麦麸膳食纤维加工和利用研究进展

邢家溧，杜志红，周静，任彬，承海，丁源，徐晓蓉，罗小虎，*

（1.宁波市食品检验检测研究院，浙江宁波315048；2.宁波大学海洋学院，浙江宁波315211；3.江南大学粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，江苏无锡214122；4.江南大学食品学院，江苏无锡214122；5.连云港市质量技术综合检验检测中心，江苏连云港222003；6.岭南师范学院生命科学与技术学院，广东湛江524048）

膳食纤维，作为七大营养素之一，对人体的健康具有重要作用。多项研究表明，摄入适量的膳食纤维可以预防或者缓解由代谢紊乱而产生的代谢综合症，如糖尿病[1]、高胆固醇[2]，结肠癌[3]，肥胖[4]。麦麸作为膳食纤维的重要来源，不仅来源充足，而且价格实惠。此外，麦麸中还含有丰富的维生素、矿物质、蛋白质和人体必需氨基酸。根据膳食纤维在水中的溶解能力，它可以被分为可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber,SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber,IDF），这主要由主链或侧链的多糖结构决定，不规则为易溶，规则的为不可溶。此外，膳食纤维的可溶性也会受到官能团（-COOH或SO42-）、温度和离子强度的影响[5]。SDF和IDF功能特点各不相同，SDF表现为增加黏度，降低血糖反应[6]和提高胆汁酸盐和葡萄糖吸附性以及α-淀粉酶抑制活性[7]，而IDF则表现为降低孔隙率和密度[8]，增加粪便体积、减少肠道运输时间[4]，其持水能力，吸油能力和有毒离子吸附能力比SDF更强[9]。

国内对于麦麸膳食纤维的研究多集中于添加麦麸膳食纤维食品的工艺优化以及膳食纤维的提取工艺与改性技术，对麦麸膳食纤维的功能特性研究甚少。相比较而言，由于饮食文化与科技发展程度的不同，欧美国家对麦麸膳食纤维的研究更趋成熟，关于麦麸膳食纤维在食品体系中作用机理的研究也更加完善。本文综合分析了麦麸膳食纤维的提取工艺与功能性质在食品体系中的应用，为麦麸膳食纤维的加工利用提供参考。

1 麦麸膳食纤维的提取方式

为了得到麦麸膳食纤维，通常需将其从麦麸中分离出来。不同的提取方法所得到的膳食纤维产品的功能特性、化学组成以及溶解性会有所不同。目前较为常用的膳食纤维提取方法：热法、化学法、酶法、酶-化学法、超声波或者微波辅助酶法[10]。热法提取纤维素是最常用的方法之一，包括热水或沸水提取、微波加热提取、亚临界条件下的水浸提。热法温度范围一般为60℃～100℃，时间20min～120min，易破坏热敏性成分[10]。化学法是将粗产品或者原料干燥、磨碎后，用相应的化学试剂（碱、酸、氧化剂或者漂白剂、溶剂、螯合剂）处理除去脂肪、淀粉、蛋白质等成分后得到膳食纤维的方法，此方法会损失大量SDF，并且所得膳食纤维产品的纯度不高[11]。酶法指用糖化酶、蛋白酶、α-淀粉酶等酶处理麦麸后，从中提取出膳食纤维，酶法提取得到的膳食纤维含量一般高于化学法，但酶法较为消耗时间[12-13]。酶-化学法提取膳食纤维指用化学法先除去麦麸中的蛋白质，再用酶法去除淀粉，得到的产物主要为IDF[14]。

相关研究表明，相比IDF、SDF形成凝胶能力以及乳化能力更强。由于麦麸中提取的SDF占比很小，因此各种新的提取技术相继被提出，以提高SDF的提取量，其中复合酶法不但可以使膳食纤维发生酶解，部分转变为SDF，而且还可以去除淀粉、蛋白质等成分，同时提高SDF的含量和纯度。例如Mrabet A等[15]对水果纤维浓缩物进行酶解，得到的SDF含量从1.8 g/100 g增加到6.3 g/100 g，IDF/SDF的比率从19降低到2～3。同时爆破挤压法[16]养成分条件下，显著地提高了SDF含量。Yan等[12]将经过挤压爆破处理后的脱油麦麸经过酶解，提取得到的SDF质量分数达16.72%，相比传统得率2%～5%[17]，SDF含量得到了显著的提高。

同时，为了改变膳食纤维中各成分的比例以强化膳食纤维的功能特性，该行业已经提出并发展了多种其它的膳食纤维改性方法：如挤压蒸煮技术[16]、高压微流化技术[17]、酶（纤维素酶或者木聚糖酶）热处理技术[18]、湿热/酸热处理技术[19]、高水压处理技术[8]、高静水压力结合酶法[20]、高静水压力结合碱法[21]、微生物转化技术[22]，超微粉碎技术[23-24]、超声波辅助酶法[25-26]等。

2 麦麸膳食纤维的功能性质

膳食纤维的功能性质可以分为生理功能与理化加工性能两个方面。在理化加工方面，膳食纤维有很好的水合性质、持油性，形成凝胶和高黏度溶液的能力；在生理功能方面，膳食纤维具有抗氧化活性[12]以及清除部分自由基的能力[10]。因此，膳食纤维在改善谷物和肉等制品的颜色、质地、持水容量、凝胶容量等方面具有巨大的利用价值[27-32]。

2.1 凝胶性质

纤维凝胶体系在保持流体特性的同时也表现出显著的固体特性[33]，其作为低卡路里含量产品，可作为脂肪替代物使用。麦麸纤维常在食品中表现出不良特性，如麦麸膳食纤维粉加入肉丸中会使肉丸硬度增加、弹性降低、切面和口感粗糙[34]。但通过高速剪切作用可以破坏其天然纤维结构得到光滑度、持水力更高、品质良好的纤维素纤维凝胶，从而促进麦麸纤维在食品中的应用[35]。Inglett等[35]用碱将玉米麸皮细胞壁完全分解，然后回收固体并用过氧化氢处理产生无色产物，再经干燥等过程得到凝胶固体，其易分散于水中，复水后形成高黏度凝胶，通过在复水过程中施加不同程度的剪切力，可改变凝胶的光滑度和黏度，并且该凝胶无味，持水能力更高。相关研究表明经过酸法、碱法、酶法改性处理的SDF具有良好的交联性质和弹性，更够截留更多水分形成强度稳定的凝胶[19，36]。这对于麦麸膳食纤维凝胶的开发使用有很大参考价值。

2.2 黏度增强剂

不同膳食纤维所表现出的黏性不同，膳食纤维中纤维、木质素等几乎无黏性，果胶、树胶等则黏性较强[37]。SDF是黏度增加的主要原因[38]，与其浓度呈正相关。此外，膳食纤维溶液温度也对黏度有影响，温度升高，黏度降低[5]。Grigelmo-Miguel等[39]将富含SDF的桃纤维取代工业果胶加入草莓酱中出现了假塑性现象，果酱的黏度随着膳食纤维添加量的增加而上升，并且与原果酱一样受到消费者认可。在肉制品中，Agar等[27]将富含SDF的甜菜纤维加入肉糜乳液中，提高了肉糜乳液的黏度，改善了肉糜的流变特性、质构、和纹理。麦麸中SDF的含量较低，因此麦麸膳食纤维掺入果酱类产品中会遇到很多阻碍，可以直接向目标物中加入麦麸膳食纤维中的SDF或者改进提取方法提高麦麸膳食纤维中SDF含量，从而增加麦麸膳食纤维在此类产品中的适用性。

2.3 水合性质

膳食纤维的水合性质一般由持水性（water-holding capacity,WHC）和溶胀性（swelling capacity,SC）量化。这些性质主要与膳食纤维中多糖的化学结构以及所处的环境条件有关，如孔隙率、孔径、离子形式、pH值、温度、离子强度和种类、对纤维的应力以及处理和提取条件[5，40]。高压均质处理纤维素类产品，在机械作用下，膳食纤维孔隙率、密度、纤维结构发生变化，其水合能力也随之改变[41-42]。Fayin等[23]也证实了纤维微粉化后，由于粒径减小，纤维水合能力显著下降。膳食纤维的WHC值还与IDF的含量密切相关，因水在表面张力的存在下会被截留在纤维毛细管中。膳食纤维原料经过55℃、600 MPa静水压处理后，其WHC、SC值显著降低，当静水压和温度改变后，膳食纤维的水合性质又会随之改变[8，43]。此外，当制备纤维的纤维制剂具有较低的堆积密度，则其暴露在水分周围的极性基团、糖醛酸基团会更多、暴露的表面积更大，这些都会使所制得的纤维产品SC值增大[40]。

由于膳食纤维具有很好的持水性，其常被添加到烘焙食品中，以保持食品的新鲜度[7]。在乳制品中使用纤维也很常见，例如高SDF含量的菊粉可改善乳制品和冰淇淋的结构和口感，减少酸奶和其它发酵乳产品的水分析出。这为麦麸膳食纤维在此类产品上的应用提供了参考。高度不溶性小麦纤维添加到鱼糜中，虽然会降低鱼糜的凝胶强度、硬度和黏结性，但可使以上物理性质在鱼糜冷冻过程中保持相对稳定[44]。将纤维掺入面包中可保持面包的水分和柔软度，延缓其在储藏过程中的老化现象，改善面包的质地[45]。Li等[22]发现，经过分级后具有高持水能力的麦麸SDF掺入面团中可促进面筋网络的稳定性和吸水性，其中分级后具有中等分子量但取代度较高的SDF组分最有利于面筋网络结构的形成，但SDF加入过多后会导致蛋白质和淀粉的不完全水合，对加工过程中面团质量造成负面影响。此外，麦麸膳食纤维因持水能力也可以被用作结晶和再结晶的控制剂[46]。

2.4 持油性

膳食纤维除了水合性质外，还有持油性（oil-holding capacity，OHC）。OHC与膳食纤维的结构、颗粒表面性质、总电荷密度[47]和组成多糖的亲水性有关[5，48]。也有研究表明OHC取决于材料的体积密度[42]、粒径[23]，体积密度越高、粒径越低其表面积以及与脂质结合的能力就越低[10]。此外，体系的亲脂性位点、疏水性、毛细管力等也会影响纤维对油的亲和力[49]。膳食纤维中含有大量多糖，其具有很好的起泡和乳化稳定性，可以维持高脂肪食品体系和乳状液的稳定，常被用作脂肪替代物[39]。在实际应用中，将1 g富含纤维多糖的罗勒种子种黏液取代15 g黄油掺入海绵蛋糕中，不仅改善了蛋糕的口感质地，而且总脂肪含量也减少了75%[50]。膳食纤维加入肉制品中，在降低卡路里含量的同时，还改善了肉制品的质地和稳定性，如将麦麸中IDF代替脂肪加入牛肉汉堡中，不但降低了胆固醇水平，而且改善了烹饪品质、直径以及质地[51]。

2.5 抗氧化性和清除自由基能力

麦麸膳食纤维中含有很多植物非淀粉多糖，这些具有高抗氧化活性的成分加入食品中可以维持脂肪食品稳定，从而改善此类食品的氧化稳定性以延长货架期。李新明等[52]研究发现麦麸膳食纤维中SDF对花生油的抗氧化性效果明显，远优于常用的抗氧化剂丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯、没食子酸丙酯，同时SDF与柠檬酸、VC、磷酸表现出了协同增效作用，提高了SDF的抗氧化性能。Ozkaya等[53]对麦麸经过高压灭菌热处理，发现其抗氧化活性增加了12%。Kim等[32]发现经染天然红花素的麦麸纤维掺入香肠中，不仅利于香肠颜色的形成和保持，而且可以阻止脂质氧化，并可作为着色剂和抗氧化剂代替亚硝酸盐掺入肉制品中。Zhang等[54]表明麦麸膳食纤维可以有效地吸附、去除多环芳烃等异生素，降低致癌风险。现代医学提出脂质氧化过程中产生的自由基与结肠癌的发生有直接关系，而麦麸膳食纤维中的多糖有很强的清除自由基能力，可以降低结肠癌的发病率。相关研究表明，多糖的羟基能够在氧化还原反应中提供电子或者氢原子，且其单糖成分和糖苷键与抗氧化能力高度相关[55]。麦麸SDF含有多种可溶性多糖，因此在作为天然抗氧化剂掺入功能性食品、化妆品、医药方面，麦麸SDF极具潜力。

3 前景与展望

麦麸膳食纤维的提取方式多样，各种方法得到的膳食纤维组分、比例各不相同，且SDF与IDF在食品体系中表现的功能特性不同，生产中应根据实际的需要选择合适的提取方法。在食品应用中，因麦麸膳食纤维具有独特的生理功能和加工特性，不仅可以作为食品添加剂，也可以作为新型低热量食品的主要成分，如麦麸膳食纤维可制成保健饮料、保健纤维面包和香肠、即食小吃等食品。如今以麦麸为主成分的产品在消费市场上占比不足，其潜在价值并未充分发挥，作为膳食纤维的丰富来源，对其进行深入研究和开发利用对提高麦麸的综合利用率、改善消费者的饮食结构具有重要意义。