出改性；所得产物在微波 700 W、1∶10（g/mL）的料水比下处理6min，在4000r/min条件下离心10min，沉淀物干燥处理后即可得到水不溶性膳食纤维；上清液进行浓缩、醇沉、离心、干燥处理后得到水溶性膳食纤维。用水不溶性膳食纤维作原料，料液比为1∶10（g/mL）、H2SO4溶液的pH=2，进行水浴加热（60℃、60 min）处理一段时间后，采用真空抽滤，将所得滤渣洗至中性，干燥处理后即为酸不溶性膳食纤维；以水不溶性膳食纤维为原料，料液比1∶15（g/mL）、4 g/100 mL的NaOH溶液水浴加热处理（40℃、100 min），真空抽滤，滤渣洗至中性，干燥后为碱不溶性膳食纤维。由于反应条件要求高，产品易分解，物理和化学方法的应用正在减少，但是我国国内在膳食纤维的研究过程中，大多数还是采用强碱、强酸、醇等化学处理方法；尽管在工艺方面比较容易，去除淀粉、蛋白质比较完全，但这导致了近乎100%的水溶性膳食纤维、一半以上的半纤维素和10%～30%的纤维素浪费。事实上在膳食纤维中水溶性膳食纤维和半纤维素的生理功效是非常重要的，故这种提取方法使所得的纤维失去较多的生理活性物质[21]。

2.1.2 生物法

生物法包括生物酶法和生物发酵法，是一种反应温和、易控制的提取方法。

2.1.3 生物酶法

生物酶法和化学法类似，采用酶法去除淀粉、蛋白质等杂质。王刚等[13]运用单酶法对提取玉米膳食纤维的工艺进行了优化，用内源性植酸酶水解玉米皮内的植酸，去除玉米皮内的淀粉采用高温蒸煮法，中性蛋白酶去除玉米皮内的蛋白。优化后制备的玉米膳食纤维粉总膳食纤维所得百分率为95.8%，其中水溶性膳食纤维为3.9%。魏仲珊等[22]利用双酶法对提取玉米皮膳食纤维进行优化，优化工艺后玉米膳食纤维的含量为65.2%；进一步挤压处理后，水溶性膳食纤维占比重由15.87%提升至21.65%。

2.1.4 生物发酵法

生物发酵法是微生物通过发酵去除原料中的淀粉、蛋白质等而提取膳食纤维的方法。发酵法不仅节省了酶制剂，而且体系中的淀粉、蛋白质等物质也有利微生物生长，减少了成本，提高了生产利用率。张斌[23]发明了一种通过发酵玉米皮来获取膳食纤维的方法。玉米皮渣与水按1∶4（g/mL）的比例混合并蒸煮30 min后，过滤后将其作为固体培养基；用硝酸铵作为氮源，灵芝为出发菌株，斜面菌种活化接入种子液，在25℃、150 r/min条件下的摇床中培养2 d，接种量10%，培养15 d，总膳食纤维、水不溶性膳食纤维、水溶性膳食纤维分别超过89%、78%、11%。焦昆鹏等[24]用玉米麸皮做原料，采用平菇液体发酵法制取膳食纤维和阿魏酰低聚糖。发酵8 d后，可以发现淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶和木聚糖酶在发酵液中酶活力达到最高，而且玉米膳食纤维的得率较高，其持水性、膨胀力和持油性也比较好。

2.2 玉米膳食纤维的改性

2.2.1 物理改性

王安建等[25]采用40℃以下低温超微粉碎，在研究粉碎前与粉碎后玉米皮膳食纤维中水不溶性膳食纤维的含量、吸水性、膨胀率、保水力、持油力与交换阳离子的能力后，得出玉米皮膳食纤维中的水不溶性膳食纤维的含量在经过超微粉碎处理后变化微小，但其阳离子的交换能力得到很大的提高，在粉碎细度处于160目～200目时，玉米膳食纤维持水力、吸水膨胀率、持油力有显著提高。

2.2.2 化学改性

化学改性是将膳食纤维的糖苷键通过酸、碱处理转化为可溶性多糖从而提高了水溶性膳食纤维的含量。李勤勤等[26]采用酶法提取玉米膳食纤维制得总膳食纤维得率为83.52%，半纤维素为50.57%。后在试验中经酸、碱优化处理后，水溶性膳食纤维的得率得到了很大的提高，酸碱处理后各占干基重的95.65%和96.37%，半纤维素分别占83.52%和86.82%。

2.2.3 生物改性

运用纤维素酶、木聚糖酶等物质或者微生物将较大的、难溶的大分子物质分解成可溶性的小分子化合物，提高水溶性膳食纤维在总量中所占的比重，提高膳食纤维的物理化学性质和生理功能。利用酶解法获取玉米膳食纤维，其中限制性酶解改性获取水溶性膳食纤维，复合纤维素水解酶按纤维素酶：木聚糖酶1∶1混合，其加量为0.8%、温度为58℃、pH值是5.5，酶解8 h，最后水溶性膳食纤维得率是13.82%，纯度达95%以上[17]。

3 在食品中的应用

3.1 在主食中的应用

玉米膳食纤维运用到主食中大多是加到米饭、面条和馒头中。在面条中添加，可改善鲜面条的蒸煮性能、质地和拉伸性能；在馒头中添加，制作出的馒头在色泽、弹性、外形、韧性等方面均有良好的表现，而且还有玉米香味[27-29]。

3.2 在烘焙食品中的应用

在焙烤食品中膳食纤维的应用也很广泛，主要产品有膳食纤维面包、蛋糕、桃酥等[30]。膳食纤维能够提高保水能力和吸水性，有助于固化产品和保鲜，也降低了成本。张艳荣等[31]用面粉为主料，其它辅料的加入用量为5%绵白糖、10%糖浆、12%鲜鸡蛋、5%色拉油、10%人造奶油、16%玉米膳食纤维。其中添加的玉米膳食纤维先由高温挤压处理，条件是进料速度为20 kg/h～22 kg/h，出料温度为145℃～150℃。挤出后干燥，最后添加0.2%乳化剂、0.4%疏松剂。制得的饼干口感良好，综合品质好。赵欣[32]通过高压蒸煮处理30 min，干燥粉碎得高品质玉米膳食纤维，用于制作纤维素饼干。加入玉米膳食纤维15%、粒度0.154 mm、疏松剂0.4%、乳化剂0.3%时，饼干口感酥松、香味纯正。

3.3 在饮料中的应用

膳食纤维饮料品种较多，水溶性膳食纤维饮料其中的活性多糖成分可改善饮料的品质及风味；水不溶性膳食纤维可作为颗粒冲剂，与其他易溶物质搭配来制成固体溶解饮料。李华丽等[33]在研制玉米膳食纤维乳饮料的过程中，向其中加入8.00%水溶性膳食纤维、酸味剂（0.20%柠檬酸+0.10%苹果酸+0.10%乳酸）、甜味剂（4.00%白糖+0.01%安赛蜜+0.04%甜蜜素）、稳定剂（0.35%羧甲基纤维素钠+0.08%黄原胶+0.03%海藻酸丙二醇酯+0.02%复合磷酸盐），制备乳饮料的沉淀率表现良好，为1.62%。王林山等[34]把玉米膳食纤维与脱脂乳混合以后进行发酵制取了玉米膳食纤维乳酸活菌饮料。制作工艺是：复原乳（脱脂奶粉∶水=8∶1，g/mL）添加6%玉米膳食纤维混合并摇匀→灭菌（105℃、15 min）→冷却（45℃）→接种（3%，保加利亚乳杆菌∶嗜热链球菌=1∶1）→发酵（4 h～5 h、42℃）→快速冷却（20℃以下，pH 4.2）→冷藏后熟（0℃～4℃）；后熟完成后添加白砂糖和柠檬酸各11%、10%，最后加入复合稳定剂（羧甲基纤维素钠、黄原胶、海藻酸钠分别为0.15%、0.15%、0.1%）进行调配，均质条件为温度45℃，20 MPa压力。制得的饮料外观呈淡黄色，酸甜可口、口感怡人，具有独特的风味。刘杨柳等[35]在提取膳食纤维时利用了发酵的方法，将其加入到酸奶中，研制玉米膳食纤维酸奶饮料。优化工艺后辅料添加1.9%玉米膳食纤维、3.2%接种量、7.0%白砂糖，发酵4.0 h。研制完成后感官评价得分为96.7分。产品具有特有的玉米香气，膳食纤维含量占1.24%，乳酸菌数为（11.47±1.8）×107CFU/mL，是普通酸奶的 2倍。

4 发展前景

膳食纤维的研究不断发展，在食品生产加工中加入一定量的玉米膳食纤维，可以产生拥有一定功能和风味的食品。但在膳食纤维领域里，市场中可以由消费者挑选的美味、具有吸引力的玉米膳食纤维食品还非常的少。我国目前用湿法来制取淀粉是现如今对玉米进行深加工的主要方法之一，玉米麸皮每年都会随着玉米加工生产而产生大量的玉米膳食纤维，不能妥善的利用太过浪费。玉米膳食纤维有着良好的物理化学性质以及生理活性，有较好的营养价值和保健作用，对人体健康有着良好的作用，所以加强对玉米膳食纤维的研究、开发、应用是有着重要意义的。未来对玉米膳食纤维的开发重点：加强对玉米膳食纤维基本性质的了解来制定行业应用的标准；规范玉米膳食纤维的提取技术，促进企业标准化生产；努力开发玉米膳食纤维改性使开发后的产品有较强的稳定性；加强对玉米膳食纤维生理活性研究、功能性保健产品全面发展等。处理好这些问题，玉米膳食纤维将获得更加广阔的发展前景。

[1]邓舜扬.保健食品生产实用技术[M].北京:中国轻工业出版社,2001:165-186

[2]刘英丽,谢良需,丁立,等.小麦麸膳食纤维对猪肉肌原纤维蛋白凝胶功能特性的影响[J].食品科学,2016,37(19):15-23

[3]黄素雅,钱炳俊,邓云.膳食纤维功能的研究进展[J].食品工业,2016(1):273-277

[4]中国膳食纤维.膳食纤维食品产业价值万亿[J].中国果菜,2016,36(4):39-41

[5]董文彦,张东平,伍立居,等.三种膳食纤维降血脂、通便与减肥作用的比较研究[J].中国粮油学报,2000,15(1):40-44

[6]陈会永,黄河.膳食纤维的抗炎作用[J].肿瘤代谢与营养电子杂志,2015(4):63-68

[7]Feng Z,Dou W,Alaxi S,et al.Modified soluble dietary fiber from black bean coats with its rheological and bile acid binding properties[J].Food Hydrocolloids,2017,62:94-101

[9]Yan X,Ye R,Chen Y.Blasting extrusion processing:the increase of soluble dietary fiber content and extraction of soluble-fiber polysaccharides from wheat bran[J].Food Chemistry,2015,180:106

[10]Liu C M,Liang R H,Dai T T,et al.Effect of dynamic high pressure microfluidization modified insoluble dietary fiber on gelatinization and rheology of rice starch[J].Food Hydrocolloids,2016,57:55-61

[11]Djurle S,Andersson A A M,Andersson R.Milling and extrusion of six barley varieties,effects on dietary fibre and starch content and composition[J].Journal of Cereal Science,2016,72:146-152

[12]Aliki-Ilona R,Hannu R,Tiina P,et al.New dietary fibre content results for cereals in the Nordic countries using AOAC 2011.25 method[J].Journal of Food Composition&Analysis,2016,51:1-8

[13]王刚,王蕾,孙彩玉.玉米皮膳食纤维提取工艺研究[J].食品与发酵科技,2011,47(4):55-59

[14]王金亭,李伟.玉米麸皮膳食纤维的研究与应用现状[J].粮食与油脂,2016,29(10):12-17

[15]李八方,陈桂东.几种膳食纤维对实验性糖尿病大鼠治疗效果的比较研究[J].营养学报,1999(1):59-64

[16]吴洪斌,王永刚,郑刚,等.膳食纤维生理功能研究进展[J].中国酿造,2012,31(3):13-16

[17]王言.玉米皮膳食纤维的制备、功能活化及活性的研究[D].长春:吉林大学,2010

[18]石桂春,胡铁军,闫革华,等.玉米膳食纤维的组成、特性、功能及在食品加工中的应用[J].食品研究与开发,2001,22(6):53-54

[19]李峰,申瑞玲,王志瑞.膳食纤维与结肠癌关系研究[J].粮食与油脂,2008(4):38-39

[20]王大为,郭雪飞,杨羿.高温高压挤出处理对玉米皮膳食纤维溶解特性及物性的影响[J].食品科学,2011,32(13):84-88

[21]胡叶碧,王璋.不同生物制备方法对玉米皮膳食纤维组成和功能特性的影响[J].食品科学,2006,27(10):96-99

[22]魏仲珊,李华丽,张旭,等.提取玉米皮膳食纤维的条件优化[J].湖南农业大学学报(自科版),2009,35(1):100-103

[23]张斌.一种利用玉米皮渣发酵生产膳食纤维的方法:201210135071.3[P].2012

[24]焦昆鹏,朱文学,马丽苹,等.玉米麸皮发酵法制备阿魏酰低聚糖及膳食纤维的研究[J].食品科技,2014(8):172-176

[25]王安建,魏书信,侯传伟.超微粉碎改性玉米皮膳食纤维技术研究[J].食品科技,2010(9):194-196

[26]李勤勤,耿欣.玉米麸皮不同处理及其成分分析[J].食品研究与开发,2012,33(8):36-39

[27]张钟,徐建强,高红梅.糯玉米膳食纤维对面条品质的影响及配方优化[J].粮食与饲料工业,2013,12(8):20-23

[28]李瑛.玉米抗性淀粉在面食中的应用[J].现代食品,2017(1):120-122

[29]李秀玲,王岸娜,刘芳.玉米种皮膳食纤维对面团流变学特性及馒头品质的影响[J].农业机械,2012(14):70-73

[30]金英姿.膳食纤维的功能及其在食品中的应用研究[J].克拉玛依学刊,2004,7(2):16-17

[31]张艳荣,张雅媛,王大为.玉米膳食纤维在饼干中应用的研究[J].食品科学,2005,26(8):138-142

[32]赵欣.玉米皮膳食纤维在酥性饼干中的应用[J].食品科技,2010(4):168-171

[33]李华丽,魏仲珊,邓萍.玉米皮膳食纤维乳饮料的研制[J].中国乳业,2009,32(8):232-234

[34]王林山,帅行明,杨玉娟.玉米膳食纤维乳酸饮料的研制[J].食品工业,2007(3):46-47

[35]刘杨柳,禚同友,王平悦,等.玉米皮膳食纤维酸奶的工艺优化及营养学评价[J].湖南农业科学,2014(10):55-60

Research Progress of Corn Dietary Fiber

MA Xian-hong1，JIA Yu-han1，2，LIU Xin1
（1.College of Biotechnology and Food Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，Jilin，China；2.College of Food Science and Technology，Shandong Agriculture University，Tai'an 271018，Shandong，China）

Corn peel is one of the main byproducts of maize processing and production.It is mainly used in the feed industry，resulting in a waste of resources and a relatively low added value.Because there is a lot of corn dietary fiber，it is a good raw material for the preparation of dietary fiber.The physiological functions of corn dietary fiber were summarized，and the methods of extraction and modification of corn dietary fiber and the application of corn dietary fiber in food were summarized.The development prospect of corn dietary fiber was also discussed.It provides some reference for the research of corn dietary fiber and the development and utilization of corn dietary fiber.

corn dietary fiber；extract；modified；physiological function

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.24.041

吉林省教育厅科学研究项目（JJKH20170222KJ）；吉化院重大合字（2016030）；吉林化工学院科技项目（2016064）；国家自然科学基金（21605056）；吉林市科技创新发展计划项目（20166028）

马先红（1981—），女（汉），讲师，博士研究生，研究方向：粮食深加工。

2017-05-16