青稞膳食纤维的改性工艺研究

王成祥 张美娜 李婉珍 宋平 王彪

摘 要：为评价青稞膳食纤维的功能特性，通过微粉碎、超声波、酶解及超声辅助酶解法对青稞膳食纤维进行改性，测定改性后青稞膳食纤维的吸水性、膨胀力、吸附葡萄糖能力以及对α-淀粉酶抑制能力。结果表明：超声辅助酶解改性后，可溶性青稞膳食纤维含量最高，为12.6%;持水力为4.3g/g，持油力为5.2g/g，α-淀粉酶抑制活性为40.1%，均优于其他几种改性方法;酶解改性后青稞膳食纤维吸附葡糖糖能力最强，约为9.7mmol/g。由此可见，超声辅助酶解法为青稞膳食纤维主要功能改性的较佳方法。

关键词：青稞;膳食纤维;改性工艺;超声;酶解

中图分类号 TS210.1文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）17-0126-04

Study on the Modification Technology of Highland Barley Dietary Fiber

WANG Chengxiang1 et al.

（1Hebei Tongfu porridge Food Co.，Ltd，Shijiazhuang 050000， China）

Abstract： The modified barley dietary fiber was modified by micro grinding， ultrasonic， enzymolysis and ultrasonic assisted enzymolysis. The functional characteristics of the modified barley dietary fiber were evaluated by measuring its water absorption， swelling power， glucose adsorption capacity and α-amylase inhibition capacity. The results showed that the content of soluble dietary fiber of highland barley was the highest （12.6%）， the water holding capacity （4.3g/g）， oil holding capacity （5.2g/g） and the inhibition of α-amylase （40.1%） were better than other methods， and the ability of glucose adsorption of highland barley dietary fiber was the strongest （about 9.7mmol/g）. Ultrasonic assisted enzymatic hydrolysis is a better method to modify the main function of barley dietary fiber.

Key words： Highland barley;Dietary fiber;Modification technology ;Ultrasonic; Enzymatic hydrolysis

近年來，随着生活水平的提高，人们的膳食结构发生了很大变化，与膳食结构有关的“富贵病”的发病率逐年上升。研究表明，饮食中的膳食纤维摄入量的减少是导致“富贵病”发病率高的主要原因之一[1]。膳食纤维是一类不易被人体消化吸收且结构复杂的多糖类天然大分子物质的总称，在食品加工中具有广泛的应用[2]。大量研究表明：膳食纤维具有多种生理功能，可以维持人体内正常的血糖、血脂和蛋白质水平;能够预防糖尿病、高血压等疾病[3-4]，被称为“第七营养素”。根据溶解性的不同，膳食纤维可分为不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber， IDF）和可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber， SDF）两大类[5-6]，SDF功能性更强[7]。

我国青稞广泛种植于青藏高原地区，品种多，资源极其丰富。青稞具有高蛋白、高纤维、高维生素和低脂肪、低糖（“三高两低”）的特性，是谷类中的佳品[8]。如何对青稞膳食纤维进行改性，提高其生理活性，更好地对其进行开发利用，成为众多学者深入研究的重点。笔者利用微粉碎、超声波、酶解以及超声波辅助酶解对青稞膳食纤维进行改性，研究改性前后青稞膳食纤维的基本成分、物化性质以及功能特性的变化，以筛选出较佳的青稞膳食纤维改性方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂 青稞米（市售）;耐高温α-淀粉酶10万μ/g（安徽工程大学生化学院实验室）;木瓜蛋白酶（酶活2000U/mg）、s10017糖化酶10万μ/g（上海源叶生物有限公司）;纤维素酶≥30μ/mg（合肥博美生物科技有限责任公司）;马铃薯淀粉（BOMEI实验商城）;体积分数为95%乙醇;其他试剂均为分析级。

1.2 仪器与设备 多功能粉碎机（永康市铂欧五金制品有限公司）;HH-S4数显恒温水浴锅（常州普天仪器制造有限公司）;L-550离心机（湖南湘仪仪器开发有限公司）;L3可见分光光度计（上海仪电仪器分析有限公司）;傅立叶变换红外光谱（日本岛津IRPrestige-21）;X射线衍射仪（德国布鲁克D8）;场发射扫描电镜（日本日立S-4800）;差式扫描量热仪（日本岛津DSC-60A）。

1.3 试验方法

1.3.1 青稞膳食纤维的制备工艺 青稞→预处理→过筛→淀粉酶酶解→蛋白酶酶解→糖化→离心→沉淀（乙醇洗涤2～3次）→干燥（60℃）→粉碎（60 目筛）→青稞膳食纤维。

1.3.2 改性膳食纤维的制备工艺 改性膳食纤维的制备工艺详见图1。

1.3.3 持水力的测定[9] 称取0.5g膳食纤维粉m0于已知质量的50mL离心管中，加蒸馏水20mL，摇匀于室温下漩涡震荡12h，4000r/min离心10min，弃上清液，并用吸水纸吸干离心管壁残留的水分，称量并计算试样吸水后质量m1。

持水力（g/g）=[m1-m0m0] （1）

式中：[m1]为样品湿重（g）;[m0]为样品干重（g）。

1.3.4 膨胀力的测定[10] 称取0.5g膳食纤维粉W0置于20mL量筒中，测定体积V1后，加10mL蒸馏水，室温下静置24h，测定吸水后体积V2，计算膨胀力。

膨胀力（mL/g）=[V2-V1W0] （2）

式中：[V2]为吸水后样品体积;[V1]为吸水前样品体积;[W0]为样品重量。

1.3.5 持油力的测定[11] 称取1.0g膳食纤维于50mL离心管中，加入大豆油30mL，搅拌均匀后静置16h，5000r/min离心10min，完全去掉上油层，称质量，计算样品持油性。

持油性（g/g）=[m2-m1m1] （3）

式中：[m2]为样品吸油后的质量（g）;[m1]为样品干重（g）。

1.3.6 膳食纤维吸附葡萄糖能力的测定[12] 称取0.5g青稞膳食纤维，在100mL葡萄糖溶液中（100mmol/L）于37℃磁力搅拌 6h，溶液离心（4000r/min，20min），以葡萄糖溶液（100mmol/L）为空白，取上清液1000μL，测定溶液中的葡萄糖含量，按公式（4）转换为吸收葡萄糖能力。

χ2=[（C0-C1）×VM] （4）

式中：χ2为膳食纤维吸附葡萄糖能力（mmol/g）;[C0]为葡萄糖溶液的浓度（mmol/L）;[C1]为上清液中葡萄糖的浓度（mmol/L）;V为测定时葡萄糖溶液的体积;M为样品质量。

1.3.7 膳食纤维抑制淀粉酶活性的测定[9] 称取1g青稞膳食纤维，加入40mL质量分数为4%马铃薯淀粉溶液溶解，加入300μL耐高温α-淀粉酶，90℃混合酶解1h，灭酶，溶液离心（3000r/min，15min），取上清液300μL测定葡萄糖的含量，转换为抑制耐高温α-淀粉酶活性。以不加膳食纤维的酶解体系为空白，计算膳食纤维抑制淀粉酶活性。

[Χ=λ0-λ1λ0] （5）

式中：[Χ]为膳食纤维抑制淀粉酶活性（%）;[λ0]为空白中葡萄糖浓度（mmol/L）;[λ1]为样品中葡萄糖的浓度（mmol/L）;

2 结果与分析

2.1 改性对青稞可溶性膳食纤维含量的影响 采用不同方法对青稞膳食纤维进行改性，改性后青稞可溶性膳食纤维的含量如图2所示。由图2可知，微粉碎处理对青稞中SDF含量的影响较小，处理后，SDF含量仅增加了0.5%;而超声和酶解单独及联合使用均能明显促进青稞中IDF向SDF转变，使SDF的含量显著增加，其中超声辅助酶法效果最佳;超声辅助酶法作用后，青稞中SDF含量可达12.6%，优于高品质膳食纤维标准（SDF≥10%）。杨开等[13]使用纤维素酶改性雷笋膳食纤维，结果发现可溶性膳食纤维含量从1.0%增加至6.8%，表明纤维素酶酶解处理可显著影响雷笋中可溶性膳食纤维的含量，这与本次研究结论一致。

2.2 改性对青稞膳食纤维物化特性的影响 膳食纤维进入人体胃、肠等消化道后，通过其持水性、持油性和膨胀性等特性吸收食物中的水分和油脂，体积发生膨胀进而引起人体的饱腹感，不仅能有效减少人体进食量和脂肪摄入量，还能促进肠道蠕动，加速粪便排出、减轻毒素危害[14]。不同方法改性后青稞膳食纤维的持水性、持油性及膨胀性等特性测定结果如图3所示。由图3可知，不同方法改性后的青稞膳食纤维在持水性、持油性和膨胀性等方面均比改性前得到了不同程度的提高，其中超声波改性后的青稞膳食纤维膨胀性最好，较改性前约增大了2倍。超声辅助酶解改性后的青稞膳食纤维的持水性和持油性最好，较改性前分别增大了1.8倍和1.6倍，表明超声波处理对膳食纤维的结构影响较大，这与阮之阳等的研究结果一致。

2.3 改性对青稞膳食纤维吸附葡萄糖能力的影响 膳食纤维可吸附葡萄糖，阻碍葡萄糖的扩散，降低小肠内葡萄糖的有效浓度，从而降低机体餐后血糖水平。不同改性方法对膳食纤维吸附葡萄糖能力的影响如图4所示。由图4可知，酶解及超声辅助酶解法改性后的青稞膳食纤维对葡萄糖的吸附效果较好，吸附能力分别为9.7、9.5mmol/g;微粉碎改性后的青稞膳食纤维对葡萄糖的吸附能力也有明显提高，达到9.1mmol/g;酶解改性最有利于青稞膳食纤维葡萄糖吸附能力的提升。黄六容等[16]研究了几种不同方法对大蒜秸秆膳食纤维的改性效果，其中对葡萄糖吸附能力提升较好的是超声及超声辅助酶解工艺，葡萄糖吸附力分别达到了7.9、7.3mmol/g，这与本研究结果一致。

2.4 改性对青稞膳食纤维α-淀粉酶活性抑制能力的影响 α-淀粉酶活性抑制能力是体外评价膳食纤维降血糖活性的重要指标，未改性膳食纤维和4种改性后膳食纤维的α-淀粉酶活性抑制能力如图5所示。由图5可知，原青稞膳食纤维的α-淀粉酶活性抑制能力为14.7%;改性后，青稞膳食纤维的α-淀粉酶活性抑制能力均有不同程度提升，其中，酶解、酶解-超声波联合改性后的青稞膳食纤维的 α-淀粉酶活性抑制能力分別达到31.8%和40.1%，显著高于微粉碎（20.2%）和超声波（25.0%）。酶法-超声波联合改性提高了IDF向SDF的转化效率、比表面积以及α-淀粉酶-淀粉-膳食纤维体系的黏度，使更多的淀粉分子和α-淀粉酶被包裹在网状结构的膳食纤维中，从而阻碍了淀粉分子和α-淀粉酶的接触，有效降低了α-淀粉酶的活性。

3 结论

利用微粉碎、超声波、酶解以及酶解-超声波联合改性对青稞膳食纤维进行处理，结果表明：酶解-超声波联合改性后的青稞膳食纤维中SDF含量最高，其持水力、膨胀力、α-淀粉酶抑制能力均优于其他几种改性方法，超声波改性后的膳食纤维持油力最高。由此可见，酶解-超声波联合改性是对青稞膳食纤维进行改性的较佳工艺，可用于青稞膳食纤维类相关产品的开发与研制。

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（责编：徐世红）