蒸汽爆破处理苦荞麸皮膳食纤维改性分析

何晓琴，刘 昕，李苇舟，赵吉春，李富华，明 建,2,*

（1.西南大学食品科学学院，重庆 400715；2.西南大学食品贮藏与物流研究中心，重庆 400715）

苦荞麦（Fagopyrum tataricumL. Gaertn.）是我国特有的药食兼用作物，主要集中生长在海拔较高的高寒山区和高原山区，其制粉加工副产物——苦荞麸皮含有极丰富的膳食纤维和酚类化合物，是抗氧化膳食纤维的良好来源[1-3]。谷物可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）具有良好的抗氧化活性、凝胶特性、发酵能力和黏度，可以有效预防和控制2型糖尿病的发生和发展，具有极大研究价值[4-5]。天然来源的苦荞麸皮SDF含量较低，难以达到高品质膳食纤维比例要求，限制了其在食品领域中的应用[1]。此外，由于苦荞麸皮层组织结构致密、口感粗糙带有苦味、难以消化等原因[6-7]，导致其常被作为燃料、饲料进行低值化处理，不仅污染环境，还会造成膳食纤维资源的极大浪费[7]。因此寻求适当的破壁改性方法来提高苦荞麸皮SDF含量，不仅可以提高机体膳食纤维的摄入量，还可以为推进苦荞麸皮精深加工和促进山区经济发展做出一定贡献。

目前对苦荞麸皮膳食纤维的研究主要集中于基本含量测定、提取工艺优化以及产品研发等，对改性处理的报道相对较少，且现有的改性研究主要集中于酶法[8]、超微粉碎法[9]等常见改性方法。蒸汽爆破技术是一种新兴的高效绿色改性手段，原料在密闭容器内被高温高压蒸汽充分润胀，再利用压力的瞬间释放造成细胞破裂，使生物大分子类物质发生机械断裂和结构重排，达到生物大分子改性修饰的目的[9]。Wang Tianlin等[10]利用蒸汽爆破处理甘薯渣，发现其SDF含量、持水力、持油力和膨胀力均显著提高；Wang Lei等[11]利用稀硫酸结合蒸汽爆破处理桔皮，结果发现SDF含量是未处理的4.20 倍；Chen Ye等[12]利用蒸汽爆破处理豆渣，发现该方法可使SDF含量提高27.5%，且SDF改性后表现出更好的降胆固醇作用。与传统的生物、化学和物理改性方法相比，蒸汽爆破技术具有耗时短、绿色高效、能耗低的突出优势，被认为是最有前景的生物质预处理方法[6]。

苦荞麸皮作为一种优质的抗氧化膳食纤维来源，其提取利用还处于初级研究阶段，许多研究已经表明蒸汽爆破处理可能是膳食纤维改性的有效新方法，但目前对于蒸汽爆破苦荞麸皮膳食纤维改性的研究鲜少，也缺乏对于蒸汽爆破处理后膳食纤维具体成分变化及改性机制的研究。因此，本实验引入蒸汽爆破技术对苦荞麸皮进行预处理，通过比较不同蒸汽爆破条件对苦荞麸皮中膳食纤维含量及麸皮基本成分的影响来确定最佳蒸汽爆破改性条件，并对该条件下的SDF和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）的单糖组成、SDF体外降血糖活性及结构进行测定，以探究蒸汽爆破处理后麸皮膳食纤维的具体成分变化及可能机制，以期为苦荞麸皮综合开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苦荞麸皮（‘苦荞3号’）由西昌市三匠荞麦有限 公司提供，粉碎，过60 目筛，存放在聚乙烯袋中。

热稳定α-淀粉酶、胃蛋白酶、胰酶 美国Sigma 公司；葡萄糖测定试剂盒（葡萄糖氧化酶-过氧化物 酶法） 上海荣生生物科技有限公司；纤维素、半纤维素、木质素测定试剂盒 苏州科铭生物技术有限公司；D-半乳糖醛酸、D-葡萄糖、D-甘露糖、葡萄糖醛酸、D-半乳糖、木糖和L-鼠李糖标准品 北京索莱宝科技有限公司；无水乙醇、丙酮、浓盐酸、浓硫酸、咔唑、蒽酮、葡萄糖（均为分析纯） 成都科龙化工试剂厂。

1.2 仪器与设备

QBS-80蒸汽爆破实验台 河南鹤壁正道重型机 械厂；LGJ-10冷冻干燥机 北京松源华兴科技发展有限公司；5810台式高速离心机 德国Eppendorf公司； RE-52AA旋转蒸发仪 上海亚荣公司；V-1000紫外-可见分光光度计 翱艺仪器（上海）有限公司；GC-2010气相色谱仪、LC-20A液相色谱仪 日本岛津公司；扫描电子显微镜 荷兰Phenom Pro公司；Spectrun-100傅里叶变换红外光谱仪 美国PerkinElmer公司；差示扫描量 热仪 美国TA公司。

1.3 方法

1.3.1 苦荞麸皮蒸汽爆破预处理

称取100.0 g苦荞麸皮原料，放入蒸汽爆破实验台的汽爆缸中，通入高温饱和蒸汽，当缸内压力达到爆破压力（0.9、1.2、1.5 MPa）后开始计时，分别保压一定时间（60、90、120 s）后，在距离爆破结束3 s时，立即打开气动阀门泄压，收集蒸汽爆破处理后的苦荞麸皮[13]， 冷冻干燥后粉碎，过60 目筛，-4 ℃储存备用。

1.3.2 蒸汽爆破前后苦荞麸皮膳食纤维含量测定

参考Asp等[14]的方法并稍作修改。称取1.0 g经过蒸汽爆破预处理的苦荞麸皮，加入25 mL pH 6.0的磷酸盐缓冲液，混合均匀后加入100 μL的热稳定α-淀粉酶溶液，95～100 ℃水浴15 min，待溶液冷却后用4 mol/L HCl溶液调节pH值至1.5，加入100 μL胃蛋白酶液于40 ℃水浴60 min，待溶液冷却后用4 mol/L NaOH溶液调节pH值至6.8，加入100 μL胰酶继续于40 ℃水浴60 min，待溶液冷却后用4 mol/L HCl溶液调节pH值至4.5。将酶解液 4000 r/min离心10 min，过滤，并用蒸馏水洗涤沉淀物两次，收集滤液备用（测定SDF），依次用15 mL体积分数78%乙醇溶液、15 mL体积分数95%乙醇溶液和15 mL无水丙酮洗涤滤渣两次，将滤渣置于105 ℃烘箱中烘干至恒质量，得到苦荞麸皮IDF。将上述收集的滤液与预热至60 ℃的体积分数95%乙醇溶液按体积比1∶4混合，室温静置过夜，4000 r/min离心10 min，除去上清液，依次用15 mL体积分数78%乙醇溶液、15 mL体积分数95%乙醇溶液和15 mL无水丙酮洗涤滤渣两次，将滤渣置于105 ℃烘箱中烘干至恒质量，得到苦荞麸皮SDF。苦荞麸皮IDF和SDF含量通过扣除各类膳食纤维中相应的蛋白质、灰分及试剂空白含量进行校正。

1.3.3 蒸汽爆破前后苦荞麸皮基本成分含量测定

纤维素、半纤维素、木质素含量的测定参考试剂盒说明书。

果胶含量的测定参考Zhou Linya等[15]的方法，取4.0 g苦荞麸皮样品于50 mL玻璃试管中，加入35 mL约75 ℃的无水乙醇，在85 ℃恒温水浴锅中加热10 min，冷却后加入无水乙醇至50 mL，3500 r/min离心15 min，弃上清液，在85 ℃恒温水浴中用体积分数67%的乙醇溶液洗涤沉淀，离心分离，弃上清液，如此反复洗涤5 次，将洗涤后的果胶沉淀用去离子水全部洗入100 mL容量瓶中，加入5 mL 1 mol/L的NaOH溶液后定容，摇匀并放置15 min，用于比色测定。分别取不同质量浓度（0、20、40、60、80、100 mg/L）的半乳糖醛酸标准溶液和待测液各1.0 mL于25 mL玻璃试管中，分别加入0.25 mL的咔唑-无水乙醇，混匀后迅速加入3.0 mL浓硫酸，在85 ℃水浴锅中水浴20 min后迅速冷却，40 min后在525 nm波长处测定吸光度，结果以半乳糖醛酸含量表示，单位为g/100 g。

可溶性糖含量的测定[16]：取0.5 g苦荞麸皮样品加入25 mL蒸馏水，100 ℃浸提4 h后过滤得到上清液，然后加入一定量的无水乙醇使乙醇体积分数为80%，在4 ℃冰箱中静置12 h后离心（3500 r/min、15 min），收集沉淀，用50 mL蒸馏水溶解该沉淀得到可溶性糖待测液，采用苯酚-硫酸法测定该待测液中可溶性糖含量，结果以每一百克干基样品中含有葡萄糖的质量表示。

总糖含量的测定[16]：取0.25 g苦荞麸皮样品于50 mL玻璃试管中，加入7.5 mL蒸馏水和5 mL 6 mol/L的HCl 溶液，在100 ℃条件下水解完全，冷却后用2 mol/L的NaOH溶液中和至pH 7.0，离心（3500 r/min、15 min）得到上清液，并用蒸馏水定容到25 mL，采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定该待测液中总糖的含量，结果以每一百克干基样品中含有葡萄糖的质量表示。

还原糖含量的测定[16]：取0.25 g苦荞麸皮样品于50 mL玻璃试管中，加入12 mL蒸馏水，在50 ℃恒温水浴锅中提取30 min，离心（3000 r/min、10 min）得到上清液，收集残渣加入10 mL蒸馏水重提一次，过滤，合并两次滤液并用蒸馏水定容到25 mL，采用3,5-二硝基水杨酸比色法测定该待测液中总糖的含量，结果以每一百克干基样品中含有葡萄糖的质量表示。

1.3.4 蒸汽爆破前后苦荞麸皮膳食纤维单糖组成测定

参考Qi Jing等[17]的方法并稍作修改。分别称取10 mg SDF和IDF样品于安培瓶中，加入0.2 mL 12 mol/L 的H2SO4溶液，40 ℃水解1 h，然后加入2.4 mL超纯水稀释，使H2SO4浓度为1 mol/L，封口后于105 ℃烘箱中水解2 h，水解液用1 mol/L的KOH溶液中和至pH 7.0，过0.45 mm膜过滤后注入CarboPac PA20高效液相色谱柱（4 mm×250 mm，5 μm），检测器：脉冲安培检测器，流动相体积比V（H2O）∶V（NaOH）∶V（CH3COONa）＝ 78.2∶1.8∶20、流速0.5 mL/min、温度25 ℃。表1为高效液相色谱法测定膳食纤维单糖的标准方程。

表 1 高效液相色谱法测定膳食纤维单糖的标准方程Table 1 Standard equations for the determination of dietary fiber monosaccharides by high performance liquid chromatography

1.3.5 蒸汽爆破前后苦荞麸皮SDF理化性质测定

持水力参考Wang Lei等[11]的方法进行测定，取0.5 g苦荞麸皮SDF于15 mL离心管中，加入10 mL去离子水充分混匀，37 ℃静置12 h后离心（4200 r/min、10 min），弃上清液，按公式（1）计算持水力。

式中：m1为样品吸水后的湿质量/g；m为样品干质量/g。

持油力参考Wang Lei等[11]的方法进行测定，取0.5 g苦荞麸皮SDF于15 mL离心管中，加入10 mL橄榄油充分混匀，在4 ℃下静置1 h后离心（4200 r/min、10 min），弃去上层油层，按公式（2）计算持油力。

式中：m1为样品吸油后的湿质量/g；m为样品干质量/g。

膨胀力参考Chen Ye等[12]的方法进行测定。取1.0 g苦荞麸皮SDF于20 mL量筒中，加入10 mL蒸馏水充分混匀，在25 ℃下静置18 h，按公式（3）计算膨胀力。

式中：V0为初始样品体积/mL；V1为水合样品体 积/mL；m为样品干质量/g。

α-淀粉酶活性抑制能力的测定参考Qi Jing等[17]的方法。取1.0 g苦荞麸皮SDF样品，加入4 mgα-淀粉酶和40 mL马铃薯淀粉溶液（40 g/L），37 ℃下混合30 min后离心（3500 r/min、15 min）。采用葡萄糖试剂盒测定上清液中的葡萄糖浓度c0。以不加SDF样品为对照，将对照实验上清液中葡萄糖浓度记为c1，按公式（4）计算α-淀粉酶活性抑制能力。

式中：c0为SDF组上清液中葡萄糖浓度/（mmol/L）；c1为对照组上清液中葡萄糖浓度/（mmol/L）。

葡萄糖吸收能力参考Qi Jing等[17]的方法并略作修改。取1.0 g苦荞麸皮SDF分别置于100 mL不同浓度（50、100、200 mmol/L）的葡萄糖溶液中，37 ℃孵育6 h后离心（4000 r/min、20 min），得到上清液并记录体积，参考葡萄糖试剂盒说明书，按公式（5）计算葡萄糖吸收能力。

式中：ci为初始溶液葡萄糖浓度/（mmol/L）；cs为上清液中葡萄糖浓度/（mmol/L）；Vi为离心后上清液的体积/mL；m为苦荞麸皮SDF样品质量/g。

1.3.6 蒸汽爆破前后苦荞麸皮SDF结构特性分析

1.3.6.1 差示扫描量热分析

参考Wang Lei等[11]的方法，取10 mg干燥的苦荞麸皮SDF固体粉末密封于差示扫描量热铝盒中，在30～300 ℃温度范围内以50 ℃/min的速率进行升温，氮气的流速为50 mL/min，以空的固体盘作为对照，采用仪器自带TRIOS软件进行数据处理。

1.3.6.2 傅里叶变换红外光谱分析

参考令博[18]的方法，称取2 mg干燥苦荞麸皮SDF样品和100 mg干燥KBr粉末于玛瑙研钵中研磨均匀，放入压模器制成透明片后进行扫描，扫描波数500～4000 cm-1、 扫描次数32、分辨率4 cm-1，重复测定3 次，光谱数据使用OMNIC 8.2软件进行处理。

1.3.6.3 扫描电子显微镜观察

参考令博[18]的方法，取适量干燥至恒质量的苦荞麸皮和苦荞麸皮SDF样品，表面镀金后在10 kV加速电压下扫描，观察样品微观结构，放大500 倍和2000 倍。

1.4 数据处理与分析

除1.3.6节外，各实验重复测定3 次，结果以平均值± 标准差表示。采用Origin 8.0软件进行图表绘制。采用SPSS 19.0软件对数据进行差异显著性分析，置信区间为95%，P＜0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 蒸汽爆破对苦荞麸皮膳食纤维含量的影响

不同蒸汽爆破条件下苦荞麸皮SDF、IDF含量变化见图1，与未蒸汽爆破处理相比，蒸汽爆破处理（除1.5 MPa、120 s外）后苦荞麸皮中SDF含量及SDF占总膳食纤维（total dietary fiber，TDF）含量的比例 （SDF/TDF）均显著提高（P＜0.05），其中当蒸汽爆破条件由0.9 MPa、60 s改变至1.2 MPa、90 s时，苦荞麸皮SDF含量从8.63 g/100 g提高至12.36 g/100 g，比未蒸汽爆破处理（8.02 g/100 g）显著提高了54.11%，SDF/TDF达到22.38%，比未蒸汽爆破处理（15.08%）显著提高了48.41%（P＜0.05），而后随蒸汽爆破条件的改变，SDF含量及SDF/TDF均开始下降，在1.5 MPa、120 s时与未蒸汽爆破处理相当。此外，蒸汽爆破处理（除0.9 MPa、60 s外）后苦荞麸皮IDF含量显著降低（P＜0.05），当蒸汽爆破压力和保压时间由0.9 MPa、60 s改变至1.2 MPa、90 s时，苦荞麸皮IDF含量从44.20 g/100 g降低至42.89 g/100 g，IDF含量比未蒸汽爆破苦荞麸皮（45.66 g/100 g）显著降低了6.01%。以上结果表明，蒸汽爆破可以改善苦荞麸皮膳食纤维的组成，总体上能提高苦荞麸皮SDF含量，降低IDF的含量。

图 1 蒸汽爆破对苦荞麸皮膳食纤维含量变化的影响Fig. 1 Effect of steam explosion on the content of dietary fiber in tartary buckwheat bran

2.2 蒸汽爆破对苦荞麸皮基本成分的影响

不同蒸汽爆破条件处理后苦荞麸皮纤维素、半纤维素、木质素、果胶、可溶性糖、还原糖及总糖含量见表2，与未蒸汽爆破处理相比，蒸汽爆破处理后（除0.9 MPa、60 s外）苦荞麸皮纤维素、半纤维素、木质素含量及果胶含量均显著降低（P＜0.05），且总体上随着爆破压力的增加降低程度越明显，在1.5 MPa、120 s条件下各物质含量分别较未蒸汽爆破处理降低了42.73%、54.92%、34.05%和45.11%。而蒸汽爆破处理后苦荞麸皮可溶性糖、还原糖、总糖含量总体上均较未蒸汽爆破处理显著提高（P＜0.05），其中可溶性糖、还原糖含量均随着蒸汽爆破压力的增加呈先升高后降低趋势，在1.2 MPa、120 s时达到最大值，分别较未蒸汽爆破处理提高了97.27%和32.26%，与1.2 MPa、90 s条件下无显著差异（P＞0.05）；当蒸汽爆破条件在0.9 MPa、60 s， 0.9 MPa、90 s，0.9 MPa、120 s，1.2 MPa、60 s和1.2 MPa、90 s变化时，苦荞麸皮总糖含量缓慢增加，在1.2 MPa、90 s时比未蒸汽爆破处理苦荞麸皮总糖含量显著提高了12.40%，而后随着蒸汽爆破压力的增加，总糖含量无显著差异（P＞0.05）。基于此，选择蒸汽爆破处理条件为1.2 MPa、90 s的苦荞麸皮进行后续实验。

表 2 不同蒸汽爆破条件下苦荞麸皮的基本成分Table 2 Basic components of tartary buckwheat bran treated under different steam explosion intensity g/100 g

2.3 蒸汽爆破对苦荞麸皮SDF及IDF单糖组成的影响

对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF、IDF及未蒸汽爆破苦荞麸皮SDF、IDF的单糖组成进行测定，如表3所示，蒸汽爆破前后苦荞麸皮的SDF均由D-甘露糖、L-鼠李糖、D-半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、D-葡萄糖、D-半乳糖和木糖这7 种单糖组成，且D-半乳糖醛酸、D-甘露糖、L-鼠李糖和D-葡萄糖是苦荞麸皮SDF最主要的单糖。蒸汽爆破处理后，苦荞麸皮SDF中的D-半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸糖质量分数显著降低，分别较未爆破处理显著降低了40.78%和15.07%，而D-甘露糖和D-葡萄糖质量分数分别较未爆破处理显著提高了126.36%和59.23%（P＜0.05）。苦荞麸皮IDF单糖组成与SDF一致，蒸汽爆破处理后IDF中的D-甘露糖、L-鼠李糖、D-葡萄糖及木糖质量分数较未爆破处理分别显著降低了2.34%、23.21%、11.45%和18.02%，而D-半乳糖醛酸质量分数显著提高38.54%（P＜0.05）。表明蒸汽爆破处理对苦荞麸皮的SDF及IDF单糖组成均有明显影响。

表 3 苦荞麸皮SDF和IDF单糖组成Table 3 Monosaccharide compositions of SDF and IDF in tartary buckwheat bran

2.4 蒸汽爆破对苦荞麸皮SDF理化性质的影响

对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理和未蒸汽爆破的苦荞麸皮SDF理化性质进行测定，如表4所示，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的持水力、持油力、膨胀力及α-淀粉酶活性抑制能力均显著提高（P＜0.05），分别较未蒸汽爆破处理提高了74.34%、36.98%、36.23%和29.52%，此外SDF对不同浓度的葡萄糖吸收能力也较未蒸汽爆破处理显著提高（P＜0.05），在50、100 mmol/L和200 mmol/L浓度下分别较未蒸汽爆破处理提高了12.50%、19.90%和16.37%，表明蒸汽爆破处理对苦荞麸皮SDF的理化性质具有一定的改善作用。

表 4 蒸汽爆破对苦荞麸皮SDF理化性质的影响Table 4 Effect of steam explosion on physicochemical properties of SDF from tartary buckwheat bran

2.5 蒸汽爆破前后苦荞麸皮SDF结构特性分析结果

2.5.1 差示扫描量热分析结果

图 2 苦荞麸皮SDF的差示扫描量热分析曲线Fig. 2 Differential scanning calorimetry curves of SDF from tartary buckwheat bran

对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF与未蒸汽爆破处理苦荞麸皮SDF的热力学稳定性进行评估，如图2所示，两组样品均呈现典型的吸热峰，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的峰值温度（205.38 ℃）比未蒸汽爆破处理苦荞麸皮SDF的峰值温度（197.85 ℃）提高了7.53 ℃，表明蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的热稳定性略有增强。

2.5.2 傅里叶变换红外光谱分析结果

1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF与未蒸汽爆破处理苦荞麸皮SDF的傅里叶变换红外光谱见图3，3500～3200 cm-1范围内的一组宽吸收峰是由O—H的伸缩振动引起的[19]，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的吸收峰峰形变窄，吸收强度提高，说明蒸汽爆破处理可能破坏了纤维素之间的氢键，使更多的羟基基团暴露[20]；在2365～2370 cm-1范围内的吸收峰表示C—H的反对称伸缩振动；1400～1200 cm-1范围内出现的小吸收峰是由C—H的变角振动引起的，在1102 cm-1附近的较强吸收峰代表C—O—C中C＝O的伸缩振动，以上几种吸收峰均为多糖的特征吸收峰，表明样品的主要成分是糖类物质[19,21]；1649 cm-1附近的吸收峰为木质素中芳香烃化合物的—COOH伸缩振动所引起，表示样品中含有糖 醛酸[19]。889 cm-1附近的吸收峰是由多糖分子的β-糖苷键伸缩振动引起的，蒸汽爆破处理后该处的吸收峰发生一定程度的红移（由889 cm-1移至872 cm-1），吸收强度变弱，表明蒸汽爆破处理可能使苦荞麸皮SDF中的部分糖苷键断裂[21]。

图 3 苦荞麸皮SDF的傅里叶变换红外光谱图 Fig. 3 Fourier transform infrared spectrum of SDF from tartary buckwheat bran

2.5.3 扫描电子显微镜观察结果

利用扫描电子显微镜对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理前后的苦荞麸皮原料及其SDF的微观结构进行观察，如图4所示，未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮表面结构致密完整（图4A1、A2）；而经蒸汽爆破处理后的苦荞麸皮的致密结构被破坏，表皮出现解离断裂，碎片尺寸减小，孔洞数量增多（图4B1、B2）；未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF整体呈块状，连接密实（图4C1、C2）；蒸汽爆破处理后的苦荞麸皮SDF呈现尺寸较为均匀的颗粒结构， 放大2000 倍后能够清晰地看到疏松多层的蓬松结构，部分甚至出现类似蜂巢状的多孔结构，内部比表面积和孔隙率明显增大（图4D1、D2），以上结果表明蒸汽爆破对苦荞麸皮及其SDF的结构均有明显影响。

图 4 苦荞麸皮及其SDF的扫描电子显微镜图Fig. 4 Scanning electronic microscopic images of tartary buckwheat bran and its SDF

3 讨 论

苦荞麸皮层组织结构特殊，SDF含量较低，目前难以直接利用，会造成膳食资源的大量浪费，因此需要通过适当的预处理对其进行改性。蒸汽爆破技术是近年来出现的一种新兴技术，它被证明是一种成本效益高、应用广泛的木质纤维材料预处理技术，在膳食纤维热机械改性方面也展现出良好的潜力[6]。膳食纤维主要由纤维素、半纤维素、木质素及果胶组成，在改性作用下可以通过不同程度地降解成小分子糖来提高SDF含量，由于SDF的亲水特性和发酵特性，其通常被认为具有更重要的生理功能[6]，因此，本实验引入蒸汽爆破技术对苦荞麸皮进行预处理，以SDF含量为主要评价指标来优化蒸汽爆破条件，同时也对蒸汽爆破前后苦荞麸皮IDF、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、可溶性糖、还原糖及总糖的含量变化进行了测定，结果表明，蒸汽爆破处理后麸皮SDF含量显著升高，在1.2 MPa、90 s时达到最大值12.36 g/100 g，比未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF含量提高了54.11%，此时SDF/TDF达到22.38%，属于高品质膳食纤维；IDF的含量变化整体与SDF的含量变化相反，在1.2 MPa、90 s时比未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮IDF含量显著降低了6.01%，而此时TDF含量较未蒸汽爆破处理无显著变化，推测在蒸汽爆破预处理过程中出现了部分IDF向SDF的转变，这与其他麦麸蒸汽爆破改性研究结果[22]一致。蒸汽爆破处理过程的温和酸性条件和高温易引发一系列水热反应，使木质素、纤维素、半纤维素及果胶被水解成单糖和低聚糖，可溶性糖及还原糖含量变化可以一定程度反映纤维素等大分子物质的水解程度[13,22]，在本实验中，通过对纤维素及糖类物质含量的测定发现，蒸汽爆破处理后，纤维素、半纤维素、木质素含量及果胶含量均显著降低，可溶性糖、还原糖含量及总糖含量随着蒸汽爆破压力的增大呈先升高后降低的趋势，但整体仍高于未蒸汽爆破处理苦荞麸皮，推测蒸汽爆破处理使纤维素、半纤维素、木质素及果胶发生了部分降解，一定程度上提高了小分子糖的含量。

苦荞麸皮富含膳食纤维，主要由非淀粉多糖如葡聚糖、纤维素、阿拉伯木聚糖等构成，其维生素和矿物质含量高于胚乳，这些特性赋予了苦荞麸皮膳食纤维宝贵的营养和功能特性，在高血脂、糖尿病等代谢性疾病的预防和控制中具有很好的作用[23-24]。对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理和未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮及其SDF、IDF单糖组成进行测定，结果表明，苦荞麸皮SDF主要由D-半乳糖醛酸、D-甘露糖、L-鼠李糖和D-葡萄糖组成，蒸汽爆破处理后，SDF中的D-半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸糖质量分数显著降低，表明蒸汽爆破处理可能使果胶发生了降解[25-26]，这与前文果胶含量测定结果一致。此外，蒸汽爆破处理后SDF中D-甘露糖和D-葡萄糖质量分数均显著提高，可能是由于蒸汽爆破处理使皮渣纤维素分解为可溶性片段，还可能是通过糖苷化反应新合成了水溶性抗消化支化葡聚糖[24]。D-甘露糖、D-葡萄糖、木糖和D-半乳糖醛酸是苦荞麸皮IDF中的主要单糖，也是大多数植物细胞壁中纤维素和半纤维素的典型成分[27]，蒸汽爆破处理后IDF中的D-甘露糖、L-鼠李糖、D-葡萄糖及木糖质量分数均显著降低，推测蒸汽爆破处理可能使IDF中的半纤维素和纤维素发生降解[27]。蒸汽爆破处理过程中，存在酸性水解、热降解、类机械断裂、氢键破坏和结构 重排等协同作用，可以破坏原料内部的组织结构，降低传质阻力，促进SDF溶出；还可以使某些纤维素、不溶性阿拉伯木聚糖等半纤维素及不溶性果胶类化合物发生熔融或部分断裂，转化成水溶性聚合物，从而提高SDF含量[6,28]。因此，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF含量的升高可能来源于物料结构改变导致的SDF溶出增多和IDF的部分转化[6]。

优良的改性技术不仅应提高物料的SDF含量，更应使其具有优良的品质，膳食纤维的持水力、膨胀力和持油力是评估其加工性能的重要指标[11]。良好的持水力和膨胀力有助于提高麸皮的水合能力，从而增加食物的黏度；此外，强亲水性有助于排便，从而能够有效预防便秘、憩室和结肠癌症[29]，良好的持油力可以通过阻止食物中多余胆固醇的吸收来达到降血脂的效果，对于预防和控制糖脂代谢异常都具有重要作用[30]，在本实验中，与未蒸汽爆破处理相比，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的持水力、膨胀力和持油力均显著提高，这与Li Bo等[31]通过蒸汽爆破处理豆渣的研究结果一致。膳食纤维的水合性质与纤维来源、成分、孔隙度、比表面积及微观结构等因素有关，其主要机理是通过表面张力作用将水分包裹在纤维微观结构中，以及通过氢键来吸取水分[32]， 蒸汽爆破过程中高温高压处理和强烈的机械作用可以破坏纤维的细胞壁结构，增加比表面积和孔隙率，这有助于水分和油脂充分接触和渗入纤维组织[6]，在本实验中，苦荞麸皮SDF比表面积和孔隙率的增大及亲水基团的暴露数量增多可能是其理化性质提高的主导原因。

研究表明，谷物膳食纤维的摄入量与人体餐后血糖反应降低有关，富含膳食纤维的物质可以通过抑制α-淀粉酶的活性和吸附葡萄糖来降低葡萄糖的有效浓度，有助于预防和控制糖尿病[17]。本实验结果表明，蒸汽爆破处理可以显著提高苦荞麸皮SDF对α-淀粉酶活性的抑制作用和葡萄糖吸收能力，这可能是由于SDF较适宜的黏度可以延缓α-淀粉酶及葡萄糖分子的扩散速率，因此具有较好的体外降血糖能力[33]。有研究认为，膳食纤维的体外降血糖能力主要与膳食纤维的多孔网络、粒径及比表面积有关[34]，蒸汽爆破处理可以破坏膳食纤维的细胞壁结构，使更多的网状结构暴露出来，有助于吸附截留更多的α-淀粉酶和淀粉分子，降低α-淀粉酶和淀粉的接触迁移速率，延缓淀粉中葡萄糖的释放；此外，孔隙率和比表面积的增加也有助于增强纤维网络对葡萄糖分子的捕获和束缚能力，通过降低葡萄糖扩散速率从而提高对葡萄糖的吸收能力[35]。

膳食纤维理化特性的变化与蒸汽爆破后膳食纤维的化学组成和空间结构的改变密切相关，因此，为了更好地探究蒸汽爆破后膳食纤维结构性质的变化及可能改性机制，本实验对最优蒸汽爆破条件（1.2 MPa、90 s）下的 苦荞麸皮SDF样品结构性质进行表征，差示扫描量热结果表明，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF热稳定性增强，可能原因是蒸汽爆破处理使苦荞麸皮SDF中的长链纤维断裂，短链中SDF含量增多，暴露出更多的氢键，进而需要更高的能量来分解[11]；傅里叶变换红外光谱结果表明，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF中部分多糖分子糖苷键断裂，更多的羟基基团被暴露，这对SDF的水合性质和热稳定性产生积极的贡献，与前文苦荞麸皮SDF理化性质及热力学稳定性研究结果一致；扫描电子显微镜结果表明，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮的完整结构明显被破坏，而苦荞麸皮SDF粒径明显变小，孔隙率明显增大，甚至具有类似蜂巢状的多孔结构，该结构可能为水分子、葡萄糖、α-淀粉酶和淀粉分子提供更大的空间，从而改善苦荞麸皮SDF的理化性质及体外降血糖能力[36]。 有研究表明，强烈的爆破和剪切力容易破坏纤维素包裹的半纤维素和木质素，导致麸皮微表面出现熔融状态，使麦麸的形态和结构发生膨胀和疏松，以增加植物对溶剂或酶的可及性[37]，这与本实验的研究结果一致。

蒸汽爆破预处理是提高苦荞麸皮SDF含量和理化特性的一种绿色方法，在最佳蒸汽爆破改性条件（1.2 MPa、90 s）下，苦荞麸皮SDF的含量可以显著提高到12.36 g/100 g，达到高品质膳食纤维含量（10 g/100 g）的要求；此外，蒸汽爆破使苦荞麸皮SDF单糖组成发生明显变化，热稳定性也有所增强；傅里叶变换红外光谱结果显示，蒸汽爆破改性苦荞麸皮SDF的羟基基团暴露增加，部分糖苷键可能断裂；扫描电子显微镜观察发现，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮原料表层明显破裂，而苦荞麸皮SDF表面孔隙结构明显增多，推测蒸汽爆破改性机制可能与麸皮纤维素、半纤维素、木质素及果胶的降解、SDF溶出增加及部分IDF转化成SDF有关；此外，蒸汽爆破改性苦荞麸皮SDF具有较好的持水力、持油力、膨胀力、α-淀粉酶活性抑制能力和葡萄糖吸收能力，具有作为降血糖功能成分的潜力，可为苦荞麸皮SDF的利用及保健食品的开发提供新思路。